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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Es
sind Heizelemente bekannt (z. B. aus
DE 3502838 ,
US 5849137 oder
DE 10304761 ) mit zwei leitfähigen
Folien, welche eine PTC-Schicht zwischen sich einbetten. Hier kann
der Widerstand des Heizelementes unerwünscht stark von
den Schichtdicken der verwendeten Folien abhängen.
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Gegenstand der Erfindung
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer alternativen Heizvorrichtung,
die insbesondere kostengünstig und betriebssicher ist.
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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 Heizleiter
und Heizelemente als solche und ihrer Verwendung für alle
gepolsterten Gegenstände, insbesondere Fahrzeugsitze, Sitzauflagen,
Verkleidungselemente von Fahrgasträumen, Sessel oder bspw.
Büroausstattung.
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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 Ausführungsfor men
selbstverständlich untereinander kombiniert werden. Entscheidend
ist, dass das Konzept der Erfindung im Wesentlichen umgesetzt ist.
Wenn ein Merkmal zumindest teilweise zu erfüllen ist, so
schließt dies ein, dass dieses Merkmal auch vollständig
erfüllt ist oder im Wesentlichen vollständig erfüllt
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. Ist eine Mindestmenge angegeben, so kann selbstverständlich
auch mehr als diese Mindestmenge verwendet werden. Wenn die Anzahl
eines Bauteils mit mindestens einem angegeben ist, so beinhaltet
dies insbesondere auch Ausführungsformen mit zwei, drei
oder einer sonstigen Vielzahl von Bauteilen. Was für ein
Objekt beschrieben ist, kann auch auf den überwiegenden Teil
oder die Gesamtheit aller anderen artgleichen Objekte angewandt
werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, schließen
Intervalle ihre Randpunkte mit ein.
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1 zeigt
ein Fahrzeug im teilweisen Längsschnitt, das z. B. in seiner
Sitzfläche eine Heizvorrichtung 1 aufweist.
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2 zeigt
eine solche elektrische Heizvorrichtung 1 in Draufsicht.
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Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
ein Fahrzeug 100. 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 100 besitzt mindestens einen zu beheizenden Gegenstand 110.
Darunter werden alle Bauteile verstanden, mit denen ein Benutzer
der Fahrgastzelle in Kontakt kommen kann, wie z. B. eine Lenkeinrichtung
für Fahrzeuge, ein Armaturenbrett, eine Armauflage, eine
Türverkleidung 115, eine Sitzauflage, eine Wärmedecke,
ein Fahrzeughimmel, ein Polster 40, ein Bezug 50 oder
wie hier ein Sitz 150.
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Der
zu beheizende Gegenstand 110 besitzt vorzugsweise mindestens
ein Polster 40 und/oder mindestens einen Bezug 50.
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Der
zu beheizende Gegenstand 110 besitzt vorzugsweise mindestens
eine Heizvorrichtung 1. Sie dient insbesondere der Beheizung
von benutzerberührten Flächen im Fahrgastraum
eines Fahrzeuges 100. Sie ist hier als ein flächiges,
flexibles, im Wesentlichen textiles Heizelement gestaltet. Ein Textil
ist ein Flächengebilde aus Fäden oder Fasern.
Sie kann z. B. als Einleger in die Polsterung eines Inneneinrichtungsgegenstandes,
z. B. eines Sitzes 150 integriert sein.
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Eine
erfindungsgemäße Heizvorrichtung 1 ist
vorzugsweise versehen mit mindestens einem flächigen, elektrischen
Heizwiderstand 3.
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Mindestens
ein Heizwiderstand 3 ist vorzugsweise zumindest teilweise
aus einem Material gefertigt, dessen elektrischer Widerstand mit
steigender Temperatur zunimmt, vorzugsweise überproportional,
also ein PTC-Material darstellt, z. B. ein mit Rußpartikeln
versetztes Polymer. Dadurch kann zur Regelung der Heizleistung auf
einem separaten Regler verzichtet werden, weil bei Anlegen einer
bestimmten Spannung eine zugehörige Temperatur nicht überschritten
werden kann.
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Mindestens
ein Heizwiderstand 3 ist vorzugsweise zumindest teilweise
aus einem flächigen Material gefertigt, wie z. B. Folie,
Gewirke, Vlies oder einem Schichtenverbund. Dadurch ergibt sich
eine homogene Flächenbeheizung.
