DE102020107748A1 - Verfahren zur Herstellung einer Heizmatte für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Franck JEUNEHOMME
Didier Liaud
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Heizmatte (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Heizlage, umfassend eine verformbare Struktur und zwei Heizelemente (28), die in die Struktur eingesetzt sind, wobei die zwei Heizelemente durch eine Verformungszone (60) der Struktur getrennt sind;
- Stapeln der Heizlage zwischen einer oberen Schicht (16) und einer unteren Schicht (18), wobei mindestens eine von der Heizlage und der oberen und unteren Schicht ein thermisch formbares Material umfasst;
- Verbinden des Stapels durch mindestens eine Befestigungsstange (52); und
- thermisches Formen des derart verbundenen Stapels, so dass die Heizlage und die obere und untere Schicht zu einem Monoblock-Teil (10) verbunden werden; und Strecken der Verformungszone (60) gemäß der Stapelrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Heizmatte für ein Kraftfahrzeug.
  • Die Heizsysteme von Kraftfahrzeugen durch Einblasen von warmer Luft weisen viele Unzulänglichkeiten auf, wie Langsamkeit, Geräuschentwicklung und die Schwierigkeit, bestimmte Bereiche des Fahrgastraums separat zu heizen.
  • Insbesondere von dem Dokument FR2864486 ist bekannt, die Matten von Fahrzeugen mit integrierten Heizelementen auszustatten, um ein Beheizen über den Boden durchzuführen. Vor allem ist es sinnvoll, die Heizelemente dort zu positionieren, wo sich die Füße des Fahrers und/oder der Insassen befinden, um die Wirksamkeit der Heizung zu optimieren.
  • Es ist im Übrigen bekannt, Fahrzeugmatten durch thermisches Formen mehrerer Materialschichten herzustellen. Die Integration von Heizelementen in eine Matte, die anhand eines derartigen Verfahrens hergestellt wird, weist mehrere Schwierigkeiten auf, insbesondere das Verbleiben der Heizelemente an den geeigneten Stellen während des thermischen Formens.
  • Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Herstellungsverfahren anzubieten, das erlaubt, eine thermisch geformte Matte, die Heizelemente integriert, unkompliziert und effizient herzustellen.
  • Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Herstellungsverfahren des vorgenannten Typs zum Gegenstand, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer ersten Heizlage, die sich etwa gemäß einer ersten Achse erstreckt, wobei die erste Heizlage umfasst: eine erste verformbare Struktur; und zwei Heizelemente, die in die erste Struktur eingesetzt sind, wobei die zwei Heizelemente axial ausgerichtet und durch eine Verformungszone der ersten Struktur getrennt sind; Stapeln der ersten Heizlage zwischen einer oberen Schicht und einer unteren Schicht, gemäß einer Stapelrichtung etwa senkrecht zur ersten Achse; wobei mindestens eine von der ersten Heizlage und der oberen und unteren Schicht ein thermisch formbares Material umfasst; Verbinden des Stapels durch mindestens eine erste Befestigungsstange, die die erste Heizlage und die obere und untere Schicht durchquert; und thermisches Formen des derart verbundenen Stapels, so dass die erste Heizlage und die obere und untere Schicht zu einem Monoblock-Teil verbunden werden; und Strecken der Verformungszone der ersten Heizlage gemäß der Stapelrichtung.
