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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung 62/101 041, welche am 8. Januar 2015 eingereicht wurde und hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugfenster-Waschsysteme und insbesondere ein Fahrzeugfenster-Waschsystem, welches eine Düsenheizung vorsieht.
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Hintergrund der Erfindung
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Fensterwaschsysteme, zum Beispiel zur Verwendung an der Windschutzscheibe, können in Verbindung mit Fahrzeugwindschutzscheiben-Scheibenwischern arbeiten, um ein Reinigungsfluid während der Aktivierung der Scheibenwischer auf die Windschutzscheibe zu sprühen. Während der Wintermonate kann ein Frostschutzmittel, wie z.B. Alkohol, zum Waschfluid hinzugefügt werden, um es am Frieren zu hindern. Während solcher Zeiten können, selbst wenn Alkohol zum Waschfluid hinzugefügt wurde, die Waschfluiddüsen, welche im Windstrom angeordnet sind und der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt sind, zufrieren und dadurch zu Zeiten, wenn sie benötigt werden, funktionsunfähig werden.
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Es ist bekannt, keramische Heizelemente mit positivem Temperaturkoeffizient (PTC) in der Düsenanordnung anzubringen, um für eine lokalisierte Erwärmung der Düsen zu sorgen, was eine Vereisung verhindern kann. Das scheibenförmige keramische Element ist üblicherweise mit einem Harzmaterial vergossen. um es vor Feuchtigkeit zu schützen und um die Lücke zwischen der Düse und der steifen PTC-Heizung zu füllen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Heizelement vor, welches Wärme besser auf die Düse und verbindende Leitungen verteilt, und dadurch den Kontaktbereich vergrößert und den dazwischenliegenden thermischen Widerstand verringert, um eine effizientere Düsenheizung zu bieten. Das Heizelement kann ein flexibler Streifen PTC-Material oder ein PTC-beschichtetes Material mit angelegten Elektroden sein, welches sich biegen kann, so dass der Streifen einen verbesserten Kontakt mit der Düse haben kann. Alternativ kann das Heizelement ein PCT-Material sein, welches direkt auf die Düse und die verbindenden Leitungen aufgetragen wird. Durch Verringern des Abstandes zwischen der Flüssigkeit und der Heizung und der thermischen Masse des Heizungs-/Düsen-Systems, kann die Wärme schneller auf die Düse übertragen werden zur schnellen Verfügbarkeit, sobald das Fahrzeug gestartet wird, und für einen verringerten Wärmeverlust und Energieverbrauch während es in Gebrauch ist.
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Bei einer Ausführungsform liefert die Erfindung eine Fahrzeugwaschdüsenanordnung mit einem Gehäuse, welches angepasst ist, an einem Fahrzeug zu einem Fenster benachbart befestigt zu werden, und eine Steigleitung, welche sich längs einer Achse in dem Gehäuse erstreckt, um an einer Düse zu enden, um einen Flüssigkeitsstrom von der Düse zum Fenster hin zu richten, wenn das Gehäuse am Fahrzeug befestigt ist. Ein längliches elektrisches Heizelement erstreckt sich längs einer Länge der Steigleitung, um dieselbe zu erwärmen.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, eine verteilte anstatt einer lokalisierten Wärmequelle zu liefern, was die Wärmeleitung in kritische Düsenbereiche wesentlich verbessert. Die Erfindung kann durch ihre verteilte und konforme Natur insbesondere mehr Wärme in die Düse und Leitungen (und möglicherweise eingeschlossenes Waschfluid) leiten und weniger Wärme in das Material des Gehäuses.
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Die längliche elektrische Heizung kann mit dem Hauptteil der Länge der Steigleitung im Gehäuse in Kontakt sein.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, den thermischen Gesamtwiderstand zwischen der Steigleitung und der Heizung zu minimieren durch Maximieren eines Kontaktbereichs.
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Die längliche elektrische Heizung kann Elektroden vorsehen, welche sich längs im Wesentlichen der gesamten Länge des Heizungsstreifens in dem Gehäuse erstrecken und ausgelegt sind, mit einer Quelle elektrischer Energie im Fahrzeug zu kommunizieren, und durch ein Widerstandsheizmaterial getrennt sind.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, den Heizungsbereich wesentlich zu vergrößern und dadurch die Wärmeverteilung durch die verlängerte Elektrodengeometrie zu verbessern.
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Die Elektroden können je eine Kammstruktur aufweisen, welche ineinandergreifende Kammfinger darstellt.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, einen großen gleichförmigen Heizbereich zu schaffen, durch Verwenden einer stark verteilten Elektrodenstruktur.