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Mindestens
ein Heizwiderstand 3 ist vorzugsweise zumindest teilweise
aus einem Polymer und/oder einem Kunststoff gebildet, z. B. PA,
PE, PU und/oder PVC. Diese sind vorzugsweise intrinsisch elektrisch
leitfähig und/oder mit elektrisch leitfähigen Partikeln,
wie z. B. Ruß, versetzt.
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Mindestens
ein Heizwiderstand 3 ist vorzugsweise als Verbundmaterial
ausgeführt aus mindestens einem elektrischen Widerstandsmaterial, vorzugsweise
einer Heizfolie, das auf mindestens einem textilen oder folienartigen
Träger, z. B. einem thermisch gebundenen Polyestervlies
aufgebracht ist.
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Mindestens
ein Heizwiderstand 3 ist vorzugsweise versehen mit mindestens
einem Durchbruch 31, vorzugsweise einer Vielzahl von Durchbrüchen. Dies
umfasst insbesondere alle Öffnungen, Ausnehmungen, Ausstanzungen,
Einschnürungen, Schlitze, Kerben, Lochungen und/oder Vertiefungen, die
eine Längenänderung des Heizwiderstands 3 erlauben,
ohne dass es zu einer (relevanten) elastischen und/oder plastischen
Dehnung des Heizwiderstandes 3 kommt. Ihre Anzahl liegt
vorzugsweise zwischen 1 Schlitz pro Meter und 100 pro Meter, insbesondere
3 pro Zentimeter und 1 pro 5 Zentimeter, vorzugsweise 2 pro Zentimeter
und 1 pro 2 Zentimeter, jeweils bezogen auf die Richtung quer zur
Längsrichtung der Durchbrüche 31.
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Die
Durchbrüche 31 sind vorzugsweise so eingebracht,
dass im Wesentlichen das gesamte Material der durchdrungenen Schichten
in Form der Bandabschnitte 20 an der Heizvorrichtung 1 verbleibt.
In dieses Material werden dann Durchbrüche 31 gestanzt.
Diese sind vorzugsweise linienförmige Schlitze.
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Nach
Einbringen der Durchbrüche 31 wird die Heizvorrichtung 1 aufgefaltet.
Das Auffalten erfolgt senkrecht zur Längsorientierung der
Durchbrüche 31.
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Die
Durchbrüche 31 sind vorzugsweise so gestanzt,
dass die dazwischen verbleibenden Bandabschnitte 20 im
Ausgangszustand eine Breite von vorzugsweise ca. 1–2 mm,
im späteren gereckten Zustand vorzugsweise ca. 0,2–2
mm aufweisen.
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Die
Durchbrüche 31 sind vorzugsweise ein etwa gleich
lang. Im nicht gereckten Zustand sind sie etwa 1–3 cm,
vorzugsweise 2 cm lang. Die zueinander benachbarten Durchbrüche 31 sind
in nicht gerecktem Zustand etwa ¼ bis ¾ ihrer
Länge, vorzugsweise um etwa ihre halbe Länge zueinander
versetzt. Die Versetzung erfolgt längs der Längsachse
der Durchbrüche 31 bzw. senkrecht zur Auffaltungsrichtung
und parallel zur Ebene der Heizvorrichtung 1.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Durchbrüche 31 oder
ihre Abstände zueinander in einer Heizvorrichtung 1 verschieden
sind. Dadurch lassen sich Zonen unterschiedlicher Heizdichte erstellen.
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Mindestens
ein Heizwiderstand 3 ist vorzugsweise unter Aufweitung
mindestens eines Durchbruches 31 auf ein Vielfaches seiner
ursprünglichen Länge aufgefaltet. Vorzugsweise
geschieht dies ohne nennenswerte elastische und/oder plastische
Dehnung des Heizwiderstandes 3. Eine eventuelle plastische
Deformation hat vorzugsweise weniger als 20% Anteil an der gesamten
Längenänderung, besser weniger als 10%.
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Der
Heizwiderstand 3 ist im aufgefalteten Zustand in etwa 2-
bis 20-mal, vorzugsweise 5- bis 15-mal, vorzugsweise etwa 10-mal
länger als im nicht aufgefalteten Zustand.
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Dazu
ist der Heizwiderstand 3 vorzugsweise durch eine Vielzahl
von Durchbrüchen 31 netzartig in eine Vielzahl
von Bandabschnitten 20 gegliedert. Unter Bandabschnitt 20 wird
ein Teil der Heizvorrichtung 1 verstanden, der zumindest
in etwa die Form eines Bandes aufweist. Unter einem Band wird eine
im Wesentlichen flache Struktur verstanden, deren Länge und
Breite wesentlich größer sind, als ihre Dicke.
