DE112014003822T5

DE112014003822T5 - Folienheizung z. B. für eine Heizplatte

Info

Publication number: DE112014003822T5
Application number: DE112014003822.9T
Authority: DE
Inventors: Thiemo Spielmann; Thomas Wittkowski
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-05-04
Also published as: WO2015024909A1; CN105594301A; LU92270B1; US20160205726A1

Abstract

Folienheizung, umfassend eine erste (16) und eine zweite (14) spiralförmige Widerstandsheizbahn, die in einer ersten resp. einer zweiten Schicht, die an eine flache oder gekrümmte Oberfläche angepasst ist, ausgebildet sind. Jede der ersten und zweiten Widerstandsheizbahn weist eine Mitte und mindestens ein äußeres Ende auf. Eine elektrisch isolierende Schicht (12) ist zwischen der ersten und zweiten Schicht ausgebildet. Die elektrisch isolierende Schicht umfasst eine Öffnung, die eine elektrische Durchkontaktierung aufnimmt, durch welche die erste und zweite Widerstandsheizbahn elektrisch miteinander kontaktiert sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Folienheizung (d. h. eine Heizung mit dem Aussehen einer dünnen, flexiblen Folie bzw. eines dünnen, flexiblen Films) z. B. für eine Heizplatte, die insbesondere (aber nicht ausschließlich) für das Heizen des Fahrgastraums eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, geeignet ist.
Hintergrund der Erfindung
Heizplatten genießen zunehmende Beliebtheit in der Automobilindustrie für das Heizen des Fahrgastraums von Fahrzeugen (z. B. durch Strahlungs- oder Kontaktheizung), weil bei ihnen hoher Fahrgastkomfort mit einer effizienten Verwendung von elektrischer Energie kombiniert ist. Bei existierenden Heizplatten werden normalerweise die gleichen Technologien wie bei Sitzheizungen gebraucht. Sie umfassen insbesondere Widerstandsdrähte, die diskontinuierlich gemäß einem Pulsweitenmodulationsschema betrieben werden. Während der Heizstrom eingeschaltet ist, erreichen die Widerstandsdrähte vergleichsweise hohe Temperaturen. Wegen des Abstands zwischen benachbarten Segmenten der Drähte wird darüber hinaus sehr lokal Wärme erzeugt, was zu Heißpunkten führt, die sich mit unbeheizten Bereichen abwechseln. Es ist daher notwendig, dass die Drähte durch eine Ausgleichsschicht vom Fahrgastraum getrennt werden, die die Temperaturverteilung sowohl zeitlich als auch über den gesamten Bereich der Heizplatte homogenisiert. Die Ausgleichsschicht erhöht unweigerlich die Wärmekapazität der Heizplatte, verzögert die Wärmeabgabe in den zu heizenden Raum und behindert den Wärmestrom in diesen Raum. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Ausgleichsschicht die Vorteile der Strahlenheizung signifikant verringert.
Technisches Problem
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Folienheizung bereitzustellen, die mit dem Betrieb bei einer niedrigeren Temperatur kompatibel ist. Diese Aufgabe wird durch eine wie in Anspruch 1 beanspruchte Folienheizung erzielt.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Folienheizung eine erste und eine zweite spiralförmige Widerstandsheizbahn, die in einer ersten bzw. zweiten Schicht, die an eine flache oder gekrümmte Oberfläche angepasst sind, ausgebildet sind. Jede der ersten und zweiten Widerstandsheizbahn hat eine Mitte (der hierin benutzte Begriff „Mitte“ bezieht sich auf das innere Ende der Spirale) und mindestens ein äußeres Ende (der hierin benutzte Begriff „äußeres Ende“ bezieht sich auf das Ende der äußersten Windung der Spirale). Zwischen der ersten und zweiten Schicht ist eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht umfasst eine Öffnung, die eine elektrische Durchkontaktierung aufnimmt, durch welche die erste und zweite Widerstandsheizbahn elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Die Heizbahnen können dank ihrer Spiralform ohne (oder im Wesentlichen ohne) Kreuzungen dicht über der gesamten Heizoberfläche verlegt werden. Somit kann eine signifikant gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielt werden. Es lohnt sich anzumerken, dass die Spirale keine besonders regelmäßige Form aufweisen muss.
Die erste und zweite Widerstandsheizbahn sind vorzugsweise nebeneinander verlegt (aus einer senkrecht zur ersten und zweiten Schicht gesehenen Richtung). Da die verschiedenen Windungen einer Heizbahn durch einen spiralförmigen Zwischenraum voneinander getrennt sind, sind die Windungen der anderen Heizbahn vorzugsweise derart angeordnet, dass sie auf die Mittellinie des spiralförmigen Zwischenraums ausgerichtet verlegt sind. Je nach der pro Flächeneinheit vorgegebenen Wärmemenge kann die Überlappung (die als der prozentuale Anteil der Breite einer Heizbahn definiert ist, der mit einer Heizbahn auf der gegenüberliegenden Seite der elektrisch isolierenden Schicht abgedeckt ist) zwischen der ersten Heizbahn und der zweiten Heizbahn zwischen 0 % (keine Überlappung) und 50 % der Breite jeder Bahn ausmachen. In Überlappungsbereichen zwischen der ersten und zweiten Heizbahn wird auf den zwei Seiten der elektrisch isolierenden Schicht Wärme erzeugt. Demgemäß kann die lokale Wärmedichte in Überlappungszonen signifikant höher sein als in sich nicht überlappenden Zonen. Die erste und zweite Widerstandsheizbahn bilden vorzugsweise einen Gesamtüberlappungsbereich von höchstens 25 % der flachen oder gekrümmten Oberfläche.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung füllen die erste und zweite Widerstandsheizbahn die flache oder gekrümmte Oberfläche in einem Ausmaß von mindestens 70 % aus. Der Füllfaktor ist vorzugsweise noch höher, also z. B. ungefähr 80 % oder sogar ungefähr 90 %. Je höher der Füllfaktor ist, desto kleiner ist der gesamte ungeheizte Bereich. Die lokalen Temperaturhöchstwerte können wiederum viel näher an die Durchschnittstemperatur gebracht werden, die über den Gesamtbereich der Folienheizung gemittelt wird.
Die erste und zweite Heizbahn sind vorzugsweise aufgedruckte oder anderweitig abgeschiedene Schichten, die von einem Substrat getragen werden. Die elektrisch isolierende Schicht umfasst gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein flexibles Substrat mit einer ersten Seite mit der darauf aufgedruckten ersten Widerstandsheizbahn und einer zweiten Seite mit der darauf aufgedruckten zweiten Widerstandsheizbahn. Die elektrisch isolierende Schicht umfasst gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Substrat mit einer ersten Seite, die die erste Widerstandsheizbahn als eine durch Galvanisierung oder stromlose Abscheidung (auf einer ersten Impfkristallbahn, die durch ein beliebiges geeignetes Druckverfahren bereitgestellt wird) gebildete Schicht darauf aufgebracht aufweist, und einer zweiten Seite, die die zweite Widerstandsheizbahn als eine durch Galvanisierung oder stromlose Abscheidung (auf einer zweiten Impfkristallbahn, die durch ein beliebiges geeignetes Druckverfahren bereitgestellt wird) gebildete Schicht darauf aufgebracht aufweist. Gemäß noch einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Widerstandsheizbahn auf eine Trägerfolie aufgebracht (abgeschieden oder aufgedruckt), ist die elektrisch isolierende Schicht oben auf die erste Widerstandsheizbahn aufgedruckt und ist die zweite Widerstandsheizbahn oben auf die elektrisch isolierende Schicht aufgedruckt. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Widerstandsheizbahn auf eine erste Trägerfolie aufgebracht, ist die zweite Widerstandsheizbahn auf eine zweite Trägerfolie aufgebracht und ist die elektrisch isolierende Schicht zwischen die erste und zweite Trägerfolie einlaminiert.
Vorzugsweise haben die erste und zweite Widerstandsheizbahn jeweils eine Breite, die im Bereich von 0,5 mm bis 5 cm, bevorzugter im Bereich von 2 mm bis 2 cm, umfasst ist. Die Breite der Heizbahnen kann darüber hinaus über die Folienheizung variieren, um variable Heizenergiedichten in verschiedenen Teilen der Heizung zu realisieren. Wenn die erste und zweite Widerstandsheizbahn mindestens eine Kreuzung bilden, sind sie vorzugsweise an der Kreuzung lokal verbreitert. Der Widerstand der Bahnen ist wegen der Verbreiterung im Bereich der Kreuzung verringert, was zu einer Reduzierung der Wärmeerzeugung führt. Diese Methode kann somit zur Vermeidung eines inhomogenen Temperaturprofils an Kreuzungen der Heizbahnen benutzt werden.
Die elektrisch isolierende Schicht hat vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit, die im Bereich von 0,1 W/(m·K) bis 1 W/(m·K) umfasst ist.
Die erste und zweite Widerstandsheizbahn haben vorteilhafterweise Mindestkrümmungsradien, die nicht kleiner als die Breiten der ersten bzw. zweiten Widerstandsheizbahn sind. Die Mindestkrümmungsradien machen vorzugsweise mindestens das Vierfache der Breite der ersten und zweiten Widerstandsheizbahn aus.
Die erste und zweite Widerstandsheizbahn können an ihren Mitten elektrisch miteinander kontaktiert sein. Zusätzlich oder alternativ dazu können die erste und zweite Widerstandsheizbahn an ihren äußeren Enden elektrisch miteinander kontaktiert sein.