  • Gemäß anderen vorteilhaften Aspekten der Erfindung umfasst das Verfahren eines oder mehrere der folgenden Merkmale, die allein oder gemäß allen technisch möglichen Kombinationen herangezogen werden:
    • - beim Schritt des Stapelns wird eine zweite Heizlage zwischen der oberen und unteren Schicht angeordnet, wobei sich die zweite Heizlage etwa gemäß einer zweiten Achse, die parallel zur ersten Achse ist, erstreckt, wobei die erste und zweite Heizlage gemäß einer dritten Achse, die senkrecht zur ersten und zweite Achse und zu der Stapelrichtung ist, beabstandet sind; wobei die zweite Heizlage umfasst: eine zweite verformbare Struktur; und zwei in die zweite Struktur eingesetzte Heizelemente, wobei die zwei Heizelemente axial ausgerichtet und durch eine Verformungszone von der zweiten Struktur getrennt sind;
    • - der Schritt des Verbindens des Stapels ein Einsetzen mindestens einer zweiten Befestigungsstange umfasst, die die zweite Heizlage und die obere und untere Schicht durchquert;
    • - die erste Struktur weist Fasern auf, die mit einem thermisch formbaren, vorzugsweise thermoplastischen Material imprägniert sind;
    • - die obere Schicht oder die untere Schicht weist Fasern auf, die mit einem thermisch formbaren, vorzugsweise thermoplastischen Material imprägniert sind;
    • - der Schritt des Stapelns umfasst das Aufbringen einer Haftmittelschicht zwischen der ersten Heizlage und der oberen Schicht und/oder zwischen der ersten Heizlage und der unteren Schicht, wobei der Schritt des thermischen Formens das Haftmittel aktiviert;
    • - der Schritt des Verbindens umfasst die Perforation des Stapels durch eine Vielzahl von Befestigungsstangen, die durch einen Rahmen fest miteinander verbunden sind, wobei die Befestigungsstangen während des Schritts des thermischen Formens am Platz gehalten werden;
    • - das Herstellungsverfahren umfasst ferner, vor dem Schritt des thermischen Formens, einen Schritt des Schneidens der oberen Schicht und/oder der unteren Schicht in der Nähe von mindestens einem der zwei Heizelemente der ersten Heizlage;
    • - das Herstellungsverfahren umfasst ferner, nach dem Schritt des thermischen Formens, einen Schritt des Schneidens des Monoblock-Teils, beabstandet von den Heizelementen.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Heizmatte, die aus einem wie weiter oben beschriebenen Herstellungsverfahren hervorgegangen ist.
  • Die Erfindung wird bei der Lektüre der nun folgenden Beschreibung besser verstanden werden, die lediglich als nicht beschränkendes Beispiel gegeben wird und sich auf die Zeichnungen bezieht, von denen:
    • - [1] die 1 eine schematische Ansicht von oben eines Stapels gemäß einem Schritt eines Herstellungsverfahrens einer Heizmatte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
    • - [2] die 2 eine schematische Ansicht im Querschnitt des Stapels der 1 ist; und
    • - [3] die 3 eine schematische Ansicht im Querschnitt eines anderen Schritts des Herstellungsverfahrens einer Heizmatte ist.
  • Die 1, 2 und 3 stellen schematisch unterschiedliche Schritte eines Herstellungsverfahrens einer Heizmatte 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Die Heizmatte 10, vorzugsweise eine Heizmatte für ein Kraftfahrzeug, wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
  • Bei einem ersten Schritt des Herstellungsverfahrens der Heizmatte 10 wird ein Stapel 12 hergestellt, wie auf den 1 und 2 dargestellt ist.
  • Der Stapel 12 weist auf: mindestens eine erste Heizlage 14; eine obere Schicht 16 und eine untere Schicht 18.
  • Es wird von einer orthonormierten Basis (X, Y, Z) ausgegangen, wobei die Z-Achse die Vertikale darstellt. Die Begriffe „oben“ und „unten“ sind in Bezug auf eine vertikale Stapelrichtung zu verstehen.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst der Stapel 12 ferner eine zweite Heizlage 20, die auf der 1 zu sehen ist. Die erste und zweite Heizlage 14 und 20 werden nachfolgend gleichzeitig beschrieben.
