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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der elektrischen Beheizung, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen. Die Erfindung betrifft ganz besonders die elektrische Beheizung von Fahrzeuginnenteilen wie Lenkrädern, Armlehnen, Türauskleidungen und so weiter.
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Hintergrund der Erfindung
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Elektrische Heizvorrichtungen, bei denen ein oder mehrere elektrische Heizelemente benutzt werden, finden in der Kraftfahrzeugindustrie weithin Verwendung, um den Insassenkomfort zu erhöhen, also beispielsweise durch Beheizen eines Fahrzeuginnenraums allgemein und/oder von Fahrgastsitzen und/oder Armlehnen und/oder Auskleidungen. Elektrische Heizvorrichtungen mit flexiblen und/oder dehnbaren Heizelementen werden bekanntermaßen bei Fahrzeuglenkrädern zur Beheizung direkt nach dem Anlassen eines Fahrzeugmotors bei kalten Umgebungsbedingungen verwendet.
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Es wird als eine Anforderung für solche elektrische Heizvorrichtungen angesehen, dass sie für den Fahrzeugbenutzer nicht spürbar sein sollten, wenn sie nicht in Betrieb sind. Weitere Anforderungen können eine möglichst gleichmäßige Wärmedichte während des Betriebs sein, beispielsweise in einem Bereich von wenigen Grad Celsius, um für den Fahrzeugbenutzer spürbare heiße Stellen zu vermeiden und auch eine Materialermüdung durch das Auftreten von Wärmespannung zu vermeiden. Eine ständige Anforderung für solche Anwendungen ist natürlich die der Miniaturisierung.
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Trotz eines ausgezeichneten Vermögens zur Übertragung einer hohen Stromdichte schließen diese kombinierten Anforderungen die Verwendung von herkömmlichen Heizdrähten wie beispielsweise Drähten aus Kupfer im Allgemeinen aus.
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In dem Bestreben, die obige Anforderung zu erfüllen, wurden im Stand der Technik Lösungen vorgeschlagen, bei denen Folienheizelemente verwendet werden, d. h. Heizelemente, die wie eine dünne flexible Folie oder ein dünner flexibler Film aussehen.
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Beispielsweise beschreibt die internationale Anmeldung
WO 2015/024909 A1 eine Folienheizung für eine Heizplatte. Die Folienheizung umfasst eine in einer ersten bzw. zweiten Schicht ausgebildete erste und zweite spiralförmige Widerstandsheizbahn, die sich an eine flache oder gekrümmte Oberfläche anpassen. Die erste und die zweite spiralförmige Widerstandsheizbahn können durch (Rotations-)Siebdruck, Tiefdruck, Flexodruck oder Tintenstrahldruck einer elektrisch leitfähigen Tinte mit einem nachfolgenden Härtungs-/Sinterungsschritt hergestellt werden. Jede von der ersten und zweiten Widerstandsheizbahn hat eine Mitte und mindestens ein äußeres Ende. Zwischen der ersten und zweiten Schicht ist eine elektrisch isolierende Schicht angeordnet. Die elektrisch isolierende Schicht umfasst eine Öffnung, die ein elektrisches Durchgangsloch aufnimmt, durch welches die erste und zweite Widerstandsheizbahn elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die Folienheizung ist an den Betrieb bei niedrigerer Temperatur angepasst. Die Heizbahnen können wegen ihrer Spiralform dicht über die gesamte Heizfläche im Wesentlichen kreuzungsfrei verlegt werden. Dadurch lässt sich eine signifikant gleichmäßigere Temperaturverteilung erzielen.
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Einen anderen Ansatz verfolgt die internationale Anmeldung
WO 2013/050621 A2 , die elektrisch leitfähige Textilien für Insassenerfassungs- und/oder Heizanwendungen beschreibt, wobei der Sensor und/oder die Heizung von der Rückseite aus an einer Oberfläche wie beispielsweise einem Fahrersitz, einem Fahrgastsitz, einer Rückbank, einem Lenkrad, einer Türseite eines Abteils, einem Schalthebel usw. angebracht werden können bzw. kann.
