DE112014002044T5

DE112014002044T5 - Leitfähige Heizeinrichtung mit Fühlereigenschaften

Info

Publication number: DE112014002044T5
Application number: DE112014002044.3T
Authority: DE
Inventors: Jack Barfuss; Syed Rafat Iqbal; Grzegoz Kawa; Bruno Orlando; Vincent Libbrecht
Original assignee: Gentherm Canada Ltd
Current assignee: Gentherm Canada Ltd
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2016-01-14
Also published as: US10075999B2; CN107484265A; KR102081430B1; WO2014184743A1; US20140339211A1; US9266454B2; US20160150593A1; WO2014184743A4; CN107484265B; KR20180021925A; KR20200021101A; CN105144838A; CN105144838B; JP6207041B2; KR102131188B1; KR20150138252A; JP2016527657A; KR101832977B1

Abstract

Kombination von Heizeinrichtung 10 und Sensor 20, welche Folgendes aufweist: (a) eine Heizschicht, eine Fühlerschicht oder beides; (b) einen oder mehrere Leistungszufuhrteile 12, einen oder mehrere Fühlerversorgungsteile 12 oder beides; wobei die Heizschicht und die Fühlerschicht sich innerhalb der gleichen Ebene befinden; und wobei die Heizschicht eine Vliesschicht ist, die aus einer Mehrzahl von metallisierten Fasern besteht, die zufällig orientiert sind und die Heizschicht bilden, so dass bei Zufuhr von Leistung die Heizschicht Wärme liefert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Lehre der vorliegenden Erfindung betrifft allgemein eine Einrichtung, die sowohl Heiz- als auch Fühlereigenschaften aufweist, so dass ein Fahrgast insgesamt oder ein Teil von ihm erfasst und erwärmt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Lehre der vorliegenden Erfindung zielt darauf ab, eine verbesserte Heizeinrichtung und mehr bevorzugt eine verbesserte Heizeinrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug vorzusehen. Allgemein weisen Heizeinrichtungen einen Draht auf, der in einem Muster ausgebildet ist. Der Draht erzeugt Wärme, wenn Elektrizität an den Draht angelegt wird. Der Draht kann auch in ein kohlenstoffhaltiges Material eingebracht werden, so dass, wenn sich der Draht aufheizt, die Wärme in das kohlenstoffhaltige Material diffundiert, wodurch ein größerer Bereich aufgeheizt wird. Jedoch kann nicht immer eine gleichförmige Erwärmung in diesen Einrichtungen erzielt werden, und heiße Stellen können um die Heizdrähte herum auftreten. Weiterhin kann, falls ein Heizdraht bricht, die Heizeinrichtung aufhören zu heizen. Heizeinrichtungen können auch Elektroden aufweisen, die durch ein Material mit positivem Temperaturkoeffizienten verbunden sind, so dass Elektrizität von einer Elektrode durch das Material mit positivem Temperaturkoeffizienten zur anderen Elektrode geleitet wird, und Wärme erzeugt wird. Andere Heizeinrichtungen haben eine gewebte Konfiguration, wobei eine Mehrzahl von längsförmigen Materialien miteinander verflochten ist und eine Heizeinrichtung bilden. Diese Heizeinrichtungen können in heißen Stellen entlang eines oder mehrerer der Materialien resultieren, da diese Materialien eine Stromdrift entlang eines Drahts erlauben können.
Zusätzlich zu Heizeinrichtungen können Sensoren innerhalb einer Fahrzeugkomponente installiert sein. Diese Sensoren können Fahrgastsensoren sein, die die Anwesenheit eines Fahrgasts auf einem Fahrzeugsitz, das Gewicht des Fahrgasts und/oder die Größe des Fahrgasts bestimmen, so dass zum Beispiel ein Airbag auf Grundlage der erfassten Eigenschaften ein- oder ausgeschaltet werden kann. Typischerweise sind, wenn eine Heizeinrichtung und ein Fahrgastsensor verwendet werden, zwei diskrete Komponenten innerhalb einer Komponente installiert, so dass die eine die Wärme erzeugt und die andere die Daten erfasst. Zwei diskrete Einrichtungen erhöhen die Komplexität des Systems, vergrößern die Installationskosten, erhöhen die Zahl der Komponenten, die ausfallen können, erhöhen die Packungsdichte, können eine elektrische Störung zwischen den beiden Einrichtungen oder einer Kombination davon bewirken. Daher ist ein Kombinationsheizgerät wünschenswert, das auch Fühlereigenschaften beinhaltet, so dass die Heizeinrichtung sowohl erwärmt als auch die Anwesenheit eines Fahrgasts, die Position eines Fahrgasts oder beides erfasst.
Beispiele für Heizeinrichtungen können in den US-Patenten Nr. 5,824,996 , 5,935,474 , 6,057,530 , 6,150,642 , 6,172,344 , 6,294,758 , 7,053,344 , 7,285,748 und 7,838,804 gefunden werden, welche sämtliche hier als Bezug für alle Zwecke aufgenommen sind. Beispiele für Kombinationen von Sensoren und Heizeinrichtungen können in den US-Patenten Nr. 5,006,421 und 7,500,536 und den US-Patentanmeldungen Nr. 2009/0255916, 2011/0290775 und 2013/0020305 gefunden werden.
Es wäre attraktiv, eine Kombination von Heizeinrichtung und Sensor zur Verfügung zu haben, die keine diskreten Komponenten enthält. Es wäre attraktiv, eine Heizeinrichtung zur Verfügung zu haben, die ohne die Hinzufügung von zusätzlichen Fühlerelementen als Sensor wirkt. Was benötigt wird, ist eine flexible Heizeinrichtung, die eine gute Heizleistung liefert und auch als Sensor verwendet werden kann, so dass die Heizeinrichtung/der Sensor in engen Räumen, in Räumen, welche einen hohen Grad von Flexibilität erfordern, oder beiden installiert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Lehre der vorliegenden Erfindung erfüllt ein oder mehrere (wenn nicht alle) der vorliegenden Bedürfnisse, indem eine verbesserte Einrichtung vorgesehen ist, die Folgendes aufweist: eine Kombination von Heizeinrichtung und Sensor, welche Folgendes aufweist: a) eine Heizschicht, eine Fühlerschicht oder beides, b) einen oder mehrere Leistungszufuhrteile, einen oder mehrere Fühlerversorgungsteile oder beides, wobei die Heizschicht und die Fühlerschicht sich innerhalb der gleichen Ebene befinden, und wobei die Heizschicht eine Vliesschicht ist, die aus einer Mehrzahl von metallisierten Fasern besteht, die zufällig orientiert sind und die Heizschicht bilden, so dass bei Zufuhr von Leistung die Heizschicht Wärme liefert.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung sieht Folgendes vor: einen Sensor, welcher Folgendes aufweist: (a) eine Vlies-Fühlerschicht mit: (i) einer Mehrzahl von einzelnen Fasern, die zufällig orientiert sind, und (ii) einer Mehrzahl von Leerräumen und/oder Poren, die sich zwischen der Mehrzahl der einzelnen Fasern befinden, die zufällig orientiert sind, (b) einen oder mehrere Leistungszufuhrteile, die die Fühlerschicht mit einer Signalquelle verbinden, so dass der Sensor eine Anwesenheit eines Fahrgasts, eines Kontakts mit dem Sensor oder beides erfasst.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung sieht Folgendes vor: ein Verfahren, welches Folgendes umfasst: (a) Installieren der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor in einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, (b) Zuführen von Leistung zur Kombination von Heizeinrichtung und Sensor, so dass die Heizschicht der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor Wärme erzeugt, (c) Liefern eines Signals an die Kombination von Heizeinrichtung und Sensor, so dass die Fühlerschicht der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor ein Signal zum Bestimmen der Anwesenheit eines Fahrgasts, des Kontakts zwischen dem Fahrgast und der Komponente des Kraftfahrzeugs oder beides erzeugt, und (d) Überwachen des Signals für einen Fahrgast, das Fehlen eines Fahrgasts und/oder das Fehlen eines Kontakts zwischen der Komponente und dem Fahrgast.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung löst überraschenderweise eines oder mehrere dieser Probleme, indem eine Kombination von Heizeinrichtung und Sensor vorgesehen ist, die keine diskreten Komponenten enthält. Die Lehre der vorliegenden Erfindung sieht eine Heizeinrichtung vor, die ohne Hinzufügung von zusätzlichen Fühlerelementen als Sensor wirkt. Die Lehre der vorliegenden Erfindung sieht eine flexible Heizeinrichtung vor, die eine gute Heizleistung liefert und auch als Sensor verwendet werden kann, so dass die Heizeinrichtung/der Sensor in engen Räumen, in Räumen, die einen hohen Grad von Flexibilität erfordern, oder beiden installiert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein Infrarotbild einer Heizeinrichtung gemäß der Lehre dieser Erfindung dar,
2 stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor gemäß der Lehre dieser Erfindung dar,
3A stellt eine Nahansicht eines Leistungszufuhrteils von 2 dar,
3B stellt eine Nahansicht eines alternativen Leistungszufuhrteils gemäß der Lehre dieser Erfindung dar,
4 stellt eine Querschnittsansicht eines Lenkrads dar,
5A stellt ein Beispiel einer Heizeinrichtung/eines Sensors mit einem zentralen Leistungszufuhrteil und einem Leistungszufuhrteil auf jeder Seite dar,
5B stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor mit mehreren Teilen und jeweils diskreten Leistungszufuhrteilen dar,
5C stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor mit mehreren Teilen und elektrisch angeschlossenen Leistungszufuhrteilen dar,
6A stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor mit längsförmigen Leistungszufuhrteilen dar,
6B stellt die Heizeinrichtung/den Sensor von 6A dar, an einem Lenkrad angeordnet,
7 stellt die Heizeinrichtung/den Sensor mit mehreren diskreten Leistungszufuhrteilen dar, die sich entlang der Länge der Heizeinrichtung/des Sensors zum Zuführen von Leistung erstrecken,
8A stellt zwei diskrete Heizeinrichtungen/Sensoren mit jeweils längsförmigen Leistungszufuhrteilen dar,
8B stellt die beiden diskreten Heizeinrichtungen/Sensoren von 8A dar, an einem Lenkrad angeordnet,
9A stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor mit mehreren diskreten Leistungszufuhrteilen dar, die sich entlang der Länge der Heizeinrichtung/des Sensors zum Zuführen von Leistung erstrecken,
9B stellt ein Beispiel einer elektrischen Konfiguration für die Heizeinrichtung/den Sensor dar,
9C stellt ein weiteres Beispiel einer elektrischen Konfiguration dar,
9D stellt ein Beispiel einer Heizeinrichtung/eines Sensors dar, wobei die Enden der Heizeinrichtung/des Sensors sich nahe zueinander ohne Lücke zwischen den Enden befinden,
10 stellt ein Beispiel einer Heizeinrichtung/eines Sensors mit einem diskreten Leistungszufuhrteil zum Anlegen von Leistung und einem diskreten Leistungszufuhrteil zum Anlegen eines Signals dar,
11 stellt eine Fühlerschaltung gemäß der Lehre dieser Erfindung dar,
12 stellt ein Beispiel einer Kombination von Heizschaltung und Fühlerschaltung dar, und
13 stellt ein Beispiel für an eine Heizeinrichtung angelegte Signale und Leistung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hierin gegebenen Erläuterungen und Darstellungen sollen andere Fachleute auf diesem Gebiet mit der Erfindung, ihren Prinzipien und ihrer praktischen Anwendung vertraut machen. Fachleute auf diesem Gebiet können die Lehre der vorliegenden Erfindung in ihren zahlreichen Formen anpassen und anwenden, so wie sie die Anforderungen einer bestimmten Anwendung am besten erfüllen. Entsprechend sollen die vorgestellten spezifischen Ausführungsformen der Lehre der vorliegenden Erfindung nicht als die Lehre erschöpfend oder einschränkend angesehen werden. Der Schutzbereich der Lehre der vorliegenden Erfindung sollte daher nicht mit Bezug auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen mit Bezug auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollständigen Schutzbereich von Äquivalenten, zu welchen derartige Ansprüche berechtigen. Die Offenbarungen aller Artikel und Referenzen, einschließlich Patentanmeldungen und -veröffentlichungen, sind als Referenz für alle Zwecke eingeschlossen. Weitere Kombinationen sind ebenfalls möglich, wie sie sich aus den folgenden Ansprüchen ergeben, welche hierdurch ebenfalls als Referenz in dieser Beschreibung eingeschlossen sind.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/823,642, eingereicht am 15. Mai 2013, deren Lehre hierin in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke eingeschlossen ist. Die Einrichtung, wie hierin gelehrt, kann als Heizeinrichtung und/oder in ein anderes Gerät eingebaute Einrichtung verwendet werden, so dass das andere Gerät als Heizeinrichtung verwendet werden kann. Die Einrichtung, wie hierin gelehrt, kann für alle bekannten Heizanwendungen verwendet werden. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung zum Heizen eines Bettes, von Pflanzen, als therapeutische Heizeinrichtung, von Fahrzeugsitzen, Lenkrädern, Spiegeln, Glas, Boden, Türpaneelen, Armauflagen und/oder eines Dachhimmels und dergleichen verwendet werden. Bevorzugt kann die Einrichtung, wie hierin gelehrt, an einen Fahrzeugsitz, ein Lenkrad oder beides angeschlossen oder darin eingebaut werden. Die Heizeinrichtung, wie hierin diskutiert, kann ein diskretes Teil sein, das auf oder an ein Polster eines Fahrzeugsitzes (d. h. Sitz- oder Rückenteil) gelegt wird, und dann wird eine Verkleidungsabdeckung auf der Heizeinrichtung, um ein Lenkrad herum oder an beiden angebracht und dann durch ein Verkleidungsteil abgedeckt. Ein Teil der Heizeinrichtung kann in eine Vertiefung im Polster eingebracht werden, so dass die Heizeinrichtung, das Polster und/oder die Verkleidungsabdeckung an einem Sitzrahmen befestigt werden kann. Die Heizeinrichtung kann formbar, umformbar und/oder schneidbar sein, so dass im Wesentlichen verhindert werden kann, dass die Heizeinrichtung die Vertiefungsbereiche eines Fahrzeugsitzes erwärmt. Zum Beispiel kann ein Teil der Heizeinrichtung ausgeschnitten werden, so dass im Wesentlichen nur die Elektroden, Busse und/oder Leistungsanschlüsse sich in die Vertiefung eines Fahrzeugsitzes erstrecken. Eine Verkleidungsabdeckung kann Befestigungsmerkmale aufweisen, die sich durch die Heizeinrichtung erstrecken, so dass die Heizeinrichtung mit der Verkleidungsabdeckung und der Fahrzeugkomponente verbunden ist.
