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Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles Heizsystem.
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Flexible Heizsysteme werden bereits in vielen Bereichen wie beheizbare Bekleidung, z. B. um eine Jacke im Nieren-, Schulter- und Brustbereich zu erwärmen, oder im Auto-Innenbereich, z. B. für eine Sitzheizung, verwendet. Solche flexiblen Heizsysteme bestehen aus einem oder mehreren Heizelementen, dazugehörigen Zuleitungen und Anschlüssen zu einer oder mehrerer Stromquellen. Zur Herstellung eines Heizsystems können bekanntermaßen mehrere separate Heizelemente über Verbindungselemente miteinander verbunden werden, wobei die Verbindungselemente über entsprechende Kontaktstellen bzw. Kontaktierungen an die Heizelemente angebracht werden
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Die notwendigen Kontaktstellen bzw. Kontaktierungen zwischen Heizelement(en) und Verbindungselement(en) können jedoch den Aufwand und damit die Kosten der Herstellung eines Heizsystems stark nach oben treiben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn mehrere separate Heizelemente durch eine potentiell günstige Herstellweise, wie sie z. B. in der Textilindustrie üblich ist, gefertigt werden und nachher aufwendig zusammengeschaltet werden müssen. Ferner bilden die notwendigen Kontaktstellen bzw. Kontaktierungen potentielle Fehlerquellen bzw. Schwachstellen hinsichtlich der Langzeitstabilität des Heizsystems. Des Weiteren stellen die Kontaktstellen bzw. Kontaktierungen auf Grund des notwendigen Schutzes der Verbindungsstellen für den Endnutzer störende Elemente dar, indem harte Bestandteile eines sonst weichen und flexiblen Materials deutlich spürbar sind.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes flexibles Heizsystem, welches einfach und kostengünstig herzustellen ist und welches eine hohe Langzeitstabilität aufweist, anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstände des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.
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Ein erster unabhängiger Aspekt der Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, insbesondere biegsamen, Heizsystems, umfassend die Schritte:
- – Bereitstellen eines flexiblen Grundmaterials;
- – Aufbringen eines flexiblen und zum Heizen geeigneten elektrischen Leiters auf das Grundmaterial derart, dass ein oder mehrere Heizelemente und ein oder mehrere Verbindungselemente gebildet werden, wobei jedes Heizelement jeweils einen zugehörigen Heizabschnitt des elektrischen Leiters umfasst und jedes Verbindungselement jeweils einen zugehörigen Zuleitungsabschnitt des elektrischen Leiters umfasst;
- – Konfigurieren des Grundmaterials derart, dass die Verbindungselemente verformt werden können, um eine effektive Länge jedes Verbindungselementes einzustellen.
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Das flexible Grundmaterial ist beispielsweise ein Textil, eine Folie oder ein Stoff, insbesondere ein Stoff aus Polyester, Nylon, Baumwolle, Cord, Fleece, Jeans, Leder bzw. Kunstleder, oder eine Kombination davon. Das flexible Grundmaterial kann insbesondere elastisch sein.
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Der flexible elektrische Leiter kann z. B. ein Kohlefaser-Roving, einen Metalldraht, insbesondere einen Draht aus Kupfer, Nickel, Silber, Aluminium, Edelstahl und/oder Legierungen wie z. B. Nickel-Chrom, Messing, usw., umfassen. Der flexible elektrische Leiter kann auch Litze oder Zwirne aus den oben genannten Materialien umfassen. Typische Litzen für Heizanwendungen sind z. B. Kupfer oder Messinglitzen aus 10 bis 60 Drähten mit je etwa 0.02 bis 0.1 mm Durchmesser. Vorzugsweise lässt sich der elektrische Leiter an bzw. mit seinen Enden durch Klemmen, Crimpen, Löten, Kleben o. ä., insbesondere mit einem Kabel und/oder mit einer Stromquelle, elektrisch verbinden. Der flexible elektrische Leiter kann zum Schutz eine Isolierung aufweisen. Falls der elektrische Leiter mit einer Isolationsschicht isoliert ist, so ist diese Isolationsschicht vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie sich mit geeigneten Mitteln am Ende des Leiters entfernen lässt, um den elektrischen Leiter entsprechend kontaktieren zu können. Wird dem elektrischen Leiter mittels einer Strom- bzw. Spannungsquelle, insbesondere mittels einer Batterie oder eines Akkus, Strom aufgeprägt bzw. zugeführt, so erwärmt sich der elektrische Leiter als Folge des von ihm ausgehenden Widerstands gegen den Stromfluss.
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Das Aufbringen des elektrischen Leiters auf das Grundmaterial kann beispielsweise durch ein Auflegen, Aufnähen, Aufsticken – insbesondere durch Aufsticken mit einer industriellen Stickmaschine, insbesondere mit einer sogenannten Gross-Stick- oder Schiffli-Stickmaschine –, Aufkleben, Aufdrucken, Laminieren usw. erfolgen. Der elektrische Leiter kann auch als Stickfaden ausgebildet sein und somit direkt auf das Grundmaterial gestickt werden.
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Das Heizsystem wird durch Aufbringen des elektrischen Leiters auf das Grundmaterial derart gebildet, dass ein oder mehrere Heizelemente bzw. Heizpads und ein oder mehrere Verbindungselemente bzw. Zuleitungen gebildet werden. Insbesondere werden eine Vielzahl von Heizelementen und ein oder mehrere Verbindungselemente gebildet. Unter Heizelement bzw. Heizpad wird im Sinne dieser Beschreibung insbesondere ein Bereich, ein Abschnitt und/oder eine Fläche des Heizsystems verstanden, der/die im Betriebszustand, d. h. bei angeschlossener und eingeschalteter Stromquelle, eine bestimmte minimale Heizwirkung bzw. Heizleistung aufweist.
