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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ableitung von
elektrostatischen Aufladungen, welche insbesondere in Sitzbezügen, beispielsweise
von Fahrzeugsitzen, verwendet werden kann.
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Die
Entstehung von elektrostatischer Aufladung durch Reibung zweier
Körper
oder Stoffe aneinander ist hinlänglich
bekannt. Derartige elektrostatische Aufladungen können beispielsweise
auch durch Kontakt und Reibung an Sitzbezügen eines Kraftfahrzeugs auftreten
und zu für
die jeweilige Person unangenehmen oder sogar schmerzhaften Entladungen führen. Zudem
erfolgt die Entladung der elektrischen Spannung über einen Lichtbogen, der zur
Entzündung
von brennbaren bzw. explosiven Gasen oder Gemischen führen kann.
Die bei der Entladung kurzfristig auftretenden Ströme und elektromagnetischen Felder
können
elektronische Komponenten stören oder
diese sogar zerstören.
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Es
besteht daher ein starkes Bedürfnis
nach Anordnungen, mit deren Hilfe Personenaufladungen durch Vorsehen
einer elektrischen Ableitung verhindert bzw. verringert werden können.
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So
wird beispielsweise in der
DE
42 34 547 C1 oder
DE
87 07 183 U1 ein Sitzbezug für einen Kraftfahrzeugsitz vorgeschlagen,
der in den Bereich der Sitzfläche
eingewobene und über
die Fahrzeugkarosserie geerdete Metallfäden aufweist. Diese Maßnahme führt jedoch
zu Problemen. So ist beispielsweise das textile Material des Sitzbezugs
dehnfähiger
als die Metallfäden,
so dass bei dieser Anordnung das Problem besteht, dass die Metallfäden bei einer
starken Belastung oder Dehnung des Sitzbezugs reißen können. Zudem
können
sich die dünnen Metallfäden relativ
schnell abnutzen, und der Sitzkomfort kann unter dem Kompromiss
aus Metall- und Textilgewebe leiden. Weiterhin besteht die Gefahr, dass
die leitfähigen
Fasern den optischen Eindruck verändern, so dass Designvorgaben
unter Umständen
nicht erfüllt
werden können.
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In
der
US 2,858,482 wird
vorgeschlagen, unterhalb des Sitzbezuges Leiterdrähte anzuordnen, die
zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen abstehende Leiterborsten
aufweisen. Bei dieser Anordnung ist jedoch wie bei der zuvor beschriebenen Anordnung
die Elastizität
des Sitzbezuges eingeschränkt.
Zudem können
sich die Leiterborsten durch den Sitzbezug durchdrücken und
für die
jeweilige Person unangenehm sein.
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In
der
US 4,772,981 ist
die Anordnung eines elektrisch leitenden Gitters zwischen Sitzbezug
und Polsterelement eines Bürostuhls
beschrieben, wobei das Gitter elektrostatische Aufladungen über eine Verbindung
mit dem Metallrahmen des Bürostuhls ableitet.
Auch bei dieser Anordnung kann der Sitzkomfort durch das starre
Gitter beeinträchtigt
werden. Da der Sitzbezug das ableitende Gitter vollständig umschließt, kann
zudem je nach Gewebezug die Ableitfunktion eingeschränkt sein.
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Alle
oben genannten Verfahren bergen die Gefahr in sich, dass aufgrund
der entstehenden Potentialdifferenzen Schmutzmuster – entsprechend der
Geometrie der Ableitmaßnahmen – auf dem Oberstoff
entstehen können.
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Aus
der
DE 31 36 678 A1 ist
es bekannt, die elektrostatische Aufladung von textilen Flächengebilden
dadurch zu vermindern, dass man dem textilen Flächengebilde ein geerdetes,
metallisiertes Polgewebe unterliegt. Als Polwaren kommen z.B. Samt, Velour
oder Plüsch
in Betracht, die z.B. aus Polyamid oder Polyacrylnitril bestehen
und metallisiert, insbesondere vernickelt, sind.