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Das Widerstandsheizelement kann ein Polymer sein.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, ein robustes Heizelement zu schaffen, welches gegenüber Vibration und Feuchtigkeit widerstandsfähig ist.
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Das Widerstandsheizelement kann ein Heizelement mit positivem Temperaturkoeffizient sein. Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, das Erfordernis einer separaten Wärmeerfassung innerhalb des Gehäuses zur Temperatursteuerung während eines großen Bereichs von Umgebungstemperaturen zu beseitigen. Es ist ein weiteres Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, für eine schnelle Heizung zu sorgen ohne Bedenken wegen Hitzestaus oder Heizungsschäden, auf welche man sonst bei hohen Strömen achtgeben müsste. Das Material mit positivem Temperaturkoeffizienten gleicht die Wärme natürlich aus und verhindert Hitzestaus.
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Die Steigleitung kann gekrümmt sein und die längliche elektrische Heizung kann sich biegen, um der Steigleitung zu folgen.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, ein System bereitzustellen, welches mit gekrümmten Fluidleitungen funktionieren kann, was insbesondere für Fahrzeuganwendungen wünschenswert ist.
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Das Widerstandsheizelement kann flexibel sein, um während der Herstellung gebogen zu werden, um der Steigleitung zu folgen.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens Ausführungsform der Erfindung, eine verbesserte Anpassung der Heizung an eine unregelmäßige Düse und Steigleitung zu ermöglichen und eine verbesserte Herstellbarkeit, welche daraus folgen kann, in der Lage zu sein, das Heizelement während der Montage zu deformieren.
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Der flexible Heizungsstreifen kann außerhalb des Gehäuses freigelegt sein, um die Elektroden zur Verbindung freizulegen.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, den Bedarf einer separaten Verdrahtung an Anschlüssen oder ähnlichem zu beseitigen.
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Die Fahrzeugwaschdüsenanordnung kann ein Vergussmaterial aufweisen zum Halten des länglichen Heizelements in der Nähe der Steigleitung.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, eine Herstellungstechnik zu schaffen zum Halten und Kontaktieren des Heizselements an einer beliebigen Düse und Steigleitung.
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Die Steigleitung kann sich mit einer Zufuhrleitung in einer T-Verbindung verbinden, und die längliche elektrische Heizung kann Seitenarme aufweisen, welche der Zufuhrvorrichtung entsprechen, um sich in entgegengesetzten Richtungen von der Steigleitung zu erstrecken.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, eine Heizung zu schaffen, welche flexibel ausgelegt werden kann, um den Fluidleitungen in zwei Dimensionen zu folgen.
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Die Seitenarme können flexibel sein, um zur Einführung in das Gehäuse gekrümmt zu werden und um sich dann längs der Zufuhrleitung zu erstrecken.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, es einer Heizung zu ermöglichen, einer komplexen Leitungsgeometrie zu folgen.
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Das Gehäuse kann aus einem Polymermaterial hergestellt sein und das Vergussmaterial hat einen geringeren thermischen Widerstand als das Gehäuse.
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Es ist daher ein Merkmal mindestens einer Ausführungsform der Erfindung, die Übertragung von Wärme vom Heizelement auf die Steigleitung und Düse und/oder die Zufuhrleitung zu unterstützen unter Verwendung eines leitenden Raumfüllers.
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Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden einem Fachmann bei der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung, der Ansprüche und Zeichnungen, in welchen gleiche Zahlen zur Bezeichnung gleicher Merkmale verwendet werden, offensichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Automobil-Windschutzscheibe von außerhalb des Automobils, welche die Position typischer Windschutzscheiben-Waschdüsen, welche mit Eis blockiert werden können, zeigt;
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2 ist eine Vorderansicht einer Düse der vorliegenden Erfindung, welche einen konformen flexiblen PTC-Heizungsstreifen verwendet, welcher in ein Gehäuse eingesetzt ist, welches die Düse hält;
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3 ist eine Vorderansicht des PTC-Heizungsstreifens zur Installation in einem Düsengehäuse;
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4 ist ein Querschnitt längs den Linien 4-4 von 2, welcher die flexible Anpassung des PCT-Heizungsstreifens an die Düse zeigt; und
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5 ist eine perspektivische Rückansicht einer alternativen Ausführungsform mit dem PTC-Material und Elektroden, welche direkt auf die Düsenstruktur gedruckt sind.
