DE4321474C2 - Flächenheizelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein biegsames elektrisches Flächen­ heizelement für eine Automobilsitzheizung.

Aus der US 2,938, 992 ist biegsames elektrisches Flächen­ heizelement bekannt, das zwei parallel zueinander verlauf­ ende, gewebte Flächenheizleiterbereiche aufweist, zwischen denen ein nichtleitender Streifen angeordnet ist. An einem Ende sind die beiden Flächenheizleiter durch eine Verbin­ dungselektrode miteinander verbunden. An dem anderen Ende ist jeweils eine Anschlußelektrode angebracht. Mittel zur direkten Steuerung der Wärmeverteilung sind nicht vorgese­ hen.

Die DE 30 40 888 A1 beschreibt ein biegsames elektrisches Flächenheizelement, bei dem ein Heizleiter auf einen texti­ len Trägerstoff so aufgenäht ist, daß über die Länge des Trägerstoffs hin- und zurücklaufende Wellenzüge ausgebildet sind, die an einer Seite des Trägerstoffes in Zuleitungen enden.

Aus der WO 87/01549 ist ein Flächenheizelement für eine Automobilsitzheizung bekannt, in dem mehrere Aussparungen und Löcher vorgesehen sind, um die Flexibilität zu erhöhen und die Belüftung zu verbessern.

Aus der DE 36 44 297 A1 ist eine beheizbare Glasscheibe mit einem auf einer Glasplatte angebrachten durchsichtigen, elektrisch leitfähigen Film bekannt. In dem leitfähigen Film sind zur Begrenzung eines Strompfades zwischen Sammel­ schienen Schlitze ausgebildet.

Aus der DE 41 01 290 A1 ist ein Flächenheizelement mit zueinander im wesentlichen parallel verlaufenden Heizlei­ tern bekannt, die mit zwei im wesentlichen senkrecht dazu verlaufenden Anschlußelektroden verbunden sind. Wenn solche Flächenheizelemente mit wirtschaftlich vertretbaren Produk­ tionsverfahren, wie Weben, Wirken, usw. hergestellt werden, ist die zwischen den Anschlußelektroden vorhandene Heiz­ fläche des Flächenheizelements im wesentlichen rechteckig. Die Form einer Fläche, die bei Automobilsitzen beheizt werden soll, ist an die Ergonomie einer auf dem Sitz sit­ zenden Person angepaßt und weicht daher von der Rechtecks­ form ab. Wenn die gesamte erwünschte Fläche beheizt werden soll, gibt es daher bei den bekannten Flächenheizelementen Bereiche, die unnötigerweise beheizt werden, so daß Energie verschwendet wird. Für den Fall, daß das rechteckige Flä­ chenheizelement so ausgelegt wird, daß seine gesamte Fläche innerhalb der Fläche liegt, deren Beheizung wünschenswert wäre, gibt es Bereiche, die unzureichend beheizt werden.

Die an den gegenüberliegenden Seiten des bekannten Flächen­ heizelements angeordneten Anschlußelektroden sind in der Regel im sichtbaren Aufpolsterbereich des Automobilsitzes angeordnet. Die Anschlußelektroden haben aber einen zu­ mindest geringfügig anderen Dickenaufbau als die Heizflä­ chen. Sie zeichnen sich daher bei einer Vielzahl von Be­ zugsvarianten (Leder, Velours, usw.) durch die Oberfläche ab. Um dies zu verhindern, sind die Anschlußelektroden sehr dünn zu gestalten, weshalb sie aus einem Material mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit bestehen müssen, das überwiegend auf Kupfer basiert. Kupfer ist jedoch sehr korrosionsanfällig und hat geringe Festigkeitseigenschaf­ ten. Da die Anschlußelektroden auch noch in dem Bereich der Sitzoberfläche angeordnet werden, der starken Dehn-, Streck- und Scherbelastungen ausgesetzt ist, ist die Le­ bensdauer der bekannten Flächenheizelemente gering. Schließlich sind die bekannten Flächenheizelemente häufig luftundurchlässig, so daß keine ausreichende Belüftung der Sitzfläche gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln ein zuverlässig wirkendes Flächenheize­ lement zu schaffen, dessen Wärmeverteilung gezielt gesteu­ ert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Flächenheizelement nach den Patentansprüchen 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der erfindungsgemäßen Flächenheizelemente sind Gegen­ stand der Patentansprüche 2 bzw. 4 bis 8.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Flächenheizelemente erlaubt eine genaue Steuerung der Wärmeverteilung. Außerdem ist es möglich, weitgehend beliebige Geometrien der beheiz­ ten Zone einer Sitzheizung zu realisieren. Dies gewähr­ leistet sowohl eine Anpassung an die Sitzgeometrie als auch die Möglichkeit, nicht beheizte Zonen, z. B. für den Geni­ talbereich zu schaffen.