  • Die Heizlage 14, 20 umfasst eine Struktur 22, die aus einem verformbaren Material, insbesondere einem textilen Material, gebildet ist. Vorzugsweise weist die Struktur 22 natürliche oder synthetische Fasern 24 auf, noch vorzugsweiser in Form eines Vliesstoffs. Die verwendeten Fasern sind beispielsweise aus den Fasern aus Polyesterterephthalat (PET) und aus Polyamid (PA) ausgewählt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Struktur 22 Fasern 24 auf, die mit einem ersten thermoplastischen Material 26 imprägniert sind. Alternativ werden die Fasern 24 mit schmelzbaren Fasern gemischt, die aus einem ersten thermoplastischen Material 26 gebildet sind, das eine Erweichungstemperatur unter der der Fasern 24 hat.
  • Die Struktur 22 der Heizlage 14, 20 erstreckt sich in einer Ebene (X, Y) und weist eine längliche Form gemäß der Richtung X auf.
  • Die Heizlage 14, 20 umfasst ferner zwei Heizelemente 28, die in die Struktur 22 eingefügt sind. Gemäß einer Ausführungsform ist jedes Heizelement 28 vollständig durch die Struktur 22 bedeckt. In einer Variante ist jedes Heizelement 28 auf einer Oberfläche der Struktur 22 befestigt, beispielsweise durch Nähen.
  • Die Heizelemente 28 derselben Heizlage 14, 20 sind vorzugsweise etwa identisch. Die Heizelemente 28 sind vorzugsweise elektrische Heizelemente, die einen elektrischen Widerstand umfassen.
  • Ein Heizelement 28 hat vorzugsweise eine Plattenform, die sich gemäß einer Ebene (X, Y) erstreckt. Das Heizelement 28 umfasst beispielsweise einen elektrischen Heizdraht, der in Form einer ebenen Heizschlange angeordnet ist.
  • Die Heizlage 14, 20 umfasst vorzugsweise ferner mindestens ein elektrisches Verbindungsorgan 30 je Heizelement 28. Ein einziges Verbindungsorgan 30 ist als Beispiel auf den 2 und 3 dargestellt.
  • Das Verbindungsorgan 30 wie z. B. ein elektrischer Stecker ist beispielsweise am entsprechenden Heizelement 28 befestigt und bildet in Bezug auf eine obere Fläche 32 der Struktur 22 einen Vorsprung.
  • Die zwei Heizelemente 28 sind etwa gemäß X ausgerichtet und durch einen Übergangsbereich 34 der Struktur 22 getrennt. Wie später beschrieben werden wird, ist der Übergangsbereich 34 verformbar, insbesondere streckbar, mindestens nach dem Erwärmen.
  • Die obere Schicht 16 ist zur Erfüllung der Aufgabe einer Ansichtsschicht der Matte 10 bestimmt. Die obere Schicht 16 ist beispielsweise vom Typ Teppichboden.
  • Die obere Schicht 16 ist aus einem verformbaren Material gebildet, vorzugsweise einem Vliesstoff-Textil. Darüber hinaus umfasst die obere Schicht 16 vorzugsweise ein thermoplastisches Material. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die obere Schicht 16 Fasern auf, die mit einem zweiten thermoplastischen Material 36 imprägniert sind.
  • Das zweite thermoplastische Material 36 unterscheidet sich von dem ersten thermoplastischen Material 26 oder ist dem ersten Material ähnlich. Für den Fall, dass das erste und zweite thermoplastische Material unterschiedlich ist, haben sie vorzugsweise vergleichbare Glasübergangs- und/oder Schmelztemperaturen.
  • Beispielsweise ist/sind das erste 26 und/oder das zweite 36 thermoplastische Material aus einem Polyethylen oder einem Co-Polyesterterephthalat ausgewählt.
  • Das erste 26 und/oder das zweite 36 thermoplastische Material hat/haben vorzugsweise einen niedrigen Schmelzpunkt, insbesondere unter zirka 140 °C.
  • Die untere Schicht 18 ist für eine Schallisolierungsfunktion der Matte 10 bestimmt und ist aus einem verformbaren Material gebildet. Gemäß einer Ausführungsform ist die untere Schicht 18 ein Vliesstoff-Textil vom Typ Filz. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die untere Schicht 18 vom Typ „schwere Masse“, d. h. eine Polymerschicht mit Zuschlägen.