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Eine flexible Heizvorrichtung und/oder Elektrode umfasst ein gewebtes Textilmaterial mit einer Kettrichtung und einer Schussrichtung. Das Textilmaterial umfasst mindestens einen Bereich mit niedrigem Wirkleitwert und mindestens zwei Bereiche mit hohem Wirkleitwert. Die mindestens zwei Bereiche mit hohem Wirkleitwert grenzen an den mindestens einen Bereich mit niedrigem Wirkleitwert an. Mindestens einer der mindestens zwei Bereiche mit hohem Wirkleitwert ist mit einer Anschlussklemme der Heizung und/oder Elektrode wirkverbunden, wobei die Anschlussklemme zum Anschluss der Heizung und/oder Elektrode an eine elektronische Steuerschaltung dient.
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Widerstandsheizbahnen, die durch (Rotations-)Siebdruck, Tiefdruck, Flexodruck oder Tintenstrahldruck einer elektrisch leitfähigen Tinte hergestellt werden, können ohne Weiteres nahe einer zu beheizenden Oberfläche integriert werden. Elektrisch resistive Tinten, die einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC; positive temperature coefficient) aufweisen (was wünschenswert ist, da solche Materialien von sich aus selbstbegrenzend sind), sind im Handel ohne Weiteres erhältlich. Ihre Verwendung für Zuleitungen ist jedoch eingeschränkt, da die erforderlichen Schichtwiderstände nur mit Tinten mit hohem Silbergehalt erzielt werden können. Dies wirkt sich stark auf die Kosteneffizienz aus und führt ferner zu einer signifikanten Verringerung der mechanischen Robustheit in Bezug auf die Biegefestigkeit der gedruckten Leiterbahn, da hochleitfähige Silbertinten bekanntermaßen mechanisch empfindlich sind. Jedwede Druck-, Biege- und/oder Dehnungsbelastung, die von einem Bediener während des Einbaus oder beispielsweise von einem Sitzbenutzer im Falle einer Sitzheizvorrichtung ausgeübt werden kann, kann den elektrischen Widerstand eines oder mehrerer resistiver Heizelemente wegen entstehender Brüche oder Risse nachteilig ansteigen lassen, was eine verringerte Heizleistung bis hin zu einem Ausmaß verursacht, das schließlich dazu führen kann, dass die elektrische Heizvorrichtung nicht mehr funktioniert.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist daher wünschenswert, eine verbesserte elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuganwendungen, bereitzustellen.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung, insbesondere für eine Kraftfahrzeuganwendung, gelöst, das zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellen eines Flächengebildes aus einem elektrisch hochleitfähigen Material geeigneter Dicke,
- - Schneiden durch das Flächengebilde zur Erzielung eines vorgegebenen Leitungsmusters, das mindestens eine elektrisch leitfähige Leitung mit elektrisch leitfähigen Brückenelementen umfasst, die Abschnitte der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leitung verbinden,
- - Bereitstellen eines dielektrischen, flächigen, flexiblen Trägers,
- - Aufbringen einer Schicht aus härtbarem Klebematerial auf eine Oberfläche des flexiblen Trägers,
- - Aufsetzen des erzielten Leitungsmusters auf die Schicht aus Klebematerial,
- - Härten des Klebematerials unter dem Leitungsmuster außer dem Klebematerial unter den Brückenelementen,
- - Schneiden durch jedes Brückenelement an allen Enden zwischen durch das jeweilige Brückenelement verbundenen Abschnitten der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leitung und
- - Entfernen der geschnittenen Brückenelemente.
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Der Begriff „Kraftfahrzeug...“ ist, wie er in dieser Patentanmeldung verwendet wird, insbesondere so zu verstehen, dass er für die Verwendung in Fahrzeugen einschließlich Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Sattelschleppern und Bussen geeignet ist.