Eine oder mehrere Heizeinrichtungen können im Fahrzeugsitz und/oder Lenkrad durch eine mechanische Befestigung, einen Kleber, durch Druck einer oder mehrerer benachbarter Schichten, Schweißen, Heißverstemmen, Ultraschallschweißen und/oder Nähen festgelegt sein. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung mit einem Faden aus dem gleichen Material wie dem der Heizeinrichtung an eine Verkleidungsschicht, einen Träger oder beides angenäht werden, so dass die Heizeinrichtung innerhalb der Komponente festgelegt ist. Der Kleber kann ablösbar mit der Heizeinrichtung verbunden, permanent mit der Heizeinrichtung verbunden, ein druckempfindlicher Kleber, Leim, eine Klettverbindung, ein Aufsprühkleber und/oder ein ”Abziehen und Aufkleben”-System sein. Die Heizeinrichtung kann direkt an der Verkleidungsschicht, direkt am Polster (d. h. Sitzteil und/oder Rückenlehne) des Sitzes und/oder direkt am Lenkrad festgelegt sein. Eine mechanische Befestigung kann sich durch die Heizeinrichtung erstrecken, mit dieser verbunden sein und/oder an dieser befestigt sein, so dass die Heizeinrichtung innerhalb des Sitzes und/oder innerhalb des Lenkrads befestigt sein kann. Die mechanische Befestigung kann ein Hog-Ring, eine Metallstange, die sich über einen Teil der Heizeinrichtung erstreckt und die Heizeinrichtung und die Verkleidungsschicht dicht an das Polster zieht, ein Kunststoffetikett, das durch einen Teil der Heizeinrichtung gedrückt ist, und/oder ein Teil der Verkleidungsschicht sein. Die Heizeinrichtung gemäß der Lehre dieser Erfindung kann in Verbindung mit anderen Geräten verwendet werden.
Die eine oder die mehreren Heizeinrichtungen können mit einem oder mehreren Sensoren verwendet werden (z. B. einem Kontaktsensor und/oder einem Fahrgastsensor). Die Heizeinrichtung kann der Sensor sein. Der Sensor kann in die Heizeinrichtung eingenäht sein. Zum Beispiel können ein leitfähiger Faden, ein Draht, ein Leiter und/oder eine gedruckte Elektrode mit der Heizeinrichtung verbunden sein, so dass, wenn ein Signal und/oder eine Leistung angelegt werden, ein Signal gebildet wird. Der Sensor kann jeglicher Typ von Fahrgastsensor sein, der die Anwesenheit eines Fahrgasts, den Kontakt mit der Heizeinrichtung, den Kontakt nahe der Heizeinrichtung und/oder die Größe des Fahrgasts erfasst. Die Heizeinrichtung, das Lenkrad und/oder der Fahrzeugsitz können ohne einen separaten Sensor vorgesehen sein. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung selbst als Sensor verwendet werden, wie hierin diskutiert. Der Fahrgastsensor kann ein kapazitiver Sensor, ein Drucksensor, ein Membransensor, ein Infrarot-, passiver und/oder aktiver Ultraschallsensor und/oder ein Massesensor sein. Der Sensor kann mit einem System verbunden sein, das einen Alarm auslöst, wenn der Benutzer nicht in Kontakt mit dem Lenkrad ist, ein Lenksystem im Kraftfahrzeug einschaltet, wenn der Benutzer das Lenkrad nicht berührt, einen Alarm liefert, wenn ein Fahrgast erfasst wird und der Fahrgast keinen Sitzgurt angelegt hat, und/oder den Airbag abschaltet, wenn ein Fahrgast unterhalb eines vorbestimmten Gewichts sich auf dem Sitz befindet. Die Heizeinrichtung und ein Fahrgastsensor können mit einem aktiven Kühlsystem, einem aktiven Heizsystem und/oder einem Belüftungssystem verwendet werden.
Die Heizeinrichtung kann mit einem aktiven Kühlsystem, einem aktiven Heizsystem und/oder einem Belüftungssystem verwendet werden. Die Heizeinrichtung kann porös sein, so dass Luft direkt durch die Heizeinrichtung strömen kann. Die Heizeinrichtung kann eine oder mehrere poröse Schichten aufweisen, die die Heizeinrichtung bedecken, so dass Luft direkt durch die Heizeinrichtung und die eine oder mehreren Schichten strömt, die die Heizeinrichtung bedecken (z. B. eine Vliesschicht, eine Kleber- und/oder eine Schutzabdeckungsschicht). Die Heizeinrichtung kann eine oder mehrere Sperrschichten aufweisen, die die Heizeinrichtung vollständig und/oder teilweise bedecken, so dass die Sperrschichten beim Richten des Fluidstroms in Bereiche der Heizeinrichtung unterstützen, die kontaktiert werden können. Die Sperrschicht, falls vorhanden, kann in irgendeiner Konfiguration gebildet sein, so dass Luft zu bestimmten gewünschten Stellen geleitet werden kann. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung durch einen zentralen ”U”-förmigen Teil der Heizeinrichtung im Wesentlichen porös sein, und die Bereiche um die ”U”-Form herum können ein nicht-poröses oder Sperrmaterial aufweisen, das den Durchtritt von Fluid verhindert, so dass das bewegte Fluid zu den Kontaktbereichen geleitet wird. Die Heizeinrichtung kann ein oder mehrere Durchgangslöcher aufweisen, so dass Luft durch die Heizeinrichtung bewegt werden kann. Die Heizeinrichtung kann eine Fluidverbindung mit einem Ventilator und/oder Gebläse aufweisen oder benachbart zu einem Gebläse und/oder Ventilator angeordnet sein, so dass das Gebläse und/oder der Ventilator ein Fluid durch und/oder um die Heizeinrichtung herum bewegen können. Die Heizeinrichtung, der Ventilator und/oder das Gebläse können ein Peltier-Gerät, ein thermoelektrisches Gerät oder beides aufweisen, so dass warme und/oder kühle Luft (d. h. klimatisierte Luft) zu einem Fahrgast hin bewegt werden kann. Die Heizeinrichtung kann indirekt mit einem Ventilator, Gebläse oder beiden verbunden sein, die ein Peltier-Gerät, ein thermoelektrisches Gerät oder beides aufweisen.
Die Heizeinrichtung kann mit einem Einsatz (d. h. einem Beutel) verbunden sein, der beim Verteilen der klimatisierten Luft zu einem Fahrgast unterstützt. Die Heizeinrichtung kann ein oder mehrere Löcher aufweisen, die den Löchern in dem Einsatz entsprechen. Die Heizeinrichtung kann ohne Löcher ausgebildet sein, und die Luft aus dem Beutel kann direkt durch die Heizeinrichtung in Richtung zu einem Fahrgast strömen. Die Heizschicht kann direkt mit dem Einsatz verbunden sein. Die gesamte Heizschicht oder ein Teil davon kann mit dem Einsatz verbunden sein. Der Einsatz kann aus einer oder mehreren Polymerschichten bestehen, die eine im Wesentlichen für Luft undurchdringliche Schicht und/oder eine für Luft undurchdringliche Schicht bilden, so dass in den Einsatz geleitete Luft zu einem vorbestimmten Bereich geleitet wird. Der Einsatz kann ein oder mehrere Abstandselemente aufweisen. Die Heizeinrichtung, wie hierin gelehrt, kann als Abstandselement und/oder als Teil einer Abstandsschicht wirken, die einen offenen Raum in dem Einsatz bildet. Weitere Aspekte des Einsatzes und seiner diversen Schichten und Materialien ergeben sich aus der Lehre der vorliegenden Erfindung und aus Spalte 1, Zeile 45 bis Spalte 3, Zeile 67, Spalte 4, Zeile 54 bis Spalte 6, Zeile 32 und 2–3 von Patent Nr. 7,083,227, und Spalte 3, Zeile 34 bis Spalte 10, Zeile 2, Spalte 11, Zeile 4 bis Spalte 13, Zeile 18, und 1, 4, 15A und 15B des US-Patents Nr. 7,735,932 , hierin als Bezug aufgenommen, welche diverse alternative Ausführungsformen von Einsätzen, Einsatzmaterialien und Einsatzbauformen zeigen, die bei der hierin offenbarten Heizeinrichtung verwendet werden können.
Die eine oder die mehreren Heizeinrichtungen können als Lage gebildet sein. Die Heizeinrichtung kann eine oder mehrere Lagen aufweisen. Die Heizeinrichtung kann eine Mehrzahl von Lagen aufweisen, die physikalisch diskret und elektrisch miteinander verbunden sind. Bevorzugt kann die Heizeinrichtung, wie hierin gelehrt, eine Vlieslage sein. Zum Beispiel kann die Heizschicht, wie hierin gelehrt, aus einer Mehrzahl von einzelnen Fasern bestehen, die optional auf eine vorbestimmte Länge geschnitten sein können und zufällig orientiert sind, um die Heizeinrichtung zu bilden. Die Heizeinrichtung kann praktisch jede Form annehmen. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung um ein kreisförmiges Objekt herum gewickelt sein, so dass das kreisförmige Objekt (z. B. ein Lenkrad) erwärmt wird. Die Heizeinrichtung kann eine Mehrzahl von Fasern aufweisen, die eine Heizschicht bilden. Die Heizschicht kann aus etwa 50 Gewichtsprozent oder mehr, etwa 60 Gewichtsprozent oder mehr, bevorzugt etwa 70 Gewichtsprozent oder mehr, oder mehr bevorzugt etwa 80 Gewichtsprozent oder mehr Fasern bestehen. Die Heizschicht kann aus etwa 82 Gewichtsprozent oder mehr, 85 Gewichtsprozent oder mehr, etwa 90 Gewichtsprozent oder mehr, etwa 92 Gewichtsprozent oder mehr, oder auch etwa 95 Gewichtsprozent oder mehr Fasern bestehen. Die Heizschicht kann aus etwa 99 Gewichtsprozent oder weniger, etwa 98 Gewichtsprozent oder weniger, oder etwa 97 Gewichtsprozent oder weniger Fasern bestehen. Die Heizschicht kann aus etwa 50 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent Fasern, bevorzugt von etwa 70 Gewichtsprozent bis etwa 99 Gewichtsprozent Fasern, und mehr bevorzugt von etwa 80 Gewichtsprozent bis etwa 99 Gewichtsprozent Fasern (d. h. von etwa 80 Gewichtsprozent bis etwa 90 Gewichtsprozent) bestehen.
Bevorzugt ist die Mehrzahl der Fasern zufällig in der Heizschicht verteilt. Mehr bevorzugt hat die Mehrzahl der Fasern eine kurze durchschnittliche Faserlänge, so dass, wenn kombiniert, die Heizschicht eine Vliesstruktur aufweist, und die Fasern unter Verwendung eines mechanischen Geräts nicht miteinander verflochten werden können. Noch mehr bevorzugt erzeugt die durchschnittliche Länge und -orientierung der Fasern einen im Wesentlichen konstanten Wärmegradienten und/oder eine im Wesentlichen konstante Wärmedichte an der Heizeinrichtung, wenn Leistung angelegt wird. Die Fasern können ausreichend zufällig orientiert sein, so dass die Orientierung der Fasern die Bewegung und Verteilung der Leistung durch die Heizeinrichtung bewirkt, was in einer im Wesentlichen gleichförmigen Erwärmung und/oder einer gleichförmigen Wärmedichte resultiert, und die Leistung bewegt sich nicht entlang einer bestimmten Linie. In einem Beispiel weist die hierin offenbarte Heizschicht im Wesentlichen keine Faserorientierung auf, so dass die Heizschicht weder eine Maschinenlaufrichtung noch eine Querrichtung aufweist. Die Heizschicht kann ohne einzelne Heizdrähte und/oder Heizfäden ausgebildet sein, und die Erwärmung kann durch die zufällig orientierten Fasern stattfinden. Zufällig orientiert, wie hierin diskutiert, bedeutet, dass etwa 60 der Fasern oder weniger, etwa 50 oder weniger, bevorzugt etwa 40 Prozent oder weniger, mehr bevorzugt etwa 30 Prozent oder weniger, oder noch mehr bevorzugt etwa 20 Prozent oder weniger der Fasern in der gleichen Richtung orientiert sind. Die durchschnittliche Faserlänge kann die Orientierung der Fasern beeinflussen.
Die durchschnittliche Faserlänge kann irgendeine Länge sein, so dass eine Vlieslage gebildet wird, und die Lage eine ausreichende Festigkeit zum Biegen, Falten, Schneiden, Übertragen von Leistung, Drücken in eine Vertiefung und/oder Strecken hat. Die durchschnittliche Faserlänge kann irgendeine Länge sein, so dass die Fasern ausreichend Kontakt miteinander haben, so dass, wenn Leistung angelegt wird, die Leistung sich von Faser zu Faser bewegt, und die Heizeinrichtung einen im Wesentlichen gleichmäßigen Temperaturgradienten aufweist (d. h. die in der Heizeinrichtung zufällig gemessene Temperatur liegt innerhalb von etwa ±5°C oder weniger, etwa ±3°C oder weniger oder etwa ±2°C oder weniger). Die durchschnittliche Faserlänge kann etwa 130 mm oder weniger, etwa 110 mm oder weniger, etwa 100 mm oder weniger, etwa 80 mm oder weniger, etwa 60 mm oder weniger, etwa 50 mm oder weniger sein. Bevorzugt ist die durchschnittliche Faserlänge relativ kurz. Somit kann die durchschnittliche Faserlänge etwa 40 mm oder weniger, etwa 30 mm oder weniger, bevorzugt etwa 28 mm oder weniger, mehr bevorzugt etwa 25 mm oder weniger, oder noch mehr bevorzugt etwa 22 mm oder weniger sein. Die durchschnittliche Faserlänge kann von etwa 50 mm bis etwa 1 mm, bevorzugt von etwa 40 mm bis etwa 3 mm, mehr bevorzugt von etwa 25 mm bis etwa 5 mm variieren. Die durchschnittliche Faserlänge, wie hierin diskutiert, kann eine Standardabweichung von ±5 mm oder weniger, ±4 mm oder weniger, bevorzugt ±3 mm oder weniger, mehr bevorzugt etwa ±2 mm oder weniger, oder noch mehr bevorzugt etwa ±1 mm oder weniger, oder am meisten bevorzugt etwa ±0,5 mm oder weniger aufweisen. Die maximale Faserlänge (d. h. die längste Faser in der Heizeinrichtung) kann etwa 200 mm oder weniger, bevorzugt etwa 175 mm oder weniger, mehr bevorzugt etwa 150 mm oder weniger, noch mehr bevorzugt etwa 100 mm oder weniger, oder am meisten bevorzugt etwa 50 mm oder weniger sein.