  • Die obere 16 und untere 18 Schicht erstrecken sich in übereinanderliegenden Ebenen (X, Y). Vorzugsweise weisen die obere 16 und untere 18 Schicht vergleichbare Abmessungen gemäß X und Y auf.
  • Wie auf der 1 zu sehen ist, sind die Abmessungen der Schichten 16 und 18 größer als die Abmessungen der oder jeder Heizlage gemäß X und Y. Der Stapel 12 weist demzufolge mehrere Zonen auf, in denen die obere 16 und untere 18 Schicht direkt miteinander im Kontakt sind. Insbesondere weist der Stapel 12 vorzugsweise einen in sich geschlossenen Rand 40 auf, an dem entlang die Schichten 16 und 18 direkt im Kontakt miteinander sind.
  • Vorzugsweise sind die Abmessungen der Schichten 16 und 18 gemäß X und Y derart konfiguriert, dass man eine Matte 10 erhält, die imstande ist, den Boden eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs zu bedecken. Vorzugsweise sind die Abmessungen der oder jeder Heizlage 14, 20 und die Position der Heizelemente 28 derart konfiguriert, dass sich die Heizelemente im Bereich der Füße des Fahrers und/oder von einem oder mehreren Insassen im Fahrgastraum des Fahrzeugs befinden.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform entsprechen die Richtungen Y und X jeweils einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs und einer transversalen Richtung des Fahrzeugs. Die erste Heizlage 14 ist im Bereich der Stelle der Füße des Fahrers und des Beifahrers platziert. Die zweite Heizlage 20 ist im Bereich der Stelle der Füße der Insassen im Fond platziert.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine der Flächen der oberen 16 und unteren 18 Schicht, die im Kontakt miteinander sind, mit einem Haftmittel bedeckt, das imstande ist, durch Erwärmen aktiviert zu werden. Es handelt sich beispielsweise um ein Haftmittel auf der Basis eines Polymers, dessen Erweichungstemperatur höher als die Verwendungstemperatur der Heizlage ist, beispielsweise ein Polyamid.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine der Flächen der oder jeder Heizlage 14, 20 ebenfalls mit einem Haftmittel bedeckt, das imstande ist, durch Erwärmen aktiviert zu werden.
  • Bei einem zweiten Schritt des Herstellungsverfahrens, der eventuell gleichzeitig mit dem zuvor beschriebenen ersten Schritt erfolgt, ist eine Haltevorrichtung 50 mit dem Stapel 12 zusammengebaut. Die Haltevorrichtung 50 hat die Aufgabe, die Heizlagen 14, 20 miteinander und die obere 16 und untere 18 Schicht derart zusammenzubauen, dass sie beim Ablauf des Verfahrens in ihren jeweiligen Positionen verbleiben.
  • Die Haltevorrichtung 50 umfasst mindestens eine Befestigungsstange 52 oder Pfahl, die/der gemäß Z angeordnet isst. Der Pfahl 52 durchquert nacheinander die untere Schicht 18, die Heizlage 14, 20 und die obere Schicht 16. Vorzugsweise durchquert die Befestigungsstange 52 die Struktur 22 der Heizlage 14, 20 von den Heizelementen 28 beabstandet.
  • Die Haltevorrichtung 50 umfasst vorzugsweise mindestens zwei Pfähle 52, die an jedem Ende gemäß X derselben Heizlage 14, 20 angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform wird jede Heizlage 14, 20 von mindestens zwei Pfählen gehalten.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Haltevorrichtung 50 einen Rahmen 54, der eine Vielzahl von Pfählen 52 trägt. Einige der Pfähle bauen die obere 16 und untere 18 Schicht in den Bereichen zusammen, wo die Schichten in direktem Kontakt miteinander sind.