Jede von der ersten und zweiten Widerstandsheizbahn umfasst gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens zwei spiralförmige Zweige, die an ihren jeweiligen Mitten verbunden sind.
Die elektrische Durchkontaktierung kann aus einem sehr leitfähigen Material bestehen. Vorzugsweise besteht sie aber aus dem Widerstandsheizmaterial. In diesem Fall sind die Länge, Breite und Abscheidungsdicke des Widerstandsheizmaterials derart ausgewählt, dass die Durchkontaktierung zum Heizen beiträgt.
Wenn die Folienheizung mindestens zwei elektrische Durchkontaktierungen umfasst, kann die den Heizstrom zuführende Energiequelle an den elektrischen Durchkontaktierungen mit den Heizbahnen verbunden sein (d. h., dass die elektrischen Durchkontaktierungen zugleich als Kontaktanschlüsse dienen).
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Heizplatte wie z. B. eine Strahlungsheizplatte, die eine wie vorstehend beschriebene Folienheizung und eine die Folienheizung tragende Tragplatte umfasst, wobei die Tragplatte die flache oder gekrümmte Oberfläche definiert, an welche die erste und zweite Widerstandsheizbahn angepasst sind. Die Heizplatte umfasst vorzugsweise eine Dekorschicht, die zusammen mit der Tragplatte die Folienheizung sandwichartig umgibt. Die Folienheizung kann ein um eine Kante der Tragplatte umgeschlagenes Anschlussende umfassen. Das Anschlussende trägt vorzugsweise einen Abschnitt der ersten Heizbahn und einen Abschnitt der zweiten Heizbahn. Am meisten bevorzugt sind die Abschnitte der ersten und zweiten Heizbahn dort verbreitert, wo das Anschlussende derart um die Kante umgeschlagen ist, dass eine höhere Robustheit gegen Biegebeanspruchung bereitgestellt wird.
Die Widerstandsheizbahnen bestehen vorzugsweise im Wesentlichen aus einem Metall wie beispielsweise Cu, Ag, Au, Al, ... Alternativ dazu können die Widerstandsheizbahnen im Wesentlichen aus einem Verbundstoff bestehen, der aus Metallplättchen (geeignete Metalle sind z. B. Cu, Ag, Au, Al ...) und mindestens einem Polymerisatbinder ausgebildet ist.
Die Verbindung zwischen der ersten und zweiten Heizbahn kann durch einen Niet oder durch ein Zusatzmaterial, das beispielsweise mittels Aufdrucken oder Abgeben in der Öffnung der isolierenden Schicht angeordnet ist, ausgebildet werden. Die Durchkontaktierung kann alternativ dazu durch Warmformen oder Ultraschallschweißen ausgebildet werden.
Die Folienheizung kann mindestens zwei Spiralpaare umfassen, die jeweils aus zwei Widerstandsheizbahnen bestehen, wobei die Spiralpaare nebeneinander verlegt sind und in Reihenschaltung angeschlossen sind mittels

a) zwei Durchkontaktierungen in der Mitte
b) mindestens zwei Durchkontaktierungen an den äußeren Enden der Heizbahnen.

Die Folienheizung kann alternativ dazu mindestens zwei Spiralpaare umfassen, die verschiedene Bereiche beheizen.
Vorzugsweise sind die Breite und die Länge jedes der parallel angeschlossenen Spiralpaare derart angepasst, dass die Widerstände der parallel angeschlossenen Spiralen gleich sind („gleich“ bedeutet hier <10 % relative Differenz zwischen den Widerständen).
Wenn die Folienheizung ein Teil einer Heizplatte ist, umfasst die Tragplatte vorzugsweise eine Vertiefung an ihrer Vorderseite, in welche die Folienheizung genau hineinpasst und dadurch hinter dem Dekor haptisch nicht wahrnehmbar wird, nachdem die Heizplatte eingebaut wurde. Die Folienheizung ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung thermisch gegenüber der Tragplatte isoliert, wobei eine Wärmeisolationsschicht verwendet wird, die aus Materialien wie beispielsweise geschlossenzelligen Schaumstoffen, Abstandsgeweben und/oder Materialien, die wie z. B. Aluminiumfolie im infraroten Spektralbereich stark reflektieren, besteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung mehrerer nicht einschränkender Ausgestaltungen anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1: eine schematische Draufsicht einer Folienheizung gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung;
2: einen Querschnitt entlang der Linie II-II von 1;
3: eine schematische Draufsicht einer Folienheizung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung;
4: eine schematische Draufsicht einer Folienheizung gemäß einer dritten bevorzugten Ausgestaltung;
5: einen entsprechenden Schaltplan einer Heizung, der mehrere parallel geschaltete Heizwege umfasst;
6: eine schematische Darstellung einer Kreuzung von zwei Heizbahnen, die durch eine elektrisch isolierende Schicht getrennt sind;
7: eine schematische Darstellung eines Härtungsverfahrens unter Einsatz von Licht oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung;
8: einen schematischen Querschnitt einer Durchkontaktierung gemäß einer ersten Implementierung;
9: einen schematischen Querschnitt einer Durchkontaktierung gemäß einer zweiten Implementierung;
10: einen schematischen Querschnitt einer Durchkontaktierung gemäß einer dritten Implementierung;
11: einen schematischen Querschnitt einer durch Heißprägen oder Ultraschallschweißen hergestellten Durchkontaktierung;
12: eine schematische Draufsicht einer Durchkontaktierung in einer Heizung, wobei die Heizbahnen aufeinander mit einer sie trennenden aufgedruckten isolierenden Schicht aufgedruckt sind;
13: eine schematische Querschnittsansicht der Durchkontaktierung von 12;
14: eine schematische Draufsicht einer weiteren Durchkontaktierung in einer Heizung, wobei die Heizbahnen aufeinander mit einer sie trennenden aufgedruckten isolierenden Schicht aufgedruckt sind;
15: eine schematische Querschnittsansicht der Durchkontaktierung von 14;
16: eine schematische Draufsicht einer Heizplatte gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung;
17: eine schematische Querschnittsansicht der Heizplatte von 16;
18: eine andere schematische Querschnittsansicht der Heizplatte von 16, die das um die Kante der Tragplatte umgeschlagene Anschlussende zeigt;
19: eine vergrößerte Detailansicht von 18;
20: eine schematische Querschnittsansicht der in 16 dargestellten Durchkontaktierung;
21: eine schematische Querschnittsansicht des Kontakts der Heizbahn, die direkt auf die Trägerfolie der Heizplatte von 16 aufgebracht ist;
22: eine schematische Querschnittsansicht des Kontakts der Heizbahn, die oben auf die dielektrische Schicht der Heizplatte von 16 aufgebracht ist;
23: eine schematische Draufsicht einer Heizplatte, die eine Variante der in 16 dargestellten ist.
Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen
1 zeigt schematisch die Anordnung einer elektrischen Heizung 10. Die Heizung 10 umfasst eine aus einem elektrisch isolierenden Material bestehende flexible Trägerfolie 12, auf deren erster Seite eine erste spiralförmige Widerstandsheizbahn 14 aufgebracht ist und auf deren zweiter Seite eine zweite spiralförmige Widerstandsheizbahn 16 aufgebracht ist. Die spiralförmigen Widerstandsheizbahnen 14, 16 sind an ihren Mitten mittels einer elektrischen Durchkontaktierung 18, die die Trägerfolie 12 durchquert, miteinander verbunden. Eine Steuerschaltung, die hier symbolisch als Spannungsquelle 20 dargestellt ist, ist an Kontakte 22, 24 an den äußeren Enden der Heizbahnen 14, 16 angeschlossen. Die Heizbahnen 14, 16 sind in Reihenschaltung zwischen den Kontakten 22, 24 angeschlossen. Nach dem Anlegen einer elektrischen Spannung führt der Fluss eines elektrischen Stroms durch die Widerstandsheizbahnen 14, 16 auf beiden Seiten der Trägerfolie 12 zur Erzeugung von Wärme durch die Widerstandsheizbahnen 14, 16.
2 zeigt eine Detailansicht der Folienheizung 10 im Querschnitt. Die einzelnen Windungen jeder Heizbahn sind durch einen Zwischenraum 26 oder 28 von ihren benachbarten Windungen getrennt. Die Höhe und Breite der Heizbahnen sind als h bzw. w angegeben. Der horizontale Abstand von zwei benachbarten Windungen der Heizbahnen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Trennschicht sind durch s bezeichnet. Die Mittellinie des Zwischenraums 26 oder 28 ist vertikal auf die Mittellinie der Heizbahn auf der gegenüberliegenden Seite der Trägerfolie 12 ausgerichtet. Die Überlappung der ersten und zweiten Heizbahn macht höchstens 25 % des Bereichs der Trägerfolie 12 aus. Insbesondere ist in der dargestellten Ausgestaltung eine Überlappung der ersten und zweiten Heizbahn nur in der Mitte der Spiralen vorhanden. Obwohl jede Heizbahn 14, 16 nur einen Teil (ungefähr die Hälfte in dem dargestellten Fall) der jeweiligen Seite der Trägerfolie 12 einnimmt, füllen die erste und zweite Heizbahn zusammen den Bereich der Trägerfolie 12 in einem Ausmaß von mindestens 70 % und vorzugsweise mehr aus. Es lohnt sich in Bezug auf 1 anzumerken, dass die Trägerfolie 12 nur zu Veranschaulichungszwecken größer dargestellt ist als der beheizte Bereich und auch die gleiche Größe aufweisen kann wie der beheizte Bereich, was zu einem Füllfaktor von fast 100 % führen würde. Infolge des hohen Füllfaktors hat die elektrische Heizung 10 eine sehr homogene Temperaturverteilung durch den Heizbereich hindurch. Demzufolge sind die Anforderungen in Bezug auf eine etwaige die Heizung verbergende Dekor- oder Schutzschicht im Vergleich zu drahtbasierten Heizungen ziemlich gering.