Die Heizschicht kann aus einem Vliesmaterial bestehen, das Elektrizität leitet und Wärme erzeugt. Die Heizschicht kann aus einem Vliesmaterial bestehen, das geschnitten, gebogen, gefaltet und/oder durchbohrt werden kann und das Wärme erzeugt, wenn Leistung angelegt wird. Die Heizschicht kann aus einem Material bestehen, das unter Verwendung eines Spunlace-Prozesses (z. B. Wasserstrahlverwirbelung) und/oder eines Needlepunch-Prozesses hergestellt werden kann. Die Heizschicht kann Kohlenstoff, metallbeschichteten Kohlenstoff, ein Polymer, ein metallbeschichtetes Polymer und/oder ein Bindemittel aufweisen. Bevorzugt weist die Heizschicht eine Mehrzahl von Fasern aus Kohlenstoff oder einem Polymer auf, wobei die Fasern mit einer oder mehreren Schichten eines metallischen Materials beschichtet sind. Eine oder mehrere Beschichtungen können auf die Fasern aufgebracht werden, bevor eine Schicht gebildet wird, eine oder mehrere Beschichtungen können auf die Fasern aufgebracht werden, wenn die Fasern eine Schicht (z. B. eine Fasermatte oder Faserlage) bilden, und/oder eine erste Beschichtung kann auf die Fasern aufgebracht werden, und dann kann eine zweite Beschichtung auf die Fasern aufgebracht werden, wenn sie Teil der Schicht sind, oder eine Kombination von all diesem. In einem Beispiel kann eine Nylonmatte gebildet werden, und dann kann die Nylonmatte mit Kupfer und dann Nickel beschichtet werden, so dass das Nickel verhindert, dass das Kupfer korrodiert und/oder oxidiert. Polymere, aus denen die Fasern bestehen können, sind Nylon, ein Polyester, Polyurethan, Polyamid, ein Aramid, ein Para-Aramid, ein Meta-Aramid, Vinylalkohol, thermoplastisches Urethan, Urethan, Polyimid, Kohlenstoff, Kohlenstofffaser oder eine Kombination von all diesen. Die Fasern können mit jeglichem Material beschichtet werden, das Elektrizität leiten kann.
Metalle, die zum Beschichten der Kohlenstoff-Fasern und/oder der Polymer-Fasern verwendet werden können, sind Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Aluminium, Wolfram, Zink, Lithium, Platin, Zinn, Titan und/oder Platina 4. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Mehrzahl der Fasern nur aus Kohlenstoff. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bestehen die Fasern aus Nylon oder Kohlenstoff und sind mit Nickel oder Silber beschichtet. Falls eine beschichtete Faser verwendet wird, kann die Beschichtung als Prozentsatz vom Gesamtgewicht der Heizschicht verwendet werden. Der Prozentsatz vom Gesamtgewicht der Beschichtung kann irgendein Gewicht sein, so dass, wenn der Heizschicht Leistung zugeführt wird, die Heizschicht Wärme erzeugt. Bevorzugt kann der Prozentsatz der Beschichtung vom Gesamtgewicht der Heizschicht ein ausreichender Betrag sein, so dass die Heizschicht bei Zufuhr von Leistung sich auf eine Temperatur von etwa 80°C bis etwa 110°C erwärmt. Der Prozentsatz der Beschichtung vom Gesamtgewicht der Heizschicht kann ein ausreichender Betrag sein, so dass der Widerstand der Heizschicht von etwa 1 Ω bis etwa 5 Ω und bevorzugt von etwa 1,5 Ω bis etwa 2,5 Ω beträgt. Die Beschichtung kann etwa 5 Prozent oder mehr, etwa 10 Prozent oder mehr, oder bevorzugt etwa 15 Prozent oder mehr vom Gesamtgewicht der Heizschicht ausmachen. Die Beschichtung kann etwa 50 Prozent oder weniger, etwa 40 Prozent oder weniger, oder etwa 30 Prozent oder weniger vom Gesamtgewicht der Heizschicht (d. h. von etwa 20 Prozent bis etwa 25 Prozent vom Gesamtgewicht) ausmachen. Ein Beispiel eines metallisierten Nylon-Vlieses wird unter dem Handelsnamen HNV80 von YSShield vertrieben. Einige Beispiele für Kohlenstoff-Vliese sind unter den Handelsnamen C10001 der ersten und der zweiten T-Serie, NC10004 der ersten und der zweiten T-Serie, C100040xxxT-Serie von Marktek Inc. erhältlich. Ein weiteres Beispiel für ein Vlies wird unter dem Handelsnamen Nickel Nanostrands, mit Nickel-CVD beschichtete Kohlenstoff-Faser oder mit Nickel-CVD beschichtete Vlies-Kohlenstoff-Faser von Conductive Composites vertrieben. Die Mehrzahl der hierin diskutierten Fasern kann unter Verwendung eines Bindemittels zusammengehalten sein.
Die Heizschicht ist ein Vliesmaterial. Bevorzugt kann die Heizschicht filzartig sein (d. h. eine homogene ebene Vliesstruktur). Mehr bevorzugt kann die Heizschicht ein Vliesmaterial mit einer zufällig orientierten Mikrostruktur sein. Die Heizeinrichtung kann ohne Löcher ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung kann Löcher aufweisen. Die Löcher können von jeglicher Form sein, so dass Wärme gebildet wird und die benachbarte Oberfläche, benachbarte Person, der benachbarte Gegenstand und/oder das benachbarte Gerät erwärmt wird. Die Löcher können rund, oval, quadratisch, kreuzförmig, lang und dünn, symmetrisch, asymmetrisch, geometrisch und/oder nicht-geometrisch sein. Die Heizeinrichtung kann Seitenausschnitte aufweisen. Bevorzugt kann die Heizeinrichtung ohne Seitenausschnitte ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung kann von serpentinenartiger Form sein. Bevorzugt hat die Heizeinrichtung keine serpentinenartige Form. Die Mikrostruktur der Heizschicht kann eine Mehrzahl von Poren und/oder eine Mehrzahl von Leerräumen aufweisen. Leerräume und Poren, wie hierin diskutiert, sind Teil der Mikrostruktur der Heizschicht, während Durchgangslöcher und Ausschnitte größer sind und Räume sind, wo zum Beispiel Material entfernt worden ist. Die Heizschicht kann eine ausreichende Menge von Leerräumen und/oder Poren aufweisen, so dass Luft von einem Luftfördergerät durch die Heizschicht strömen kann, die Fasern der Heizschicht zufällig orientiert sind, die Leistung zufällig in der Heizschicht verteilt wird, und/oder eine Schutzschicht die Heizschicht durchdringen kann. Die Leerräume und/oder Poren der Heizschicht können einen Bereich von etwa 10 Prozent oder mehr, etwa 15 Prozent oder mehr, etwa 20 Prozent oder mehr, etwa 25 Prozent oder mehr, etwa 30 Prozent oder mehr, oder auch etwa 40 Prozent oder mehr der Gesamtfläche der Heizschicht ausmachen. Die Leerräume und/oder Poren der Heizschicht können einen Bereich von etwa 90 Prozent oder weniger, etwa 80 Prozent oder weniger, etwa 70 Prozent oder weniger, etwa 60 Prozent oder weniger, oder etwa 50 Prozent oder weniger der Gesamtfläche der Heizschicht ausmachen. Die Heizschicht kann eine ausreichende Menge von Fasern und/oder Material in der Heizschicht aufweisen, so dass eine oder mehrere weitere Schichten mit der Heizschicht verbunden werden können, und/oder eine Schutzschicht eine ebene Fläche über der Heizschicht bilden kann.
Die Heizeinrichtung kann Elektroden aufweisen. Die Heizeinrichtung kann ohne zusätzliche elektrisch leitende Schichten (z. B. Busse, Elektroden, Anschlüsse, Bahnen, Streben und/oder Verzweigungen) ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Heizeinrichtung Busse und/oder Elektroden auf, die sich im Wesentlichen entlang einer Länge und/oder Breite der Heizeinrichtung erstrecken und beim Anlegen von Leistung an die Heizeinrichtung (z. B. an die Leistungszufuhrteile) unterstützend wirken. Mehr bevorzugt enthält die Heizschicht keine Anschlüsse, die die Leistungsquelle mit der Heizeinrichtung verbinden (d. h. ein einzelner Punkt der Leistungszufuhr). Die Heizschicht kann ohne Gold, Silber und/oder Kupfer ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung kann Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweisen. Die Heizschicht kann ohne zusätzliche elektrisch leitende Schichten, Schichten mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und/oder Zusatzstoffe ausgebildet sein, die der Heizschicht in einem separaten Schritt zugesetzt werden, die beim Erzeugen von Wärme unterstützen und/oder ein Signal erzeugen. Die Heizschicht kann ohne ein stabilisierendes Material, eine weiche Füllsubstanz und/oder ein imprägniertes Füllmaterial aufgebaut sein. Zum Beispiel ist die Heizschicht ohne ein stabilisierendes Material, eine weiche Füllsubstanz und/oder ein imprägniertes Füllmaterial aufgebaut, die der Heizeinrichtung zugesetzt werden, um beim Leiten von Leistung zwischen den Fasern zu unterstützen. Mehr bevorzugt kann die Heizschicht der einzige Teil der Heizeinrichtung sein, der zum Erzeugen von Wärme benötigt wird. Zum Beispiel kann die Heizschicht kein Substrat sein, die Heizschicht kann ohne ein oder mehrere Materialien, die angeordnet und/oder aufgedruckt sind, um die Heizschicht zu bilden, und/oder ein in das Material gewebtes Material aufgebaut sein. Die Konfiguration der Heizschicht kann verwendet werden, um einen Widerstand und/oder eine Oberflächenenergiedichte der Heizschicht zu variieren.
Eine Heizschicht, wie hierin diskutiert, hat einen Widerstand und eine Oberflächenenergiedichte. Der Widerstand und die Oberflächenenergiedichte der Heizschicht können durch Variieren der Größe und Form der Heizschicht, Variieren des Materialaufbaus der vorderen Deckschicht und/oder der hinteren Deckschicht, Variieren des Betrags der an die Heizschicht angelegten Spannung und/oder Variieren des Betrags der auf die Heizschicht aufgebrachten Stromstärke variiert werden. Zum Beispiel können der Widerstand und die Oberflächenenergiedichte der Heizschicht durch Entfernen von Material von der Heizschicht variiert werden (z. B. Hinzufügen von Ausschnitten, Durchgangslöchern und/oder Schlitzen). In einem weiteren Beispiel kann Material strategisch von der Heizschicht entfernt werden, so dass der Widerstand der Heizeinrichtung erhöht wird. Der Widerstand der Heizschicht kann etwa 1,0 Ω oder mehr betragen, bevorzugt etwa 1,5 Ω oder mehr, oder mehr bevorzugt etwa 1,8 Ω oder mehr. Der Widerstand der Heizschicht kann etwa 7 Ω oder weniger, etwa 5 Ω oder weniger, etwa 3 Ω oder weniger, oder etwa 2,5 Ω oder weniger betragen (d. h. von etwa 1,5 Ω bis etwa 2,3 Ω). Der Widerstand kann direkt proportional zur Oberflächenenergiedichte der Heizschicht sein. Bevorzugt ist der Widerstand umgekehrt proportional zur Oberflächenenergiedichte der Heizschicht. Somit wird, wenn der Widerstand erhöht wird, die Oberflächenenergiedichte verringert.
Die Oberflächenenergiedichte der Heizschicht kann etwa 100 W/m² oder mehr, etwa 200 W/m² oder mehr, etwa 300 W/m² oder mehr, oder etwa 400 W/m² oder mehr sein. Die Oberflächenenergiedichte kann etwa 2.000 W/m² oder weniger, etwa 1.500 W/m² oder weniger, etwa 1.000 W/m² oder weniger, oder etwa 750 W/m² oder weniger sein (d. h. von etwa 600 W/m² bis etwa 450 W/m²). Ein oder mehrere weitere Faktoren, die hierin diskutiert werden, können den Widerstand und/oder die Oberflächenenergiedichte beeinflussen, wie z. B. das Basisgewicht und/oder das Flächengewicht der Heizschicht.
Die Heizschicht kann durch ein Flächengewicht (d. h. Gewicht pro Flächeneinheit eines Stoffs) gekennzeichnet sein. Das Flächengewicht kann etwa 50 g/m² oder mehr, etwa 60 g/m² oder mehr, etwa 70 g/m² oder mehr, bevorzugt etwa 80 g/m² oder mehr, mehr bevorzugt etwa 90 g/m² oder mehr, oder am meisten bevorzugt etwa 100 g/m² oder mehr sein. Das Flächengewicht kann etwa 500 g/m² oder weniger, etwa 400 g/m² oder weniger, bevorzugt etwa 300 g/m² oder weniger, oder mehr bevorzugt etwa 200 g/m² oder weniger sein. Das Flächengewicht kann zwischen etwa 50 g/m² und etwa 300 g/m², bevorzugt zwischen etwa 75 g/m² und etwa 250 g/m², und mehr bevorzugt zwischen etwa 100 g/m² und etwa 200 g/m² liegen.
Eine Eigenschaft, die die Fasern der Heizschicht besitzen, ist eine Dichte. Die Dichte der Fasern kann etwa 0,5 g/cm³ oder mehr, etwa 0,75 g/cm³ oder mehr, etwa 1,0 g/cm³ oder mehr, oder etwa 1,2 g/cm³ oder mehr sein. Die Dichte der Fasern kann etwa 10 g/cm³ oder weniger, etwa 5,0 g/cm³ oder weniger, etwa 3,0 g/cm³ oder weniger, oder etwa 2,0 g/cm³ oder weniger sein. Die Dichte der Fasern kann zwischen etwa 0,5 g/cm³ und etwa 3,0 g/cm³, bevorzugt zwischen etwa 1,0 g/cm³ und etwa 2,0 g/cm³, und mehr bevorzugt zwischen etwa 1,1 g/cm³ und etwa 1,5 g/cm³ liegen.
Die Fasern der Heizschicht können durch einen Durchmesser gekennzeichnet sein. Der Durchmesser der Fasern kann etwa 0,0001 mm oder mehr, bevorzugt etwa 0,001 mm oder mehr, bevorzugt etwa 0,005 mm oder mehr, oder am meisten bevorzugt etwa 0,0065 oder mehr sein. Der Durchmesser der Fasern kann etwa 1 mm oder weniger, etwa 0,5 mm oder weniger, etwa 0,1 mm oder weniger, bevorzugt etwa 0,05 mm oder weniger mehr bevorzugt etwa 0,02 mm oder weniger, oder am meisten bevorzugt etwa 0,008 oder weniger (d. h. zwischen etwa 0,007 und etwa 0,006 mm) sein. Der Durchmesser der Fasern kann zwischen etwa 0,0005 mm und etwa 0,1 mm, bevorzugt zwischen etwa 0,001 mm und etwa 0,05 mm, und mehr bevorzugt zwischen etwa 0,005 mm und etwa 0,02 mm liegen.