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Das vorgeschlagene Verfahren kann eine einfache und kostengünstige Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung, insbesondere für eine Kraftfahrzeuganwendung, mit ausgezeichnetem Vermögen zur Übertragung einer hohen Stromdichte in elektrischen Zuleitungen ermöglichen, die einen Teil des vorgegebenen Leitungsmusters bilden. Das Verfahren ermöglicht die Herstellung elektrischer Heizvorrichtungen, bei denen das elektrische Heizelement auf einer Reihenschaltungsanordnung basiert und bei denen die elektrischen Zuleitungen sowie das mindestens eine elektrische Heizelement aus dem Flächengebilde aus elektrisch hochleitfähigem Material bestehen. Die Brückenelemente, die am Ende des Herstellungsverfahrens entfernt werden, sorgen für bessere Handhabungseigenschaften des nach dem Schritt zum Schneiden durch das Flächengebilde erzielten vorgegebenen Leitungsmusters oder ermöglichen sogar dessen Handhabung. Ferner kann das Verfahren die Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung ermöglichen, die nahe an einer Außenfläche eines Objekts mit geringer Sichtbarkeit und Tastbarkeit integriert werden kann.
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Der Schritt zum Härten des Klebematerials kann eine Bestrahlung umfassen, wenn das Klebematerial lichthärtbar ist. Der Schritt zum Härten des Klebematerials kann die Anwendung einer Wärmequelle auf das Leitungsmuster umfassen, um das Leitungsmuster auf eine Temperatur oberhalb einer Härtungstemperatur außer dem Klebematerial unter den Brückenelementen zu erwärmen, wenn das Klebematerial wärmehärtbar ist. Im letzteren Fall kann der Schritt zum Härten des Klebematerials auch die Wärmeableitung von den Brückenelementen oder eine aktive Kühlung der Brückenelemente umfassen.
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Das elektrisch hochleitfähige Material kann, ohne darauf beschränkt zu sein, aus Kupfer, Kupferlegierungen wie beispielsweise Messing, Aluminium und elektrisch leitfähigen Textilien ausgewählt werden. Der Ausdruck „elektrisch leitfähiges Textil“ soll, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, insbesondere Textilien mit einer durchgehenden Schicht aus elektrisch leitfähigem Material umfassen, die zumindest an einem großen Teil mindestens einer Oberfläche befestigt ist und diesen abdeckt. Die durchgehende Schicht aus elektrisch leitfähigem Material kann durch Anwenden eines Verfahrens mit physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren) wie beispielsweise Aufdampfen oder Sputtern oder galvanisch durch Aufgalvanisieren an der mindestens einen Oberfläche befestigt werden. Der elektrische Widerstand der durchgehenden Schicht aus elektrisch leitfähigem Material, die beispielsweise an einer Oberfläche eines Textils befestigt ist, kann durch Auswahl einer Art des Textils, eines Materials für das elektrisch leitfähige Material und einer flächenbezogenen Masse des aufgebrachten leitfähigen Materials eingestellt werden. Diese Konstruktionsfreiheit kann die Erfüllung beliebiger Anforderungen an die Heizleistung z. B. für eine Lenkradheizvorrichtung und einen großen Bereich anderer Kraftfahrzeuganwendungen mit elektrischer Heizvorrichtung wie beispielsweise Armlehnen-, Tür- oder Armaturenbrettheizungen usw. von Fahrzeugen ermöglichen.
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Es liegt auch im Schutzbereich der Erfindung, dass das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung im Gebiet der Bautechnik oder im Gebiet der Produktionstechnik gedruckter Leiterplatten (PCB; printed circuit board) eingesetzt werden kann, wobei der Vorteil darin besteht, dass Ätzprozesse entfallen, was die Produktion gedruckter Leiterplatten umweltfreundlicher machen kann.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen, bei denen das vorgegebene Leitungsmuster mindestens zwei elektrisch leitfähige Leitungen umfasst, umfasst das Verfahren ferner die nachfolgenden Schritte zum Aufbringen von härtbarer, elektrisch resistiver Tinte an einer Vielzahl vorgegebener Stellen derart, dass sie in elektrischem Kontakt mit den mindestens zwei elektrisch leitfähigen Leitungen sind, und zum Härten der befestigten, elektrisch resistiven Tinte, um elektrisch resistive Leitungen zu erzielen.