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Jedes Verbindungselement umfasst jeweils einen zugehörigen Zuleitungsabschnitt bzw. Verbindungsabschnitt des flexiblen elektrischen Leiters. Unter Zuleitungsabschnitt bzw. Verbindungsabschnitt wird im Sinne dieser Beschreibung ein Abschnitt des flexiblen elektrischen Leiters verstanden, der lediglich zur elektrischen Verbindung zwischen zwei Heizelementen bzw. Heizabschnitten verwendet wird. Zwar erzeugt im Betriebszustand auch der Zuleitungsabschnitt Wärme, aber deutlich weniger als der Heizabschnitt. Im Gegensatz zum Heizabschnitt wird der Zuleitungsabschnitt nicht zum gezielten Heizen verwendet.
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Heizsysteme können grundsätzlich jede beliebige Heizleistung aufweisen. Vorzugsweise weisen Heizsysteme im Betriebszustand eine Leistung von etwa 1 bis 200 Watt, insbesondere von etwa 2 bis 120 Watt, auf. Typischerweise weisen mobile, batteriebetriebene Heizsysteme im Betriebszustand eine Leistung von etwa 2 bis 20 Watt auf. Stationäre oder Fahrzeug-gebundene Systeme liegen typischerweise in einem Leistungsbereich von etwa 20 bis 120 Watt. Vorzugsweise ist das Heizsystem derart ausgelegt, dass die Summe der Leistungen der Heizelemente im Betriebszustand mindestens 70%, noch bevorzugter mindestens 80% und am bevorzugtesten mindestens 90% der Gesamtleistung des Heizungssystems beträgt. Dementsprechend ist das Heizsystem vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Summe der Heizleistungen in den Zuleitungen bzw. Verbindungselementen vorzugsweise maximal 30%, noch bevorzugter maximal 20% und am bevorzugtesten maximal 10% der Gesamtleistung des Heizsystems beträgt.
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Jedes Heizelement umfasst jeweils einen zugehörigen Heizabschnitt des flexiblen elektrischen Leiters. Unter Heizabschnitt wird im Sinne dieser Beschreibung ein Abschnitt des flexiblen elektrischen Leiters verstanden, der zum gezielten Heizen verwendet wird.
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Im Unterschied zum Heizabschnitt umfasst das zugehörige Heizelement auch einen Teil des Grundmaterials. Entsprechend umfasst im Unterschied zum Zuleitungsabschnitt bzw. Verbindungsabschnitt das zugehörige Verbindungselement auch einen Teil des Grundmaterials. Jeder Heizabschnitt des elektrischen Leiters ist somit Teil des zugehörigen Heizelements. Jeder Zuleitungsabschnitt des elektrischen Leiters ist somit Teil des zugehörigen Verbindungselementes. Die Heizungs- und Zuleitungsabschnitte erstrecken sich vorzugsweise zusammenhängend und abwechselnd, d. h. Heizabschnitt – Zuleitungsabschnitt – Heizabschnitt usw., über den auf das Grundmaterial aufgebrachten elektrischen Leiter.
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Das Aufbringen des flexiblen elektrischen Leiters auf das Grundmaterial erfolgt vorzugweise auf Basis eines vorbestimmten Layouts. Das Layout gibt z. B. die Größe bzw. die Fläche des Grundmaterials vor, auf die der flexible elektrische Leiter aufgebracht werden soll. Zudem kann das Layout Abstände zwischen Teilen des aufzubringenden bzw. aufgebrachten elektrischen Leiters in Abhängigkeit vom Ort des Grundmaterials vorgeben. Insbesondere gibt das Layout den genauen Verlauf des flexiblen elektrischen Leiters auf dem Grundmaterial vor. Das Layout und damit die Anordnung des flexiblen elektrischen Leiters auf dem Grundmaterial sind vorzugsweise derart gestaltet, dass es Abschnitte bzw. Bereiche gibt, in denen benachbarte Teile des elektrischen Leiters einen geringeren Abstand aufweisen als in anderen Abschnitten bzw. Bereichen. Abschnitte bzw. Bereiche, in denen benachbarte Teile des elektrischen Leiters einen, im Vergleich zum durchschnittlichen Abstand benachbarter Teile des elektrischen Leiters, relativ geringen Abstand und damit eine vergleichsweise hohe Heizwirkung bzw. Heizleistung aufweisen, werden auch als Heizabschnitte bzw. Heizbereiche bezeichnet. Abschnitte bzw. Bereiche, in denen benachbarte Teile des elektrischen Leiters einen, im Vergleich zum durchschnittlichen Abstand benachbarter Teile des elektrischen Leiters, relativ großen Abstand und damit eine vergleichsweise niedrige Heizwirkung bzw. Heizleistung aufweisen, werden auch als Zuleitungsabschnitte bzw. Zuleitungsbereiche, oder auch als Verbindungsabschnitte bzw. Verbindungsbereiche bezeichnet.
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Vorzugsweise wird der flexible elektrische Leiter schleifenförmig und/oder schlangenförmig, insbesondere mäanderförmig und/oder spiralförmig auf das Grundmaterial aufgebracht. Somit kann über die Dichte der Schleifen bzw. Spiralen, d. h. der Anzahl von Schleifen bzw. Spiralen pro Einheitslänge, die Heizwirkung eingestellt und/oder vorbestimmt werden. Die Schleifendichte, Spiraldichte oder die Dichte mäanderförmig angeordneter Leitungsabschnitte wird im Sinne dieser Beschreibung allgemein auch als Leiterdichte bezeichnet. Wenn das Heizsystem an einen zu beheizenden Gegenstand angebracht ist, d. h. im montierten Zustand, weisen die Heizabschnitte bzw. Heizbereiche eine relativ hohe Leiterdichte und damit eine hohe Heizwirkung auf, wohingegen Zuleitungsabschnitte bzw. Zuleitungsbereiche eine vergleichsweise geringe Leiterdichte und damit eine vergleichsweise geringe Heizwirkung aufweisen. Mit dem Begriff Heizwirkung ist insbesondere die erzeugte Heizleistung pro Einheitsfläche gemeint. Vorzugsweise beträgt im montierten Zustand die Leiterdichte bzw. die Heizwirkung von Zuleitungsabschnitten maximal 45%, mehr bevorzugt maximal 25%, noch mehr bevorzugt maximal 15%, insbesondere maximal 12%, der Leiterdichte bzw. der Heizwirkung von Heizabschnitten.