Darüber hinaus kann der elektrische Widerstand und damit die Heizleistung des Flächenheizelements weitgehend einge­ stellt werden. Hierdurch ist es möglich, die Leistungsauf­ nahme der Sitzheizung an Vorgabewerte anzupassen.

Die Wärmeverteilung innerhalb der Heizfläche kann variabel festgelegt werden, d. h. es können Zonen bevorzugter oder schwächerer Beheizung geschaffen werden.

Außerdem wird durch die Schlitze und Löcher ein angenehmes Sitzklima geschaffen, da sie Belüftungsöffnungen bilden.

Die Anordnung der zwei streifenförmigen Anschlußelektroden auf einer Längsachse im Bereich einer Längsseite der Kunst­ stoffolie bzw. des Flächenheizleiters ermöglicht es, die Anschlußelektroden außerhalb der Sitzfläche an dem hinteren Rand eines Sitzes bzw. am unteren Rand der Rückenlehne anzuordnen. Diese Bereiche werden mechanisch nicht bean­ sprucht und liegen außerhalb des Sichtbereichs der Sitz­ fläche. Dadurch ist es möglich, ein voluminöseres Elek­ trodenmaterial zu verwenden, so daß z. B. auch relativ dickes Carbon, z. B. ein Kohlenstoffilamentgarn oder ein gesponnenes Kohlenstoffgarn, als Elektrodenmaterial ver­ wendet werden kann, das korrosionsbeständig ist und eine hohe Festigkeit aufweist.

Schließlich wird durch es die Anordnung der Anschlußelek­ troden entlang einer Längsachse ermöglicht, einfache und kostengünstige Formgebungsverfahren, wie z. B. Stanzen, zu verwenden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Flächenheiz­ elements,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Flächenheizele­ ments mit Hilfselektroden,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines Flächenheizele­ ments mit einem quasihomogenen Flächenheizleiter,

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines Flächenheizelements mit einem inhomogenen Flächenheizleiter,

Fig. 5 eine Materialkombination für eine Anschlußelektrode der Ausführungsform von Fig. 3.

Das in Fig. 1 gezeigte Flächenheizelement 10 weist einen Flächenheizleiter 12 auf, der beispielsweise aus einer eigenleitenden Kunststoffolie, z. B. aus Polypyrrol, oder einem Gewebe mit in Schuß- und Kettrichtung eingewebten Leitfäden besteht. An der hinteren Längsseite des Flächenheizleiters 12 sind zwei längliche, in einer geraden Linie nebenein­ ander angeordnete Anschlußelektroden 14, 16 auf den Flächenheizleiter 12 aufgeklebt bzw. auf diesen aufgenäht oder eingewebt. Die Anschlußelektroden 14, 16 sind also durch den Flächenheizleiter 12 leitend miteinander verbunden. Die Anschlußelektroden 14, 16 sind symmetrisch zu einer Symmetrielinie 17, die sich senkrecht zur Längsseite des Flächenheizleiters 12 erstreckt.

Der Flächenheizleiter 12 umgibt einen Zwischenraum 18, der sich längs der Symmetrielinie 17 erstreckt und in die Lücke zwischen den Anschlußelektroden 14 und 16 mündet. In dem Flächenheizleiter 12 sind außerdem Schlitze 20 vorgesehen, die sich teilweise von dem an die Anschluß­ elektrode 14 angrenzenden Bereich bis an den an die Anschlußelektrode 16 angrenzenden Bereich symmetrisch zur Symmetrieachse 17 erstrecken, wobei sie den Zwischenraum 18 umgeben. Um den von den Anschlußelektroden 14, 16 abgewandten Bereich des Zwischenraums 18 sind in dem Flächenheizleiter 12 Zusatzschlitze 21 zwi­ schen den Schlitzen 20 vorgesehen. Die Zusatzschlitze 21 dienen dazu, die im Randbereich zu dem Zwischenraum 18 ent­ stehende heiße Zone, die dadurch entsteht, daß der Strom über die kürzeste Wegstrecke fließt, möglichst gleichmäßig auf die Fläche zwischen der vorderen Kante des Flächenhei­ zelements 10 und dem vorderen Bereich des Zwischenraums 18 zu verteilen.