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Diese Ausgestaltung des Verfahrens ermöglicht die Herstellung von elektrischen Heizvorrichtungen mit einer Vielzahl elektrischer Heizelemente, die auf einer Reihenschaltungsanordnung der erzielten elektrisch resistiven Leitungen basieren, und bei denen die elektrischen Zuleitungen aus dem Flächengebilde aus elektrisch hochleitfähigem Material bestehen, das ein ausgezeichnetes Vermögen zur Übertragung einer hohen Stromdichte aufweist.
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Der Schritt zum Aufbringen von härtbarer, elektrisch resistiver Tinte umfasst vorzugsweise die Anwendung eines Siebdruck- oder Tintenstrahldruckverfahrens. Die Anwendung dieser hochpräzisen, kostengünstigen Herstellungsverfahren kann niedrige Fertigungstoleranzen ermöglichen, und zwar insbesondere für Abmessungen in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des flächigen, flexiblen Trägers, was eine gleichmäßige Erwärmung und eine hohe Zuverlässigkeit der Vielzahl elektrischer Heizelemente ermöglichen kann.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen umfasst das Verfahren ferner einen nachfolgenden Schritt zum Aufbringen einer durchgehenden dielektrischen Schutzschicht als eine oberste Schicht, die die elektrisch leitfähige(n) Leitung(en) und gegebenenfalls die elektrisch resistiven Leitungen abdeckt. Auf diese Weise kann eine elektrische Heizvorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer hergestellt werden.
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Der Schritt zum Schneiden durch jedes Brückenelement an allen Enden umfasst vorzugsweise die Anwendung eines Anstanzverfahrens oder Laserschneidverfahrens. Dadurch kann der Schritt zum Schneiden auf effektive und zuverlässige Weise ausgeführt werden.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens umfasst der Schritt zum Schneiden durch das Flächengebilde zur Erzielung eines vorgegebenen Leitungsmusters das Erzielen einer Untergruppe der Brückenelemente, die Abschnitte der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leitung oder ein anderes Brückenelement oder andere Brückenelemente von einer Außenrichtung aus verbinden. Auf diese Weise können die Handhabungseigenschaften des vorgegebenen Leitungsmusters, das nach dem Schritt zum Schneiden durch das Flächengebilde erzielt wird, weiter verbessert werden.
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In einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorstufe einer elektrischen Heizvorrichtung, insbesondere für eine Kraftfahrzeuganwendung, vorgesehen. Die Vorstufe einer elektrischen Heizvorrichtung umfasst einen dielektrischen, flächigen, flexiblen Träger und ein vorgegebenes Leitungsmuster. Das vorgegebene Leitungsmuster umfasst mindestens eine elektrisch leitfähige Leitung und eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Brückenelemente, die Abschnitte der mindestens einen elektrisch leitfähigen Leitung verbinden. Nur die elektrisch leitfähige Leitung oder die elektrisch leitfähigen Leitungen ist bzw. sind durch eine Schicht aus Klebematerial fest an einer Oberfläche des flexiblen Trägers befestigt.
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Die vorgeschlagene elektrische Heizvorrichtung kann ein ausgezeichnetes Vermögen für die Übertragung einer hohen Stromdichte in elektrisch leitfähigen Leitungen aufweisen, die als elektrische Zuleitungen ausgelegt sind, die einen Teil des vorgegebenen Leitungsmusters bilden. Die vorgeschlagene Vorstufe einer elektrischen Heizvorrichtung kann ohne Weiteres in einen betriebsfähigen Zustand versetzt werden, indem durch beide Enden jedes Brückenelements geschnitten wird und die geschnittenen Brückenelemente entfernt werden.
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Die als elektrische Zuleitungen ausgelegten elektrisch leitfähigen Leitungen können zum Verbinden von Enden mindestens einer als elektrisch resistive Leitung ausgelegten elektrisch leitfähigen Leitung (im Folgenden auch kurz als „elektrisch resistive Leitung“ bezeichnet) dienen, damit sie als Heizelement mit einer elektrischen Energiequelle dient.