Obwohl 1 eine Heizung mit rechteckigem Umriss zeigt, versteht es sich, dass viele weitere Heizungsgeometrien mit spiralförmigen Heizbahnen ausgefüllt werden können. Insbesondere sind rechte Winkel oder gerade Grenzlinien nicht erforderlich (aber möglich). Es ist ebenfalls anzumerken, dass sich die Folienheizung dank ihrer Flexibilität selbst an eine gekrümmte oder flache Tragfläche anpassen kann.
Die Heizbahnen der Folienheizung werden derart bemessen, dass sie die gewünschte Leistungsdichte (= Leistung pro Flächeneinheit) erzielen. Der Widerstand der Gesamtlänge der Heizbahnen, R, ist nach dem ohmschen Gesetz bemessen: R = U²/(P_AA_tot) (1), wobei U die angelegte Spannung (z. B. die Bordspannung von 13,5 V im Falle eines Personenkraftwagens) ist, P_A die erforderliche Leistungsdichte (typisch zwischen 200 und 1000 W/m²) ist und A_tot die gesamte Heizungsfläche ist. Im Automobilbereich könnten typische Flächen 0,05 m² für eine Armlehne und 1,5 m² für einen Dachhimmel eines Personenkraftwagens betragen. Der Gesamtwiderstand eines Leiters mit einem spezifischen Volumenwiderstand ρ, einer Länge l, einer Breite w und einer Höhe h ist gegeben durch: R = ρ l / wh (2).
Die Heizbahnbreite w ist vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 50 mm umfasst, wohingegen ihre Höhe von dem ausgewählten Implementierungs- und Herstellungsverfahren abhängt (das nachfolgend ausführlicher beschrieben wird), aber typisch in der Größenordnung von 2 µm bis 10 µm liegt.
Wie oben angegeben wurde, lässt sich eine hohe Flächendeckung (Füllfaktor) der Heizung (als η bezeichnet) erzielen. Der Füllfaktor ist als die durch die Heizbahnen abgedeckte Fläche (A_Heizb) dividiert durch die Gesamtheizungsfläche (A_tot) definiert:
Bei bestimmten Anwendungen kann η > 70 % ausreichen, doch η > 90 kann erforderlichenfalls in den meisten Fällen erreicht werden.
Die erforderliche Länge der Bahnen zur Erfüllung dieser Anforderungen kann wie folgt ausgedrückt werden:
Die Breite w ergibt sich dann trivial aus Gleichung (3). Die erfundene Heizung gestattet eine Konstruktion der Heizbahnen derart, dass die gewünschte Leistungsdichte erreicht wird.
Um eine homogene Temperaturverteilung durch gekrümmte Heizbahnen hindurch zu erzielen, wird deren Krümmungsradius vorzugsweise mindestens so groß wie die Heizbahnbreite gewählt. Der Krümmungsradius der Heizbahnen wird bevorzugter minestens viermal größer als die Heizbahnbreite gewählt.
Die Heizbahnen auf den zwei Seiten der elektrisch isolierenden Schicht werden benachbart mit geringer oder keiner Überlappung zwischen den Bahnen angeordnet. Zur Erzielung einer sehr homogenen Temperaturverteilung beträgt der horizontale Abstand s (siehe 2) zwischen zwei Heizbahnen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Trennschicht vorzugsweise zwischen –0,25 w und +0,25 w, wobei ein negativer Wert des Abstands s eine Überlappung angibt. In 2 ist die elektrisch isolierende Schicht die Trägerfolie selbst und ist ein positiver horizontaler Abstand s ausgewählt. Der Abstand s kann über die Gesamtlänge der Heizbahnen konstant sein, doch s kann über den Heizungsaufbau variieren, um beispielsweise die oben genannten Kriterien für den Mindestradius zu erfüllen. Der Abstand kann bei einigen Stellen der Heizbahnen demzufolge außerhalb der genannten Grenzen liegen. Wenn der Abstand über den Heizungsaufbau variiert, wird der durchschnittliche Abstand vorzugsweise zwischen –0,25 w und 0,25 w gewählt.
Bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung werden mehrere der oben beschriebenen Reihenschaltungen elektrisch parallel geschaltet betrieben. Es ist anzumerken, dass es möglich ist, Parallelschaltungen mit verschiedenen Heizbahnbreiten und -längen bei jedem der parallel geschalteten Strompfade herzustellen. Der Gesamtwiderstand jedes Strompfads der Parallelschaltung kann so ausgelegt werden, dass er identisch ist (was für einige bestimmte Verarbeitungsmerkmale von Vorteil ist), oder die Widerstände können sich unterscheiden. Eine Heizung könnte auch verschiedene Heizschaltungen umfassen, die jeweils an eine unabhängige Energieversorgung angeschlossen sind. Die Gleichungen (1) bis (4) gelten deshalb für jede Reihenschaltung. 3 veranschaulicht eine Folienheizung 10, die zwei parallel angeschlossene Strompfade mit dem gleichen Widerstand umfasst, wobei jeder Strompfad mit Ausnahme der Form als die Heizung von 1 konfiguriert ist. Jeder Strompfad umfasst eine Durchkontaktierung 18. Zusätzlich dazu besitzen die Widerstände aller Abschnitte der Heizbahnen in dem Beispiel von 3 den gleichen Widerstand, was im Falle des elektrischen Härtens sowie für die Erzielung einer homogenen Temperaturverteilung von Vorteil sein kann. Ein Heizbahnabschnitt ist als ein durchgehender Teil einer Heizbahn definiert, der sich zwischen einem Kontakt 22 oder 24 und einer Durchkontaktierung 18 erstreckt.
Die Anordnung der Heizbahnen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht Heizplattenbereiche mit höchster Temperaturhomogenität und höchster Leistungsdichte, wohingegen andere Bereiche der Platte vom Heizen ausgenommen werden können. Solche ausgenommene Bereiche sind normalerweise diejenigen Regionen der Platte, wo entweder ein Heizen nicht gewünscht wird oder wo die dreidimensionale Krümmung der Platte das Drapieren der Heizung verhindert.
Bei noch einer anderen Implementierung sind die Kontakte als Durchkontaktierungen implementiert. Jeder Kontakt 22, 24 ist bei der in 4 dargestellten Ausgestaltung derart als Durchkontaktierung ausgebildet, dass die Schaltung aus zwei elektrisch parallel geschalteten Strompfaden besteht (einer auf jeder Seite der Trennschicht). Zwischen den Kontakten 22, 24 könnten weitere Heizbahnen angeschlossen werden. Es lohnt sich anzumerken, dass die Parameter (Länge, Breite, spezifischer Widerstand usw.) jeder Heizbahn einzeln gemäß den spezifischen Anforderungen in dem von dieser Bahn eingenommenen Bereich ausgewählt werden könnten. 5 zeigt die entsprechende äquivalente Schaltung, wobei R_bi, i = 1, ..., n die Widerstände der Bahnen auf der Unterseite der elektrisch isolierenden Schicht bezeichnen und R_tj, j = 1, ..., m die Widerstände der Bahnen auf der Oberseite der elektrisch isolierenden Schicht bezeichnen.
Man kann verschiedene Ausführungen der elektrisch isolierenden Schicht (Trennschicht) verwenden. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung davon wird die Trägerfolie selbst als Trennschicht benutzt und werden die Heizbahnen auf jede Seite der Trägerfolie aufgebracht (siehe die Ausgestaltung von 1 und 2). Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Gesamtdicke der Heizung minimiert ist, wodurch die Endmontage der Heizung vereinfacht wird. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass Herstellungsverfahren wie beispielsweise Aufdrucken oder galvanisches Beschichten in einem Durchgang und gleichzeitig auf einander gegenüberliegenden Seiten der Trägerfolie angewendet werden können.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind beide Leiterschichten auf derselben Seite einer Trägerfolie (Substrat) aufgebracht und ist die Trennschicht als eine elektrisch isolierende Beschichtung (z. B. ein dielektrischer Aufdruck) vorgesehen, für welche das gleiche Aufbringverfahren eingesetzt werden kann wie für die Heizbahnen. Die Trennschicht besitzt in diesem Fall typisch eine Dicke von 0,5 µm bis 50 µm, vorzugsweise zwischen 5 µm und 30 µm. Bei einigen Herstellungsverfahren hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass das Substrat nicht an beiden Seiten beschichtet werden muss.
Die Folienheizung umfasst gemäß noch einer anderen Ausführung zwei Trägerfolien, die jeweils eine Schicht der Heizbahnen tragen, die durch ein elektrisch isolierendes Klebeband miteinander verbunden sind. Für diesem Zweck kann beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband mit einer dünnen Trägerfolie mit einer Gesamtdicke von 50 µm oder weniger verwendet werden. Diese Ausführung vereinfacht die Konstruktion der Durchkontaktierungen, wenn Öffnungen im Klebeband an den Durchkontaktierungspositionen angeordnet werden.