Das Material der Heizschicht weist eine Dicke auf. Die Dicke der Heizschicht kann jegliche Dicke sein, so dass bei Zufuhr von Leistung die Heizschicht Wärme erzeugt. Die Heizschicht kann ausreichend dünn sein, so dass der Widerstand von etwa 1 Ω bis etwa 3 Ω und bevorzugt von etwa 1,5 Ω bis etwa 2,5 Ω ist, und die Heizleistung der Heizschicht im Vergleich mit einer Heizschicht verbessert ist, die dünner als die hierin offenbarte Heizschicht ist. Die Dicke der Heizschicht kann etwa 0,001 mm oder mehr, etwa 0,005 mm oder mehr, oder bevorzugt etwa 0,07 mm oder mehr sein. Die Dicke der Heizschicht kann etwa 30 mm oder weniger, etwa 10 mm oder weniger, bevorzugt etwa 5 mm oder weniger, mehr bevorzugt etwa 2 mm oder weniger, oder mehr bevorzugt etwa 1,0 mm oder weniger sein. Die Dicke der Heizschicht kann zwischen etwa 0,001 mm und etwa 10 mm, bevorzugt zwischen etwa 0,005 mm und etwa 5 mm, und mehr bevorzugt zwischen etwa 0,07 mm und etwa 1 mm liegen.
Das Material der Heizschicht hat ein Basisgewicht. Das Basisgewicht der Heizschicht kann etwa 10 g/m² oder mehr, etwa 30 g/m² oder mehr, etwa 50 g/m² oder mehr, oder auch etwa 70 g/m² oder mehr sein. Das Material der Heizschicht kann ein Basisgewicht von etwa 200 g/m² oder weniger, etwa 150 g/m² oder weniger, oder etwa 100 g/m² oder weniger aufweisen.
Das Material der Heizschicht kann durch eine Wärmeleitfähigkeit gekennzeichnet sein. Die Wärmeleitfähigkeit bei 23°C kann etwa 2,0 W/(m·K) oder weniger, etwa 1,0 W/(m·K) oder weniger, etwa 0,5 W/(m·K) oder weniger, oder etwa 0,005 W/(m·K) oder weniger sein. Die Wärmeleitfähigkeit bei 23°C kann etwa 0,001 W/(m·K) oder mehr, etwa 0,005 W/(m·K) oder mehr, oder etwa 0,01 W/(m·K) oder mehr sein. Die Wärmeleitfähigkeit kann zwischen etwa 1,0 W/(m·K) und etwa 0,001 W/(m·K), bevorzugt zwischen etwa 0,5 W/(m·K) und etwa 0,005 W/(m·K), und mehr bevorzugt zwischen etwa 0,01 W/(m·K) und etwa 0,075 W/(m·K) liegen, gemessen bei 23°C unter Verwendung von ASTM STP 1426 oder ASTM STP 1320. Die Wärmeleitfähigkeit bei 600°C kann etwa 3,0 W/(m·K) oder weniger, etwa 2,0 W/(m·K) oder weniger, etwa 1,0 W/(m·K) oder weniger, etwa 0,5 W/(m·K) oder weniger, oder etwa 0,01 W/(m·K) oder weniger sein. Die Wärmeleitfähigkeit bei 600°C kann etwa 0,001 W/(m·K) oder mehr, etwa 0,005 W/(m·K) oder mehr, etwa 0,01 W/(m·K) oder mehr, oder etwa 0,05 W/(m·K) oder mehr sein. Die Wärmeleitfähigkeit kann zwischen etwa 1,5 W/(m·K) und etwa 0,001 W/(m·K), bevorzugt zwischen etwa 0,7 W/(m·K) und etwa 0,007 W/(m·K), und mehr bevorzugt zwischen etwa 0,1 W/(m·K) und etwa 0,01 W/(m·K) liegen, gemessen bei 600°C unter Verwendung von ASTM STP 1426 oder ASTM STP 1320.
Die Heizschicht weist eine spezifische Wärme auf. Die spezifische Wärme bei 23°C kann etwa 0,001 W·sec/(g·K) oder mehr, etwa 0,01 W·sec/(g·K) oder mehr, bevorzugt etwa 0,1 W·sec/(g·K), oder mehr bevorzugt etwa 0,5 W·sec/(g·K) oder mehr sein. Die spezifische Wärme bei 23°C kann etwa 5,0 W·sec/(g·K) oder weniger, etwa 2,0 W·sec/(g·K) oder weniger, oder etwa 1,0 W·sec/(g·K) oder weniger sein. Die spezifische Wärme kann zwischen etwa 2,0 W·sec/(g·K) und etwa 0,001 W·sec/(g·K), bevorzugt zwischen etwa 1,5 W·sec/(g·K) und etwa 0,01 W·sec/(g·K), und mehr bevorzugt zwischen etwa 1,0 W·sec/(g·K) und etwa 0,1 W·sec/(g·K) liegen, gemessen bei 23°C unter Verwendung von ASTM STP 1426 oder ASTM STP 1320. Die spezifische Wärme bei 600°C kann etwa 10 W·sec/(g·K) oder weniger, etwa 5,0 W·sec/(g·K) oder weniger, oder etwa 3,0 W·sec/(g·K) oder weniger sein. Die spezifische Wärme bei 600°C kann etwa 0,1 W·sec/(g·K) oder mehr, etwa 0,5 W·sec/(g·K) oder mehr, etwa 1,0 W·sec/(g·K) oder mehr, oder etwa 1,5 W·sec/(g·K) oder mehr sein. Die Heizschicht kann eine spezifische Wärme zwischen etwa 10,0 W·sec/(g·K) und etwa 0,01 W·sec/(g·K), bevorzugt zwischen etwa 5 W·sec/(g·K) und etwa 0,1 W·sec/(g·K), und mehr bevorzugt zwischen etwa 2,5 W·sec/(g·K) und etwa 0,75 W·sec/(g·K) aufweisen, gemessen bei 600°C unter Verwendung von ASTM STP 1426 oder ASTM STP 1320.
Die Heizschicht weist eine Bruchdehnfestigkeit auf. Die Bruchdehnfestigkeit kann etwa 1 N/cm oder mehr, etwa 1,5 N/cm oder mehr, oder bevorzugt etwa 2 N/cm sein. Die Bruchdehnfestigkeit kann etwa 100 N/cm oder weniger, etwa 80 N/cm oder weniger, oder etwa 60 N/cm oder weniger sein. Die Heiz-Bruchdehnfestigkeit der Heizschicht kann von etwa 0,5 N/cm bis 100 N/cm, bevorzugt von etwa 1,0 N/cm bis 80 N/cm, und mehr bevorzugt von etwa 1,5 N/cm bis 60 N/cm sein.
Das Material der Heizschicht kann eine Beständigkeit gegen Chemikalien aufweisen. Allgemein kann das Material der Heizschicht eine oder mehrere der folgenden Beständigkeiten gegen Chemikalien und/oder Materialeigenschaften aufweisen. Das Material der Heizschicht kann eine gute Beständigkeit gegen starke Säuren aufweisen. Das Material der Heizschicht kann eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen schwache Säuren aufweisen. Das Material der Heizschicht kann eine schlechte Beständigkeit gegen starke Basen aufweisen. Das Material der Heizschicht kann eine gute Beständigkeit gegen schwache Basen aufweisen. Das Material der Heizschicht kann eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel aufweisen. Das Material der Heizschicht kann einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisen (d. h. das Material streckt sich nicht), nicht-abrasiv, nicht-härtend und/oder selbstschmierend sein.
Die Heizschicht kann durch Vermischen einer oder mehrerer der hierin diskutierten Zusammensetzungen gebildet werden. Die gemischte Zusammensetzung kann unter Bildung von Fasern, einer Lage, einer Matte und/oder eines Fadens extrudiert werden. Die Zusammensetzung kann in eine Form gegossen werden, um die Heizschicht zu bilden. Die Heizschicht kann durch Vermischen einer Mehrzahl von Fasern und Bilden einer Matte gebildet werden. Die Materialien können eine erste Substanz bilden, die die hierin diskutierten Heizeigenschaften aufweisen kann. Die Materialien können einer sekundären Behandlung unterworfen werden.
Die Heizschicht kann mit einem oder mehreren Anschlüssen verbunden sein, und bei Anlegen von Elektrizität (z. B. Leistung) erzeugt die Heizschicht Wärme. Die Heizschicht kann mit einem oder mehreren Versorgungsleitern verbunden sein, die Leistung und/oder ein Signal anlegen. Die Versorgungsleiter können nur Leistung und/oder nur ein Signal anlegen. Die Versorgungsleiter können sowohl Leistung als auch ein Signal anlegen. Die Versorgungsleiter können mit einer Leistungsquelle, einem Mikroprozessor, einem Prozessor und/oder einem Computer verbunden sein. Die Heizschicht kann mit zwei oder mehr, drei oder mehr oder auch vier oder mehr Anschlüssen und/oder Versorgungsleitern verbunden sein, die Leistung und/oder Signale an die Leistungszufuhrteile anlegen, um eine Heiz- und/oder Fühlerfunktion unter Verwendung der Heizeinrichtung/des Sensors zu liefern. Zum Beispiel kann die Heizschicht einen an jedem Ende der Heizschicht angeschlossenen positiven und negativen Leiter aufweisen, so dass insgesamt vier Leiter mit der Heizschicht verbunden sind. Die Heizschicht kann, wenn sie an eine oder mehrere positive Leistungsquellen und an eine oder mehrere negative Leistungsquellen (d. h. Leistungszufuhrschichten oder Leistungszufuhr-Materialien) angeschlossen ist, Wärme erzeugen und/oder für eine Fühlerfunktion verwendet werden. Bevorzugt weist die Heizschicht keine Anschlüsse auf, die Busse und/oder Elektroden mit der Heizschicht verbinden. Zum Beispiel können die Busse und/oder Elektroden mit der Heizschicht verbunden sein, und die Busse und/oder Elektroden können mit der Leistungsquelle verbunden sein. Der Anschluss kann unter Verwendung irgendeines Geräts direkt und/oder indirekt mit der Heizschicht verbunden sein, so dass Elektrizität durch die Anschlüsse in die Heizschicht eintritt, und die Heizschicht Wärme erzeugt. Die Anschlüsse können an die Heizschicht gecrimpt sein. Zum Beispiel können die Leistungszufuhrteile Anschlüsse aufweisen, die eine Leistungsquelle mit den Leistungszufuhrteilen verbinden. Die Anschlüsse können durch Nähen, Bonden und/oder eine mechanische Befestigung mit der Heizschicht und/oder jeder Leistungszufuhrschicht verbunden sein. Bevorzugt kann die Heizschicht ohne Anschlüsse direkt mit der Heizschicht verbunden sein (d. h. ein einzelner Punkt der Leistungszufuhr). Die Heizeinrichtung kann ohne mechanische Befestigungen ausgebildet sein, die eine Leistungsquelle an der Heizeinrichtung befestigen. Zum Beispiel kann die Heizschicht keine mechanische Befestigungseinrichtung aufweisen, die die Heizschicht erfasst und einen oder mehrere Leiter an der Heizeinrichtung befestigt. Die Heizschicht kann zwei oder mehrere Leistungszufuhrteile aufweisen, die bei der Zufuhr von Leistung zur Heizschicht unterstützen.
Die beiden oder mehreren Leistungszufuhrteile können sich an jeder Stelle an der Heizeinrichtung befinden. Bevorzugt sind die beiden oder mehreren Leistungszufuhrteile beabstandet. Die beiden oder mehreren Leistungszufuhrteile können um einen ausreichenden Abstand beabstandet sein, so dass die Heizeinrichtung bei Zufuhr von Leistung teilweise und/oder gänzlich versorgt wird. Mehr bevorzugt befinden sich die beiden oder mehreren Leistungszufuhrteile in einem Endbereich der Heizeinrichtung. Zum Beispiel kann ein Leistungszufuhrteil sich entlang einer Kante der Heizeinrichtung befinden, und ein zweiter Leistungszufuhrteil kann sich entlang der entgegengesetzten Kante befinden, so dass Leistung durch die Heizeinrichtung wandert, wenn die Leistung von der ersten Kante zur zweiten Kante wandert. Der Leistungszufuhrteil kann sich entlang einer Seitenkante (z. B. der Breite) oder einer Längskante (z. B. einer Länge) der Heizeinrichtung erstrecken. Die Länge der Versorgungsleiter kann umgekehrt proportional zur Leitfähigkeit der Heizeinrichtung/des Sensors sein. Je länger somit zum Beispiel der Leiter ist, desto weniger leitfähig ist die Heizeinrichtung/der Sensor. Genauer gesagt, kann eine Heizeinrichtung/ein Sensor mit längsförmigen Leistungszufuhrteilen aus nur einem Kohlenstoffmaterial bestehen. In einem weiteren Beispiel kann ein Leistungszufuhrteil, der sich entlang einer Seite oder Kante erstreckt, mit einer Heizeinrichtung verbunden sein, die metallisierte Fasern aufweist, die leitfähiger als bei einer Heizeinrichtung aus Kohlenstoffmaterial sind. Die Heizeinrichtung kann mehr als zwei Leistungszufuhrteile aufweisen. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung einen Leistungszufuhrteil im Wesentlichen in einem Zentrum der Heizeinrichtung und einen Leistungszufuhrteil auf jeder Seite des zentralen Leistungszufuhrteils aufweisen, so dass Leistung und/oder Signale von dem zentralen Leistungszufuhrteil zu den Kanten und umgekehrt wandern. Die Heizeinrichtung kann vier oder mehr Leistungszufuhrteile aufweisen. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung zwei entgegengesetzte Leistungszufuhrteile aufweisen, die sich von jeder Kante erstrecken und sich zu einer entgegengesetzten Kante erstrecken. Die beiden entgegengesetzten Leistungszufuhrteile können enden, bevor die Leistungszufuhrteile verbunden sind, so dass sich eine Lücke zwischen den Leistungszufuhrteilen befindet. Die Lücke kann die Seiten/Kanten der Heizeinrichtung/des Sensors elektrisch isolieren. Die Seiten/Kanten der Heizeinrichtung/des Sensors können die gleiche Polarität aufweisen, so dass die Lücke und/oder der Isolator sich nicht zwischen den Seiten/Kanten der Heizeinrichtung/des Sensors befinden und/oder die Heizeinrichtung/der Sensor keinen Kurzschluss erleidet. Somit kann jede Heizeinrichtung zwei oder mehr, drei oder mehr, oder auch vier oder mehr Leistungszufuhrteile zum Anlegen von Wärme und/oder Leistung aufweisen. Die Leistungszufuhrteile können an der Heizeinrichtung/dem Sensor angeordnet sein, so dass entgegengesetzte Seiten/Kanten des Leistungszufuhrteils gleiche Polaritäten aufweisen. Zum Beispiel können negative und/oder positive Polaritäten an entgegengesetzten Kanten vorliegen, so dass, wenn die Heizeinrichtung/der Sensor um einen Kern gewickelt ist, die positiven Polaritäten oder die negativen Polaritäten sich in großer Nähe zueinander befinden. In einem weiteren Beispiel können die positiven Polaritäten sich an den Seiten/Kanten befinden, so dass die Seiten/Kanten, wenn sie aufgewickelt sind, sich in einer engen Beziehung befinden, und die negative Polarität sich halb dazwischen befindet.