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Bei
einem Sitz gemäß der
US 4 630 867 ist auf einer
starren Tragplatte ein Polster angeordnet, welches mit einem leitfähigen Gitter überzogen
ist. Das leitfähige
Gitter steht mit der Tragstruktur des Sitzes in Verbindung, welche
eine elektrische Erdung darstellt. Das leitfähige Gitter ist mit einem nichtleitenden
Sitzbezug überzogen.
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In
der
DE 44 18 561 A1 wird
schließlich
ein Sitzbezug für
Fahrzeugsitze vorgeschlagen, wobei die Sitzauflage ein ableitfähiges textiles
Material aufweist, welches über
eine Masseverbindung mit der Karosserie des Fahrzeugs in Verbindung
steht, wobei das Material der Sitzauflage einen elektrischen Widerstand
zwischen 10
3 und 10
7 Ohm
aufweist. Diese Maßnahme
funktioniert jedoch nur bei speziellen Obermaterialien. Vorgaben
betreffend beispielsweise die mechanische Festigkeit oder das Design
können somit
nur in Sonderfällen
berücksichtigt
werden. Durch den hohen elektrischen Wider stand soll sichergestellt
werden, dass die Schutzwirkung der Fahrzeugkarosserie als Faradayscher
Käfig nicht verloren
geht und starke Spannungen, die z.B. durch Blitzentladung auf die
Fahrzeugkarosserie wirken, nicht an die Insassen übertragen
werden.
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Aus
der obigen Beschreibung der herkömmlichen
Anordnungen zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen geht
hervor, dass bei diesen bekannten Anordnungen oft die hinsichtlich
Festigkeit, Elastizität,
Haltbarkeit oder Design an das Obermaterial bzw. Bezugsmaterial
der Sitzfläche
gestellten hohen Anforderungen durch die jeweils zur Ableitung getroffenen
Maßnahmen
beeinflusst werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen von Sitzflächen vorzuschlagen,
welche die Verwendung eines beliebigen Obermaterials für die jeweilige
Sitzfläche
ermöglicht
und dennoch eine zuverlässige
Ableitung gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
durch eine Anordnung zur Ableitung von elektrostatischen Aufladungen
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren
bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist unter
das Ober- oder Bezugsmaterial der Sitzfläche eine spezielle Unterschicht
eingefügt,
welche leitfähige
Fasern umfasst, die sowohl eine direkte Entladung in die Unterschicht selbst
als auch eine Coronaentladung ermöglichen, wobei durch die Ionisierung
der Luft deren Leitfähigkeit
erhöht
wird. Dadurch wird die Ladespannung deutlich reduziert. Die verbleibende
Ladespannung, bei der es in diesem Fall zu einer Entladung kommt, ist
so niedrig, dass die daraus resultierenden Entladungen für Menschen
nicht mehr spürbar
sind.
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Die
erfindungsgemäße Unterschicht
kann mit jedem beliebigen porösen
Obermaterial kombiniert werden, da für das Obermaterial lediglich
Voraus setzung ist, dass es das Durchdringen eines Entladungsfunkens
bzw. den Transport von ionisierter Luft zulassen muss. Insbesondere
kann die erfindungsgemäße Unterschicht
mit beliebigen textilen Materialien oder Stoffen oder auch Leder
kombiniert werden, so dass die Sitzoberfläche bei Anwendung der Erfindung
in einem Sitzüberzug
nicht verändert werden
muss. Die zur Sicherstellung einer Ableitung von elektrostatischen
Aufladungen benötigten
und in der Regel kostspieligen Materialien sind auf eine minimal
notwendige Menge reduziert.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn relativ dünne Fasern verwendet werden,
die in das Obermaterial hineinragen und sich somit der Sitzoberfläche nähern, so
dass die zur Ableitung benötigte
Schlagweite verkürzt
und die Feldstärke,
die für
das Entstehen einer Coronaentladung notwendig ist, maximiert werden
kann.