In dem an die Anschlußelektroden 14, 16 an­ grenzenden Bereich des Flächenheizleiters 12, der sich in der Regel unterhalb der Gesäßfläche einer auf dem Flächenheiz­ leiter 12 sitzenden Person befindet, sind in den durch die Schlitze 20 gebildeten Streifen des Flächenheizleiters 12 Löcher 24 vorgesehen. Durch die Löcher 24 wird der Flächen­ widerstand des Flächenheizelements lokal erhöht, was einen höheren Spannungsabfall und eine lokal erhöhte Heizleistung bewirkt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform des Flächenheizelements 10 sind in dem von den Anschlußelek­ troden 14, 16 abgewandten Bereich des Flächen­ heizleiters 12, Hilfselektroden 22 vorgesehen, die sich von den von den Anschlußelektroden 14, 16 abge­ wandten Ecken bis zu dem von den Anschlußelektroden 14, 16 abgewandten Ende des Zwischenraums 18 er­ strecken. Die Hilfselektroden dienen zum Potentialausgleich des Flächenheizleiters. Die Hilfselektroden können nach Bedarf auch an anderen Stellen des Flächenheizelements 10 angebracht werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform des Flächen­ heizelements ist der Flächenheizleiter 32 gewebt. Dabei sind Heizleiterfäden 38, 40 in Schuß- und Kettrichtung gitterförmig eingewebt, wobei der Abstand der Heizleiterfäden 38, 40 konstant ist. Die in Kettrichtung angeordneten Heizleiterfäden 40 erstrecken sich parallel zu den Anschlußelektroden 34 und 36, wohingegen die in Schußrichtung angeordneten Heizleiter­ fäden 38 senkrecht zu den Anschlußelektroden 34, 36 verlaufen.

Das Material der Anschlußelektroden 34, 36 ist in Kettrich­ tung eingewebt. Dadurch ist es möglich aus einem fortlau­ fenden Rollenmaterial durch Ausstanzen das Flächenheizel­ ement 30 herzustellen.

Die Wärmeverteilung und der elektrische Widerstand des Flächenheizleiters 32 ist durch gezieltes Durchtrennen der Heizleiterfäden 38, 40 festgelegt. Hierfür werden Löcher 44 im Bereich der Heizleiterfäden 38, 40 durch den Flächenheizleiter 32 durch­ gestanzt. Hierdurch lassen sich ebenfalls Wärmeverteilung und Widerstand des Flächenheizelements 30 weitgehend beliebig variieren sowie Zonen schwächerer und stärkerer Beheizung realisieren. Die gestanzten Löcher 44 sorgen außerdem für eine ausreichende Belüftung des Flächenheizelements 30. Hier­ für können zusätzlicher Löcher in dem Bereich zwischen den Heizleiterfäden 38, 40 des Gewebes des Flächenheizleiters 32 vorgesehen werden.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform des Flächenheiz­ elementes 50 unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform dadurch, daß in dem von den Anschlußelek­ troden 54, 56 abgewandten Bereich des Flächen­ heizleiters 52 die Rasterdichte der in Schußrichtung und Kettrichtung angeordneten Heizleiterfäden 58, 60 in bestimmten Bereichen variiert. Dadurch kann der lokale Flächenwider­ stand und somit die Heizleistung lokal verändert werden.

Fig. 5 zeigt eine gewebte Materialkombination für eine Anschlußelektrode 34 der Ausführungsform von Fig. 3. Die Anschlußelektrode 34 besteht aus einem Gewebe 78 mit den in Kettrichtung verlaufenden Heizleiterfäden 40 und den in Schußrichtung verlaufenden Heizleiterfäder 38. Das Gewebe 78 enthält außerdem mehrere im Abstand zueinander in Kettrichtung verlaufende Carbonfäden 72, z. B. Kohlen­ stoffilamentgarne, die mit den Heizleiterfäden 38, 40 leitend in Verbin­ dung stehen.