Jeder Leistungszufuhrteil kann einen oder mehrere Teile zum Anlegen von Leistung und/oder eines Signals aufweisen. In einem bevorzugten Beispiel besteht jeder der Leistungszufuhrteile aus zwei diskreten Bussen, Elektroden und/oder Leitern, die miteinander verbunden sind, und jeder oder jede der beiden Busse, Elektroden und/oder Leiter unterstützen bei der Zufuhr von Leistung zur Heizschicht. Die Leistungszufuhrteile können ein Signal und/oder Leistung anlegen. Die Heizeinrichtung/der Sensor kann zwei Leistungszufuhrteile aufweisen, die sich nahe zueinander befinden, und ein Leistungszufuhrteil kann Leistung liefern, und ein Leistungszufuhrteil kann ein Signal liefern. Wie hierin diskutiert, können die Leistungszufuhrteile ein Signal und/oder Leistung anlegen. Jedoch können diskrete Leistungszufuhrteile und zugehörige Leiter verwendet werden, um nur ein Signal oder nur Leistung anzulegen. Die diskreten Leistungszufuhrteile für die Fühlerfunktion können direkt mit einem Mikroprozessor oder Prozessor verbunden sein, um zu bestimmen, ob ein Benutzer in Kontakt mit der Heizeinrichtung/dem Sensor ist. Die Busse, Elektroden und/oder Leiter können aus dem gleichen Material und/oder aus verschiedenem Material bestehen.
Jeder oder jede der Busse und/oder Elektroden in einem einzelnen Leistungszufuhrteil besteht bevorzugt aus zwei oder mehreren unterschiedlichen Materialien. Der Leistungszufuhrteil kann eine oder mehrere Leiter und bevorzugt zwei oder mehrere Leiter aufweisen, die miteinander verflochten sind. Der eine oder die mehreren Leiter können durch die Heizeinrichtung vernadelt sein, so dass ein Leistungszufuhrteil an einem oder an beiden Enden der Heizeinrichtung gebildet wird. Die vernadelten Leiter können mit der Heizeinrichtung verbunden sein und direkt an eine Leistungsquelle angeschlossen sein. Die vernadelten Leiter können aus einem mit Silber und/oder Kupfer beschichteten Leiter bestehen. Die vernadelten Leiter können im Wesentlichen aus dem gleichen Material wie die Heizeinrichtung bestehen, jedoch können die vernadelten Leiter eine längere Faserlänge im Vergleich mit den Fasern in der Heizeinrichtung aufweisen. Die Leiter können aus jeglichem leitfähigen Material bestehen, das beim Übertragen von Leistung an die Heizschicht unterstützt, so dass Wärme erzeugt wird. Jeder Leiter kann einen spezifischen Widerstand von etwa 5 Ω·m oder weniger, etwa 2 Ω·m oder weniger, oder etwa 1 Ω·m oder weniger aufweisen. Jeder Leiter kann einen spezifischen Widerstand von etwa 0,01 Ω·m oder mehr, etwa 0,05 Ω·m oder mehr, oder etwa 0,01 Ω·m oder mehr (d. h. etwa 0,25 Ω·m) aufweisen. Jeder Leiter kann ein Gewicht von etwa 0,1 g/mm oder weniger, etwa 0,01 g/mm oder weniger, etwa 0,001 g/mm oder weniger oder etwa 0,0001 g/mm oder weniger aufweisen. Jeder Leiter kann ein Gewicht von etwa 0,00001 g/mm oder mehr, bevorzugt etwa 0,00005 g/mm oder mehr, mehr bevorzugt etwa 0,0001 g/mm oder mehr, oder am meisten bevorzugt etwa 0,0005 g/mm oder mehr aufweisen (d. h. etwa 0,0007 g/mm). Jeder der Leiter in einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verbund einer Mehrzahl zusammen geflochtener Leiter, um einen einzigen Leiter zu bilden. Zum Beispiel kann der Leiter aus 20 Silberdrähten mit jeweils einem Durchmesser von etwa 0,07 mm bestehen, und jeder der 20 Silberdrähte kann zusammen geflochten sein, um einen einzigen Leiter zu bilden. Die Leiter bestehen bevorzugt aus Kupfer, Silber, Gold und/oder Nickel und/oder sind mit Kupfer, Silber, Gold und/oder Nickel beschichtet, so dass Leistung an die Heizschicht übertragen wird. Der eine oder die mehreren Leiter können mit der Heizschicht durch irgendein Mittel verbunden sein, das den einen oder die mehreren Leiter fest mit der Heizeinrichtung verbindet und die Übertragung von Leistung an die Heizschicht im Wesentlichen nicht stört. Einige Beispiele für Befestigungsmittel und/oder -verfahren, die verwendet werden können, sind Nähen, Kleben (z. B. mit leitfähigem oder nicht-leitfähigem Kleber), Bonden, Verflechten und/oder Antackern. Bevorzugt wird eine Kleberschicht zum Verbinden des einen oder der mehreren Leiter mit der Heizschicht verwendet. Die Kleberschicht, die den einen oder die mehreren Leiter an der Heizschicht befestigt, kann auch einen zweiten Bus und/oder eine zweite Elektrode mit der Heizschicht verbinden.
Der Leistungszufuhrteil kann aus jeglichem Material bestehen, das bei Zufuhr von Leistung beim Übertragen der Leistung an die Heizschicht unterstützt, so dass die Heizschicht heiß wird. Der Leistungszufuhrteil kann aus jeglichem Material bestehen, so dass bei Anlegen eines Sensorsignals die Heizschicht einen Zustand erfasst. Der Leistungszufuhrteil kann einen Bus und/oder eine Elektrode aufweisen, der oder die sich unter dem einen oder den mehreren Leitern befindet, bevorzugt über dem einen oder den mehreren Leitern oder einer Kombination davon. Der Leistungszufuhrteil kann ohne einen Leiter aufgebaut sein und kann nur aus einem Vliesmaterial bestehen, wie hierin diskutiert. Zum Beispiel kann ein Clip direkt an dem Vliesmaterial befestigt sein, der eine elektrische Verbindung zum Zuführen von Leistung an die Heizschicht herstellt. Der Bus und/oder die Elektrode können aus einem Vliesmaterial bestehen, das elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweist. Der Bus und/oder die Elektrode können aus einem oder mehreren leitfähigen nicht-gewebten Streifen bestehen. Der Bus und/oder die Elektrode können aus dem gleichen Material wie die Heizschicht bestehen. Bevorzugt können der Bus und/oder die Elektrode aus einem Kohlenstoffmaterial, einem Polymermaterial, einem metallbeschichteten Material oder einer Kombination von Materialien bestehen, die ein leitfähiges Medium zum Leiten von Leistung zur Heizeinrichtung bilden. Zum Beispiel können der Bus und/oder die Elektroden aus einer Mehrzahl von Nylonfasern bestehen, die mit Nickel oder Silber beschichtet sind, und die beschichteten Nylonfasern können mit einem Bindemittel miteinander verbunden sein und bilden ein Vliesmaterial, das Leistung zur Heizschicht leitet. Der Bus und/oder die Elektrode können an der Heizschicht unter Verwendung von jeglichem Material und/oder Verfahren, wie hierin diskutiert, für den einen oder die mehreren Leiter befestigt sein. Bevorzugt werden der Bus und/oder die Elektrode, der eine oder die mehreren Heizdrähte oder eine Kombination davon unter Verwendung einer Klebefolie mit der Heizschicht verbunden. Mehr bevorzugt weist jeder Leistungszufuhrteil zwei oder mehr Leiter und ein nicht-gewebtes leitfähiges Material auf, das durch eine Kleberschicht mit der Heizschicht verbunden ist.
Die Kleberschicht kann jegliche Kleberlage sein, die beim Aufbringen von Wärme eine Verbindung bildet. Die Kleberschicht kann jegliche hierin diskutierte Kleberschicht sein. Die Kleberschicht kann ein Polyamid sein. Die Kleberschicht besteht bevorzugt aus einem nicht-gewebten Material. Die Kleberschicht besteht bevorzugt aus einer Mehrzahl von verbundenen Fasern und/oder faserartigen Kleberpartikeln mit Leerräumen und/oder Poren zwischen den verbundenen Fasern und/oder faserartigen Kleberpartikeln. Die Kleberschicht kann eine Mehrzahl von Leerräumen und/oder eine Mehrzahl von Poren aufweisen. Die Kleberschicht kann eine ausreichende Menge von Leerräumen und/oder Poren aufweisen, so dass, wenn der Kleber zwei oder mehr elektrisch leitende Schichten verbindet (z. B. eine oder mehrere Schichten des Leistungszufuhrteils und/oder der Heizschicht), Leistung durch die Leerräume und/oder Poren durchtreten kann, eine elektrische Verbindung aufrechterhalten werden kann und/oder die Kleberschicht die Zufuhr von Leistung zwischen zwei oder mehr elektrisch leitenden Schichten nicht stört, und eine Verbindung zwischen den beiden zwei oder den mehreren Schichten gebildet werden kann. Die Leerräume und/oder Poren der Kleberschicht können eine Fläche von etwa 10 Prozent oder mehr, etwa 20 Prozent oder mehr, etwa 30 Prozent oder mehr, bevorzugt etwa 40 Prozent oder mehr, oder mehr bevorzugt etwa 45 Prozent oder mehr einer Gesamtfläche der Heizschicht darstellen. Die Leerräume und/oder Poren der Kleberschicht können eine Fläche von etwa 90 Prozent oder weniger, etwa 80 Prozent oder weniger, etwa 70 Prozent oder weniger, oder etwa 60 Prozent oder weniger der Gesamtfläche der Heizschicht darstellen. Der Kleber kann ein Basisgewicht von etwa 5 g/m² oder mehr, etwa 10 g/m² oder mehr, oder etwa 15 g/m² oder mehr aufweisen. Der Kleber kann ein Basisgewicht von etwa 50 g/m² oder weniger, etwa 30 g/m² oder weniger, oder etwa 25 g/m² oder weniger (d. h. etwa 19 g/m²) aufweisen. Der Kleber kann eine anfängliche Schmelztemperatur von etwa 85°C oder mehr, etwa 100°C oder mehr, oder etwa 110°C oder mehr aufweisen. Der Kleber kann eine anfängliche Schmelztemperatur von etwa 200°C oder weniger, etwa 180°C oder weniger, oder etwa 160°C oder weniger aufweisen (d. h. etwa 150°C). Ein Beispiel für eine Klebefolie, die verwendet werden kann, wird unter dem Handelsnamen Spunfab von Spunfab Ltd. verkauft.
Der Leistungszufuhrteil (d. h. der Bus und/oder die Elektrode und/oder der eine oder die mehreren Leiter) kann aus jeglichem Material bestehen, das eine Oberflächenleitfähigkeit von etwa 1,010^–2 Ω/sq oder weniger, etwa 5,0·10^–2 Ω/sq oder weniger, bevorzugt etwa 1,0·10^–3 Ω/sq oder weniger, mehr bevorzugt etwa 5,0·10^–3 Ω/sq oder weniger, oder am meisten bevorzugt etwa 1,0·10^–4 Ω/sq oder weniger aufweist. Der Leistungszufuhrteil (d. h. der Bus und/oder die Elektrode und/oder der eine oder die mehreren Leiter) kann aus einem Material mit einer Oberflächenleitfähigkeit von etwa 1,0·10^–9 Ω/sq oder mehr, etwa 5,0·10^–8 Ω/sq oder mehr, oder etwa 1,6·10^–8 Ω/sq oder mehr bestehen.
Die Heizeinrichtung kann nur aus einer Heizschicht bestehen (z. B. kann die Heizeinrichtung eine einzige Schicht aufweisen). Bevorzugt weist die Heizeinrichtung mindestens drei Schichten auf. Jedoch kann die Heizeinrichtung ohne jegliche Schichten vorgesehen sein, die über der Heizschicht angebracht sind. Zum Beispiel kann die Heizeinrichtung eine Schicht aufweisen, die in die Heizschicht eindringt und eine teilweise und oder vollständige Schutzschicht über der Heizschicht bildet. Die Heizschicht kann ein in die Heizschicht teilweise und/oder gänzlich eingebautes diskretes Material (d. h. eine Schutzschicht) aufweisen, so dass die Heizschicht durch die Schutzschicht geschützt ist. Die Schutzschicht kann eine Verstärkungsschicht sein. Zum Beispiel kann die Schutzschicht die einzelnen Fasern verstärken, so dass die Fasern stabiler und die Festigkeitseigenschaften der Heizeinrichtung verbessert sind (z. B. Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und/oder Faltfestigkeit oder dergleichen). Die Schutzschicht kann aus jeglichem Material bestehen, das in die Heizschicht eingewebt werden kann, so dass die Schutzschicht die Festigkeit der Heizschicht (z. B. Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und/oder Faltfestigkeit oder dergleichen) und/oder die Isolationseigenschaften der Heizschicht verbessert. Bevorzugt erhöht die Schutzschicht die Festigkeit der Heizschicht und bildet eine teilweise dielektrische Beschichtung über der Heizeinrichtung oder eine vollständig dielektrische Beschichtung über der Heizeinrichtung. Die Schutzschicht kann eine Isolierschicht über der Vorderfläche, der Rückfläche und/oder den Seitenkanten der Heizschicht bilden, so dass die Heizschicht außen dielektrische Eigenschaften und/oder Fluidbeständigkeitseigenschaften aufweist. Die Schutzschicht kann eine Schicht auf einer Vorderseite, einer Rückseite, einer seitlichen Kante, einer oberen Kante und/oder einer unteren Kante bilden, so dass die Schutzschicht eine dielektrische Schicht über der Heizschicht darstellt. Die Schutzschicht kann die Poren und/oder Leerräume zwischen den einzelnen Fasern der Heizschicht auffüllen. Bevorzugt füllt die Schutzschicht die Poren und/oder Leerräume zwischen den einzelnen Fasern der Heizschicht auf, umgibt aber die einzelnen Fasern nicht gänzlich, so dass die Verbindungen und/oder die elektrischen Verbindungen zwischen den Fasern intakt bleiben. Die Heizeinrichtung kann eine oder mehrere Befestigungsschichten aufweisen. Die Befestigungsschicht kann eine einseitige Kleberschicht sein. Die Befestigungsschicht kann aus dem gleichen Material bestehen wie der hierin diskutierte Kleber für das Befestigen der Leistungszufuhrteile. Die Befestigungsschicht kann eine Kleberschicht sein (z. B. ein Kleber, eine Paste, ein Aufsprühkleber, ein Klebefilm, ein ”Abziehen und Aufkleben”-System, ein Klettverschluss-System oder dergleichen). Bevorzugt kann die Befestigungsschicht ein ”Abziehen und Aufkleben”-Film sein. Die Befestigungsschicht kann Schutzeigenschaften aufweisen, wie hierin diskutiert. Die Heizeinrichtung kann ohne eine Befestigungsschicht ausgebildet sein.