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Das vorgegebene Leitungsmuster weist vorzugsweise eine Dicke auf, die zwischen 5 µm und 100 µm liegt. Dadurch lässt sich ein Vermögen zur Übertragung einer hohen Stromdichte in als elektrische Zuleitungen ausgelegten elektrisch leitfähigen Leitungen erzielen, das die Erfüllung eines großen Teils der Anforderungen für Kraftfahrzeuganwendungen gestattet.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung umfasst das vorgegebene Leitungsmuster eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Leitungen und eine Vielzahl elektrisch resistiver Leitungen, die durch die Vielzahl elektrisch leitfähiger Leitungen elektrisch in Parallelschaltung angeschlossen sind. Dadurch lässt sich wegen der Vielzahl elektrisch resistiver Leitungen ein ausgezeichnetes Vermögen zur Übertragung einer hohen Stromdichte in elektrisch leitfähigen Leitungen, die als elektrische Zuleitungen ausgelegt sind, vorteilhaft mit gleichmäßigen Heizeigenschaften kombinieren.
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Vorzugsweise umfasst die elektrisch resistive Leitung oder umfassen die elektrisch resistiven Leitungen mindestens eines von Ruß, Graphit, Graphen, einem elektrisch leitfähigen Textil oder einem Material, das einen spezifischen elektrischen Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten aufweist. Auf diese Weise kann eine effektive Heizfunktion der elektrisch resistiven Leitung oder der elektrisch resistiven Leitungen gewährleistet werden. Bei Verwendung eines Materials mit einem spezifischen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten kann die elektrisch resistive Leitung bzw. können die elektrisch resistiven Leitungen selbstbegrenzend ausgelegt werden.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung ist der flexible Träger durch eine Folie ausgebildet, die größtenteils aus einem Kunststoffmaterial besteht, das aus einer Gruppe von Kunststoffmaterialien bestehend aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid (PI), Polyetherimid (PEI), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyoxymethylen (POM), Polyamid (PA), Polyphthalamid (PPA), Polyetheretherketon (PEEK), thermoplastischem Polyurethan (TPU) und Kombinationen von mindestens zwei dieser Kunststoffmaterialien ausgewählt ist.
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Der Begriff „größtenteils“ ist, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, insbesondere als gleich oder mehr als 50 Volumen-%, bevorzugter mehr als 70 Volumen-% und am meisten bevorzugt mehr als 80 Volumen-% zu verstehen und soll einen Anteil von 100 % umfassen, d. h., dass die flächige, flexible Trägerfolie vollständig aus dem bzw. den ausgewählten Kunststoffmaterialien besteht.
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Diese Kunststoffmaterialien können eine einfache Herstellung ermöglichen und es können haltbare, kostengünstige elektrisch isolierende Flächengebilde mit niedrigen Fertigungstoleranzen als Grundlage für die flächige, flexible Trägerfolie bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise ist der flächige, flexible Träger dehnbar und umfasst das vorgegebene Leitungsmuster ein dehnbares elektrisch leitfähiges Textil. Der Begriff „dehnbar“ ist, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, so zu verstehen, dass der flächige, flexible Träger von einem Bediener während des Einbaus oder von einem Benutzer der elektrischen Heizvorrichtung, beispielsweise einem Fahrzeugsitzbenutzer, um einen Betrag zwischen 1 % und 3 %, vorzugsweise bis zu 4 % und am meisten bevorzugt bis zu 5 % einer mechanisch unbelasteten Ausdehnungslänge gedehnt werden kann. Durch die Verwendung einer dehnbaren, flächigen, flexiblen Trägerfolie kann die flexible elektrische Heizvorrichtung besonders vorteilhaft in Anwendungen mit großer Oberflächenkrümmung wie beispielsweise einem Fahrzeuglenkrad verwendet werden. Bei solchen Anwendungen kann das mindestens eine elektrische Heizelement in einer Weise eingebaut werden, die in hohem Maße an eine Oberflächenkontur eines zu beheizenden Objekts angepasst ist (3D-Integration), und eine ausgezeichnete Wärmeübertragung auf das Objekt ermöglicht werden. Elektrisch leitfähige Textilmaterialien sind in großer Vielfalt verfügbar und es liegen umfangreiche Erfahrungen in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften und Herstellungsverfahren vor. Somit können geeignete Materialien aus einem großen Paket ausgewählt werden, um bestehende Anwendungsanforderungen zu erfüllen.