Ihre Dicke entspricht dabei vorzugsweise der Schichtdicke des Heizwiderstandes 3,
vorzugsweise zuzüglich der Schichtdicken eventuell vorgesehner
Träger- oder Hilfsschichten. Eine solche Struktur weist
zwei Oberflächen auf, die deutlich größer
sind als die Seitenflächen an den Bandseiten.
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Mindestens
ein Bandabschnitt 20 ist so gefaltet, dass er mindestens
einen ersten Bandbereich (a) und einen zweiten Bandbereich (b) aufweist,
zwischen welchen vorzugsweise mindestens eine Faltkante 33 angeordnet
ist. Vorzugsweise sind die beiden Bandbereiche in oder parallel
der Ebene des Heizwiderstandes 3 angeordnet, liegen aber
relativ zueinander zumindest teilweise nicht auf demselben Höhenniveau.
Sie sind zumindest teilweise übereinander und einander überlappend
angeordnet.
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Falls
der Heizwiderstand 3 nicht eben angeordnet ist, ist die
Parallelität auf die örtliche Verlaufsrichtung
des Heizwiderstandes 3 zu beziehen.
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Vorzugsweise
sind die erste und zweite Oberfläche des Bandes im ersten
Bandbereich (a) und im zweiten Bandbereich (b) so angeordnet, dass sie
in unterschiedliche Richtungen weisen, vorzugsweise zu einander
entgegen ge setzten Richtungen der Ebene des Heizwiderstandes 3.
Der betroffene Bandabschnitt 20 wird also geknickt oder
geboten, so dass bei Draufsicht auf die Grundfläche des
Heizwiderstandes 3 die erste Oberfläche des Bandabschnittes 20 dem
Betrachter teilweise zugewandt und teilweise abgewandt ist. Auch
die zweite Oberfläche des Bandabschnittes ist folglich
dem Betrachter teilweise zugewandt und teilweise von ihm abgewandt.
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Eine
Heizvorrichtung 1 ist vorzugsweise ausgestattet mit mindestens
einer Kontaktierungseinrichtung 5 zur elektrischen Kontaktierung
mindestens eines Heizwiderstandes 3. Wünschenswert
ist, dass ihre Anzahl zwischen zwei und sechs liegt, insbesondere
zwischen zwei und vier, besonders zwei und drei. Hier sind zwei
Kontaktierungseinrichtungen 5 vorgesehen, die randnah entlang
des Trägers 102 und voneinander beabstandet verlaufen.
Mindestens eine der Kontaktierungseinrichtungen 5 besitzt
mindestens einen elektrischen Leiterstrang, vorzugsweise zumindest
anteilig aus Kupfer oder einem anderen Metall, aus einer metallischen
oder metallisch beschichteten Folie, metallischen Fasern oder Kunststoff-Fasern
mit metallischer Beschichtung. Die Elektrode kann aus einem oder
mehreren zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Kontaktsträngen und/oder
einem elektrisch leitfähigen Textil gebildet sein, z. B.
aus Gewirke, Gewebe, Gestrick und/oder Vlies.
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Mindestens
eine Kontaktiereinrichtung 5 ist vorzugsweise zumindest
teilweise aus einem Material gefertigt, dessen Zug- und/oder Wechselbiegefestigkeit
mindestens der von Kupfer gleichkommt.
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Vorzugsweise
verläuft mindestens eine Kontaktierungseinrichtung 5 zumindest
teilweise entlang eines Randes des Heizwiderstandes 3,
vorzugsweise zumindest in etwa parallel zu der Richtung, in der die
Auffaltung des Heizwiderstandes 3 erfolgt.
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Vorzugsweise
ist mindestens eine Kontaktierungseinrichtung 5 so an mindestens
einem Heizwiderstand 3 angeordnet, dass die Kontaktierungseinrichtung 5 mindestens
zwei, vorzugsweise mehrere Bandabschnitte 20 über streicht,
vorzugsweise zumindest in etwa senkrecht zur Verlaufsrichtung der Durchbrüche 31.
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Die
Kontaktierungseinrichtung 5 ist vorzugsweise stoffschlüssig
mit mindestens einem Heizwiderstand 3 verbunden. Dies kann
z. B. durch Aufkleben, Galvanisieren, Bedampfen, Laminieren oder sonstige
bekannte Verfahren bewirkt sein.