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Die
leitfähigen
Fasern können
in ein Gewebe, ein Vlies, ein Gewirke oder einen Schaum etc. eingearbeitet
sein.
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Werden
an die elektrostatische Ableitung keine so hohen Anforderungen gestellt
oder werden große
Oberflächen
verwendet, kann auf eine Erdung der ableitfähigen Unterschicht bzw. der
darin enthaltenen leitfähigen
Fasern verzichtet werden, da oft die Eigenkapazität der Sitzfläche bereits
für eine
zufriedenstellende Ableitung ausreichend ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher beschrieben.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau einer Anordnung zur Ableitung von elektrostatischen
Aufladungen gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt
schematisch den Aufbau einer Anordnung zur Ableitung von elektrostatischen
Aufladungen gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, und
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3 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
einer in 1 und 2 verwendeten
Unterschicht mit elektrisch leitfähigen Fasern.
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Die
in 1 gezeigte Anordnung umfasst eine Oberschicht 1 aus
einem nahezu beliebigen Material, welches nur derart ausgestaltet
sein muss, dass es das Durchdringen eines Funkens bzw. den Transport
von ionisierter Luft zulässt.
Die Oberschicht 1 umfasst daher allgemein ein poröses Material
und insbesondere ein textiles Material, welches zugleich als Bezugsstoff
für eine
entsprechende Sitzfläche
dient.
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Die
Oberschicht 1 ist mit einer ableitfähigen Unterschicht 2 unterlegt,
wobei die Ableitfähigkeit durch
in die Unterschicht 2 eingearbeitete elektrisch leitfähige Fasern 4 sichergestellt
ist. Die leitfähigen Fasern 4 sollten
möglichst
lang sein, da lange leitfähige
Fasern 4 die Absenkung des leitfähigen Faseranteils erlauben.
Eine Länge
von mehr als 30mm ergibt bereits bei niedrigen Gewichtsanteilen
eine gute Ableitfähigkeit.
Die leitfähigen
Fasern 4 sollten zudem relativ dünn ausgestaltet sein, wobei
ihr Durchmesser insbesondere 50μm
nicht überschreiten
sollte, um eine ausreichende Elastizität sicherzustellen. Für die Fasern 4 kann
als Material beispielsweise Edelstahl verwendet werden da dadurch
eine ausreichende Steifigkeit gegeben ist, so dass die Fasern 4 in
die Oberschicht 1 bzw. den Bezugsstoff 1 eindringen
und sich der Sitzoberfläche
nähern
können.
Insbesondere bei Verwendung von Edelstahl können die leitfähigen Fasern 4 einen
Durchmesser von unter 50μm
besitzen. Auf diese Weise kann die Schlagweite, d.h. die für einen
Durchschlag von der jeweiligen Person durch die Oberschicht 1 erforderliche
Potentialdifferenz, verringert und die Ableitung erleichtert werden.
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Die
Unterschicht 2 kann beispielsweise aus einem Vlies, Gewebe,
Gewirke aus Kunst- bzw. Naturfasern oder einem Schaum etc. bestehen,
in das bzw. in den die Fasern 4 eingearbeitet sind. Es
genügt,
wenn die leitfähigen
Fasern 4 bezogen auf das Gesamtgewicht der Unterschicht 2 einen
Gewichtsanteil von weniger als 20% besitzen, um bei gleichzeitiger
Gewährleistung
einer zuverlässigen
Ableitwirkung die Kosten für
das ableitfähige Fasermaterial gering
zu halten und eine ausreichende Elastizität auch der Unterschicht 2 zu
erhalten. Die Unterschicht 2 kann, um Material zu sparen,
sehr dünn
ausgestaltet sein. Die Funktionalität der Unterschicht 2 ist selbst
bei einer Dicke kleiner als 1 mm, insbesondere bei einer Dicke von
etwa 0,5 mm, gewährleistet.