Wie in 1 und 3 dargestellt, kann die Folienheizung ohne eine Kreuzung zwischen Heizbahnen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Trennschicht erzielt werden. In bestimmten Situationen ist es allerdings von Nutzen, wenn man eine oder mehrere Kreuzungen von Bahnen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Substrats (siehe z. B. die mittlere Kreuzung 30 in 4) zulässt. Zur Vermeidung eines stärkeren Heizens in den Regionen, in denen sich die Leiter auf beiden Seiten des Substrats kreuzen (was zu einer höheren lokalen Temperatur führen würde), wird der Widerstand der Bahnen in diesen Regionen verringert, indem die Breite oder Höhe der Bahn vergrößert wird. 6 zeigt die Situation, in der die Breiten der einander gegenüberliegenden Bahnen 14, 16 an einer Kreuzung 30 entsprechend vergrößert sind. Die Breiten der Heizbahnen an einer Kreuzung werden vorzugsweise bestimmt, indem man die gewünschte Temperaturverteilung sowie die benutzten Materialien berücksichtigt.
Die gleiche Technik, die zur Herstellung einer Durchkontaktierung eingesetzt wird, kann dazu benutzt werden, den Kontakt für den unteren Leiter mit der oberen Oberfläche der Trennschicht bereitzustellen. Auf diese Weise lässt sich das Inkontaktbringen der Heizung an nur einer Seite erzielen, was das industrielle Inkontaktbringen vereinfacht. Die Kontaktierungsverfahren umfassen das Löten, Crimpen, Durchsetzfügen und Nieten, aber ohne darauf beschränkt zu sein.
Bei allen präsentierten Ausgestaltungen und Implementierungen können verschiedene Materialien als Substrate verwendet werden. Bei bevorzugten Ausführungen werden Polymerfolien aus PET, PEN, PU, PI und andere als Trägerfolien benutzt. Solche Polymerfolien würden typisch Dicken zwischen 5 µm und 175 µm, vorzugsweise zwischen 12 µm und 125 µm, aufweisen. In dem Fall, in dem der Folienträger auch als Trennschicht verwendet wird, wird die Dicke der Polymerfolie so klein wie möglich gewählt.
Die Wärmeleitfähigkeit der Trägerfolie sollte für den besten Heizwirkungsgrad so hoch wie möglich sein und typisch zwischen 0,02 W/(m·K) und 1 W/(m·K), vorzugsweise zwischen 0,1 W/(m·K) und 0,4 W/(m·K), betragen. Die spezifische Wärmekapazität der Trägerfolie beträgt vorzugsweise zwischen 500 J/(kg·K) und 2000 J/(kg·K). Die Trägerfolien sollten im Allgemeinen und entscheidender im Falle einer Verwendung als Isolationsschichten einen hohen spezifischen Volumenwiderstand (> 10⁸ Ω·cm) aufweisen.
Man kann verschiedene Verfahren zur Bildung der Heizbahnen einsetzen. Die relevantesten Verfahren werden im Folgenden dargelegt.
Die Heizbahnen können durch Aufgalvanisieren oben auf eine anfängliche Impfkristallschicht aufgebracht werden, wie es beispielsweise in den Druckschriften EP 2 124 515 B1 und EP 1 562 412 A2 erklärt wird. Die anfängliche Impfkristallschicht wird mittels einer beliebigen geeigneten Drucktechnik auf eine Trägerfolie aufgebracht. Die Impfkristallschichten benötigen keinen so hohen Wirkleitwert wie die fertigen Heizbahnen. Um den erforderlichen Wirkleitwert zu erreichen, wird die Trägerfolie in ein Galvanisierbad geführt, während mittels Kontaktelektroden eine Spannung an die Impfkristallschicht angelegt wird. Diese Spannung löst die Abscheidung des gelösten Metalls auf der Impfkristallschicht aus (Galvanisierung). Bei der Ausführung dieses Produkts wird Kupfer bevorzugt, obwohl auch andere Metall verwendet werden könnten. Bei diesem Verfahren können typische Abscheidungshöhen von 3 bis 30 µm hergestellt werden.
Die Heizbahnen könnten auch in ähnlicher Weise durch stromlose Abscheidung ausgebildet werden. In diesem Fall muss die Impfkristallschicht während des Abscheidungsverfahrens nicht in Kontakt gebracht werden. Im Vergleich zum Galvanisieren ist die Abscheidungsgeschwindigkeit bei der stromlosen Abscheidung generell jedoch weitaus langsamer.
Als erste Alternative zur Abscheidung können die Heizbahnen der Plattenheizung durch die Leiterplattentechnik (PCB-Technik; printed circuit board technology) wie beispielsweise Lithographie und nachfolgende Ätzschritte einer anfänglichen Kupferfolie oben auf einer Polymerfolie hergestellt werden. Diese Verfahren sind bei der Herstellung flexibler PCBs weithin bekannt und ermöglichen die Fertigung mehrerer Leiterschichten, die entweder durch das Substrat oder ein dielektrisches Material voneinander getrennt sind und durch Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind. Normalerweise werden PI-Folien mit Substratdicken von 25 µm bis 50 µm für die Herstellung flexibler PCBs verwendet, doch man kann auch andere Substrate und Dicken benutzen. Es können Standard-Kupferfoliendicken von 18 µm und 35 µm verwendet werden. Diese großen Dicken führen zu einem ziemlich hohen Wirkleitwert der Heizbahnen, und daher sind ziemlich schmale Heizbahnen möglich. Je nach der mechanischen Belastung, die die Heizung bei der Produktanwendung aushalten muss, können entweder galvanisch abgeschiedene hochduktile (EDHD; electrodeposited high-ductility) oder gewalzte weichgeglühte (RA; rolled annealed) Kupferfolien zur Herstellung der Heizungen verwendet werden.
Als Alternative zu der PCB-Technik und der Abscheidung können Druckverfahren angewendet werden, um die Heizbahnen herzustellen. Zu den geeigneten Druckverfahren zählen, aber ohne darauf beschränkt zu sein, (Rotations)siebdruck, Tiefdruck, Flexodruck und Tintenstrahldruck. Diese Druckverfahren sind aus der Entwicklung gedruckter Elektronik weithin bekannt und bedürfen hier keiner detaillierten Beschreibung.
Geeignete leitfähige Tinten sind alle diejenigen, die die Anforderungen der Gleichungen (1) bis (4) erfüllen und die ihren Anfangswirkleitwert nach 15 Betriebsjahren des Produkts beibehalten (eine Widerstandsänderung von ±30 % gilt als akzeptabel). Da hochleitfähige Materialien erforderlich sind, werden Tinten bevorzugt, die auf Silber und auf Kupfer basieren. Kupfer hat den Vorteil des niedrigen Preises, wohingegen Silber eventuell wegen seiner umweltbedingten Langzeitstabilität als bevorzugt angesehen wird. Im Allgemeinen könnten jedoch alle metallbasierten Tinten verwendet werden.
Je nach den eingesetzten Druckverfahren und Tinten können Druckdicken zwischen 100 nm und 50 µm, vorzugsweise zwischen 500 nm und 15 µm, hergestellt werden.
Je nach der benutzten Tinte lassen sich Leitfähigkeiten zwischen 6 % und 90 % der Cu/Ag-Volumenleitfähigkeit erzielen. Die höchstmögliche Leitfähigkeit wird normalerweise für die höchste Konstruktionsflexibilität verwendet. Der vorgegebene Leitfähigkeitsbereich entspricht einem spezifischen Leiterwiderstand zwischen 30 × 10^–8 Ωm und 1,85 × 10^–8 Ωm. Die Wärmeleitfähigkeit der aufgedruckten Heizbahnen (nach dem Härten) wird zwischen 100 W/(m·K) und 500 W/(m·K) gewählt und die Wärmekapazität zwischen 100 J/(kg·K) und 400 J/(kg·K).
Aufdrucke müssen erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, um ihre erforderliche hohe Leitfähigkeit zu erzielen. Das Härten/Sintern von leitfähigen Aufdrucken kann in Konvektionsöfen erfolgen. Da die Heizbahnen aus Konstruktionsgründen die gleichen Querschnitte aufweisen, ist darüber hinaus die Joulesche Erwärmung durch Anlegen kurzer elektrischer Impulse ein wirkungsvoller Weg zum Härten und Sintern der Aufdrucke („elektrisches Härten“ oder „elektrisches Sintern“) – vorausgesetzt, dass die Erweichungstemperatur des Substrats nicht überschritten wird. Für ausreichend kurze elektrische Impulse, die nur den Aufdruck erwärmen, aber nicht das Substrat, ist die erforderliche Spannung durch Gleichung (5) gegeben:
wobei l die Leiterlänge ist, t_p die Impulsdauer ist, ρ_Ohm der spezifische Widerstand ist, ρ_Dichte die Massendichte des Aufdrucks ist und c_p die spezifische Wärmekapazität des Aufdrucks ist.
Die typische erforderliche elektrische Energie beträgt ~10¹¹ W/m³, was Spannungen von 500–3000 V pro Meter Heizbahn entspricht. Die Dauer des Sinterverfahrens beträgt vorzugsweise zwischen 1 µsec und 10 sec, vorzugsweise zwischen 100 µsec und 100 msec, um eine Erwärmung des Folienträgers zu vermeiden.