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Diese und andere Aspekte der Erfindung gehen aus den nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen hervor und werden anhand dieser erläutert.
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Es ist hervorzuheben, dass die in der vorangehenden Beschreibung einzeln detailliert aufgeführten Merkmale und Maßnahmen in irgendeiner technisch sinnvollen Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung darstellen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere in Verbindung mit den Figuren.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung von nicht einschränkenden Ausgestaltungen anhand der beigefügten Zeichnung hervor. Es zeigen:
- 1: Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung in einer Seitenansicht im Schnitt und
- 2: schematisch ein Detail einer Vorstufe einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung in einer Draufsicht.
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Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen
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1 veranschaulicht die Schritte zweier möglicher Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung 10, 10', die für die Verwendung in einer Kraftfahrzeuganwendung, beispielsweise zur automatischen Beheizung eines Fahrzeuglenkrads direkt nach dem Anlassen bei kalten Umgebungsbedingungen, vorgesehen ist. Eine Detailansicht einer Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10 ist in 2 schematisch dargestellt.
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Die Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10 umfasst einen dielektrischen, flächigen, flexiblen Träger 12, der durch eine Folie ausgebildet ist, die größtenteils oder vollständig aus Polyethylenterephthalat (PET) bestehen kann. Bei anderen Ausgestaltungen kann der flexible Träger 12 auch dehnbar sein und beispielsweise aus einer 25 µm dicken Polyimidfolie bestehen. Bei einer Breite von 40 mm kann eine solche Polyimidfolie durch Aufbringen einer Kraft von ungefähr 90 N um einen Betrag von 5 % gedehnt werden.
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Die Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10 umfasst ferner ein vorgegebenes Leitungsmuster 16. Das vorgegebene Leitungsmuster 16 umfasst eine elektrisch leitfähige Leitung 22, die als elektrisches Heizelement dient, und mindestens zwei elektrisch leitfähige Leitungen, die als elektrisch hochleitfähige Zuleitungen 18, 20 (im Folgenden auch kurz als „Zuleitungen“ bezeichnet) ausgebildet sind, die elektrisch an Enden der elektrisch leitfähigen Leitung 22 angeschlossen sind. Die Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10 umfasst ferner eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Brückenelemente 24, 26, durch welche Abschnitte der elektrisch leitfähigen Leitung 22 verbunden sind. Eine Untergruppe 26 der Vielzahl von Brückenelementen 24, 26 verbindet Abschnitte anderer Brückenelemente 24 von einer Außenrichtung aus, d. h. rahmenartig, miteinander.
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In 2 sind die zwei elektrisch hochleitfähigen Zuleitungen 18, 20 als wellenförmige Leitungen dargestellt, die entlang längerer Seitenkanten des flexiblen Trägers 12 angeordnet sind. Die zwischen den Zuleitungen 18, 20 angeordnete elektrisch leitfähige Leitung 22 ist derart fortgeführt, dass jede Zuleitung 18, 20 mit dem benachbarten Abschnitt der elektrisch leitfähigen Leitung 22 verbunden ist und die Abschnitte der elektrisch leitfähigen Leitung 22 abwechselnd derart verbunden sind, dass sie eine Mäanderstruktur (nicht dargestellt) bilden. Die elektrisch leitfähige Leitung 22 hat eine viel geringere Breite als die Zuleitungen 18, 20 (2 ist nicht maßstabsgetreu), um eine Heizwirkung hauptsächlich in der elektrisch leitfähigen Leitung 22 zu erzeugen, wenn die elektrische Heizvorrichtung 10 eingeschaltet wird.