Die Heizeinrichtung und/oder der Sensor, wie hierin diskutiert, kann eine oder mehrere oder auch zwei oder mehrere Heizschichten aufweisen, die Seite an Seite angeordnet sind, um die Wärme- und/oder Fühlerfunktion auszuüben. Zum Beispiel können zwei im Wesentlichen spiegelbildliche Heizeinrichtungen/Sensoren gebildet und Seite an Seite in einem Gerät angeordnet sein, so dass jede Heizeinrichtung die Wärmefunktion und jede Heizeinrichtung die Fühlerfunktion ausüben kann. Wenn mehr als eine Heizeinrichtung verwendet wird, kann die Gesamtfläche der einzelnen Heizeinrichtung im Wesentlichen die gleiche wie die Gesamtfläche der mehreren Heizeinrichtungen sein. Wenn mehr als eine Heizeinrichtung verwendet wird, können die mehreren Heizeinrichtungen gleichzeitig, einzeln und/oder abwechselnd verwendet werden. Zum Beispiel kann, wenn zwei Heizeinrichtungen/Sensoren an einem Lenkrad eingesetzt werden, eine Heizeinrichtung/ein Sensor die Wärmefunktion ausüben, und ein Sensor/eine Heizeinrichtung kann die Fühlerfunktion für einen Zustand wie z. B. eine Hand ausüben, und dann können die Heizeinrichtungen/Sensoren abwechseln, so dass die Anwesenheit einer Hand eines Fahrgasts im Wesentlichen jederzeit bestimmt werden kann. In einem weiteren Beispiel kann, wenn zwei oder mehr Heizeinrichtungen/Sensoren in einem Lenkrad installiert sind, jeder Sensor eine Hälfte und/oder einen Quadranten eines Lenkrads überwachen, so dass mehr als eine Hand erfasst werden kann, und der betreffende Ort der Hand kann erfasst werden.
Die Heizeinrichtung, wie hierin diskutiert, kann unter Verwendung eines Prozesses hergestellt werden. Der Prozess kann einen oder mehrere der folgenden Schritte in praktisch jeder Reihenfolge umfassen. Eine Mehrzahl der hierin diskutierten Fasern kann vorgesehen sein. Die Fasern, wie hierin diskutiert, können mit Metall beschichtet, auf eine gewünschte Länge geschnitten und weiterverarbeitet werden, so dass die Fasern eine flache und/oder eine ovale Form haben. Die Fasern können mit einem Bindemittel gemischt, mit diesem abgedeckt und/oder in Kontakt gebracht werden, wie hierin diskutiert. Die Fasern können innerhalb eines Behälters angeordnet werden, so dass die Fasern eine zufällige Orientierung aufweisen. Die Fasern können mit oder ohne das Bindemittel extrudiert werden und bilden eine Vlieslage. Die Fasern können unter Verwendung von Wasserstrahlverwirbelung angeordnet werden. Die Fasern können mit einem Bindemittel aufgesprüht, in ein Bindemittel getaucht und/oder mit einem Bindemittel beschichtet werden. Anbringen eines oder mehrerer Leistungszufuhrteile an der Heizschicht. Anbringen eines oder mehrerer Leiter, eines oder mehrerer nicht-gewebter leitfähiger Streifen, einer oder mehrerer Elektroden und/oder eines oder mehrerer Busse und/oder Anbringen eines oder mehrerer vormontierter Leistungszufuhrteile. Erwärmen der Heizschicht und des einen oder der mehreren Leiter, des einen oder der mehreren nicht-gewebten leitfähigen Streifen, der einen oder der mehreren Elektroden und/oder des einen oder der mehreren Busse und/oder Anbringen eines oder mehrerer vormontierter Leistungszufuhrteile, so dass eine elektrische Verbindung an der Heizschicht gebildet wird. Herstellen eines vormontierten Leistungszufuhrteils durch Kombinieren eines oder mehrerer Leiter, eines oder mehrerer nicht-gewebter leitfähiger Streifen, einer oder mehrerer Kleberschichten und/oder eines oder mehrerer Busse und/oder einer oder mehrerer Elektroden, so dass beim Aufbringen auf die Heizeinrichtung und Erwärmen des Klebers der vormontierte Leistungszufuhrteil an der Heizschicht verbunden und eine elektrische Verbindung gebildet wird. Verbinden des einen oder der mehreren Leistungszufuhrteile mit einer Leistungsquelle und/oder einem Leiter. Aufbringen eines Schrumpfschlauchs auf den einen oder die mehreren Leistungszufuhrteile, Leistungsquellen und/oder Leiter, so dass während eines Erwärmungsschritts der Schrumpfschlauch schrumpft, und der eine oder die mehreren Leistungszufuhrteile, die eine oder die mehreren Leistungsquellen und/oder der eine oder die mehreren Leiter elektrisch und physikalisch verbunden werden. Aufbringen einer vorderen Deckschicht, einer hinteren Deckschicht und/oder einer Verbindungsschicht (z. B. Kleberschicht und/oder mechanischer Befestigungsschicht) auf die Heizschicht. Zuschneiden der Heizschicht, so dass die Heizschicht Durchgangslöcher und/oder Ausschnitte aufweist. Aufbringen eines feuerhemmenden Materials, eines feuerbeständigen Materials, eines wasserbeständigen Materials und/oder einer dielektrischen Schicht an der Heizschicht. Anbringen eines Temperatursensors an der Heizschicht und/oder der Heizeinrichtung. Elektrisches Verbinden des Temperatursensors mit einer Leistungsquelle. Verbinden (z. B. physikalisch und/oder elektrisch) der Heizschicht mit einer Steuereinheit und/oder einem Steuermodul. Verbinden der Heizeinrichtung mit einem Fahrzeugsitz, einem Boden, einem Lenkrad, einem Spiegel und/oder einem Einsatz.
Wie hierin diskutiert, kann die Heizeinrichtung während des Aufbaus einer Komponente in die andere Komponente integriert werden, so dass die Heizeinrichtung und die Komponente ein Teil bilden. Zum Beispiel kann, falls der Gegenstand ein Gussteil ist, das Heizmedium, welches die Heizschicht bildet, der Gießform hinzugefügt werden, so dass, wenn ein endgültiger Gegenstand gebildet wird, die Heizschicht im Gegenstand verteilt ist, und der gesamte Gegenstand sich erwärmt, wenn Elektrizität zugeführt wird. Das Heizmedium kann aus einzelnen Fasern bestehen. Das Heizmedium kann aus einer Lage bestehen. Das Heizmedium kann in die Gießform gestreut, zugeschnitten und als Lage in die Gießform eingebracht werden und/oder dem Gießmaterial zugemischt werden, und beide Materialien werden zusammen in die Gießform gebracht.
Wie hierin diskutiert, kann die Heizeinrichtung unter Verwendung eines hierin diskutierten Verfahrens gesteuert werden. Bevorzugt weist die Heizeinrichtung einen Thermistor oder einen Temperatursensor mit negativem Koeffizienten auf, der die Temperatur der Heizeinrichtung misst, und eine Steuereinheit steuert die Temperatur der Heizeinrichtung, des Belüftungssystems und/oder der Klimaanlage auf Grundlage der gemessenen Temperatur. Die Heizeinrichtung, die Klimaanlage und/oder das Belüftungssystem können unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulation gesteuert werden.
Die Heizeinrichtung kann einen Sensor aufweisen. Bevorzugt kann die Heizeinrichtung ein Sensor sein. Der Sensorteil der Heizeinrichtung kann gleichzeitig mit der Erwärmung, zwischen einem Erwärmungszyklus und/oder während eines Erwärmungszyklus verwendet werden. Bevorzugt können ein Erwärmungszyklus und ein Sensorzyklus abwechseln. Der Sensor kann die Anwesenheit eines Fahrgasts, einen Kontakt eines Fahrgasts mit einer Komponente, das Gewicht eines Fahrgasts und/oder eine andere hierin diskutierte Fühlerfunktion erfassen. Der Sensorteil der Heizeinrichtung kann nur die Heizeinrichtung (d. h. einen Leistungszufuhrteil, eine oder mehrere Leistungsanschlüsse, eine kontinuierliche Heizschicht) aufweisen. Der Sensorteil kann in Funktion gesetzt werden, wenn ein Signal über den einen oder die mehreren Busse in die Heizeinrichtung eingegeben wird.
Das Signal kann ein Signal sein, das einen Fahrgast, einen Kontakt eines Fahrgast und/oder die Anwesenheit eines Fahrgasts erfasst. Das Signal kann ein analoges Signal, ein digitales Signal oder eine Kombination davon sein. Das Signal hat eine Frequenz, und die Frequenz des Signals kann eine vorbestimmte Frequenz sein. Die Frequenz des Signals kann konstant sein, wenn das Signal durch die Heizeinrichtung läuft. Die Frequenz des Signals kann verändert werden, wenn ein Fahrgast mit einer Komponente in Kontakt kommt, die die Heizeinrichtung aufweist, und/oder wenn ein Fahrgast sich dicht an der Komponente und/oder Heizeinrichtung befindet. Die Frequenzänderung kann eine Frequenzänderung sein (z. B. Millihertz, Mikrosekunden und dergleichen oder eine Kombination davon), die ausreichend ist, um durch einen Fahrgast bewirkt zu werden. Zum Beispiel kann das Legen einer Tasche oder eines Beutels auf einen Sitz keine ausreichende Frequenzänderung (falls überhaupt) bewirken, um die Sendung eines Signals durch den Sensor auszulösen, im Vergleich mit der Frequenzänderung durch einen Fahrgast. Die Frequenzänderung kann eine Frequenzänderung sein, die mit einer Kapazitätsänderung verbunden ist. Die Kapazität kann aus einer oder mehreren Kapazitäten und bevorzugt einer Mehrzahl von Kapazitäten bestehen. Die Kapazität kann eine gemessene Kapazität und/oder eine berechnete Kapazität sein. Die Kapazität kann eine durchschnittliche Kapazität sein. Die Kapazität kann eine Mehrzahl von durchschnittlichen gemessenen Kapazitäten und/oder eine Mehrzahl von berechneten Kapazitäten sein. Die durchschnittliche Kapazität kann ein Durchschnitt von etwa 3 oder mehr, 5 oder mehr, oder etwa 10 oder mehr berechneten Kapazitäten und/oder gemessenen Kapazitäten sein. Die gemessene Kapazität, die berechnete Kapazität oder beides des Systems kann etwa 50 pF oder mehr, etwa 75 pF oder mehr, oder etwa 100 pF oder mehr sein. Die gemessene Kapazität und/oder die berechnete Kapazität des Systems kann etwa 500 pF oder weniger, etwa 400 pF oder weniger, etwa 300 pF oder weniger, oder etwa 200 pF oder weniger sein. Bevorzugt ist die Frequenzänderung mit einer Kapazitätsänderung, einer gemessenen Kapazität und/oder einer berechneten Kapazität zwischen etwa 100 pF und etwa 200 pF verbunden. Zum Beispiel kann ein Signal mit einer Frequenz in die Heizeinrichtung eintreten, und das Signal kann gemessen werden, wenn es die Heizeinrichtung verlässt, wenn ein Fahrgast in Kontakt mit der Heizeinrichtung ist, kann die Frequenz des Signals sich ändern, so dass die Frequenz des Signals beim Verlassen verzögert ist im Vergleich mit einem Signal, wenn der Fahrgast nicht in Kontakt mit der Heizeinrichtung ist. In einem weiteren Beispiel kann die Kapazität des Systems gemessen werden, und die Kapazität des Systems kann auf einen Basiswert eingestellt werden, so dass das System ohne Fahrgast 0 pF misst, und wenn ein Fahrgast mit der Heizeinrichtung und/oder dem Sensor in Kontakt ist, ist die Kapazität des Systems wie gemessen und/oder berechnet etwa 100 pF.
Die Kapazität des Systems kann unter Verwendung einer Formel für eine RC-Reihenschaltung berechnet werden. Die Kapazität des Systems kann mit der folgenden Formel berechnet werden: T = RC, wobei R der Widerstandswert eines Referenzwiderstands ist, C die Kapazität des überwachten Kondensators ist, und T eine Zeitkonstante ist. Die Zeitkonstante (T) während der Entladung kann die Zeit sein, in der die Spannung auf etwa 36,8 Prozent der an der Schaltung angelegten Spannung abfällt. Der Referenzwiderstand hat einen bekannten Wert, so dass nach Bestimmung der Zeitkonstante die Kapazität berechnet werden kann, um die Kapazität des Systems zu bestimmen. Der Kondensator kann nach T auf bis etwa 36,8 Prozent entladen sein, und im Wesentlichen nach etwa 5 T vollständig (0,7 Prozent) entladen sein. Alternativ kann die Zeitkonstante (T) während des Ladens etwa die Zeit sein, die die Spannung benötigt, um etwa 63,2 Prozent der an der Schaltung angelegten Spannung zu erreichen. Der Kondensator kann nach etwa 5 T im Wesentlichen vollständig geladen sein (99,3 Prozent). Das Signal kann kontinuierlich und/oder intermittierend überwacht werden. Die Kapazität des Systems kann unter Verwendung der hierin diskutierten Formel für eine RC-Reihenschaltung und/oder unter Verwendung einer kapazitiven Spannungsteilertechnik gemessen und/oder berechnet werden.
Die kapazitive Spannungsteilertechnik kann eine Spannung in eine gemessene Spannung und eine Referenz-Spannung aufteilen. Die Referenz-Spannung kann mit der gemessenen Spannung verglichen werden, um die Kapazität des Systems zu bestimmen. Ein Beispiel für eine Spannungsteilertechnik, die mit der Lehre der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wird in einem Artikel mit dem Titel ”mTouch TM Sensing Solution Acquisition Methods Capacitive Voltage Divider” beschrieben, geschrieben von Burke Davison von Microchip, gelistet als DS01478B, Seiten 1–25, dessen Lehre hierin in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke ausdrücklich als Referenz aufgenommen ist. Die kapazitive Spannungsteilertechnik kann anstelle von oder zusätzlich zu der Formel für eine RC-Reihenschaltung zum Messen einer Kapazität einer Heizeinrichtung/eines Sensors verwendet werden.