Der Oberflächenwiderstand
der ableitfähigen
Unterschicht 2 darf maximal 108 Ohm
betragen und sollte vorzugsweise im Bereich 103 bis
107 Ohm liegen, um einerseits Material zu
sparen und andererseits eine ausreichende Ableitwirkung sicherzustellen.
Ist ein Personenschutz gegen hohe Ableitströme erforderlich, ist hierdurch
auch eine Strombegrenzung möglich,
so dass bei Verwendung der Anordnung in einem Sitzbezug eines Fahrzeugsitzes
wie eingangs beschrieben eine direkte Verbindung des jeweiligen Insassen
mit der Fahrzeugkarosserie verhindert und somit die Schutzfunktion
eines Faradayschen Käfigs gewährleistet
werden kann. Der zuvor beschriebene Oberflächenwiderstandswert kann insbesondere dann
sichergestellt werden, wenn darauf geachtet wird, dass die leitfähigen Fasern 4 der
Unterschicht 2 eine Länge
von mindestens 30 nm aufweisen.
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Die
dünnen
Fasern 4 der Unterschicht 2 stellen nicht nur
die Ableitfähigkeit
in senkrechter Richtung zur Flächennormalen
der Oberschicht 1 bzw. des Oberstoffs 1 her, sondern
erlauben durch hohe elektrische Feldstärken an ihren Spitzen sowohl
eine Coronaentladung als auch eine deutliche Reduzierung der für einen
Durchschlag von der jeweiligen Person durch die Oberschicht 1 hindurch
erforderlichen Potentialdifferenzen. Erfindungsgemäß werden somit
elektrostatische Aufladungen sowohl durch die poröse Oberschicht 1 hindurch
in die mit den leitfähigen
Fasern 4 versehene Unterschicht 2 als auch durch
Ionisierung der Luft (Coronaentladung) und den damit verbundenen
Ladungstransport abgeleitet, so dass insgesamt die Ableitfähigkeit
deutlich verbessert ist.
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Bei
der in 1 gezeigten Anordnung ist die Unterschicht 2 nicht
geerdet, da in vielen Fällen
bereits die Eigenkapazität
des jeweiligen Sitzes für
eine zufriedenstellende Ableitung ausreichend ist.
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Eine
Erdung der ableitfähigen
Unterschicht 2 kann jedoch die aufladungsreduzierende Wirkung
erhöhen.
Daher ist in 2 eine weitere erfindungsgemäße Anordnung
dargestellt, welche sich im wesentlichen von der in 1 gezeigten
Anordnung darin unterscheidet, dass die Unterschicht 2 über eine Masseleitung 5 geerdet
und somit beispielsweise bei Verwendung in einem Fahrzeug mit der
Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Zudem ist bei der in 2 gezeigten
Anordnung unter der Unterschicht 2 eine Polsterschicht 3 angeordnet,
die aus einem beliebigen Polstermaterial bestehen kann und den Sitzkomfort
verbessert, ohne die Ableitwirkung der dargestellten Anordnung zu
beeinflussen.
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Wie
bereits erwähnt
worden ist, ist es besonders vorteilhaft, die leitfähigen Fasern 4 der
Unterschicht 2 derart auszugestalten, dass sie in die Oberschicht 1 bzw.
den Bezugsstoff 1 eindringen und sich somit der Sitzoberfläche nähern können. Auf
diese Weise kann die Schlagweite, d.h. die für einen Durchschlag von der
jeweiligen Person durch die Oberschicht 1 erforderliche
Feldstärke,
verringert und die Ableitung erleichtert werden. Dies ist in Form
einer vergrößerten Darstellung
in 3 gezeigt. Aus 3 ist ersichtlich,
wie die leitfähigen
Fasern 4 aus einer Fasermaterialoberfläche der Unterschicht 2 herausragen
können
und aufgrund ihrer Steifigkeit in die darüberliegende Oberschicht 1 eindringen
können,
so dass insbesondere bei Verwendung von dicken Stoffen als Oberschicht 1 die
Ableitfähigkeit deutlich
erhöht
werden kann.