  • Bei einem eventuellen dritten Schritt des Herstellungsverfahrens, wie auf der 2 dargestellt, ist ein Schlitz 56 in der oberen Schicht 16 gegenüber jedem elektrischen Verbindungsorgan 30 eines Heizelements ausgeschnitten.
  • Danach wird der mit der Haltevorrichtung 50 zusammengebaute Stapel 12 erwärmt und thermisch geformt, um der Matte 10 eine dreidimensionale Form zu verleihen. Die Erwärmungstemperatur ist höher als eine Erweichungstemperatur des ersten 26 und zweiten 36 thermoplastischen Materials und liegt beispielsweise zwischen 140 °C und 180 °C. Dieser Temperaturbereich ist ausreichend klein, um die Heizelemente 28 nicht zu beschädigen.
  • Das Erwärmen bewirkt die Erweichung des ersten 26 und/oder des zweiten 36 thermoplastischen Materials. Wenn die Struktur 22 der Heizlage 14, 20 mit erstem Material 26 imprägnierte Fasern 24 umfasst, werden diese Fasern dann in Bezug aufeinander beweglich. Gleiches gilt für die obere Schicht 16, sofern diese mit zweitem Material 36 imprägnierte Fasern umfasst.
  • Es ist dann möglich, die obere Schicht 16 und die Struktur 22 der Heizlage 14, 20 gemäß Z zu strecken, ohne sie zu zerreißen. Insbesondere der Übergangsbereich 34 der Struktur 22 kann gemäß Z gestreckt werden.
  • Insbesondere beim Schritt des thermischen Formens wird ein Relief 60 gemäß Y gebildet, etwa entlang einer Mittelebene des Stapels 12. Das Relief verläuft insbesondere durch den Übergangsbereich 34, von den Heizelementen 28 der Heizlage 14, 20 beabstandet.
  • Das Material der unteren Schicht 18 ist ebenfalls derart ausgewählt, um das Relief 60 zu formen, ohne das Material zu zerreißen.
  • Das thermische Formen wird beispielsweise durch Komprimieren des Stapels 12 bei Wärme zwischen einer (nicht dargestellten) Form und einer Gegenform durchgeführt. Diese Warmkompression bewirkt ebenfalls, dass sich die Schichten 16, 14, 20, 18 des Stapels 12 fest miteinander verbinden, insbesondere dank der Wirkung der oben beschriebenen eventuellen Haftmittel.
  • Durch die Anwesenheit der Haltevorrichtung 50 verändert sich die Position der Lage 14, 20 in Bezug auf die Schichten 16 und 18 während des thermischen Formens nicht, wodurch eine Positionierung der Heizelemente 28 an den gewünschten Stellen in der Matte 10 garantiert wird.
  • Nach dem Abkühlen liegt die Matte 10 in Form eines Monoblock-Teils vor. Das oder die Verbindungsorgane 30 sind vorzugsweise mit der Oberfläche des Teils im Bereich des oder der entsprechenden Schlitze 56 bündig, wodurch eine spätere elektrische Verbindung jedes entsprechenden Heizelements 28 erlaubt wird.
  • Die Matte 10 wird dann von der Haltevorrichtung 50 gelöst.
  • Bei einem eventuellen zusätzlichen Schritt des Herstellungsverfahrens wird die Matte 10 ein- oder mehrmals ausgeschnitten, um ihr ihre endgültige Form zu geben. Die Ausschnitte erfolgen vorzugsweise von den Heizelementen 28 beabstandet, beispielsweise im Bereich des Randes 40 und/oder des Reliefs 60. Die Ausschnitte erfolgen beispielsweise mit einem Wasserdruckstrahl.
  • Das oben beschriebene Verfahren erlaubt die problemlose Herstellung einer thermisch geformten Heizmatte 10, wobei die Heizelemente 28 an den gewünschten Stellen inkorporiert sind. Vor allem sind die Heizelemente durch die verschiedenen Schichten der Matte geschützt, wodurch sich die Lebensdauer derselben verlängert.