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Die Abstände zwischen Teilen des elektrischen Leiters bzw. die Leiterdichte wird vorzugsweise so gewählt, dass beim anschließenden Konfigurieren, insbesondere Zuschneiden, Auslasern und/oder Ausstanzen, des Grundmaterials genügend freies Grundmaterial stehen bleibt, durch welches gefahrlos durchgenäht bzw. durchgestickt werden kann, um das Heizsystem z. B. durch Aufnähen oder Aufsticken in ein zu beheizendes Produkt zu integrieren. Zudem werden die Abstände zwischen Teilen des elektrischen Leiters bzw. die Leiterdichte vorzugweise so gewählt, dass genügend Platz für Nähfahnen bleibt.
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Schließlich wird das Grundmaterial weiter bearbeitet bzw. konfiguriert, insbesondere zugeschnitten, ausgelasert und/oder ausgestanzt. Das Konfigurieren des Grundmaterials erfolgt derart, dass die Verbindungselemente nach dem Konfigurieren in einfacher Weise verformt, insbesondere auseinandergezogen und/oder zusammengerückt bzw. zusammengedrückt und/oder gefaltet, werden können. Auf diese Weise kann die effektive Länge jedes Verbindungselementes variabel eingestellt werden. Mit anderen Worten weisen die Verbindungselemente bzw. Zuleitungen jeweils eine variable effektive Länge auf. Unter dem Begriff „effektive Länge” eines Verbindungselementes wird im Sinne dieser Beschreibung die Länge und/oder Ausdehnung des Verbindungselementes verstanden. Um die Länge des Verbindungselementes von der Länge des von dem Verbindungselement umfassten Zuleitungsabschnitts des elektrischen Leiters zu unterscheiden, wurde im Rahmen dieser Beschreibung der Begriff „effektive Länge” anstatt einfach „Länge” des Verbindungselementes gewählt. Beide Begriffe können aber synonym verwendet werden. Auch wenn die Länge bzw. die effektive Länge eines Verbindungselementes variabel ist, so ist die Länge des von dem Verbindungselement umfassten elektrischen Leiters bzw. die Länge des von dem Verbindungselement umfassten Zuleitungsabschnitts des elektrischen Leiters im Wesentlichen konstant. Bei mehreren Heizelementen entspricht die effektive Länge eines Verbindungselementes dem Abstand zweier Heizelemente, welche über das Verbindungselement miteinander verbunden sind.
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Somit ist es möglich, die Positionierung der Heizelemente zu variieren, anzupassen und/oder einzustellen. Mit anderen Worten erfolgt das Konfigurieren des Grundmaterials derart, dass der Abstand zweier Heizelemente und/oder die Positionierung der Heizelemente, insbesondere die Positionierung der Heizelemente auf einem zu beheizenden Gegenstand, variiert, angepasst und/oder eingestellt werden kann.
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Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, ein in der Anwendung räumlich verteiltes Heizsystem durch ein geeignetes Design sehr kompakt und damit effizient und kostengünstig herzustellen. Die Heizelemente können, beispielsweise auf einem zu beheizenden Endprodukt, variabel platziert werden. Insbesondere können das Heizsystem bzw. die Heizelemente des Heizsystems durch geeignete Schnitte leicht in verschiedene Produkte bzw. Applikationen integriert werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße bzw. das erfindungsgemäß hergestellte Heizsystem für verschiedene Größen eines einzigen Produkts, z. B. die Größen XS bis XXL bei Jacken, verwendet werden. Wenige Layouts können eine ganze Bandbreite an Produktgruppen wie z. B. Jacken, Westen, Hosen, Socken Sitzbezüge, Decken, Wand oder Innenraumverkleidungen, Teile von Industrieanlagen, Tonnen, Fässer, etc., abdecken. Die zusammenhängende und mit integrierten Zuleitungen versehene Fertigung des erfindungsgemäßen Heizsystems ermöglicht den Wegfall von zusätzlichen Kontaktierungen bzw. Kontaktelementen und/oder Anschlusselementen zwischen den einzelnen Heizelementen und Verbindungselementen bzw. Zuleitungen. Somit ist das Herstellungsverfahren einfach, effizient und kostengünstig.
