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Hintergrund der Erfindung
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Eine
Heizwiderstandseinrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Elektrische
Heizelemente und Heizleiter sind oft großem Kostendruck und starken
mechanischen Belastungen ausgesetzt. Daher besteht Bedarf an technischen
Lösungen,
die möglichst
dauerfest, sicher und/oder kostengünstig eine Temperierung von Personen
oder personenberührten
Flächen
ermöglichen.
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Gegenstand der Erfindung
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Vor
diesem Hintergrund wird ein technisches Konzept mit den Merkmalen
von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den weiteren Ansprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
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Die
Erfindung eignet sich grundsätzlich
für Heizkabel
und Heizelemente als solche und ihrer Verwendung als Inneneinrichtungsgegenstände von Fahrzeugen
und für
alle gepolsterten Gegenstände, insbesondere
Fahrzeugsitze, Sitzauflagen, Verkleidungselemente von Fahrgasträumen, Sessel
oder bspw. Büroausstattung.
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Erfindungsgemäße Heizwiderstandseinrichtungen
beeinflussen z. B. den Komfort eines Sitzes oder Lenkrades nicht,
weil sie im montierten Zustand welch und nachgiebig sind und sich
deshalb nicht durch einen Bezug durchzeichnen. Sie sind außerdem sehr
robust, weil sie einen sehr dehnfähigen Heizwiderstand aufweisen,
der durch einen Heizeinrichtungsträger zugentlastet ist. Sie sind
außerdem kostengünstig, weil
sie einen kostengünstigen
Aufbau aufweisen und mit Standardmaschinen verarbeitbar sind.
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Figuren
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Im
Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese Ausführungen
sollen die Erfindung verständlich
machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen
sich im Rahmen der Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene
Merkmale auch weglassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die
Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen
selbstverständlich untereinander
kombiniert werden. Entscheidend ist, dass das Konzept der Erfindung
im Wesentlichen umgesetzt ist. „Im Wesentlichen" bedeutet dabei insbesondere,
dass die Umsetzung eine Erzielung des erwünschten Nutzens in erkennbarem
Ausmaß erlaubt.
Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein entsprechendes Merkmal
zu mindestens 50%, 90%, 95% oder 99% erfüllt ist.
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Nachfolgend
wird Bezug genommen auf:
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1 Kraftfahrzeug
im teilweisen Längsschnitt
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2 Draufsicht
auf ein elektrisches Heizelement
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3 Vergrößerter Querschnitt
durch einen elektrischen Leiter eines Heizelementes von 2
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4 Vergrößerter Querschnitt
durch einen Einzelstrang des elektrischen Leiters von 3
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Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
ein Fahrzeug 1000. Dabei kann es sich z. B. um ein Flugzeug,
ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder wie hier um ein Kraftfahrzeug
handeln.
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Das
Fahrzeug 1000 weist mindestens einen Inneneinrichtungsgegenstand 100 auf.
Darunter werden im Zweifel alle Bauteile verstanden, mit denen ein
Benutzer der Fahrgastzelle in Kontakt kommen kann, wie z. B. ein
Lenkrad 120, ein Armaturenbrett 130, eine Armauflage,
eine Türverkleidung 150, eine Sitzauflage,
eine Wärmedecke,
ein Fahrzeughimmel 180 oder wie hier ein Sitz 110.
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Der
Einrichtungsgegenstand 100 weist vorzugsweise mindestens
ein Polster und/oder mindestens einen Bezug auf.
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Der
Inneneinrichtungsgegenstand 100 weist vorzugsweise mindestens
eine Klima-Konditioniereinrichtung auf. Sie dient z. B. der Temperierung/Klimatisierung
von benutzerberührten
Flächen
im Fahrgastraum eines Fahrzeuges. Sie weist mindestens eine Temperiereinrichtung,
mindestens eine Luftführungseinrichtung
und/oder mindestens eine Feuchteregulierungseinrichtung auf. Unter
Temperiereinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die zur gezielten
Veränderung
der Temperatur in ihrer Umgebung genutzt werden kann, z. B. alle
Vorrichtungen mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand 3,
einem elektrischen Heizelement 10, einer Wärmepumpe,
einem Peltierelement und/oder einer Luftbewegungseinrichtung, z.
B. einem Ventilator, aufweist, oder im Wesentlichen daraus gebildet
ist. Unter Luftführungseinrichtung
wird jede Einrichtung verstanden, die zur gezielten Veränderung
der Luftzusammensetzung oder der Luftströmungen in einem bestimmten
Flächen-
oder Raumbereich zum Luftaustausch genutzt werden kann, wie z. B.
Bordklimaanlage, zumindest teilweise luftdurchlässige Abstandsmedien, Abstandsgewirke
und/oder Klimatisierungseinleger.
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Unter
Feuchteregulierungseinrichtung wird eine Einrichtung verstanden,
die der Regulierung der Luftfeuchtigkeit in ihrer Umgebung dient,
insbesondere genannte Temperiereinrichtungen, Feuchtigkeitsabsorber
wie Aktivkohlefasern oder polymere Superabsorber.