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Der Begriff „längs einer Achse“ bezieht sich auf eine allgemeine Ausrichtung und sollte nicht so verstanden werden, dass er erfordert, dass eine Komponente, welche sich längs der Achse erstreckt, gerade sein soll, sondern nur dass sie eine wesentliche Erstreckungskomponente längs der Achse haben soll.
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Bevor die Ausführungsformen der Erfindung detailliert erläutert werden, sollte es klar sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnungen der Komponenten beschränkt ist, welche in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen in der Lage und kann auf verschiedene Arten ausgeübt oder ausgeführt werden. Es sollte auch klar sein, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie zum Zweck der Beschreibung sind und nicht als beschränkend betrachtet werden sollten. Die Verwendung von „einschließend“, „aufweisend“ und Variationen davon sollen bedeuten, dass die danach aufgeführten Gegenstände und Äquivalente davon sowie zusätzliche Gegenstände und Äquivalente davon umfasst werden sollen.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Mit Bezug auf 1 kann ein Fahrzeug 10 ein Fenster 12 vorsehen, wie z.B. eine Windschutzscheibe, welche hinter und über Waschsystemdüsen 14 angeordnet ist, welche ausgerichtet sind, einen Sprühstrahl 16 eines Waschfluides auf das Fenster 12 vorzusehen, um es mit den Scheibenwischern 18 zu reinigen, wie es allgemein aus dem Stand der Technik bekannt ist. Analog, aber nicht dargestellt, können die Düsen 14 zu anderen Fenstern 12 benachbart angeordnet sein, einschließlich Scheinwerferlinsen, Kameras und Fenster über Radar, Ultraschall oder ähnlichem.
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Mit Bezug auf 2 kann jede Düse 14 eine Düse 20 vorsehen, welche einen Strom von Waschflüssigkeit 21 zum benachbarten Fenster 12 hin richtet und üblicherweise mit Bezug auf die Vorderseite des Fahrzeugs nach hinten zeigt. Die Düse 20 kann durch eine Steigleitung 22, welche sich im allgemeinen längs einer Achse 19 erstreckt, mit einer Zufuhrleitung 24 kommunizieren, wobei die letztere mit flexiblen Waschfluidschläuchen 25 verbunden ist, welche von einer Waschpumpe 27 und einem Fluidreservoir 29 her leiten und/oder zu einer stromabwärtigen Düse 14 hin. Obwohl die Steigleitung 22 sich im Allgemeinen längs einer Achse 19 erstreckt, kann sie sich krümmen, wenn sie sich mit der Düse 20 verbindet, um die Düse 20 in eine gewünschte Richtung zu richten. Bei einer Ausführungsform kann die Steigleitung 22 sich in einer T-Verbindung mit einem Zentrum der Zufuhrleitung 24 verbinden, welche sich horizontal erstreckt und senkrecht zur aufrechten Steigleitung 22, um an einer gegenüberliegenden Verbindung 31 mit Widerhaken zu enden.
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Die Steigleitung 22 und die Zufuhrleitung 24 können vorgeformt sein, zum Beispiel durch Spritzguss, und in einem Gehäuse 26 enthalten sein, welches dazu dient, die Düse 14 an der Struktur des Fahrzeugs 10 zu befestigen. So enthalten, erstreckt sich die Düse 20 von einem oberen Teil des Gehäuses 26 und die Zufuhrleitung 24 erstreckt sich von jeder Seite des Gehäuses 26 nach außen. Das Gehäuse 26, die Steigleitung 22 und die Zufuhrleitung 24 sind üblicherweise aus einem thermoplastischen Material mit geringer Wärmeleitung geformt.
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Ein sich anpassender Heizungsstreifen 30 kann ein Verbindungsende 32 vorsehen, welches sich vom Gehäuse 26 erstreckt und Elektroden 42a und 42b aufweist, an welche eine Heizungsspannungsquelle 34 (wie z.B. 12 Volt) während des Gebrauchs angelegt werden kann. Die Elektroden 42a und 42b können sich längs der Länge des Heizungsstreifens 30 an entgegengesetzten Seiten des Heizungsstreifens erstrecken und können vorspringende Kammfinger 43 aufweisen, so dass Kammfinger der entgegengesetzten Elektroden 42a und 42b ineinander greifen, was einen Stromdurchsatz in einer gleichförmig verteilten Art und Weise durch ein umgebendes Heizungsmaterial maximiert.