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Zum Betrieb des Heizsystems können die Enden des elektrischen Leiters mit einer Stromquelle verbunden werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der elektrische Leiter einstückig, d. h. durchgängig bzw. zusammenhängend auf das Grundmaterial aufgebracht. Somit ist es nicht erforderlich, dass einzelne elektrische Leiter über spezielle Kontakt- bzw. Anschlusselemente verbunden oder zusammengeschaltet werden müssen. Bei einem einstückig aufgebrachten elektrischen Leiter fügen sich jeweils die Heizabschnitte und Zuleitungsabschnitte bzw. die Heizelemente und Verbindungselemente nahtlos, d. h. ohne zusätzliche Anschlusselemente bzw. Kontaktelemente, aneinander. Auf diese Weise können teure und störende Anschlusselemente bzw. Kontaktelemente zwischen einzelnen Heizelementen vermieden werden. Dies reduziert die Herstellungskosten und erhöht den Tragekomfort sowie auch die Langzeitstabilität des erfindungsgemäß hergestellten flexiblen Heizsystems. Der elektrische Leiter kann z. B. aus einem oder mehreren elektrisch leitfähigen Stickfäden gebildet sein, die auf das Grundmaterial aufgestickt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Leiter aus nur einem durchgehenden Stickfaden gebildet und somit einstückig ausgebildet. Setzt sich der elektrische Leiter gemäß einer anderen Ausführungsform aus mehreren Stickfäden zusammen, so zählt der elektrische Leiter im Sinne der vorliegenden Beschreibung ebenfalls noch als einstückig ausgebildet, wenn die mehreren Stickfäden derart auf das Grundmaterial aufgestickt sind bzw. werden, dass sie elektrisch miteinander verbunden sind bzw. elektrisch miteinander in Kontakt stehen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines flexiblen Heizsystems umfasst das Konfigurieren bzw. Bearbeiten des Grundmaterials ein Zuschneiden, Auslasern und/oder Ausstanzen des Grundmaterials. Das Konfigurieren, d. h. das Zuschneiden, Auslasern und/oder Ausstanzen des Grundmaterials, erfolgt vorzugsweise derart, dass die Verbindungselemente auseinandergezogen und/oder zusammengerückt und/oder gefaltet werden können
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines flexiblen Heizsystems werden die Heizelemente und die Verbindungselemente durch ein Auf- bzw. Unterteilen des elektrischen Leiters in die zu den Heizelementen zugehörigen Heizabschnitte des elektrischen Leiters und in die zu den Verbindungselementen zugehörigen Zuleitungsabschnitte des elektrischen Leiters gebildet. Somit umfasst jedes Heizelement einen Heizabschnitt des elektrischen Leiters und jedes Verbindungselement umfasst einen Zuleitungsabschnitt des elektrischen Leiters. Das Auf- bzw. Unterteilen des elektrischen Leiters bedeutet nicht, dass der elektrische Leiter in mehrere Teile getrennt oder zerlegt wird, sondern dass entlang des elektrischen Leiters Heizabschnitte und Zuleitungsabschnitte definiert werden. Mit anderen Worten werden dem elektrischen Leiter Heizabschnitte bzw. Zuleitungsabschnitte zugeordnet. Das Unterteilen erfolgt derart, dass die Heizabschnitte eine höhere Heizwirkung aufweisen als die Zuleitungsabschnitte. Beispielsweise weisen die Heizabschnitte eine höhere Leiterdichte auf als die Zuleitungsabschnitte. Alternativ oder zusätzlich können die Heizabschnitte hochohmiger ausgebildet sein, während die Zuleitungsabschnitte niederohmiger ausgebildet sind. Beispielsweise kann der spezifische elektrische Widerstand der Heizabschnitte des elektrischen Leiters größer sein als der spezifische elektrische Widerstand der Zuleitungsabschnitte des elektrischen Leiters, indem der elektrische Leiter in den Heizungsabschnitten einen kleineren Durchmesser bzw. Querschnitt aufweist als in den Zuleitungsabschnitten. Alternativ oder zusätzlich können auch unterschiedliche Materialien verwendet werden. Insbesondere kann für die Heizabschnitte ein hochohmigeres Material als für die Zuleitungsabschnitte verwendet werden. Auch wenn sich in diesem Fall der elektrische Leiter aus unterschiedlichen Materialien zusammensetzt, so kann er dennoch einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise können die unterschiedlichen Materialen zu dem einstückigen Leiter zusammengeschweißt worden sein, so dass keine zusätzlichen Kontaktelemente bzw. Anschlusselemente zum Verbinden notwendig sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Heizsystems ein Konfektionieren des Heizsystems.
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Unter Konfektionieren wird im Sinne dieser Beschreibung insbesondere ein Anpassen der Größe bzw. der Abmessungen des Heizsystems verstanden. So können durch das Konfektionieren des Heizsystems die Abstände der einzelnen Heizelemente angepasst bzw. eingestellt werden.
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Das Konfektionieren des Heizsystems umfasst ein Auseinanderziehen, ein Zusammenrücken bzw. Zusammendrücken und/oder ein Falten eines oder mehrerer Verbindungselemente. Mit andern Worten umfasst das Konfektionieren ein Einstellen der effektiven Länge der Verbindungselemente, z. B. auf Basis von Daten eines zu beheizenden Produktes.
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Durch das Konfektionieren können somit die Heizabschnitte bzw. die Heizelemente an eine gewünschte Position, z. B. eines zu beheizendes Produktes, platziert werden. Somit ist es vorteilhafterweise möglich, dass das erfindungsgemäße bzw. erfindungsgemäß hergestellte flexible Heizsystem für Produkte unterschiedlicher Größen bzw. Abmessungen, beispielsweise Kleidungsstücke in den Größen XS bis XL, eingesetzt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Heizsystems vor dem Schritt des Konfigurierens des Grundmaterials ein Markieren der Heizelemente und Verbindungselemente. Das Markieren umfasst vorzugsweise ein Anbringen von Schnitt- und/oder Fixierhilfen, insbesondere Schnitt-Hilfslinien und/oder Näh-Hilfslinien, auf das Grundmaterial.
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Das Markieren der Heizelemente und Verbindungselemente erleichtert vorteilhafterweise die weiteren Bearbeitungsschritte, insbesondere das Zuschneiden, Auslasern bzw. Ausstanzen des Grundmaterials. Außerdem kann z. B. durch Näh- bzw. Stickfahnen oder durch eine Klebemarkierung das nachträglich Anbringen und/oder Integrieren des Heizsystems an bzw. in ein zu beheizendes Produkt deutlich erleichtert werden.