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2 zeigt
ein elektrisches Heizelement 10.
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Das
elektrische Heizelement 10 weist mindestens eine Kontaktierungseinrichtung 14 auf,
um das elektrische Heizelement an ein elektrisches Potential anzuschließen. Im
Ausführungsbeispiel
sind zwei lang gestreckte Kontaktierungseinrichtungen 14 mit
jeweils mehreren elektrischen Leitern als Elektrode vorgesehen.
Die Kontaktierungseinrichtungen 14 können ein oder mehrere zumindest
teilweise elektrisch leitfähige
Kontaktstränge
und/oder ein elektrisch leitfähiges
Textil, z. B. aus Gewirke, Gewebe, Gestrick und/oder Vlies aufweisen.
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Das
Heizelement 10 besitzt außerdem mindestens eine Heizwiderstandseinrichtung 1.
Darunter werden ein Bauteil oder eine Baugruppe zum Heizen mittels
eines elektrischen Widerstandes verstanden, der elektrische in thermische
Energie umwandelt. Eine solche Widerstandsheizeinrichtung kann bspw. durch
einen Kunststoff-Faden (z. B. aus PU) mit einem spiralförmig darum
gewickelten metallhaltigen Strang (z. B. aus Kupfer) gebildet sein.
Andere Gestaltungsmöglichkeiten
wären z.
B. ein Textil mit elastischer, metallhaltiger Beschichtung oder
ein wendelförmiger
Heizwiderstand eingebettet in einen Körper aus Schaumstoff. Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 und 3 handelt
es sich bei mindestens einer Heizwiderstandseinrichtung um einen
Strang, der eine Seele aus Zellulose und einer darum herum angeordneten
Wendel aus lackiertem Kupferdraht aufweist.
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Das
elektrische Heizelement 10 weist außerdem einen Heizeinrichtungsträger 12 auf.
Darunter wird eine Einrichtung verstanden, die die Heizwiderstandseinrichtung 1 insbesondere
in ihrer mechanischen Belastbarkeit unterstützt und/oder an einer bestimmten
räumlichen
Position hält.
Der Heizeinrichtungsträger 12 ist
vorzugsweise flächig
und zumindest anteilig aus einem Textil, Gewirke, Gestrick, Gewebe,
Vlies, biegsamen Thermoplast, luftdurchlässigen Material, einer gestanzten
oder genoppten Folie bzw. einem zu temperierenden Objekt und/oder
Teile seiner Oberfläche
gebildet.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 2 sieht vor, dass auf dem Heizeinrichtungsträger 12 eine Vielzahl
von Heizwiderstandseinrichtungen 1 mäandernd nebeneinander verlaufend
angeordnet ist. Diese Heizwiderstandseinrichtungen 1 sind
an ihren jeweiligen Enden mittels der beiden Kontaktierungseinrichtungen 14 elektrisch
mit einer Stromquelle 50 verbunden. Es kann allerdings auch
vorgesehen sein, dass nur eine oder wenige Heizwiderstandseinrichtungen
zur Beheizung der Fläche
des Heizeinrichtungsträgers 12 vorgesehen
sind.
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Gemäß 3 weist
eine Heizwiderstandseinrichtung 1 mindestens einen Heizwiderstandsträger 5 auf.
Dieser ist zumindest teilweise aus einem Material gefertigt, dessen
Widerstand gegen Dehnung durch Einwirken mindestens eines Parameters gezielt
veränderbar
ist. Dabei kann die Veränderung reversibel
vorzugsweise jedoch zumindest unter Standardumgebungsbedingungen
irreversibel sein. Unter Widerstand gegen Dehnung wird die Kraft und/oder
Arbeit verstanden, mit der der Heizwiderstandsträger 5 einer Dehnung
entgegen wirkt. Als Maß hierfür können die
Kraft oder Arbeit bei einer bestimmten Längenänderung dienen. Es können jedoch
auch die mechanischen Festigkeitswerte und/oder die Elastizität des Materials
als Kenngrößen herangezogen
werden, insbesondere die Zugfestigkeit, die Streckgrenze, der Elastizitätsmodul und/oder
die Elastizitätsgrenze.
Als Material kommen insbesondere Zellulose, Stärke, Kleber, Polyurethan, Polyethylen,
Polyamid und/oder Copolyamid in Frage.
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Als
einwirkender Parameter, um den Heizwiderstandsträger von einem ersten, ursprünglichen Zustand
höheren
Widerstands gegen Dehnung in einen zweiten Zustand mit niedrigerem
Widerstand gegen Dehnung überzuführen können z.
B. Chemikalien wie Wasser, Benzin, Säuren und/oder Oxidationsmittel,
Temperatur z. B. zwischen 30 und 200°C, besser 60 und 170°C, besser
70 und 120°C,
Wasserdampf, Licht, Wellen, Schwingungen, Strahlung, UV-Strahlung, Ultraschall
und/oder Elektrolyse eingesetzt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann der zumindest teilweise aus Zellulose gefertigte Heizwiderstandsträger 5 mit
Wasser ausgespült
und dadurch der Verbund der Zellulosestruktur zumindest teilweise
aufgebrochen werden.