Außerdem sind im Bereich der Carbonfäden 72 Stützfäden 74 und elastische Fäden 76 in Kettrichtung in das Gewebe 78 eingewebt. Die Stützfäden 74 können nach Bedarf leitfähige oder auch isolierende Fäden mit hoher mechanischer Festig­ keit sein, z. B. teilcarbonisierte Fasern aus Polyacrylni­ tril, metallbeschichtete Polyamidfasern oder Garne.

Durch eine entsprechende Auswahl der Carbonfäden 72 und der Stützfäden 74 können die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Anschlußelektrode 34 den Bedürfnissen entsprechend angepaßt werden. Kohlenstoffila­ mentgarne weisen beispielsweise zwar eine hohe Reißfestig­ keit in Längsrichtung auf. Bei Scherbelastungen oder ähn­ lichen Belastungen, die in größerem Winkel zur Längsachse erfolgen, treten jedoch schnell Brüche auf. Aus diesem Grund werden die Karbonfäden 72, die Stützfäden 74 und die elastischen Fäden 76 an ihren Enden für einen Anschluß an einen Kabelbaum miteinander verdrillt und anschließend vercrimpt. Die Stützfäden sorgen dabei für eine ausreichende Festigkeit des Anschlusses, während die elastischen Fäden 76 die Flexibilität erhöhen.

Wenn die Stützfäden 74 metallisch sind, kann eine Verbin­ dung zwischen den verdrillten Fäden des Anschlußelektroden­ materials und einem Kabelbaum auch durch Löten erfolgen.

Claims (8)

1. Biegsames elektrisches Flächenheizelement für eine Automobilsitzheizung, mit

• a) einer selbstleitenden Kunststoffolie, die als Flächenheizleiter (12) dient,
• b) zwei streifenförmigen, auf einer Längsachse lie­ genden und im Bereich einer Längsseite der Kunst­ stoffolie angeordneten Anschlußelektroden (14, 16),
• c) einem zwischen den Anschlußelektroden (14, 16) angeordneten Zwischenraum (18), der sich längs einer senkrecht zu den streifenförmigen Anschluß­ elektroden (14, 16) liegenden Symmetrielinie (17) erstreckt und zwischen den Anschlußelektroden (14, 16) mündet,
• d) längs des Flächenheizleiters (12) verlaufenden Schlitzen (20), die zur Steuerung der Wärmever­ teilung den Flächenheizleiter (12) in Streifen unterteilen und
• e) zusätzlichen, in den Streifen vorgesehenen Lö­ chern (21).

2. Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußelektroden (14, 16) auf die Kunststoffolie aufgeklebt oder aufgenäht sind.

3. Biegsames elektrisches Flächenheizelement für eine Automobilsitzheizung, mit

• a) einem gewebten Flächenheizleiter (32, 52), bei dem
• b) die Heizleiterfäden (38, 40) gitterförmig in Schuß- und Kettrichtung eingewebt sind,
• c) zwei streifenförmigen, auf einer Längsachse lie­ genden und im Bereich einer Längsseite des Flä­ chenheizleiters (32, 52) angeordneten Anschluß­ elektroden (34, 36; 54, 56) und
• d) im Flächenheizleiter (32, 52) angebrachten Löchern (44, 64), die die Heizleiterfäden (38, 40) zur Steuerung der Wärmeverteilung gezielt durchtren­ nen.

4. Flächenheizelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material der Anschlußelektroden (34, 36; 54, 56) in Kettrichtung eingewebt ist.

5. Flächenheizelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiterfäden (38, 40) in gleichen oder variablen Abständen gitterförmig an­ geordnet sind.

6. Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der An­ schlußelektroden (34, 36; 54, 56) von Carbonfäden (72) gebildet wird.

7. Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Materials der Anschlußelektroden (34, 36; 54, 56) Stützfäden (74) in Kettrichtung eingewebt sind.

8. Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Materials der Anschlußelektroden (34, 36; 54, 56) elastische Fäden (76) in Kettrichtung eingewebt sind.