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Ein weiterer unabhängiger Aspekt zur Lösung der Aufgabe betrifft ein flexibles Heizsystem umfassend:
- – ein flexibles Grundmaterial;
- – einen flexiblen, vorzugsweise einstückig ausgebildeten, und zum Heizen geeigneten elektrischen Leiter, welcher auf das Grundmaterial aufgebracht ist, wobei die Enden des elektrischen Leiters mit einer Stromquelle verbindbar sind;
- – ein oder mehrere Heizelemente und ein oder mehrere Verbindungselemente, wobei jedes Heizelement jeweils einen zugehörigen Heizabschnitt des elektrischen Leiters umfasst und jedes Verbindungselement jeweils einen zugehörigen Zuleitungsabschnitt des elektrischen Leiters umfasst, und wobei
die Verbindungselemente ausgelegt sind, verformt zu werden, so dass jedes Verbindungselement eine einstellbare effektive Länge aufweist.
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Die Verbindungselemente sind vorzugsweise ausgelegt, um auseinandergezogen und/oder zusammengerückt bzw. zusammengedrückt und/oder gefaltet zu werden. Die auf diese Weise verformbaren Verbindungselemente weisen folglich eine variable und/oder einstellbare effektive Länge auf. Somit können die jeweiligen Abstände der Heizelemente eingestellt werden und damit entsprechend dem Verwendungszweck bzw. an das zu beheizende Produkt angepasst werden.
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Darüber hinaus benötigt das erfindungsgemäße flexible Heizsystem im Gegensatz zu herkömmlichen flexiblen Heizsystemen keine zusätzlichen Kontakt- bzw. Anschlusselemente zwischen den einzelnen Heizelementen des Heizsystems. Vielmehr fügen sich bei dem erfindungsgemäßen Heizsystem die Heizabschnitte und Zuleitungsabschnitte bzw. die Heizelemente und Verbindungselemente jeweils nahtlos aneinander. Der Wegfall zusätzlicher Kontakt- bzw. Anschlusselemente macht das Heizsystem deutlich günstiger in der Herstellung, Anschaffung und Wartung. Zudem erhöht sich der Tragekomfort, da sich zusätzliche Kontakt- bzw. Anschlusselemente störend bzw. unangenehm bei einem Benutzer auswirken können. Auch ist durch den Wegfall störanfälliger Anschluss- bzw. Kontaktelemente eine höhere Langzeitstabilität gegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizsystems weisen die Heizelemente jeweils eine größere Heizwirkung auf als die Verbindungselemente.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizsystems sind die Heizabschnitte des elektrischen Leiters aus hochohmigen Materialien und die Zuleitungsabschnitte des elektrischen Leiters aus niederohmigen Materialien gebildet. Mit anderen Worten sind die Heizabschnitte des elektrischen Leiters aus einem hochohmigeren Material gebildet als die Zuleitungsabschnitte des elektrischen Leiters. Somit wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Heizabschnitte eine höhere Heizwirkung bzw. Heizleistung aufweisen als die Verbindungsabschnitte.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Heizsystems ferner eine oder mehrere Markierungen, insbesondere Schnitt-, Fixier- und/oder Nähhilfen bzw. Nähfahnen, welche auf dem Grundmaterial zum Kennzeichnen von Schnittlinien und/oder Fixierlinien, insbesondere Stick- bzw. Nählinien, aufgebracht sind.
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Die auf das Grundmaterial aufgebrachten Markierungen dienen insbesondere vorteilhafterweise dazu, das flexible Heizsystem in ein zu beheizendes Produkt in einfacher Weise zu integrieren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizsystems ist das Grundmaterial ausgelegt, auf ein zu beheizendes bzw. beheizbares Produkt aufgelegt, aufgenäht, aufgestickt, aufgedruckt, aufgeklebt, laminiert und/oder mittels Klettverschluss, Reißverschluss und/oder mittels einem oder mehrerer Druckknöpfe aufgebracht zu werden. Auf diese Weise kann das Heizsystem in das zu beheizende Produkt integriert werden.
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Ein weiterer unabhängiger Aspekt der Anmeldung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen flexiblen Heizsystems zum Beheizen von beheizbaren Gegenständen, insbesondere von Industrieprodukten wie z. B. Produkten der Textilindustrie. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße flexible Heizsystem zum Heizen von zumindest Teilen eines Kleidungsstückes (Jacke, Weste Hose, Socke, Handschuh), eines Sitzes (Autositz, Sitzkissen, Sitzbezüge), einer Decke, einer Matratze, einer Wand- oder Innenraumverkleidung, Teile von Industrieanlagen, Tonnen, Fässer, etc. verwendet werden.
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Für die oben genannten weiteren unabhängigen Aspekte und insbesondere für diesbezügliche bevorzugte Ausführungsformen gelten auch die vor- oder nachstehend gemachten Ausführungen zu den Ausführungsformen des ersten Aspekts.