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Mit Bezug auf 4 kann sich der Heizungsstreifen 30 in das Gehäuse 26 erstrecken und kann dicht unter der Düse 20 der Steigleitung 22 und Teilen der Zufuhrleitung 24 liegen, um dagegen gehalten werden durch eine Struktur des Gehäuses 26 oder durch Überformung, durch eine geformte Struktur des Gehäuses 26 oder eine Vergussverbindung 36. Idealerweise ist der Heizungsstreifen 30 mit der Steigleitung 22 über den Hauptteil ihrer Länge in Kontakt. Die Vergussverbindung 36 kann eine verbesserte Wärmeleitung vorsehen im Vergleich zum Material des Gehäuses 26, zum Beispiel durch den Einschluss von thermisch leitenden Teilchen. Der Heizungsstreifen 30 kann sich biegen, um einem gekrümmten Pfad der Steigleitung 22 und der Düse 20 zu folgen, und kann aus diesem Grund jede Lücke zwischen dem Heizungsstreifen 30 und der Steigleitung 22 und der Düse 20 und den entsprechenden thermischen Widerstand, welcher durch die Lücke verursacht wird, verringern.
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Mit Bezug auf 3 kann in dieser Hinsicht der Heizungsstreifen 30 ein einfacher rechteckiger flexibler Streifen von ausreichender Läng sein, um sich in das Gehäuse 26 längs der Länge der Steigleitung 22 und dicht benachbart zur Steigleitung 22 zu erstrecken. Zusätzlich kann der Heizungsstreifen 30 Seitenflügel 38 aufweisen, welche so angeordnet sind, dass sie sich seitlich leicht längs der Zufuhrleitung 24 im Gehäuse 26 erstrecken, um die Flüssigkeit darin vorzuwärmen. In dieser Hinsicht können die Seitenflügel 38, welche flexibel sind, geringfügig gekrümmt sein, um in das Gehäuse 26 zu passen, und sich dann längs der Zufuhrleitung 24 ausdehnen und sich sogar geringfügig um die Zufuhrleitung 24 biegen, unterstützt durch die Gehäusestruktur oder ähnliches, um genauer der Zufuhrleitung 24 zu entsprechen. Idealerweise sind die Seitenflügel 38 in engem Kontakt mit der Zufuhrleitung 24 über den Hauptteil ihrer Länge in dem Gehäuse 26.
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Im Allgemeinen kann der Heizungsstreifen 30 einen Bogen Polymermaterial 40 aufweisen, welcher ein flexibles Substrat liefert, auf welchem ineinandergreifende Elektroden 42a und 42b aufgetragen sind, welche die Spannungsquelle 34 empfangen, wie in 2 dargestellt. Das Polymermaterial 40 kann eine Leitfähigkeit mit hohem Widerstand vorsehen (größer als die der Elektroden 42), um ein Widerstandsheizelement mit einem positiven Temperaturkoeffizienten vorzusehen, um eine selbstregulierende Temperatursteuerung zu schaffen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, erhöhen Materialien mit positivem Temperaturkoeffizienten ihren Widerstand dramatisch bei zunehmender Temperatur, und liefern so eine verbesserte Temperaturregelung durch abnehmenden Stromfluss (und somit Heizung), wenn ihre Temperatur steigt.
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Die ineinandergreifenden Elektroden 42a und 42b sind je mit einer unterschiedlichen Spannungspolarität verbunden, um eine Spannung über das Polymermaterial 40 anzulegen (zum Beispiel 12 Volt Gleichstrom), was den Stromfluss durch das Polymermaterial 40 im allgemeinen längs der Ebene seiner Ausdehnung fördert, was geeignet ist zur Erwärmung bei dieser Anwendung. Die Elektroden 42 können zum Beispiel durch Siebdruck aufgetragen sein unter Verwendung von metallischen Tinten oder durch Dampfabscheidung von zum Beispiel Silber, Aluminium oder ähnlichem, oder als ein dünnes Abziehbild aufgetragen werden oder geätzt werden durch eine angeklebte Folie unter Verwendung von integrierten Schaltkreistechniken oder durch eine Vielzahl von anderen Herstellungsverfahren.
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Heizungen mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), welche geeignet sind für den flexiblen Heizungsstreifen
30 der vorliegenden Erfindung, sind auch in den
US-Patenten Nr. 4 857 711 und
4 931 627 von Leslie M. Watts offenbart, welche hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Bei einer Ausführungsform kann der flexible Heizungsstreifen 30 aus einem flexiblen isolierenden Bogen aus isolierendem Polymermaterial mit einem Widerstandsleiter mit positivem Temperaturkoeffizient, welcher auf die obere Oberfläche aufgetragen ist, konstruiert sein, um ein Widerstands- oder ohmsches Heizelement zu bilden. Alternativ kann ein herkömmliches Widerstandmaterial als das Polymermaterial 40 verwendet werden oder auf das Polymermaterial 40 aufgetragen werden, und ein konstanter Strom kann durch die Elektroden 42 über dieses Material in Art einer „offenen Schleife“ angelegt werden oder durch einen separaten thermischen Sensor, wie z.B. einen Thermistor, Thermostat oder ähnliches gesteuert werden.