Das Inkontaktbringen der Heizbahnen mit der Energiequelle mit dem Ziels des elektrischen Härtens/Sinterns wird vorzugsweise an den Heizungskontakten und/oder den Durchkontaktierungen durchgeführt. Eine Vorbedingung für das elektrische Härten/Sintern ist eine Anfangsleitfähigkeit der Heizbahnen. Eine Anfangsleitfähigkeit lässt sich durch einen vorgeschalteten Härtungsschritt in einem Standard-Konvektionsofen bei niedrigen bis mittleren Temperaturen (< 1 Min., 60–150 °C) erzielen.
Wenn die Joulesche Erwärmung mit einem direkten Kontaktstrom durchgeführt wird, muss der nicht gehärtete/gesinterte Aufdruck mit einem niederohmigen Kontakt in Kontakt gebracht werden. Wenn ein Wechselstrom benutzt wird, kann der Kontakt mit dem Aufdruck kapazitiv beschaffen sein.
Es ist für das elektrische Härten/Sintern von besonderem Vorteil, wenn bestimmte Teile der Schaltung, die an die für das elektrische Härten/Sintern verwendete Energiequelle angeschlossen sind, den gleichen Widerstand aufweisen. In diesem Fall werden alle Schaltungsteile gleichzeitig gehärtet/gesintert, was die Komplexität des Verfahrens und die Kosten reduziert. Die Durchkontaktierungen sind für diesen Zweck besonders nützlich, weil sie die Aufteilung der gesamten Schaltung in Leiterabschnitte mit gleichem Widerstand ermöglicht. Dieses Verfahren wird für die in 1, 3 und 4 dargestellten Implementierungen bevorzugt. Insgesamt werden nur zwei Verbindungspunkte für das elektrische Härten/Sintern benötigt. Das elektrische Härten/Sintern ist für die Herstellung der Durchkontaktierungen gut geeignet, wenn das Herstellungsverfahren der Durchkontaktierungen ein Druckverfahren ist.
Eine andere Möglichkeit bestünde darin, die Aufdrucke durch Anwenden von elektromagnetischer Strahlung zu härten/sintern. Die elektromagnetische Strahlungsquelle wird derart ausgewählt, dass ihr Strahlungsspektrum zu dem Absorptionsspektrum des Aufdrucks passt, aber nicht (oder nur in vernachlässigbarem Ausmaß) zu dem Absorptionsspektrum des Substrats. Die Bestrahlung im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich ist normalerweise gut für das selektive Erwärmen des Aufdrucks geeignet. Je nach der Dicke und den Eigenschaften des Aufdrucks kann der Aufdruck mit kontinuierlichen Bestrahlungen zwischen 0,1 W/cm² und 100 W/cm² z. B. 0,1 sec bis 10 sec bestrahlt werden, um ausreichend hohe Temperaturen für das Härten/Sintern der Tinte zu erzielen. Alternativ dazu könnte der Aufdruck mit einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen von typisch 0,1 bis 20 Millisekunden Dauer bestrahlt werden. Dies ermöglicht die selektive Erwärmung des Aufdrucks, wohingegen das Substrat nahe der Raumtemperatur bleibt. Die erforderlichen Spitzenbestrahlungen sind in diesen Fällen typisch höher und liegen in der Größenordnung von 1 kW/cm² bis 10 kW/cm². Die Energien pro Impuls liegen typisch im Bereich zwischen 0,5 J/cm² und 10 J/cm². Heizbahnen auf beiden Seiten des Substrats können durch Bestrahlung mit Licht geeigneter Wellenlänge an einer Seite der Heizung gehärtet/gesintert werden. Heizbahnen auf beiden Seiten des Substrats werden erwärmt wegen 1.) der Durchlässigkeit des Substrats in Bezug auf die benutzte Strahlung, 2.) der Absorption der leitfähigen Tinte in Bezug auf die benutzte Strahlung und 3.) der geometrischen Anordnung der Heizbahnen auf beiden Seiten des Substrats, was einen freien Lichtweg zu den Heizbahnen an der Rückseite des Substrats ermöglicht (siehe 7). Die mit elektromagnetischen Wellen erfolgende Erwärmung von Aufdrucken ist für die Herstellung der Durchkontaktierungen gut geeignet, wenn das Herstellungsverfahren der Durchkontaktierungen ein Druckverfahren ist.
Wenn die Heizbahnen durch eine Galvanisierungs- oder stromlose Abscheidungstechnik hergestellt werden, werden die Anschlüsse (Durchkontaktierungen) zwischen den Bahnen durch das Substrat vorzugsweise in demselben Abscheidungsverfahren hergestellt.
Die Durchkontaktierungen können auch ausgebildet werden, indem Metallverbindungen wie beispielsweise Niete, halbrohrförmige Niete oder hohle Niete durch das Substrat geführt werden, wodurch die Aufdrucke verbunden werden. Um den elektrischen Kontakt zwischen dem Aufdruck und dem Niet zu gewährleisten, können die Heizbahnen an der Stelle des Niets dicker aufgedruckt werden oder kann ein zweiter Aufdruck oben auf den Niet aufgebracht werden.
Wenn die Heizbahnen durch Funktionsdruck mit der als Trennschicht verwendeten Trägerfolie hergestellt werden, wird ein Anschluss zwischen den zwei Heizbahnen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Folienträgers vorzugsweise erzielt, indem man eine oder mehrere feine Öffnungen durch das Substrat bereitstellt, die anschließend in einem nachfolgenden Druckverfahren mit der leitfähigen Tinte ausgefüllt werden. Der Öffnungsdurchmesser wird zur Gewährleistung eines guten elektrischen Kontakts vorzugsweise größer als die Dicke der Trägerfolie gewählt und der für die Durchkontaktierung verwendete Aufdruck hat eine Dicke, die mindestens ungefähr der Dicke des Folienträgers gleicht. Diese Öffnungen können durch mechanisches Prägestanzen, Laserschneiden, Bohren oder ein beliebiges automatisches Verfahren hergestellt werden. Der Durchmesser der Öffnungen liegt vorzugsweise zwischen 10 µm und 5 mm, bevorzugter zwischen 20 µm und 500 µm. Zur weiteren Verbesserung der mechanischen Stabilität und zur Reduzierung des Widerstands der Durchkontaktierung kann eine Anordnung von Öffnungen (z. B. 5 mal 5 Öffnungen) hergestellt werden. Um eine übermäßige Erwärmung der Durchkontaktierung zu vermeiden, kann sie in einer Weise dimensioniert werden, dass sie einen ähnlichen oder niedrigeren Widerstand als die Heizbahn aufweist, indem gewährleistet wird, dass der Gesamtquerschnitt der Öffnung oder Anordnung von Öffnungen gleich wie oder größer als der Querschnitt der aufgedruckten Heizbahn ist. Es ist anzumerken, dass die Öffnungen eine beliebige Form aufweisen können und nicht kreisförmig sein müssen.
Bei dünnen Trägerfolien (einer Trägerfoliendicke, die mit der Dicke des Aufdrucks vergleichbar oder kleiner als diese ist) werden die Durchkontaktierungen während des Druckverfahrens der Heizbahnen 14, 16 vorzugsweise mit Tinte ausgefüllt. 8 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine auf diese Weise hergestellte Durchkontaktierung 18. Bei dickeren Folien ist es von Nutzen, wenn die Öffnungen vor dem Aufdrucken der Heizbahnen durch Abscheiden eines Zwischenaufdrucks 32 in der Region der Öffnung(en) ausgefüllt werden, wie es in 9 dargestellt ist. Dieser Zwischenaufdruck 32 kann aus dem gleichen leitfähigen Material wie oder einem anderen leitfähigen Material als dem der Heizbahnen 14, 16 bestehen. Außerdem kann der Zwischenaufdruck 32 durch Aufdrucken, Abgeben oder ein beliebiges anderes automatisches Abscheidungsverfahren abgeschieden werden.
Wenn ein Klebeband 36 als Trennschicht zwischen den jeweils auf eine separate Trägerfolie 34, 38 aufgedruckten Heizbahnen 14, 16 verwendet wird (siehe 10), wird eine Durchkontaktierung gebildet, indem vor dem Laminierverfahren Öffnungen (z. B. mit dem Durchmesser 0,1 mm bis 20 mm) im Klebeband 36 bereitgestellt werden. Diese Öffnungen können beispielsweise durch mechanisches Prägestanzen, Laserschneiden, Bohren oder ein beliebiges anderes automatisches Verfahren hergestellt werden. Die Öffnungen können wieder eine beliebige Form aufweisen. In dem Verfahren zur Herstellung der Durchkontaktierung wird ein elektrisch leitfähiges Material 40 in der Region der Öffnung abgeschieden (aus der flüssigen Phase mittels eines Druck- oder Abgabeverfahrens), um einen guten elektrischen Kontakt zwischen einander gegenüberliegenden Heizbahnen zu bilden. Das Durchkontaktierungsmaterial 40 kann aus einem anderen leitfähigen Material bestehen als dem der Heizbahnen 14, 16. Sobald die Durchkontaktierung gebildet ist, wird das obere Substrat, das eine der Heizbahnen trägt, an das Klebeband laminiert.