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Im Folgenden werden einzelne Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfällen gewünschte Eigenschaften bereit stellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmale nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann, und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die angefügten Zeichnungen lediglich das Konzept illustrieren und keine exakte Darstellung sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein beispielhaftes Layout für die Anordnung eines einstückigen elektrischen Leiters auf einem Grundmaterial des erfindungsgemäßen Heizsystems;
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2 zeigt das Layout der 1 mit beispielhaft definierten Heizabschnitten und Zuleitungsabschnitten des elektrischen Leiters;
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3 zeigt schematisch den auf das Grundmaterial aufgebrachten elektrischen Leiter gemäß dem Layout der 1 bzw. 2, wobei ferner Markierungen bzw. Hilfslinien auf das Grundmaterial aufgebracht sind;
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4a zeigt eine schematische Vorderansicht eines gestickten Heizdrahts bzw. Heizfadens;
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4b zeigt eine schematische Rückansicht des gestickten Heizdrahts bzw. Heizfadens von 4a;
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5 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Heizsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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6a zeigt eine schematische Detailansicht eines auseinandergezogenen Verbindungselements;
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6b zeigt eine schematische Detailansicht eines gefalteten Verbindungselements;
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7a zeigt eine schematische Zeichnung zur beispielhaften Anordnung des erfindungsgemäßen Heizsystems am menschlichen Körper in einer Vorderansicht;
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7b zeigt eine schematische Zeichnung zur beispielhaften Anordnung des erfindungsgemäßen Heizsystems am menschlichen Körper in einer Rückansicht;
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8 zeigt das Layout der 1 mit definierten Heizelementen und Verbindungselementen gemäß einem zweiten Beispiel;
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9 zeigt ein weiteres beispielhaftes Layout für die Anordnung eines einstückigen elektrischen Leiters auf einem Grundmaterial des erfindungsgemäßen Heizsystems;
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10 zeigt ein Foto eines auf einem Grundmaterial aufgebrachten elektrischen Leiters mit punktiert eingezeichneten Schnittlinien zum Zuschneiden, Auslasern und/oder Ausstanzen des Grundmaterials;
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11 zeigt Fotos eines beispielhaften, in einem Kleidungsstück integrierten, erfindungsgemäßen Heizsystems aus vier unterschiedlichen Perspektiven;
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12a zeigt Fotos eines an einer Weste der Größe S integrierten erfindungsgemäßen Heizsystems in einer Vorder- und Rückansicht der Weste; und
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12b zeigt Fotos eines an einer Weste der Größe L integrierten erfindungsgemäßen Heizsystems in einer Vorder- und Rückansicht der Weste.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt ein beispielhaftes Layout 30 für die Anordnung eines elektrischen Leiters 10 auf einem Grundmaterial (in der 1 nicht gezeigt) des erfindungsgemäßen Heizsystems. Der einstückig ausgebildete elektrische Leiter 10, insbesondere ein Heizdraht bzw. Heizfaden, wird gemäß dem vorgegebenen Layout 30 auf ein Grundmaterial 5, insbesondere ein Textil, aufgenäht oder aufgestickt. Der elektrische Leiter 10 wird vorteilhafterweise schleifen- bzw. schlangenförmig, insbesondere mäanderförmig und/oder spiralförmig, auf das Grundmaterial aufgebracht. Damit können einerseits effektive Heizelemente, insbesondere Heizflächen bzw. Heizpads, gebildet werden. Andererseits ermöglicht die Schleifenform auch das Ausbilden von flexiblen, d. h. in der Länge variablen und/oder einstellbaren, Zuleitungs- bzw. Verbindungselementen, welche die Heizelemente elektrisch miteinander verbinden.
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Die Enden 10a bzw. 10b des auf das Grundmaterial aufgebrachten elektrischen Leiters bzw. Heizdrahts 10 können mit einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie oder einem Akku, verbunden werden. Fließt Strom durch den elektrischen Leiter bzw. Heizdraht 10, so erwärmt sich dieser und gibt die Wärme an seine Umgebung ab.
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Das Layout 30 des erfindungsgemäßen Heizsystems ist derart gestaltet, dass, abgesehen von dem Anschluss der Enden 10a bzw. 10b des elektrischen Leiters 10 mit einer Stromquelle, keinerlei Kontaktstellen bzw. Kontaktierungen auf dem elektrischen Leiter 10 notwendig sind. Dies wird dadurch gewährleistet, dass der elektrische Leiters bzw. Heizdraht 10 einstückig, d. h. durchgehend ohne Unterbrechung ausgebildet ist und somit keine störenden und anfälligen Anschlusselemente zwischen den verschiedenen Heizelementen erforderlich sind. Dies reduziert in hohem Maße die Herstellungs- und Wartungskosten. Gleichzeitig wird der Tragekomfort des Heizsystems erhöht, z. B. wenn das Heizsystem in ein Kleidungsstück integriert ist, da es keine harten Druckstellen, die von solchen Anschlusskontakten herrühren, mehr gibt.
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Die 2 zeigt das Layout 30 der 1 mit beispielhaft definierten Heizabschnitten 12 und Zuleitungsabschnitten 14 des elektrischen Leiters 10. Die durch die Heizabschnitte 12 definierten bzw. gebildeten Heizflächen bzw. Heizpads können z. B. auf ein spezifisches mit dem Heizsystem zu beheizendes Produkt, z. B. ein Kleidungsstück wie eine Jacke oder Weste, abgestimmt sein. Wie in der 2 zu erkennen, ist der Leiterabstand, d. h. der Abstand zwischen Teilen des elektrischen Leiters 10, im Bereich der Heizabschnitte 12 etwas geringer als im Bereich der Zuleitungsabschnitte 14. Somit ist die Heizwirkung bzw. Heizleistung der Heizabschnitte 12 höher als diejenige der Zuleitungsabschnitte 14.