Der Schritt des Überwachens kann ein Signal, eine Frequenz eines Signals, eine Kapazität eines Signals, eine Spannung und/oder eine Zeitkonstante (im Folgenden als gemessenes Signal bezeichnet) mit einer Formel einer Nachschlagtabelle vergleichen, um die Anwesenheit eines Fahrgasts und/oder den Kontakt eines Fahrgasts zu bestimmen. Das gemessene Signal kann durch einen Widerstand gefiltert werden, bevor das gemessene Signal die Signalsteuereinheit erreicht. Der Widerstand kann das System beim Bestimmen der Anwesenheit eines Fahrgasts und/oder des Kontakts des Fahrgasts unterstützen. Der Widerstand kann einen Messknoten des Systems und/oder einen Mikroprozessor schützen. Das gemessene Signal kann mit einer Nachschlagtabelle verglichen werden, um den Status des Fahrgasts zu bestimmen. Das gemessene Signal kann bestimmen, ob ein Fahrgast vorhanden ist und/oder ob ein Fahrgast in Kontakt mit einer Komponente ist. Das gemessene Signal kann konstant sein, wenn ein Fahrgast in Kontakt mit einer die Heizeinrichtung aufweisenden Komponente ist, und eine Änderung des gemessenen Signals außerhalb eines vorbestimmten gemessenen Signals (z. B. ein Fahrgast ist über eine vorbestimmte Zeitdauer nicht in Kontakt mit der Heizeinrichtung) kann in einer vorbestimmten Reaktion resultieren. Eine vorbestimmte Reaktion kann auftreten, nachdem ein gemessenes Signal über etwa 1 Sekunde oder mehr, etwa 2 Sekunden oder mehr, etwa 3 Sekunden oder mehr, oder etwa 5 Sekunden oder mehr außerhalb eines vorbestimmten gemessenen Signals vorhanden ist. Die vorbestimmte Reaktion kann auftreten, nachdem ein gemessenes Signal über etwa 30 Sekunden oder weniger, bevorzugt etwa 20 Sekunden oder weniger, mehr bevorzugt etwa 10 Sekunden oder weniger außerhalb eines vorbestimmten Signals vorhanden ist. Zum Beispiel kann, falls der Fahrer die Hände vom Lenkrad nimmt, das Kraftfahrzeug über eine längere Zeit nicht mehr überholen. Die Erwärmungsfunktion kann eine Steuereinheit aufweisen, um Leistung an die Heizeinrichtung zu liefern, so dass die Heizeinrichtung Wärme erzeugt, und die Fühlerfunktion kann von einer separaten Steuereinheit vorgenommen werden, um die Fühlerfunktion zu liefern, oder die Erwärmungsfunktion und die Fühlerfunktion können durch die gleiche Steuereinheit aktiviert werden.
Leistung, Strom und/oder Spannung können konstant und/oder intermittierend angelegt und/oder variiert werden, so dass die Heizeinrichtung Wärme erzeugt. Bevorzugt kann die Steuereinheit die Steuerung der Heizeinrichtung und/oder die Temperatur der Heizeinrichtung unter Verwendung von Pulsbreitenmodulation (PBM) regeln. Je nach der gewünschten Temperatur der Heizeinrichtung kann das Leistung liefernde PBM-Signal verlängert oder verkürzt werden. Somit wird Leistung entweder angelegt oder nicht (d. h. an oder aus), und die Dauer des Anlegens der Leistung wird eingestellt. Zum Beispiel kann, wenn die Heizeinrichtung angeschaltet ist, die PBM ein Signal zwischen etwa 60 Prozent und etwa 80 Prozent liefern, somit ist die Heizeinrichtung zwischen etwa 40 Prozent und 20 Prozent der Zeit ausgeschaltet. Das Fühlersignal kann das Erwärmungssignal und/oder die Erwärmungsspannung unterbrechen, so dass die Erwärmung zeitweise unterbrochen wird, während ein oder mehrere und bevorzugt eine Mehrzahl von Messsignalen aufgenommen werden. Zum Beispiel kann die Erwärmung etwa 500 ms unterbrochen werden, so dass ein oder eine Mehrzahl von Signalen aufgenommen werden kann, und der Prozess kann intermittierend wiederholt werden, so dass ein Fahrgast erfasst werden kann. Der Sensor kann Fühlerfunktionen liefern, wenn die Heizeinrichtung ausgeschaltet ist und/oder keine Leistung zum Erwärmen der Heizeinrichtung angelegt ist.
Ein Signal kann jederzeit an die Heizeinrichtung geliefert werden, so dass die Heizeinrichtung für die Fühlerfunktion verwendet werden kann. Bevorzugt wird ein Signal an die Heizeinrichtung angelegt, wenn keine Leistung angelegt ist (d. h. die Heizeinrichtung ist ”aus”). Während des Anlegens des Fühlersignals können ein oder mehrere Transistoren die Heizeinrichtung von der Leistungsquelle trennen und/oder die Heizeinrichtung von Erde trennen. Während des Anlegens des Fühlersignals können der Leistungsregler und/oder die Erwärmungsfunktion abgeschaltet sein. Das Signal kann jegliches Signal mit einer Frequenz sein. Das Signal kann jegliches Signal sein, wobei die Signalfrequenz bei einer Kapazitätsänderung verändert wird.
Die Lehre der vorliegenden Erfindung hierin sieht ein Verfahren für eine Erwärmungs- und eine Fühlerfunktion vor. Das Verfahren weist einen oder mehrere der hierin diskutierten Schritte in praktisch jeder Reihenfolge auf. Leistung kann an die Heizeinrichtung angelegt werden, so dass die Heizeinrichtung Wärme erzeugt. Ein Signal kann an die Heizeinrichtung angelegt werden, so dass die Heizeinrichtung ein Sensor ist. Leistung, ein Signal oder beides kann abwechselnd oder gleichzeitig angelegt werden. Die Leistung kann intermittierend abgeschaltet werden, so dass ein Fühlersignal angelegt werden kann. Eine Steuereinheit kann die Änderung der Kapazität des Systems messen und/oder eine Frequenzänderung eines gemessenen Signals messen. Ein oder mehrere Transistoren können die Erwärmung eines Teils einer Schaltung (z. B. Erde und/oder Leistungsquelle) ein- und/oder ausschalten.
1 stellt ein Infrarotbild eines Lenkrads 2 dar, wenn die Heizeinrichtung 10 und der Sensor 20 angeschaltet sind. Die Heizeinrichtung 10/der Sensor 20 weist Leistungszufuhrteile 12 an jedem Ende auf, und die Leistungszufuhrteile sind über Anschlussleitungen angeschlossen, so dass die Heizeinrichtung 10/der Sensor 20 Heiz- und Fühlereigenschaften aufweisen. Wie gezeigt, ist die Wärme der Heizeinrichtung 10 gleichmäßig über das Lenkrad 2 verteilt.
2 stellt die Heizeinrichtung 10/den Sensor 20 dar. Die Leistungszufuhrteile 12 befinden sich an beiden Enden, so dass, wenn Leistung angelegt wird, die Heizeinrichtung 10 eine Erwärmungsfunktion und der Sensor 20 eine Fühlerfunktion ausübt.
3A stellt eine Nahansicht des Leistungszufuhrteils 12 von 2 dar. Der Leistungszufuhrteil 12 weist einen Versorgungsleiter 14 auf, und der Versorgungsleiter 14 ist durch ein Leistungszufuhr-Material 16 abgedeckt, das über einen Kleber verbunden ist (nicht gezeigt).
3B stellt eine Nahansicht eines Leistungszufuhrteils 12 mit Versorgungsleitern 14 dar, die in der Heizeinrichtung 10/dem Sensor 20 vernadelt sind und eine Elektrode für die Zufuhr von Leistung und/oder eines Signals bilden.
4 stellt einen Querschnitt eines Lenkrads 2 dar. Das Lenkrad 2 weist einen Kern 4 auf. Die Heizeinrichtung 10/der Sensor 20 sind um den Kern 4 gewickelt. Die Heizeinrichtung 10/der Sensor 20 ist von einer Verkleidungsschicht 6 abgedeckt.
5A stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor 10, 20 mit drei Leistungszufuhrteilen 12 dar. Wie dargestellt, ist der mittlere Leistungszufuhrteil 12 ein positiver Leistungszufuhrteil mit einem negativen Leistungszufuhrteil 12 auf jeder Seite. Der mittlere Leistungszufuhrteil 12 kann sich an praktisch jedem Ort zwischen den beiden End-Leistungszufuhrteilen 12 befinden, obwohl im Wesentlichen zentriert bevorzugt ist. Ein positiver Versorgungsleiter 14 verläuft in Kontakt mit dem mittleren Leistungszufuhrteil 12, während jeder der End-Leistungszufuhrteile 12 mit einem separaten negativen Versorgungsleiter 14 verbunden ist.
5B stellt zwei diskrete Heizeinrichtungen/Sensoren 10, 20 dar, die kombiniert eine Heizeinrichtung/einen Sensor bilden. Jede der diskreten Heizeinrichtungen/jeder der diskreten Sensoren 10, 20 weist einen positiven Leistungszufuhrteil 12 und einen negativen Leistungszufuhrteil 12 auf, die jeweils mit einem diskreten Versorgungsleiter 14 verbunden sind. Wie dargestellt, befinden sich die positiven Leistungszufuhrteile 12 nahe zueinander, und die negativen Leistungszufuhrteile 12 befinden sich außen an den Heizeinrichtungen/Sensoren 10, 20. Wie dargestellt, kann der Sensor 20 im Fühlermodus erfassen, ob ein oder mehrere Hände eines Fahrgasts in Kontakt mit zum Beispiel einem Lenkrad sind, da jeder Sensor 20 in der Lage ist, einzeln die Hand eines Fahrgasts zu erfassen (nicht gezeigt).
5C stellt zwei diskrete Heizeinrichtungen/Sensoren 10, 20 dar, die über gemeinsame positive Versorgungsleiter 14 und negative Versorgungsleiter 14 elektrisch miteinander verbunden sind. Wie dargestellt, sind die negativen Versorgungsleiter 14 mit den äußeren Enden der Heizeinrichtungen/Sensoren 10, 20 verbunden, und die nahe zueinander an den Enden der Heizeinrichtungen/Sensoren 10, 20 entgegengesetzt zu den negativen Leistungszufuhrteilen 12 befindlichen positiven Leistungszufuhrteile sind verbunden. Wie dargestellt, kann jeder Sensor 20 den Kontakt mit einem Fahrgast einzeln bestimmen, so dass der Sensor feststellen kann, ob während einer Fühlerphase ein Fahrgast oder Körperteile desselben in Kontakt mit dem Sensor 20 sind.
6A stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor 10, 20 mit längsförmigen Leistungszufuhrteilen 12 dar, die sich entlang der Länge der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20 erstrecken. Die längsförmigen Leistungszufuhrteile 12 erstrecken sich im Wesentlichen parallel entlang entgegengesetzten Kanten der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20, wobei sich das Heizeinrichtungs-/Sensor-Material dazwischen erstreckt und die beiden entgegengesetzten Leistungszufuhrteile 12 elektrisch verbindet.
6B stellt die Heizeinrichtung/den Sensor 10, 20 von 6A, verbunden mit einem Lenkrad 2, dar. Die Heizeinrichtung/der Sensor 10, 20 weist Leistungszufuhrteile 12 auf, die um einen Kern 4 (nicht gezeigt) gewickelt sind, so dass die Leistungszufuhrteile 12 sich im Wesentlichen nahe zueinander befinden, wobei die Versorgungsleiter 14 sich von jedem der Leistungszufuhrteile 12 erstrecken. Wie dargestellt, befindet sich eine Isolierschicht 50 zwischen den beiden Leistungszufuhrteilen 12 und isoliert die Leistungszufuhrteile 12 elektrisch voneinander, außer durch das Material der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20, so dass Leistung von einem Leistungszufuhrteil 12 durch das Material zum zweiten Leistungszufuhrteil 12 wandern muss, was Wärme erzeugt.
7 stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor 10, 20 dar, wobei Versorgungsleiter 14 an jedem Ende der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20 verbunden sind, so dass sich ein längsförmiger Leistungszufuhrteil 12 entlang der Länge der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20 erstreckt. Die Leistungszufuhrteile 12 erstrecken sich längs von jedem Ende und enden, bevor die Leistungszufuhrteile 12 in Kontakt kommen, so dass sich eine kleine Lücke 52 zwischen jedem Ende der Leistungszufuhrteile 12 befindet, und jeder der positiven Leistungszufuhrteile 12 elektrisch isoliert ist, und jeder der negativen Leistungszufuhrteile 12 elektrisch isoliert ist. Die negativen Leistungszufuhrteile 12 und die positiven Leistungszufuhrteile 12 sind durch die Heizeinrichtung/den Sensor 10, 20 elektrisch verbunden.
8A stellt zwei diskrete Heizeinrichtung/Sensoren 10, 20 dar, die jeweils einen positiven und negativen Leistungszufuhrteil 12 aufweisen, die jeweils mit einem Versorgungsleiter 14 verbunden sind. Jede Heizeinrichtung/jeder Sensor 10, 20 erwärmt einzeln und erfasst einzeln durch Leiten von Leistung und/oder Signalen von einem Leistungszufuhrteil 12 durch das Heizeinrichtungs-Material und zum entgegengesetzten Leistungszufuhrteil 12. Jeder Sensor 20 kann einzeln einen Zustand erfassen, so dass mehr als ein Zustand gleichzeitig erfasst werden kann, wie z. B. zwei Hände.
8B stellt die beiden diskreten Heizeinrichtungen/Sensoren 10, 20 von 8A dar, gewickelt um ein Lenkrad 2, und wobei die Versorgungsleiter 14 miteinander verbunden sind, so dass Leistung und/oder Signale über die Heizeinrichtungen/Sensoren 10, 20 verteilt werden.
9A stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor 10, 20 dar, wobei drei längsförmige Leistungszufuhrteile 12 vorgesehen sind. Die beiden äußeren Leistungszufuhrteile 12 sind, wie dargestellt, negativ, und der mittlere Leistungszufuhrteil 12 ist positiv. Jeder der Leistungszufuhrteile ist mit einem Versorgungsleiter 14 verbunden, so dass Leistung und Fühlersignale durch die Heizeinrichtung/den Sensor 10, 20 angelegt werden.
9B stellt eine Querschnittsansicht der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20 dar, wenn die Heizeinrichtung/der Sensor um ein Lenkrad 2 gewickelt ist. Wie dargestellt, befinden sich die beiden negativen Enden der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20 nahe zueinander und sogar in Kontakt, ohne dass die Heizeinrichtung/der Sensor 10, 20 kurzgeschlossen wird.