  • Insbesondere erlaubt das oben beschriebene Verfahren, eine Heizmatte zu erhalten, die ein zentrales Relief 60 in einer beachtlichen Größe aufweist, ohne dass die Materialien der Matte zerreißen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • FR 2864486 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Heizmatte (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer ersten Heizlage (14, 20), die sich etwa gemäß einer ersten Achse (X) erstreckt, wobei die erste Heizlage umfasst: eine erste verformbare Struktur (22); und zwei Heizelemente (28), die in die erste Struktur eingesetzt sind, wobei die zwei Heizelemente axial ausgerichtet und durch eine Verformungszone (34) der ersten Struktur getrennt sind; - Stapeln der ersten Heizlage zwischen einer oberen Schicht (16) und einer unteren Schicht (18), gemäß einer Stapelrichtung (Z) etwa senkrecht zur ersten Achse; wobei mindestens eine von der ersten Heizlage und der oberen und unteren Schicht ein thermisch formbares Material (26, 36) umfasst; - Verbinden des Stapels (12) durch mindestens eine erste Befestigungsstange (52), die die erste Heizlage und die obere und untere Schicht durchquert; und - thermisches Formen des derart verbundenen Stapels, so dass die erste Heizlage und die obere und untere Schicht zu einem Monoblock-Teil (10) verbunden werden; und Strecken (60) der Verformungszone der ersten Heizlage gemäß der Stapelrichtung.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei, beim Schritt des Stapeins eine zweite Heizlage (14, 20) zwischen der oberen (16) und unteren (18) Schicht angeordnet, wobei sich die zweite Heizlage etwa gemäß einer zweiten Achse (X), die parallel zur ersten Achse ist, erstreckt, wobei die erste und zweite Heizlage gemäß einer dritten Achse (Y), die senkrecht zur ersten und zweite Achse und zu der Stapelrichtung ist, beabstandet sind; wobei die zweite Heizlage umfasst: eine zweite verformbare Struktur (22); und zwei in die zweite Struktur eingesetzte Heizelemente (28), wobei die zwei Heizelemente axial ausgerichtet und durch eine Verformungszone (34) von der zweiten Struktur getrennt sind.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Verbindens des Stapels ein Einsetzen mindestens einer zweiten Befestigungsstange (52) umfasst, die die zweite Heizlage und die obere und untere Schicht durchquert.
  4. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Struktur (22) Fasern (24) aufweist, die mit einem thermisch formbaren (26), vorzugsweise thermoplastischen Material imprägniert sind.
  5. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die obere Schicht (16) oder die untere Schicht (18) Fasern aufweist, die mit einem thermisch formbaren (36), vorzugsweise thermoplastischen Material imprägniert sind.
  6. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Stapelns das Aufbringen einer Haftmittelschicht zwischen der ersten Heizlage (14, 20) und der oberen Schicht (16) und/oder zwischen der ersten Heizlage und der unteren Schicht (18) umfasst, wobei der Schritt des thermischen Formens das Haftmittel aktiviert.
  7. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Verbindens die Perforation des Stapels durch eine Vielzahl von Befestigungsstangen (52) umfasst, die durch einen Rahmen (54) fest miteinander verbunden sind, wobei die Befestigungsstangen während des Schritts des thermischen Formens am Platz gehalten werden.
  8. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ferner, vor dem Schritt des thermischen Formens, einen Schritt des Schneidens (56) der oberen Schicht und/oder der unteren Schicht in der Nähe von mindestens einem der zwei Heizelemente (28) der ersten Heizlage.
  9. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend ferner, nach dem Schritt des thermischen Formens, einen Schritt des Schneidens des Monoblock-Teils (40, 60), beabstandet von den Heizelementen (28).
  10. Heizmatte (10) für ein Kraftfahrzeug, hervorgegangen aus einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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