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Die 3 zeigt in einer schematischen Darstellung den auf das Grundmaterial 5 aufgebrachten, einstückig ausgebildeten, elektrischen Leiter 10 gemäß dem Layout der 1 bzw. 2. Ferner sind in der 3 schematisch Linien dargestellt, entlang derer für die anschließende Bearbeitung bzw. Konfiguration des Grundmaterials geschnitten wird. Die in der 3 gezeigten Linien können fiktiv sein oder auch mit Markierungen versehen sein. Im Ausführungsbeispiel der 3 sind Markierungen, insbesondere eine Schneide-Hilfslinie 22 und eine Näh-Hilfslinie 24, dargestellt, die durch geeignete Verfahren im Herstellungsprozess auf das Grundmaterial 5 angebracht werden können. Die Schneide-Hilfslinie 22 dient als Vorgabe bzw. Orientierungshilfe zum Schneiden, Auslasern und/oder Ausstanzen des Grundmaterials, um die effektive Länge der Verbindungselemente des erfindungsgemäßen Heizsystems variabel zu machen. Die Näh-Hilfslinie 24 dient zum Auf- bzw. Einbringen des Heizsystems bzw. der Heizpads in ein Produkt. Insbesondere stellt die Näh-Hilfslinie 24 eine Orientierungshilfe dar, an welchen Stellen problemlos und gefahrlos, d. h. ohne den elektrischen Leiter zu beschädigen, genäht werden kann. Die Näh-Hilfslinien 24 dienen also zum Einnähen der Heizpads in ein Produkt, indem sie sicherstellen, dass nur dort genäht wird, wo es zu keiner Verletzung des Heizdrahtes kommen kann. Alternativ können die Hilfslinien auch aufgestickt werden, so dass es sich dann um Stick-Hilfslinien 24 handelt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn auch der elektrische Leiter 10 auf das Grundmaterial 5 aufgestickt ist bzw. aufgestickt wird.
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Die 4a zeigt eine schematische Vorderansicht eines gestickten Heizdrahts bzw. Heizfadens 10, während die 4b die entsprechende Rückansicht zeigt. Der oder die Näh- bzw. Stickfäden 15 können eine gut sichtbare Farbe, d. h. in einer zu dem Grundmaterial 5 kontrastreichen Farbe, aufweisen, um bei der Weiterverarbeitung, insbesondere der Konfektion, zu markieren, in welchem Bereich möglichst nicht genäht werden soll.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Heizsystems 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Im Vergleich zu den vorangegangen Figuren, wurde das Grundmaterial 5 zugeschnitten. Das so hergestellte Heizsystem 100 umfasst Heizelemente 16 und Verbindungselemente 18. Die Verbindungselemente 18 verbinden jeweils zwei Heizelemente elektrisch miteinander und stellen somit Zuleitungen der Heizelemente 16 dar.
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Da sowohl die Heizelemente 16 und die Verbindungselemente 18 durch den einstückig ausgebildeten elektrischen Leiter gebildet werden, erfolgt der Übergang zwischen den Heizelementen 16 und den Verbindungselementen 18 nahtlos, d. h. ohne zusätzlichen Kontakt- und/oder Anschlusselemente. Die Heizelemente 16 umfassen einen zugehörigen Heizabschnitt des elektrischen Leiters 10 und einen zugehörigen Teil bzw. Abschnitt des zugeschnittenen Grundmaterials 5. Die Verbindungselemente 18 umfassen einen zugehörigen Zuleitungsabschnitt des elektrischen Leiters 10 und einen zugehörigen Teil bzw. Abschnitt des zugeschnittenen Grundmaterials 5. Die Heizelemente 16 und Verbindungselemente 18 erstrecken sich somit abwechselnd über den auf das Grundmaterial 5 aufgebrachten elektrischen Leiter 10.
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Durch geeignete Schnitte, wie sie bei dem Heizsystem 100 der 5 bereits erfolgt sind, können die Verbindungselemente 18 auseinandergezogen werden, so dass eine variable Platzierung der einzelnen Heizelemente 16 möglich ist. Die Verbindungselemente 18 können auch wieder in einfacher Weise zusammengerückt bzw. zusammengedrückt werden, um den Ausgangszustand des Heizsystems wiederherzustellen. Der Schnitt erfolgt derart, dass im Gegensatz zu den Verbindungselementen 18 die Heizelemente 16 nicht auseinanderziehbar bzw. zusammendrückbar sind. Dies gewährleistet eine regulierbare konstante Heizwirkung der Heizelemente 16.
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Insgesamt ergibt sich somit ein Heizsystem 100, dessen Heizelemente 16 in ihrer Position variabel an das zu beheizende Produkt angepasst werden können. So ist es z. B. in einfacher Weise möglich, das Heizsystem 100 in Kleidungsstücke unterschiedlicher Konfektionsgrößen, z. B. XS bis XL, zu integrieren. Insbesondere muss nicht das Layout 30 für das Heizsystem 100 für unterschiedliche Größen eines Produktes geändert werden. Dies erleichtert die Herstellung und reduziert die damit verbundenen Kosten.
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Die 6a zeigt eine schematische Detailansicht eines auseinandergezogenen Verbindungselements 18, welches einen zugehörigen Zuleitungsabschnitt des elektrischen Leiters 10 und einen zugehörigen Teil bzw. Abschnitt des Grundmaterials 5 umfasst.
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Alternativ oder zusätzlich können die Verbindungselemente 18 auch gefaltet werden, wie es in der 6b dargestellt ist. Durch das Falten wird eine längere Verbindungsstrecke des Verbindungselements 18 erreicht. Vorzugsweise wird beim Falten immer zur Rückseite, d. h. zu der vom elektrischen Leiter 10 abgewandten Seite des Grundmaterials 5, gefaltet. Somit kann verhindert werden, dass die Verbindungen direkt aufeinander liegen und es z. B. bei einem nicht isolierten elektrischen Leiter 10 zu Kurzschlüssen kommt.
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Die 7a und 7b zeigen jeweils eine schematische Zeichnung zur beispielhaften Anordnung eines erfindungsgemäßen Heizsystems 100 zum Wärmen des menschlichen Körpers 50.
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Die 7a, welche die Vorderseite des menschlichen Körpers darstellt, zeigt zwei Heizelemente 16, die im Brustbereich angeordnet sind, während die Verbindungselemente 18 über den Halsbereich zum Rücken geführt sind.