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Vorzugsweise
wird jedoch der Heizwiderstand 3 zumindest teilweise erweicht
und die Kontaktierungseinrichtung 5 in das erweichte Material
des Heizwiderstandes 3 hineingepresst. Das Erweichen kann
z. B. durch flüchtige Lösungsmittel oder erhöhte Temperatur
erfolgen. Eine Verfestigung wird anschließend durch Abkühlen
oder Ausdünsten des Lösungsmittels erreicht.
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Vorzugsweise
ist zwischen den Kontaktstellen mindestens zweier Bandabschnitte 20 mit
einer Kontaktierungseinrichtung 5 mindestens ein Abstand von
0,5 cm, vorzugsweise 1 cm, vorzugsweise mehr als 2 cm, um mindestens
eine Anschlusszone zu schaffen, in der die Kontaktierungseinrichtung 5 an ein
Netzkabel angeschlossen ist oder werden kann, z. B. mittels Löten
eines Lötkontaktes, der die Kontaktierungseinrichtung 5 und
das Netzkabel stoffschlüssig und elektrisch leitend miteinander
verbindet.
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Vorzugsweise
befindet sich die Anschlusszone auf der Grundfläche des
(hierzu vollflächig gedeckten) Heizwiderstandes 3.
Dadurch braucht die Kontaktierungseinrichtung 5 für
ihren Anschluss an ein Netzkabel nicht über den Rand des
Heizwiderstandes 3 überzustehen, so dass hierdurch
Leitermaterial eingespart werden kann.
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Die
Heizvorrichtung 1 und/oder der zu beheizende Gegenstand 110 besitzt
mindestens einen Träger 102, um mindestens einen
Heizwiderstand 3 daran anzuordnen. Dieser ist vorzugsweise
flächig und zumindest teilweise aus einem Textil, Gewirke, Gestrick,
Gewebe, Vlies, biegsamen Thermoplasten, luftdurchlässigem
Material und/oder einer gestanzten oder genoppten Folie gebildet.
Er kann aber z. B. auch durch ein zu temperierendes Objekt, z. B.
den zu beheizenden Gegenstand 110, oder zumindest einen
Teil dessen Oberfläche gebildet sein.
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Eine
Heizvorrichtung 1 ist vorzugsweise versehen mit mindestens
einer Abdeckeinrichtung 4, um mindestens einen Heizwiderstand 3 und/oder
mindestens eine Kontaktierungseinrichtung 5 zumindest teilweise
abzudecken. Sie kann auch als Träger 102 dienen.
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Mindestens
eine Abdeckeinrichtung 4 ist vorzugsweise zumindest teilweise
aus einem Material gefertigt, dessen mechanische Zugfestigkeit den Heizwiderstand 3 ausreichend
schützt und dessen Polstereigenschaften ein Durchzeichnen
von Falten im Heizwiderstand 3 vermeiden, wie z. B. Textilien
mit Gewebe, Vlies oder Gewirke, Folien aus Kunststoff, Polymerschäume,
Verbundmaterialien hieraus etc.
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Mindestens
eine Abdeckeinrichtung 4 ist vorzugsweise so an einem Heizwiderstand 3 angeordnet,
dass sie diesen an seiner Oberseite und/oder seiner Unterseite im
Wesentlichen abdeckt und elektrisch zumindest teilweise gegen seine
Umgebung isoliert. Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung 1 wie dargestellt
auf beiden Seiten (bezüglich der Schichthöhenerstreckung)
durch Abdeckeinrichtungen 4 gegen chemisch aggressive oder
elektrisch leitfähige Umgebungsbestandteile geschützt.
Die Abdeckeinrichtungen 4 können dabei die Heizvorrichtung 1 vollflächig überdecken.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Durchbrüche 31 nicht
von der Abdeckeinrichtung 4 überdeckt sind.
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Die
Abdeckeinrichtungen 4 haben eine Dicke von etwa 40 μm.
Sie sind beispielsweise aus Polyethylen oder Polypropylen gebildet.
Zweckmäßig sind hochreißfeste Materialien.
Insbesondere kann die Wahl vorgereckter, insbesondere doppelt vorgereckter
Folien zweckmäßig sein.
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- 1
- Heizvorrichtung
- 3
- Heizwiderstand
- 4
- Abdeckeinrichtung
- 5
- Kontaktierungseinrichtung
- 20
- Bandabschnitte
- 31
- Durchbruch
- 33
- Faltkante
- 40
- Polster
- 50
- Bezug
- 100
- Fahrzeug
- 102
- Träger
- 110
- Zu
beheizender Gegenstand
- 115
- Türverkleidung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3502838 [0002]
- - US 5849137 [0002]
- - DE 10304761 [0002]