Wie in 11 dargestellt, kann der Kontakt zwischen den einander gegenüberliegenden Heizbahnen 14, 16, die durch ein zwischen ihnen angeordnetes Klebeband 36 getrennt sind, auch durch Heißprägen gebildet werden, d. h., dass Druck auf die Trägerfolien in der Region einer Öffnung des Klebebands derart aufgebracht wird, dass die erste und zweite Heizbahn 14, 16 in Kontakt gebracht werden und Wärme angewandt wird, um die Bahnen aneinanderzuschweißen. Normalerweise würde 0,5 sec bis 10 sec lang ein Kontaktdruck zwischen 1 und 10 bar aufgebracht und die Temperatur auf ungefähr 50 °C bis 150 °C erhöht.
Der Kontakt zwischen einander gegenüberliegenden Heizbahnen in der Region der Durchkontaktierung 18 kann insbesondere durch Ultraschallschweißen gebildet werden. Gemäß diesem Verfahren wird eine so genannte Sonotrode 42 in engen Kontakt mit der Außenfläche in der Region der Durchkontaktierung gebracht. Die mechanischen Verschiebungsamplituden im kHz-Frequenzbereich (typisch 20 kHz) werden so ausgewählt, dass sie maximal in der Tiefe sind, wo die zwei leitfähigen Schichten der einander gegenüberliegenden Seiten der Trennschicht verschweißt werden müssen, um einen dauerhaften niederohmigen Kontakt zu bilden.
Der mittlere Bereich der Folienheizung kann wegen der Anforderung des Mindestradius in einigen Fällen nicht mit Heizbahnen ausgefüllt werden. Es ist unter diesen Umständen von Vorteil, wenn eine Durchkontaktierung bereitgestellt wird, die diesen mittleren Bereich erwärmt. Die Leitfähigkeit der Durchkontaktierung wird vorzugsweise derart ausgewählt, dass sie die gleiche Leistungsdichte in der Region der Durchkontaktierung wie in den Heizbahnen ergibt.
Wenn die Heizbahnen auf dieselbe Seite eines Substrats aufgedruckt und durch eine dielektrische Schicht getrennt sind, wird die Verbindung zwischen den zwei Schichten durch Öffnungen in der dielektrischen Schicht an der Stelle bzw. den Stellen der Durchkontaktierung(en) erzielt und kann die Verbindung zwischen den zwei Schichten mit demselben Aufdruck wie der oberen Heizbahn oder unter Verwendung eines anderen Materials, das durch Aufdrucken, Abgeben oder ein beliebiges anderes automatisches Abscheidungsverfahren abgeschieden wird, durchgeführt werden. Die aufgedruckte dielektrische Schicht kann dicker als die Heizbahnen sein. Zur Vermeidung von Heißpunkten an den Stellen der Durchkontaktierungen können die Heizbahnen dicker aufgedruckt werden und/oder mehrere Leiteraufdrucke an den Stellen der Durchkontaktierungen aufgebracht werden. Es kann von Vorteil sein, wenn die dielektrische Schicht rings um die Durchkontaktierungen dünner aufgedruckt wird, um die zwischen den Heizbahnen zu überbrückende Höhenstufe zu verkleinern. Die die Durchkontaktierungen aufnehmenden Öffnungen können beliebige Formen aufweisen; sie müssen insbesondere nicht kreisförmig oder symmetrisch sein.
12 bis 15 zeigen zwei mögliche Implementierungen von Ausgestaltungen einer Heizungsdurchkontaktierung 18, wobei die Heizbahnen 14, 16 auf dieselbe Seite eines Substrats 46 aufgedruckt und durch eine dielektrische Schicht 44 getrennt sind. Bei der in 12 und 13 dargestellten Ausgestaltung überlappen sich die Heizbahnen 14, 16 nur teilweise mit dem Material 42 der Durchkontaktierung 18. Nimmt man beispielsweise eine Durchkontaktierung mit der Breite 2 w, der Länge 3 w und der Dicke 2 h an (wobei w und h wie in 2 definiert sind), würde der spezifische Widerstand der Durchkontaktierungsschicht als 4 ρ gewählt, wobei ρ der spezifische Widerstand der Heizbahnen 14, 16 ist. Darüber hinaus wird die Viskosität der zum Aufdrucken der Durchkontaktierung 18 benutzten Tinte vorzugsweise derart angepasst, dass eine ungefähr gleichbleibende Gesamtabscheidungsdicke in der Öffnung der dielektrischen Schicht 44 gewährleistet wird. Es ist anzumerken, dass die in 12 und 13 dargestellten Schichten in vier Druckschritten aufgebracht werden können: Schritt 1: Aufdrucken der ersten Heizbahn 16 auf das Substrat 46; Schritt 2: Aufdrucken der dielektrischen Schicht 44; Schritt 3: Abgeben/Aufdrucken des Durchkontaktierungsmaterials 42; Schritt 4: Aufdrucken der zweiten Heizbahn 14.
Bei der in 14 und 15 dargestellten Ausgestaltung überlappen sich die Heizbahnen 14, 16 vollständig mit dem Durchkontaktierungsmaterial 42. In diesem Fall kann der spezifische Widerstand der Durchkontaktierung 18 höher sein als bei der vorangehenden Ausgestaltung; beispielsweise reicht eine Rußtinte aus, um die zwei Heizbahnen 14, 16 zu verbinden. Die Herstellungsschritte sind ansonsten die gleichen wie bei der vorangehenden Ausgestaltung.
Um die Langzeitstabilität der Heizung zu erhöhen, wenn sie Feuchtigkeit oder Chemikalien ausgesetzt ist, werden die Heizbahnen 14, 16 vorzugsweise mit einer Schutzschicht abgedeckt. Ein solcher Lack oder eine andere dielektrische Schicht kann beispielsweise in einem Druck- oder Nassbeschichtungsverfahren aufgebracht werden.
Ein industrielles Verfahren zum Einbau der Heizung kann Plattenlaminierung, Hinterspritzen oder ein beliebiges anderes Verfahren umfassen, das zuverlässig die Folienheizung an einem Träger befestigt. Eine typische Struktur einer solchen Heizplatte umfasst eine Dekorschicht, die Folienheizung und den Träger, der beispielsweise eine vorgeformte Platte oder ein Formteil ist.
Die Heizung kann thermisch von ihrer Montageplatte getrennt (isoliert) werden, um die Zeit zu verkürzen, die zur Erhöhung der Temperatur an der freien Dekoroberfläche auf die Solltemperatur benötigt wird. Die Isolierung der Heizung in der Richtung ihrer Tragplatte oder ihres Formteils kann durch die Verwendung von isolierenden Materialien wie beispielsweise geschlossenzelligen Schaumstoffen, Abstandsgeweben und/oder Materialien, die (wie z. B. Aluminiumfolie) im infraroten Spektralbereich stark reflektieren, erzielt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Tragplatte oder das Tragformteil selbst aus einem thermisch isolierenden Material bestehen.
Die thermische Rückseitenisolierung trägt zur Reduzierung der erforderlichen elektrischen Energie bei, die für die Erwärmung sowie für den Betrieb bei der gewünschten konstanten Temperatur benötigt wird, die typisch unter 60 °C liegt.
Die Struktur der hierin offenbarten Folienheizung kann sehr dünn sein und erfordert somit nur ein Minimum an zusätzlichem Einbauraum. Bei einer Heizung, bei der die Trägerfolie die Rolle der Trennschicht übernimmt, kann die Gesamtdicke der Heizung so klein wie 50 µm bis 200 µm sein und ihre flächenbezogene Masse deutlich unter 100 g/m² liegen. Folienbasierte Heizungen ermöglichen demnach deutlich dünnere Bauformen als drahtbasierte Heizungen. Die höhere Flächendeckung (Füllfaktor) der Heizung verringert des Weiteren den Bedarf an zusätzlichem Schaumstoff oder ähnlichen Schichten, wobei sich eine homogene Heizverteilung an der Dekorschicht ergibt und dadurch der erforderliche Einbauraum der Heizung im Vergleich zu herkömmlichen drahtbasierten Heizungen sogar noch weiter verkleinert wird.
Die Verwendung dünner folienbasierter Heizungen vereinfacht außerdem beträchtlich den Einbau der Heizung an der Tragplatte oder dem Formteil. Insbesondere bei elastomeren PU-Folien ermöglicht deren außergewöhnliche Drapierbarkeit, dass die Heizung der Krümmung der dreidimensionalen Topografien der Platten oder des Formteils folgen kann.
Die Heizung muss sich nicht unbedingt über die gesamte Montageplatte oder das gesamte Formteil erstrecken. Wenn die Drapierbarkeit der Heizung begrenzt ist, ist es besonders von Vorteil, die Heizung (deren Abmessungen durch die Größe der Trägerfolie bestimmt werden) nur in diejenigen Regionen der Platte mit vergleichsweise niedriger dreidimensionaler Krümmung einzubringen. Regionen mit hoher Krümmung würden in diesem Fall unerwärmt bleiben.
Die Montageplatte kann eine kleine Vertiefung aufweisen, die etwas tiefer als die folienbasierte Heizung ist (beispielsweise 0,5 mm), um die Heizung aufzunehmen, ohne dass deren Kanten durch eine beliebige Dekorschicht hindurch wahrnehmbar sind.