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Der
Heizwiderstandsträger 5 hat
zumindest abschnittsweise eine Form, die einen Heizwiderstand 3 und
die für
diesen gewählte
Form zweckmäßig unterstützt, indem
sie ihn trägt,
stützt,
umschließt
oder in sich aufnimmt. Bevorzugt wird, dass der Heizwiderstandsträger 5 zumindest
abschnittsweise die Form eines Stranges, eines Textils, einer Schicht,
einer Folie und/oder eines Blockes aufweist. Ein Strang ist ein
Gegenstand, dessen Erstreckung in einer Dimension deutlich größer (z.
B. das 10-fach) ist, also in seinen beiden übrigen Dimensionen im Raum.
Er kann ein Monofil oder ein Multifilament sein.
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Die
Heizwiderstandseinrichtung 1 weist außerdem mindestens einen Heizwiderstand 3 auf.
Dieser hat vorzugsweise eine lang gestreckte Form, z. B. die eines
Bandes oder wie hier im Ausführungsbeispiel
eines Stranges. Der Heizwiderstand 3 ist linear oder besser
noch nicht linear an mindestens einem Heizwiderstandsträger 5 angeordnet.
Vorzugsweise ist der Heizwiderstand 3 wendelförmig, spiralförmig und/oder
mäandernd
am oder um den Heizwiderstandsträger 5 herum
angeordnet. Seine zerstörungsfreie
Dehnbarkeit ist mindestens so hoch wie die des Heizelements, vorzugsweise
mindestens doppelt so hoch. Sie beträgt vorzugsweise mindestens
30% der Ursprungslänge
der Heizwiderstandseinrichtung 1, besser 50%, besser 100%.
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Der
Heizwiderstand 3 ist vorzugsweise zumindest anteilig gebildet
aus Kupfer, Kupferlegierung, Nickel, Zink, Kunststoff, Polyurethan,
Polyamid, Silber und/oder Lack. Er weist vorzugsweise einen Widerstand
zwischen 0,05 und 200 Ω/m,
besser 0,1 bis 10 Ω/m,
vorzugsweise 2 bis 3 Ω/m
auf.
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Gemäß 4 kann
er auch mittels eines wenig oder schwach leitenden Stranges 13 und
einer darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Beschichtung 23 gebildet
sein. Der Heizwiderstandsträger 5 ist vorzugsweise
zumindest teilweise aus einem Material, das zumindest bzgl. einer
Eigenschaft unterschiedlich ist von dem für den Heizwiderstandsträger 5 benutzten
Material. Dies betrifft insbesondere die Wasserlöslichkeit, galvanische Eigenschaften,
die thermische, chemische und/oder UV-Lichtbeständigkeit.
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Die
Heizwiderstandseinrichtung 1 kann außerdem einen Funktionsmantel 25 aufweisen.
Darunter wird eine Schicht verstanden, die einen Untergrund zumindest
teilweise bedeckt, um an der Oberfläche des Untergrundes eine Funktionalität verfügbar zu
machen, die durch den Untergrund nicht erzielt wird oder werden
soll. Der Funktionsmantel 25 ist vorzugsweise zumindest
anteilig aus einem Material, das vom Material seines Untergrundes
zumindest teilweise verschieden ist. Im vorliegenden Fall ist der
Funktionsmantel 25 zumindest anteilig aus einem Korrosionsschutzmittel,
einem Klebstoff und/oder einem Isolationsmaterial gebildet.
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Eine
Leiteinrichtung, deren Struktur der hier beschriebenen Heizwiderstandseinrichtung
entspricht, könnte
auch für
Nicht-Heizzwecke benutzt werden. Eine solche Leiteinrichtung könnte bspw.
als Sensorleiter eines Passagierdetektors in einen Fahrzeugsitz
integriert werden. Eine Änderung
ihrer Kapazität
oder ihres elektrischen oder magnetischen Feldes könnte dann
als Mess-Signal ausgewertet werden. Für eine solche Anwendung könnte eine
entsprechende Leiteinrichtung einen Widerstand zwischen 1 und 1000 Ω/m aufweisen,
vorzugsweise zwischen 700 und 1000 Ω/m.
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- 1
- Heizwiderstandseinrichtung
- 3
- Heizwiderstand
- 5
- Heizwiderstandsträger
- 10
- Heizelement
- 12
- Heizeinrichtungsträger
- 13
- Strang
- 14
- Kontaktierungseinrichtung
- 23
- Beschichtung
- 25
- Funktionsmantel
- 50
- Stromquelle
- 100
- Fahrzeug
- 100
- Inneinrichtungsgegenstand
- 110
- Sitz
- 120
- Lenkrad
- 130
- Armaturenbrett
- 150
- Türverkleidung
- 180
- Fahrzeughimmel
- 1000
- Fahrzeug