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Die 7b, welche die Rückseite des menschlichen Körpers darstellt, zeigt zwei weitere Heizelemente 16, die im Nierenbereich angeordnet sind. Jeweils ein Heizelement 16 des Brustbereichs und ein Heizelement 16 des Nierenbereichs sind über ein Verbindungselement 18 verbunden. Das Verbindungselement 18 ist entsprechend auseinandergezogen, so dass deren effektive Länge im Wesentlichen dem Abstand des Brustbereichs zum Nierenbereich entspricht. Die beiden Heizelemente 16 im Nierenbereich sind ebenfalls über ein Verbindungselement 18 mit entsprechend eingestellter bzw. angepasster effektiver Länge verbunden. Dabei wurde bereits im Layout des Heizsystems berücksichtigt, dass grundsätzlich der Abstand zwischen dem Brustbereich zu dem Nierenbereich größer ist als der Abstand zwischen den Nieren. Entsprechend wurde die Länge der Zuleitungsabschnitte der Verbindungselemente 18 für die verschiedenen Bereiche unterschiedlich gewählt.
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Abhängig von der Größe der jeweiligen Person, die das Heizsystem 100 bzw. ein Kleidungsstück, in dem das Heizsystem 100 integriert ist, trägt, können die Abstände der Heizelemente 16 über die einstellbare effektive Länge der Verbindungselemente 18 angepasst werden.
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Die 8 zeigt das gleiche Layout wie auch in der 1 dargestellt. Allerdings sind im Vergleich zu der in der 2 gezeigten Definition von Heizabschnitten 12 und Zuleitungsabschnitten 14, die Heizabschnitte 12 und Zuleitungsabschnitte 14 gemäß dem Layout der 8 anders definiert bzw. anders verteilt. Die beispielhaft gezeigten Layouts 30 der 1 und 8 können somit als Grundlage für die Herstellung von erfindungsgemäßen flexiblen Heizsystemen 100 dienen, welche jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Heizelementen 16 und/oder eine andere Anordnung der Heizelemente 16 aufweisen. Beispielsweise können die unterschiedlichen Layouts 30 für verschiedene zu beheizende Produkte verwendet werden.
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Die 9 zeigt ein weiteres beispielhaftes Layout für die Anordnung eines einstückigen elektrischen Leiters 10 auf einem Grundmaterial 5. Das Layout ist regelmäßig ausgestaltet, d. h. der Leiterabstand für die Schleifen des elektrischen Leiters 10 ist im Wesentlichen konstant. Wird ein solches Layout verwendet, so kann durch unterschiedliche Schnitte eine unterschiedliche Anzahl von Heizelementen 16 mit jeweils identischer Flächenheizleistung erzeugt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen flexiblen Heizsystem können somit unterschiedliche Layouts als Basis für verschiedene zu beheizende Produkte verwendet werden. Ein einziges Layout kann aber auch genügen, um durch geeignete Schnitte erfindungsgemäße flexible Heizsysteme 100 herzustellen, die in einfacher Weise in verschiedene Produkte bzw. Applikationen und/oder in gleiche Produkte unterschiedlicher Größe (z. B. eine Jacke in den Größen XS bis XXL) integriert werden. Wenige Layouts können folglich eine ganze Bandbreit an Produktgruppen wie etwa Jacken, Westen, Hosen, Socken, Sitzbezüge, Decken, Wand- oder Innenraumverkleidungen, Teile von Industrieanlagen, Tonnen, Fässer, etc., abdecken.
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Die 10 zeigt ein beispielhaftes Foto eines auf einem Grundmaterial 5 aufgebrachten elektrischen Leiters 10 mit punktiert eingezeichneten Schnittlinien bzw. Hilfs-Schnittlinien 22. Die Schnittlinien 22 dienen zum Zuschneiden, Auslasern und/oder Ausstanzen des Grundmaterials.
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Die 11 zeigt Fotos eines beispielhaften, in einem Kleidungsstück integrierten, erfindungsgemäßen Heizsystems aus vier unterschiedlichen Perspektiven.
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Die 12a und 12b zeigen jeweils Fotos einer Vorder- und Rückansicht einer Weste, in die ein erfindungsgemäßes flexibles Heizsystem 100 integriert ist. Während die 12a eine Weste der Größe S zeigt, ist in der 12b eine Weste der Größe L, also eine Weste mit einer größeren Konfektionsgröße gezeigt. Die Verbindungselemente 18 sind jeweils derart in ihrer effektiven Länge eingestellt, dass die Heizelemente bzw. Heizpads 16 an vorbestimmten Stellen der Weste angeordnet, insbesondere aufgenäht oder aufgestickt sind.
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In den 12a und 12b ist auch eine Stromquelle 25, insbesondere eine Batterie bzw. ein Akku, erkennbar. Zwischen der Stromquelle 25 und dem elektrischem Leiter 10 kann auch ein Schalter zum Betätigen des Heizsystems vorgesehen sein. Des Weiteren kann das Heizsystem 100 ein oder mehrere Temperatursensoren zum Messen der lokalen Temperaturen) umfassen und eine Steuereinheit, die die Stromzufuhr regelt, so dass das Kleidungsstück zumindest lokal eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Grundmaterial
- 10
- Elektrischer Leiter/Heizdraht/Heizfaden
- 10a
- Erstes Ende des elektrischen Leiters
- 10b
- Zweites Ende des elektrischen Leiters
- 12
- Heizabschnitt des elektrischen Leiters
- 14
- Zuleitungsabschnitt des elektrischen Leiters
- 15
- Näh- bzw. Stickfaden
- 16
- Heizelement/Heizpad/Heizfläche
- 18
- Verbindungselement/Zuleitungselement
- 22
- Schnitt-Hilfslinie (Markierung)
- 24
- Näh-Hilfslinie bzw. Stick-Hilfslinie (Markierung)
- 25
- Stromquelle/Batterie/Akku
- 30
- Layout
- 50
- Menschlicher Körper
- 100
- Flexibles Heizsystem