Es wird im Folgenden eine Heizplatte 48 beschrieben, bei der die Trennschicht ein aufgedrucktes Dielektrikum 44 ist und die Durchkontaktierung 18 durch Siebdruck (Flachbett- oder Rotationssiebdruck) in fünf aufeinanderfolgenden Druck- und Trocknungsschritten durchgeführt wird. In 16 ist eine Draufsicht der Heizplatte 48 skizziert. Die Heizplatte 48 umfasst eine Öffnung 50. Die Heizplatte 48 ist dort als Teil einer Türplatte geeignet, wo der Türgriff in der Öffnung 50 der Platte positioniert ist. Die Heizung umfasst zwei auf einem Kontaktbereich („Anschlussende“ 52) angeordnete Kontakte 22, 24, wo die Heizbahnen 14, 16 an die Spannungsversorgung und die Steuerelektronik angeschlossen werden können.
Die Breite der Heizbahnen 14, 16 beträgt bei dem dargestellten Beispiel 20 mm. Der spezifische Widerstand des Aufdrucks wurde als ρ = 4·10^–8 Ω·m ausgewählt. Der Schichtwiderstand der Heizbahnen beträgt 4,1·10^–3 Ω, woraus sich ein Widerstand pro Längeneinheit von R/I = 0,2 Ω/m ergibt. Die Gesamtlänge der Heizbahnen beträgt ungefähr 15 m. Die Heizbahnen folgen im Wesentlichen parallelen spiralförmigen Strecken auf den einander gegenüberliegenden Seiten der Trennschicht und sind durch eine Durchkontaktierung 18 in der Mitte der Spiralen miteinander verbunden. Beide Heizbahnen haben die gleiche Breite und ungefähr die gleiche Länge. Die Gesamtleistung der Heizung, die mit einer Bordspannung von 13,5 V betrieben wird, beträgt ungefähr 60 W. Die Heizbahnen sind so weit wie möglich mit dem gleichen Abstand zwischen sich angeordnet, um eine homogene Temperaturverteilung zu ermöglichen. Die Heizung zeigt eine Flächendeckung über 90 %, was, berechnet mit der Heizungsfläche außer dem Ende (Falt- und Kontaktregionen), einer Leistungsdichte P_A = 200 W/m² entspricht. Die so erzielte Oberflächentemperatur auf der Dekoroberfläche beträgt ungefähr 40 °C unter ortsfesten Bedingungen. Das Anschlussende 52 ist derart konstruiert, dass es einen Überhang von ungefähr 5 cm Länge auf der Rückseite der Tragplatte 54 aufweist. Es ist anzumerken, dass das Ende in 16 zu Veranschaulichungszwecken nicht maßstabsgerecht dargestellt ist.
Die Fertigung der Folienheizung von 16 wird nun ausführlicher beschrieben. Die Trägerfolie 46 der Heizung ist eine temperaturstabilisierte PET-Folie mit 0,125 mm Dicke, deren Oberfläche chemisch vorbehandelt ist, um die Haftung der Aufdrucke zu verbessern. Die Temperaturstabilisierung der Folie gewährleistet eine Dimensionsschrumpfung unter 0,1 %, wenn sie 15 min einer Temperatur von 150 °C ausgesetzt wird, was für die Passung der verschiedenen aufgedruckten Schichten wichtig ist.
In einem ersten Druckschritt wird die erste Heizbahn 16 mit einer Polymerdickfilmtinte aufgedruckt, die Nanopartikel aus Silber, Lösungsmittel und einige Additive, die bestimmte für das Druckverfahren günstige Tinteneigenschaften verbessern, enthält. Ferner wird der Kontaktbereich 22 für die zweite Heizbahn 14 in demselben Druckschritt aufgebracht (siehe 22). Dieser Kontaktbereich 22 hat mindestens eine Länge von mindestens 10 mm. Nach dem ersten Druckschritt wird der aufgebrachte Aufdruck ungefähr 45 sec bei 150 °C in einem Konvektionsofen getrocknet. Die typische Trockenfilmdicke der aufgedruckten Schicht beträgt ungefähr 0,01 mm.
In einem zweiten Druckschritt wird ein dielektrischer Polymeraufdruck als Trennschicht 44 aufgebracht. Diese Schicht deckt den gesamten Heizungsbereich einschließlich des Anschlussendes außer der Region der Durchkontaktierung 18 und den Regionen der elektrischen Kontakte 22, 24 ab. An der Position der Durchkontaktierung 18 wird eine Öffnung im dielektrischen Aufdruck offen gelassen. Die Öffnung erhält einen Durchmesser, der mit der Breite der Heizbahnen 14, 16 identisch ist. Der dielektrische Aufdruck wird an den Kontakten 22, 24 derart aufgebracht, dass der im ersten Druckschritt aufgebrachte leitfähige Aufdruck teilweise unbedeckt gelassen wird. Der dielektrische Aufdruck wird durch UV-Bestrahlung vernetzt (gehärtet). Eine UV-Dosis von ungefähr 1 J/cm² (gemessen im UV-A-Spektralbereich) kann beispielsweise geeignet sein. Die Dicke des gehärteten dielektrischen Aufdrucks 44 beträgt ungefähr 0,03 mm.
In einem dritten Druckschritt werden die Durchkontaktierung 18 und die Kontaktbereiche 22, 24 mit einem leitfähigen Aufdruck (z.B. einer Tinte mit Nanopartikeln aus Silber) ausgefüllt. Ein Überdrucken der dielektrischen Schicht 44 wird vermieden. Die Dicke dieser Druckschicht wird ungefähr zweimal so hoch wie im ersten Druckschritt gewählt. Die Trocknung erfolgt im Wesentlichen wie im ersten Druckschritt, doch die Trocknungszeit wird mäßig auf 90 sec erhöht.
Die zweite Heizbahn 14 wird in einem vierten Druckschritt ausgeführt. Die Tinten-, Druck- und Trocknungsparameter sind mit denen des ersten Druckschritts identisch. Der im vierten Druckschritt aufgebrachte Aufdruck kontaktiert die Durchkontaktierung 18 und den jeweiligen Kontaktbereich 22.
In einem abschließenden Druckschritt wird eine dielektrische Deckschicht 56 über den gesamten Heizungsbereich aufgedruckt, wobei die Kontaktbereiche der ersten und zweiten Heizbahn ausgelassen werden. Zur Erleichterung des Inkontaktbringens sollte die Länge der leitfähigen Struktur, die nicht mit dem Dielektrikum abgedeckt ist, mindestens 10 mm betragen. Die Tinten- und Trocknungsparameter werden als identisch mit den im zweiten Druckschritt benutzten ausgewählt.
In 20 bis 22 sind Querschnitte der Detailansichten der Heizung von 18 dargestellt. 20 ist ein Querschnitt der Durchkontaktierung; 21 ist ein Längsschnitt des Kontakts 24 der ersten Heizbahn 16 und 22 ist ein Längsschnitt des Kontakts 22 der zweiten Heizbahn 14.
In 17 und 18 ist am besten dargestellt, dass die Heizplatte eine dreidimensionale Form aufweist. Die lokalen Krümmungsradien sind vorzugsweise größer als 5 cm. Die Tragplatte 54, die die flexible Heizung 10 trägt und somit deren dreidimensionale Form definiert, verfügt über eine Vertiefung 58 mit einer Tiefe von 0,2 mm, die derart ausgewählt ist, dass die Dekoroberfläche nach dem Laminieren und der Montage der Plattenheizung im Wesentlichen glatt ist und dass die Folienheizung durch die Dekorschicht hindurch haptisch nicht wahrnehmbar ist. Die Form der Vertiefung 58 passt zu der Form der flexiblen Heizung 10. Wie in 18 dargestellt, ist das Anschlussende 52 der Heizung auf die Rückseite der Tragplatte 54 umgeschlagen. Die Tragplatte 54 umfasst zu diesem Zweck eine so genannte „Endvertiefung“, die sich von der Hauptvertiefung 58 auf der Vorderseite der Tragplatte 54 rings um die Kante der Platte zu deren Rückseite erstreckt.
Die Tragplatte 54 besteht vorzugsweise aus faserverstärktem Polymerverbundmaterial, faserverstärktem Hartschaum oder einem anderen leichten und thermisch isolierenden Plattenmaterial.
Die Folienheizung 10 kann in einem Heißlaminierverfahren an der Tragplatte 54 befestigt werden. In einem solchen Verfahren wird ein temperaturreaktiver Zweikomponentenklebstoff 60 auf diejenigen Seiten der Heizung bzw. der Platte gesprüht, die aneinanderzukleben sind. die Tragplatte wird erwärmt, und nach der Lufttrocknung des Klebstoffs 60 wird die Heizung 10 in der Vertiefung 58 der in geeigneter Weise getragenen und erwärmten Platte 54 positioniert und ungefähr 30 sec mit einem Druck von ungefähr 1 bar bei einer Temperatur von ungefähr 125 °C gegen die Platte 54 gedrückt. Während dieses Verfahrens wird das Anschlussende 52 um die Plattenkante herumgebogen gehalten und in die Endvertiefung der Platte geklebt.
Es lohnt sich anzumerken, dass die Heizbahnen 14, 16 vorteilhafterweise dort, wo sie sich in das Anschlussende erstrecken, eine größere Breite und/oder Dicke aufweisen als in der spiralförmigen Region. Eine solche größere Breite/Dicke ermöglicht, dass die Heizbahnen der Biegebeanspruchung besser widerstehen, die während der Montage auftritt, und dass der Spannungsabfall im Anschlussende reduziert wird. Bei der in 16 dargestellten Ausgestaltung ist die Breite der Heizbahnen im Anschlussende um einen Faktor von ungefähr 2 erhöht.