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Im Folgenden werden zwei mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von 1 und 2 beschrieben. In einem Schritt 40 des Verfahrens wird ein Flächengebilde 14 aus einem elektrisch hochleitfähigen Material geeigneter Dicke bereitgestellt. Das Flächengebilde 14 kann durch ein Kupferflächengebilde ausgebildet sein und seine Dicke kann zwischen 5 µm und 100 µm liegen. Bei dieser spezifischen Ausgestaltung beträgt die Dicke des Kupferflächengebildes 40 µm.
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In einem anderen Schritt 42 des Verfahrens wird das Flächengebilde 14 durchgeschnitten, um das vorgegebene Leitungsmuster 16 zu erzielen. Der Schneidvorgang kann beispielsweise mittels einer Stanze oder mittels eines Laserschneidverfahrens durchgeführt werden. In einem Schritt 44 des Verfahrens, der parallel dazu oder nachfolgend durchgeführt werden kann, wird ein dielektrischer, flächiger, flexibler und dehnbarer Träger 12 bereitgestellt, der durch eine 25 µm dicke Polyimidfolie mit rechteckiger Form ausgebildet ist. In einem nächsten Schritt 46 wird eine Schicht aus härtbarem Klebematerial 28 auf eine Oberfläche des flexiblen Trägers 12 aufgebracht. Das Klebematerial 28 kann beispielsweise durch ein Beschichtungs- oder Druckverfahren oder durch Verteilen des Klebstoffs als Pulver aufgebracht werden.
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In einem weiteren Schritt 48 wird das vorgegebene Leitungsmuster 16 auf die Schicht aus Klebematerial 28 aufgesetzt. Dieser Schritt 48 wird durch die Anwesenheit der Vielzahl von Brückenelementen 24, 26 (2) sehr erleichtert oder sogar erst ermöglicht. Im nächsten Schritt 50 wird dann (1) das Klebematerial 28 unter dem Leitungsmuster 16 außer dem Klebematerial 28 unter den Brückenelementen 24, 26 gehärtet. Dazu kann das Leitungsmuster 16 außer den Brückenelementen 24, 26 auf eine Temperatur oberhalb der Härtungstemperatur des Klebematerials 28 erwärmt werden, oder das Klebematerial 28 unter dem Leitungsmuster 16 außer den Brückenelementen 24, 26 kann je nach der Art des Klebematerials 28 bestrahlt werden. Nach diesem Schritt 50, der die Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10 vollendet, ist das Leitungsmuster 16 außer den Brückenelementen 24, 26, die lose auf dem Klebematerial 28 liegen, fest an dem flexiblen Träger 12 befestigt.
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Die Vorstufe kann in zwei weiteren Schritten 52, 54 zur fertigen elektrischen Heizvorrichtung 10 hergestellt werden. In einem Schritt 52 der Schritte wird jedes Brückenelement 24, 26 an allen Enden zwischen Abschnitten der elektrisch leitfähigen Leitungen 22 und den durch das jeweilige Brückenelement 24, 26 verbundenen Zuleitungen 18, 20 durchgeschnitten. Dieser Schritt 52 kann die Anwendung eines Anstanzverfahrens oder eines Laserschneidverfahrens umfassen. Im anderen Schritt 54 werden die geschnittenen Brückenelemente 24, 26 entfernt.
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Im Prinzip ist die elektrische Heizvorrichtung 10 in diesem Stadium fertiggestellt. Zum besseren Schutz vor äußeren Einflüssen und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer kann ein zusätzlicher nachfolgender Schritt 56 zum Aufbringen einer durchgehenden dielektrischen Schutzschicht 30 als eine oberste Schicht, die die elektrisch leitfähigen Leitungen 22 und die Zuleitungen 18, 20 abdeckt, durchgeführt werden. Als Material für die Schutzschicht 30 kann beispielsweise Acrylklebstoff, Gummi oder Polyurethan verwendet werden, doch man kann auch andere Materialien verwenden, die dem Fachmann geeignet erscheinen.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10' ist zwischen den zwei elektrisch hochleitfähigen Zuleitungen 18, 20 anstelle von sechs eine Mäanderstruktur bildenden Abschnitten nur eine wellenförmige elektrisch leitfähige Leitung 22 angeordnet, die auch als Zuleitung (Rückleitung) dient und parallel zu den Seitenkanten des flexiblen Trägers 12 verläuft.