9C stellt eine Querschnittsansicht einer weiteren Heizeinrichtung/eines weiteren Sensors 10, 20 dar, wenn die Heizeinrichtung/der Sensor 10, 20 um ein Lenkrad 2 gewickelt ist. Wie dargestellt, befinden sich die beiden positiven Enden der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20 nahe zueinander und sogar in Kontakt, ohne dass die Heizeinrichtung/der Sensor 10, 20 kurzgeschlossen wird.
9D stellt die Heizeinrichtung/den Sensor 10, 20 dar, gewickelt um ein Lenkrad 2, wobei die Enden in Kontakt kommen, so dass keine Lücke zwischen den Enden der Heizeinrichtung/des Sensors 10, 20 vorhanden ist.
10 stellt eine Heizeinrichtung/einen Sensor 10, 20 mit einem Leistungszufuhrteil zum Anlegen von Leistung 12A an jedem Ende und ein Leistungszufuhrteil zum Anlegen eines Signals 12B an jedem Ende dar. Jeder der Leistungszufuhrteile zum Anlegen von Leistung 12A ist mit einem Versorgungsleiter 14A verbunden, so dass Leistung an die Heizeinrichtung/den Sensor 10, 20 angelegt wird, um Wärme zu erzeugen. Jeder der Leistungszufuhrteile zum Anlegen eines Signals 14B ist mit einem Versorgungsleiter 14B verbunden, so dass ein Signal an die Heizeinrichtung/den Sensor 10, 20 angelegt wird, wenn die Wärme ausgeschaltet ist, um einen Fahrgastkontakt zu erfassen. Die Versorgungsleiter 14B sind mit einem Mikroprozessor 60 verbunden, der den Fahrgastkontakt erfasst.
11 stellt ein Schaltbild während der Fühlerfunktion dar. Ein Signal wird dem Lenkrad 2 über den Eingang 22 zugeführt, welcher in die Heizeinrichtung (nicht gezeigt) führt. Das Signal kehrt dann zurück und läuft über einen Widerstand 26 zu einem Ausgang 24, wo das Signal mit einer Nachschlagtabelle verglichen wird. Wie dargestellt, bildet das Lenkrad 2 eine Seite eines Kondensators 40, und der Fahrgast 100 bildet die andere Seite eines Kondensators 40, so dass, wenn der Fahrgast 100 in Kontakt mit dem Lenkrad 2 ist, eine Frequenzänderung durch den Ausgang 24 erfasst wird.
12 stellt ein Schaltbild mit sowohl Erwärmungs- als auch Fühlerfunktion dar. Wenn die Heizeinrichtung 10 betrieben wird, wird Leistung von einer Leistungsquelle 30 über einen zweiten Transistor 34 in der Heizeinrichtung 10 angelegt. Während der Fühlerfunktion wird ein Signal vom Eingang 22 an die Heizeinrichtung 20 gesendet, und der Transistor 1 32 und der Transistor 2 34 werden abgeschaltet, so dass das Signal durch den Widerstand 26 und den Ausgang 24 läuft.
13 stellt ein Beispiel für den Betrieb der Heizeinrichtung 10 und des Sensors 20 dar. Die Heizeinrichtung 10 wird über Pulsbreitenmodulation versorgt, so dass Leistung über eine gegebene Zeit angelegt wird, und dann wird die Leistung über eine gegebene Zeit abgeschaltet. Während der Zeit, wenn die Heizeinrichtung abgeschaltet ist, wird ein Signal an die Heizeinrichtung angelegt, so dass die Heizeinrichtung für die Fühlerfunktion verwendet wird.
Alle hier zitierten numerischen Werte schließen alle Werte vom unteren Wert bis zu oberen Wert in Inkrementen von einer Einheit ein, vorausgesetzt es besteht ein Unterschied von mindestens 2 Einheiten zwischen einem unteren Wert und einem oberen Wert. Als Beispiel, falls angegeben wird, dass die Menge einer Komponente oder eines Wert einer Prozessvariablen wie zum Beispiel Temperatur, Druck, Zeit und dergleichen zum Beispiel von 1 bis 90 ist, bevorzugt von 20 bis 80, mehr bevorzugt von 30 bis 70, sollen damit Werte wie z. B. 15 bis 85, 22 bis 68, 43 bis 51, 30 bis 32 etc. ausdrücklich in dieser Angabe eingeschlossen sein. Bei Werten kleiner als eins wird eine Einheit wie 0,0001, 0,001, 0,01 oder 0,1 als passend angesehen. Dies sind nur Beispiele dafür, was spezifisch beabsichtigt ist, und alle möglichen Kombinationen von numerischen Werten zwischen dem niedrigsten Wert und dem höchsten Wert sind in dieser Anmeldung in ähnlicher Weise als ausdrücklich aufgeführt anzusehen.
Falls nicht anders angegeben, schließen alle Bereiche beide Endpunkte und alle Zahlen zwischen den Endpunkten ein. Die Verwendung von ”etwa” oder ”nahezu” in Verbindung mit einem Bereich gilt für beide Enden des Bereichs. Somit soll ”etwa 20 bis 30” ”etwa 20 bis etwa 30” einschließlich mindestens der angegebenen Endpunkte abdecken.
Die Offenbarungen aller Gegenstände und Referenzen, einschließlich Patentanmeldungen und -veröffentlichungen sind als Referenz für alle Zwecke eingeschlossen. Der Ausdruck ”im Wesentlichen bestehend aus” zum Beschreiben einer Kombination soll die identifizierten Elemente, Inhaltsstoffe, Komponenten oder Schritte und derartige andere Elemente, Inhaltsstoffe, Komponenten oder Schritte einschließen, die die grundlegenden und neuartigen Eigenschaften der Kombination nicht materiell beeinträchtigen. Die Verwendung der Ausdrücke ”umfassend” oder ”aufweisend” zum Beschreiben von Kombinationen von Elementen, Inhaltsstoffen, Komponenten oder Schritten hierin zieht auch Ausführungsformen in Betracht, die im Wesentlichen aus den Elementen, Inhaltsstoffen, Komponenten oder Schritten bestehen. Durch Verwendung des Ausdrucks ”kann” oder ”können” hierin soll dargelegt werden, dass alle zugeschriebenen Attribute, die enthalten sein ”können”, optional sind.
Mehrfache Elemente, Inhaltsstoffe, Komponenten oder Schritte können durch ein einzelnes integriertes Element, einen einzelnen integrierten Inhaltsstoff, eine einzelne integrierte Komponente oder einen einzelnen integrierten Schritt vorgesehen sein. Alternativ kann ein einzelnes integriertes Element, ein einzelner integrierter Inhaltsstoff, eine einzelne integrierte Komponente oder ein einzelner integrierter Schritt in separate mehrfache Elemente, Inhaltsstoffe, Komponenten oder Schritte aufgeteilt sein. Die Offenbarung von ”eines” oder ”einer” zum Beschreiben eines Elements, eines Inhaltsstoffes, einer Komponente oder eines Schritts soll weitere Elemente, Inhaltsstoffe, Komponenten oder Schritte nicht ausschließen.

Es versteht sch, dass die obige Beschreibung illustrativ und nicht restriktiv sein soll. Viele Ausführungsformen ebenso wie viele Anwendungen neben den gegebenen Beispielen ergeben sich für Fachleute beim Lesen der obigen Beschreibung. Der Schutzbereich der Lehre der vorliegenden Erfindung sollte daher nicht mit Bezug auf die obige Beschreibung bestimmt werden, sondern sollte stattdessen mit Bezug auf die angehängten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollständigen Schutzbereich von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigen. Die Offenbarungen aller Artikel und Referenzen, einschließlich Patentanmeldungen und -veröffentlichungen, sind als Referenz für alle Zwecke eingeschlossen. Die Auslassung in den folgenden Ansprüchen von irgendeinem Aspekt des Gegenstands, der hierin offenbart wird, ist weder ein Verzicht auf einen derartigen Gegenstand, noch sollte dies angesehen werden, als hätten die Erfinder diesen Gegenstand nicht als Teil des offenbarten erfinderischen Gegenstands angesehen. Bezugszeichenliste

2	Lenkrad
4	Kern (von Lenkrad)
6	Verkleidungsschicht
10	Heizeinrichtung
12	Leistungszufuhrteil (d. h. breiter gefasst als nur eine Elektrode)
12A	Leistungszufuhrteil (Leistung)
12B	Leistungszufuhrteil (Fühlerfunktion)
14	Versorgungsleiter
14A	Versorgungsleiter für Leistung
14B	Versorgungsleiter für Fühlerfunktion
16	Leistungszufuhrteil-Material
18	Leistung Leiter
20	Sensor
22	Signaleingang
24	Signalausgang
26	Widerstand
30	Leistungsquelle
32	Transistor 1
34	Transistor 2
40	Kondensator
50	Vlies
52	Lücke
60	Mikroprozessor
100	Fahrgast

Claims

Kombination von Heizeinrichtung 10 und Sensor 20, welche Folgendes aufweist: a) eine Heizschicht, eine Fühlerschicht oder beides, b) einen oder mehrere Leistungszufuhrteile 12, einen oder mehrere Fühlerversorgungsteile 12 oder beides, wobei die Heizschicht und die Fühlerschicht sich innerhalb der gleichen Ebene befinden, und wobei die Heizschicht eine Vliesschicht ist, die aus einer Mehrzahl von metallisierten Fasern besteht, die zufällig orientiert sind und die Heizschicht bilden, so dass bei Zufuhr von Leistung die Heizschicht Wärme liefert.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach Anspruch 1, wobei die Fühlerschicht ein Fühlerdraht ist, der in die Heizschicht genäht ist, um Fühlerfunktionen zu liefern.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach Anspruch 1, wobei die Heizschicht und die Sensorschicht eine gleiche Einrichtung sind.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach Anspruch 3, wobei die Heizeinrichtung keine separaten, einen Sensor bildenden Teile enthält.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizeinrichtung unter Verwendung der Pulsbreitenmodulation gesteuert ist, und wobei, wenn die Heizeinrichtung ausgeschaltet ist, ein Signal durch die Fühlerschicht läuft, um die Fühlerfunktion zu liefern.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach den Ansprüchen 3 bis 5, wobei der eine oder die mehreren Leistungszufuhrteile 12 ein leitfähiger Vliesstoff ist oder sind, der oder die an der Heizschicht, der Fühlerschicht oder an beiden befestigt ist oder sind, und wobei der eine oder die mehreren Leistungszufuhrteile zwei Leistungszufuhrteile ist oder sind, der oder die sich an entgegengesetzten Endbereichen der Heizeinrichtung befindet oder befinden.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach den Ansprüchen 3 bis 5, wobei eine Steuereinheit für die Heizeinrichtung mit der Heizeinrichtung verbunden ist, um die Heizeinrichtung zu versorgen, so dass die Heizeinrichtung Wärme liefert, und wobei eine Steuereinheit für den Sensor mit dem Sensor verbunden ist, um ein Signal zu liefern, so dass der Sensor eine Fühlerfunktion liefert, und wobei die Steuereinheit für den Sensor und die Steuereinheit für die Heizeinrichtung mit der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor über einen oder mehrere Leiter verbunden sind, und wobei der eine oder die mehreren Leiter sowohl die Heizeinrichtung versorgen als auch ein Signal an den Sensor liefern.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizeinrichtung und der Sensor sich innerhalb eines Fahrzeugsitzes befinden und von einer Verkleidungsschicht abgedeckt sind; wobei die Heizeinrichtung und der Sensor sich innerhalb eines Lenkrads befinden und von einer Verkleidungsschicht abgedeckt sind; oder beides.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor den Fahrgastkontakt zwischen einem Fahrgast und der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor und/oder einer die Kombination von Heizeinrichtung und Sensor enthaltenden Komponente und/oder die Anwesenheit eines Fahrgasts bestimmt.
Kombination von Heizeinrichtung und Sensor nach Anspruch 7, wobei das von der Sensorsteuerung gelieferte Signal eine Frequenz hat, und die Steuereinheit für den Sensor eine Frequenzänderung des Signals misst, um zu bestimmen, ob ein Fahrgast in Kontakt mit der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor und/oder in Kontakt mit einer die Kombination von Heizeinrichtung und Sensor enthaltenden Komponente ist.
Verfahren, welches Folgendes umfasst: a) Installieren der Kombination von Heizeinrichtung 10 und Sensor 20 nach Anspruch 1 in einer Komponente eines Kraftfahrzeugs, b) Zuführen von Leistung zur Kombination von Heizeinrichtung und Sensor, so dass eine Heizschicht der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor Wärme erzeugt, c) Liefern eines Signals an die Kombination von Heizeinrichtung und Sensor, so dass eine Fühlerschicht der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor ein Signal zum Bestimmen der Anwesenheit eines Fahrgasts und/oder des Kontakts zwischen dem Fahrgast und der Komponente des Kraftfahrzeugs erzeugt, und d) Überwachen des Signals für einen Fahrgast, das Fehlen eines Fahrgasts und/oder das Fehlen eines Kontakts zwischen der Komponente und dem Fahrgast.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Leistung durch Pulsbreitenmodulation angelegt wird, so dass die Leistung eine Ein-Phase und eine Aus-Phase aufweist, und wobei das Signal an die Kombination von Heizeinrichtung und Sensor angelegt wird, wenn die Leistung in der Aus-Phase ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, wobei das Signal eine Frequenz aufweist, und eine Steuereinheit für den Sensor die Frequenz, eine Änderung der Frequenz, eine Kapazität des Signals, eine gemessene Spannung oder eine Kombination von diesen misst, um die Anwesenheit eines Fahrgasts und/oder einen Kontakt zwischen dem Fahrgast und der Kombination von Heizeinrichtung und Sensor zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 13, wobei die Leistung und das Signal an die Kombination von Heizeinrichtung und Sensor über einen Leiter angelegt werden, und der Leiter der gleiche sowohl für das Signal als auch die Leistung ist.
Sensor 20, welcher Folgendes aufweist: a) eine Vlies-Fühlerschicht mit: i. einer Mehrzahl von einzelnen Fasern, die zufällig orientiert sind, und ii. einer Mehrzahl von Leerräumen und/oder Poren, die sich zwischen der Mehrzahl von einzelnen Fasern befinden, die zufällig orientiert sind, b) ein oder mehrere Leistungszufuhrteile, die die Fühlerschicht mit einer Signalquelle verbinden, so dass der Sensor eine Anwesenheit eines Fahrgasts und/oder eines Kontakts mit dem Sensor erfasst.
Sensor nach Anspruch 15, wobei der Sensor Teil eines Lenkrads 2 und/oder eines Fahrzeugsitzes ist, und der Sensor von einer Verkleidungsschicht abgedeckt ist, und wobei die Mehrzahl der Fasern eine Mehrzahl von Polymerfasern ist, die mit einem Metall beschichtet sind, so dass die Mehrzahl der mit Metall beschichteten Polymerfasern leitfähig ist.