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Mit Bezug auf 5 können bei einer alternativen Ausführungsform die Düse 20, die Steigleitung 22 und die Zufuhrleitung 24 eine integrierte Struktur sein, zum Beispiel ein einziges durch Spritzguss geformtes Teil, welches eine äußere Fläche 44 bietet. Der flexible Heizungsstreifen 30 kann dann als Teil dieser geformten Komponente durch Umspritzen (Inserttechnik) geformt werden. Alternativ kann die äußere Oberfläche 44 mit einem Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturkoeffizient oder Standardwiderstandsmaterial beschichtet werden und Elektroden 42 an die Beschichtung angelegt werden, welche dann an leitenden Fortführungen 50 befestigt werden, welch letztere mit der Spannungsquelle 34 verbunden sein können. Die ineinandergreifende Struktur des Widerstandsmaterials kann durch ein Druckverfahren oder durch einen Laser oder anderes Ätzen einer dünnen Folie eines Widerstandsmaterial gebildet werden, welches gleichförmig aufgetragen wird und dann entfernt wird, um die ineinandergreifenden Finger zu bilden. Alternativ können der Körper der Düse 20, die Steigleitung 22 und die Zufuhrleitung 24 ein PTC-Material aufweisen, entweder in ihrer Gesamtheit oder in einem zweistufigen Formungsverfahren, in welchem das PTC-Material über einem Nicht-PTC-Polymerkern aufgetragen wird und Elektroden über das PTC-Material angelegt werden.
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Hier wird nur zum Zweck der Bezugnahme eine gewisse Terminologie verwendet und soll daher nicht beschränkend sein. Zum Beispiel beziehen sich Begriffe wie „obere“, „untere“, „über“ und „unter“ auf Richtungen in den Zeichnungen, auf welche Bezug genommen wird. Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „hintere“, „untere“ und „Seite“ beschreiben Ausrichtungen von Teilen der Komponente in einem einheitlichen aber beliebigen Bezugsrahmen, was durch Bezug auf den Text und die zugeordneten Zeichnungen, welche die erörterte Komponente beschreiben, klargestellt wird. Solche Terminologie kann die speziell oben erwähnten Wörter einschließen, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlichem Inhalt. In ähnlicher Weise schließen die Begriffe „erste“, „zweite“ und andere solche numerischen Begriffe, welche Strukturen betreffen, keine Sequenz oder Reihenfolge ein, falls nicht klar durch den Zusammenhang angegeben. Wenn ein Element als sich längs einer Achse erstreckend angegeben ist, soll dies die allgemeine Ausrichtung des Elements aus Klarheitsgründen angeben und beschränkt nicht das Element auf eine gerade Erstreckung, sondern nur eine Erstreckung, welche die Komponente längs der Achse hat.
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Wenn Elemente oder Merkmale der vorliegenden Offenbarung und der beispielhaften Ausführungsformen eingeführt werden, sollen die Artikel „ein“, „eine“, „der/die/das“ und „der/die/das genannte“ bedeuten, dass es ein oder mehrere solcher Element oder Merkmale gibt. Die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“ und „haben“ sollen einschließend sein und bedeuten, dass es zusätzliche Elemente oder Merkmale geben kann außer den speziell genannten. Es sollte ferner klar sein, dass die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge nicht so ausgelegt sein sollen, dass sie ihre Durchführung notwendigerweise in der besonderen erörterten oder dargestellten Reihenfolge erfordern, falls nicht speziell als eine Reihenfolge der Durchführung angegeben. Es sollte auch klar sein, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können.
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Es ist insbesondere beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die hier enthaltenen Ausführungsformen und Darstellungen beschränkt ist, und die Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie abgewandelte Formen solcher Ausführungsformen einschließen, welche Teile der Ausführungsformen und Kombinationen von Elementen unterschiedlicher Ausführungsformen aufweisen, wenn es in den Umfang der folgenden Ansprüche fällt. Alle hier beschriebenen Veröffentlichungen, einschließlich Patente und Nichtpatent-Veröffentlichungen, sind hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