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Die alternative Ausgestaltung der Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10' umfasst ferner eine Vielzahl elektrisch leitfähiger Leitungen, die als elektrisch leitfähige Heizleitungen ausgelegt sind und durch die zwei Zuleitungen 18, 20 und die Rückleitung 22 in Parallelschaltung angeschlossen sind. Die elektrisch leitfähigen Heizleitungen umfassen ein Rußmaterial, das einen spezifischen elektrischen Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweist.
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Zur Herstellung der alternativen Ausgestaltung der Vorstufe der elektrischen Heizvorrichtung 10' umfasst das Verfahren ferner Schritte, die nach dem Schritt 54 zum Entfernen der geschnittenen Brückenelemente 24, 26 durchzuführen sind.
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In einem Schritt 58 dieser Schritte wird härtbare, elektrisch resistive Tinte 32 an einer Vielzahl vorgegebener Stellen derart aufgebracht, dass sie in elektrischem Kontakt mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen Leitungen 18, 20, 22 (d. h. mit einer der zwei Zuleitungen 18, 20 und mit der Rückleitung 22) ist.
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Der Schritt 58 zum Aufbringen von härtbarer, elektrisch resistiver Tinte 32 kann durch die Anwendung eines Siebdruck- oder Tintenstrahldruckverfahrens ausgeführt werden.
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Diesem Schritt 58 folgt ein Schritt 60 zum Härten der befestigten elektrisch resistiven Tinte 32, um die elektrisch leitfähigen Heizleitungen zu erzielen. Es kann ein zusätzlicher, nachfolgender Schritt 56 zum Aufbringen einer durchgehenden dielektrischen Schutzschicht 30 als eine oberste Schicht, die die elektrisch leitfähigen Leitungen 18, 20, 22 sowie die elektrisch leitfähigen Heizleitungen abdeckt, durchgeführt werden.
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Obwohl die Erfindung in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und ausführlich beschrieben wurde, sind diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausgestaltungen beschränkt.
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Andere Variationen der offenbarten Ausgestaltungen können vom Fachmann bei der praktischen Anwendung der beanspruchten Erfindung anhand einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und bewirkt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und schließt der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ eine Vielzahl nicht aus, die eine Anzahl von mindestens zwei ausdrücken soll. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen Unteransprüchen aufgeführt sind, deutet nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Etwaige Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als den Schutzbereich einschränkend aufgefasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Heizvorrichtung
- 12
- dielektrischer, flächiger, flexibler Träger
- 14
- hochleitfähiges Materialflächengebilde
- 16
- vorgegebenes Leitungsmuster
- 18
- elektrisch hochleitfähige Zuleitung
- 20
- elektrisch hochleitfähige Zuleitung
- 22
- elektrisch leitfähige Leitung
- 24
- elektrisch leitfähiges Brückenelement
- 26
- elektrisch leitfähiges Brückenelement
- 28
- Klebematerial
- 30
- dielektrische Schutzschicht
- 32
- elektrisch resistive Tinte
Verfahrensschritte: - 40
- Bereitstellen eines hochleitfähigen Materialflächengebildes
- 42
- Schneiden durch das Flächengebilde zur Erzielung eines vorgegebenen Leitungsmusters
- 44
- Bereitstellen eines dielektrischen, flächigen, flexiblen und dehnbaren Trägers
- 46
- Aufbringen eines Klebematerials auf die flexible Trägeroberfläche
- 48
- Aufsetzen des vorgegebenen Leitungsmusters auf die Klebematerialschicht
- 50
- Härten des Klebematerials außer dem Material unter den Brückenelementen
- 52
- Schneiden durch alle Brückenelement-Enden
- 54
- Entfernen der geschnittenen Brückenelemente
- 56
- Aufbringen einer dielektrischen Schutzschicht
- 58
- Aufbringen von elektrisch resistiver Tinte
- 60
- Härten der elektrisch resistiven Tinte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/024909 A1 [0006]
- WO 2013/050621 A2 [0007]