Wie in 17 bis 19 dargestellt, umfasst die Heizplatte 48 eine Dekormasse 62, die oben auf die Folienheizung 10 aufgebracht ist. Die Dekormasse 62 besteht aus einem Laminat einer dünnen, lichtundurchlässigen PU-Folie (0,025 mm), einem dünnen retikulierten Schaum (0,5 mm Dicke, PET) und einer Dekorkettware (200 g/m², PET), die die äußerste Schicht der Heizplatte 48 bildet. Vorzugsweise wird eine Dekorschicht mit niedriger Wärmebeständigkeit und höchstem Emissionsgrad ausgewählt. Das Dekorverbundmaterial zeigt hier eine Wärmebeständigkeit von ungefähr 0,023 m²·K/W und einen Emissionsgrad von 0,91.
Die Dekormasse 62 wird in einem weiteren Heißlaminierverfahren über die gesamte Vorderseite der Platte aufgebracht, um die aufgedruckte Heizung vollständig abzudecken. Die Parameter des Laminierverfahrens sind denen des Verfahrens zum Auflaminieren der aufgedruckten Heizung auf die Platte ähnlich. Die Klebeschicht, die die Dekormasse an der Heizung 10 befestigt, ist in 19 durch das Bezugszeichen 64 gekennzeichnet.
Das elektrische Inkontaktbringen mit einer Energieversorgung kann beispielsweise mit mehradrigen Leitern erzielt werden, die mit PP oder Silikon isoliert sind. Die Kabel werden vorzugsweise vorher hergestellt und umfassen einen Crimpverbinder auf einer Seite und einen Standardenergiestecker an der Versorgungsseite. Die Crimpverbinder werden in den Kontaktbereichen auf dem Anschlussende gecrimpt. Ein so genannter Schmelzklebstoff, ein wärmehärtendes Zweikomponentenpolymer, wird anschließend derart über den gesamten Kontaktbereich aufgebracht, dass a) alle Metallteile bedeckt sind und b) das Anschlussende und die Kabel an der Rückseite der Tragplatte befestigt sind. Der Schmelzklebstoff wirkt dann auch als Zugentlastung. Abschließend kann mittels eines doppelseitigen Klebebands ein Filz über die gesamten End- und Schmelzklebstoffbereiche auf der Rückseite der Platte angeordnet werden. Die Gesamtdicke der Kontaktierung einschließlich der Filzabdeckung ist typisch kleiner als 3 mm.
Die so hergestellte Heizplatte hat im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die Platte ohne Heizung. Wegen der Vertiefung in der Platte und der geringen Dicke der filmartigen Folienheizung (z. B. unter 0,2 mm) ist die aufgedruckte Heizung von der Seite des Fahrgastraums aus weder fühlbar noch sichtbar.
23 zeigt eine alternative Anordnung der Heizbahnen 14, 16 und der Durchkontaktierungen 18. Die Folienheizung von 23 hat den gleichen Umriss wie den von 16, umfasst aber zwei Paare von Heizbahnen, die alle eine Breite von 20 mm aufweisen. Jedes Paar von Heizbahnen umfasst eine spiralförmige Heizbahn, die unter der dielektrischen Schicht aufgedruckt ist, und eine andere spiralförmige Heizbahn, die oben auf die dielektrische Schicht aufgedruckt ist, wobei die Heizbahnen durch eine Durchkontaktierung 18 miteinander verbunden sind. Diese zwei Paare von Heizbahnen, die ungefähr die gleiche Gesamtlänge (ungefähr 7 m) und den gleichen Widerstand aufweisen, sind im Anschlussende in Parallelschaltung angeschlossen.
Diese Heizung von 23 kann mit den gleichen Verarbeitungsschritten und Materialien (einschließlich der Leitfähigkeit der Tinte mit Nanopartikeln aus Silber) wie die anhand von 16 besprochene Heizung hergestellt werden. Durch die Anpassung der Dicke der Heizbahnen auf 5 µm, der Dicke der dielektrischen Schichten auf 10 µm und der Dicke der Durchkontaktierungen und Anschlussbereiche auf 10 µm ergeben sich für den Schichtwiderstand 8·10^–3 Ω. Die Gesamtleistung der Heizung, die mit einer Spannung von 13,5 V betrieben wird, beträgt dann ungefähr 130 W. Die Heizung zeigt eine Flächendeckung von ungefähr 88 %, was, berechnet mit der Heizungsfläche außer dem Anschlussende 52, einer Leistungsdichte P_A = 420 W/m² entspricht.
Obwohl bestimmte Ausgestaltungen im Detail beschrieben wurden, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Alternativen dieser Details im Lichte der Gesamtlehren der Offenbarung entwickelt werden könnten. Dementsprechend sollen die offenbarten bestimmten Anordnungen hinsichtlich des Schutzbereichs der Erfindung, der die volle Breite der beigefügten Ansprüche und beliebiger und aller Äquivalente davon enthalten soll, lediglich veranschaulichen und nicht einschränken.

Claims

Folienheizung, umfassend eine erste spiralförmige Widerstandsheizbahn, die in einer ersten Schicht, die an eine flache oder gekrümmte Oberfläche angepasst ist, ausgebildet ist, wobei die erste Widerstandsheizbahn eine Mitte und mindestens ein äußeres Ende aufweist; eine zweite spiralförmige Widerstandsheizbahn, die in einer zweiten Schicht, die an eine flache oder gekrümmte Oberfläche angepasst ist, ausgebildet ist, wobei die zweite Widerstandsheizbahn eine Mitte und mindestens ein äußeres Ende aufweist; und eine elektrisch isolierende Schicht, die zwischen der ersten und zweiten Schicht ausgebildet ist, wobei die elektrisch isolierende Schicht eine Öffnung umfasst, die eine elektrische Durchkontaktierung aufnimmt, durch welche die erste und zweite Widerstandsheizbahn elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Folienheizung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn nebeneinander verlegt sind.
Folienheizung nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn die flache oder gekrümmte Oberfläche in einem Ausmaß von mindestens 70 % ausfüllen.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn einen Überlappungsbereich von höchstens 25 % der flachen oder gekrümmten Oberfläche bilden.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch isolierende Schicht ein flexibles Substrat mit einer ersten Seite mit der darauf aufgedruckten ersten Widerstandsheizbahn und einer zweiten Seite mit der darauf aufgedruckten zweiten Widerstandsheizbahn umfasst.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektrisch isolierende Schicht ein Substrat mit einer ersten Seite, die die erste Widerstandsheizbahn als eine durch Galvanisierung oder stromlose Abscheidung gebildete Schicht darauf aufgebracht aufweist, und einer zweiten Seite, die die zweite Widerstandsheizbahn als eine durch Galvanisierung oder stromlose Abscheidung gebildete Schicht darauf aufgebracht aufweist, umfasst.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Widerstandsheizbahn auf eine Trägerfolie aufgebracht ist, wobei die elektrisch isolierende Schicht oben auf die erste Widerstandsheizbahn aufgedruckt ist und die zweite Widerstandsheizbahn oben auf die elektrisch isolierende Schicht aufgedruckt ist.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Widerstandsheizbahn auf eine erste Trägerfolie aufgebracht ist, wobei die zweite Widerstandsheizbahn auf eine zweite Trägerfolie aufgebracht ist und die elektrisch isolierende Schicht zwischen die erste und zweite Trägerfolie einlaminiert ist.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn eine Breite aufweisen, die im Bereich von 0,5 mm bis 5 cm, vorzugsweise im Bereich von 2 mm bis 2 cm, umfasst ist.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die elektrisch isolierende Schicht eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die im Bereich von 0,1 W/(m·K) bis 1 W/(m·K) umfasst ist.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn Mindestkrümmungsradien von mindestens den Breiten der ersten bzw. zweiten Widerstandsheizbahn aufweisen.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn an ihren Mitten elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn an ihren äußeren Enden elektrisch miteinander kontaktiert sind.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei jede von der ersten und zweiten Widerstandsheizbahn mindestens zwei spiralförmige Zweige umfasst, die an ihren jeweiligen Mitten verbunden sind.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die elektrische Durchkontaktierung aus Widerstandsheizmaterial besteht, wobei die Länge, Breite und Abscheidungsdicke des Widerstandsheizmaterials derart ausgewählt sind, dass die Durchkontaktierung zum Heizen beiträgt.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn mindestens eine Kreuzung bilden und wobei die erste und zweite Widerstandsheizbahn an der Kreuzung lokal verbreitert sind.
Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend mindestens zwei elektrische Durchkontaktierungen und eine Energiequelle, die an den elektrischen Durchkontaktierungen mit den Heizbahnen verbunden ist.
Heizplatte, umfassend eine Folienheizung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, eine die Folienheizung tragende Tragplatte, wobei die Tragplatte die flache oder gekrümmte Oberfläche definiert, an welche die erste und zweite Widerstandsheizbahn angepasst sind.
Heizplatte nach Anspruch 18, umfassend eine Dekorschicht, die zusammen mit der Tragplatte die Folienheizung sandwichartig umgibt.
Heizplatte nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Folienheizung ein um eine Kante der Tragplatte umgeschlagenes Anschlussende umfasst, wobei das Anschlussende einen Abschnitt der ersten Heizbahn und einen Abschnitt der zweiten Heizbahn trägt.
Heizplatte nach Anspruch 20, wobei die Abschnitte der ersten und zweiten Heizbahn verbreitert sind, wo das Anschlussende um die Kante umgeschlagen ist.