EP1337129A2 - Elektrisches Heizelement für Sitzheizungen und Lenkradheizungen - Google Patents

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EP1337129A2 EP03001077A EP03001077A EP1337129A2 EP 1337129 A2 EP1337129 A2 EP 1337129A2 EP 03001077 A EP03001077 A EP 03001077A EP 03001077 A EP03001077 A EP 03001077A EP 1337129 A2 EP1337129 A2 EP 1337129A2
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Definitions

  • the invention relates to a heating element, a seat heater, a seat, a steering wheel and multiple uses.
  • DE 31 25 980 A1 discloses a wire-shaped semi-finished product for an electrical conductor wire a certain maximum diameter, at least in the area of its free Surface consists essentially of platinum, the surface with a gold layer is covered, whereby the core of the conductor wire can consist of nickel.
  • the electrical heating element according to the invention has at least one strand with at least a core-sheath wire, the sheath made of steel and the core made of copper or a copper alloy or the jacket made of copper or a copper alloy and the Core consists of a steel, it is advantageous if the steel is one carbon steel, because this has proven itself in practice.
  • a strand consists of at least one strand of strand, which in turn consists of at least one wire, but advantageously of at least two wires.
  • the stranded wire can be used as a heating conductor and / or as a contact conductor (for Contacting the heating conductors, especially in knitted fabrics, see: DE 41 36 425 and DE 100 14 819) and / or as a supply line for temperature sensors (sensors, e.g. PCT and NTC elements) function.
  • a heating conductor for Contacting the heating conductors, especially in knitted fabrics, see: DE 41 36 425 and DE 100 14 819
  • a supply line for temperature sensors sensors, e.g. PCT and NTC elements
  • the copper alloy contains copper and nickel and / or the steel is a stainless steel according to DIN 4401. Surprisingly, particularly long service lives of many thousands of hours could be achieved with this type of steel.
  • the copper alloy consists of 90-10% by weight copper and 10-90% by weight nickel.
  • the core and jacket have cross-sectional areas in a ratio of 1: 3 to 3: 1.
  • the core and the jacket have at least approximately the same cross-sectional areas.
  • the wire diameter is 0.01 - 0.5 mm. In order to provide high protection against corrosion from external influences, the wire has an external electrical insulation.
  • the strand contains at least one left-hand and at least one right-hand strand in order to keep the torsion tendency as low as possible and to be able to lay the strand according to the requirements without axial winding. This applies in particular to several stranded strands if the number of left-handed and right-handed stranded strands is the same.
  • the strands used according to the invention usually have 1 strand of strand to about 100 stranded strands, the stranded strands usually having 1 wire to about 100 strands.
  • the heddle is fastened in and / or on a carrier material, in particular on a foam body and / or a knitted fabric, in particular by means of partial or short weft (in the textile knitting technical sense).
  • a carrier material in particular on a foam body and / or a knitted fabric, in particular by means of partial or short weft (in the textile knitting technical sense).
  • a strand according to the Heating element according to the invention for the electrical connection of by a Guy trench of a seat divided electrical heating elements of seat parts.
  • a strand acts as a bridge strand (i.e. a highly flexible strand between the two parts of the seat, which acts as a "bridge"), which is normally connected to the individual heating elements of the seat parts are soldered electrically connecting.
  • the term "guy trench” is to be understood as the area of an upholstered seat on which an outer seat cover is pulled “inwards” and fastened with an inner support frame. A “ditch” is created, which is in turn surrounded by two neighboring upholstery beads. Unclamping the seat cover primarily serves to avoid any warping of the seat cover if the seat surface is not profiled.
  • the term “guy trench” means the term customary in the field of seat upholstery with its corresponding semantic content.
  • Figure 1 - a sketchy top view of a specific embodiment of the heating element according to the invention.
  • FIG. 1 shows a sketch of a top view of a specific embodiment of the heating element according to the invention shown.
  • the heating element essentially has a plurality of mesh threads 2 running in parallel in which a heating conductor 1 is inserted sinusoidally. Three each running in parallel current-carrying contact conductors 3 form a contact strip 4. The heating conductor 1 runs over a section S parallel to a contact conductor 3, then crosses the neighboring one Contact conductor 3 to finally run parallel to it again; Heating conductor 1 and Contact conductors 3 are electrically connected to one another.
  • Heat conductor 1 and contact conductor 3 consist of several strands, which in turn consist of each consist of seven core-sheath wires.
  • the wires have a core of one Stainless steel according to DIN 4401 and a jacket made of copper, core and Sheath cross-sectional area have the same size.

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Abstract

Elektrisches Heizelement für Sitzheizungen und Lenkradheizungen, dadurch gekennzeichnet, daß dieses mindestens eine Litze mit mindestens einem Kern-Mantel-Draht als Heizleiter und/oder als Kontaktleiter und/oder als Zuleitung von Temperaturfühlern aufweist, wobei der Mantel aus einem Stahl und der Kern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder der Mantel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und der Kern aus einem Stahl besteht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement, eine Sitzheizung, einen Sitz, ein Lenkrad sowie mehrere Verwendungen.
Zum Beheizen von Sitzen insbesondere in Personenkraftwagen werden hauptsächlich verzinnte oder versilberte Kupferleiter eingesetzt. Diese Heizleiter zeigen trotz dieser Beschichtung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen Korrosionserscheinungen, die durch Feuchtigkeit und Salzeinfluß induziert werden. Aufgrund dieser Korrosionserscheinungen kommt es zu die Heizleiter schädigenden Querschnittsreduzierungen, folglich zu lokalen Überhitzungen und schließlich zu einem Bruch des Heizleiters, was in einer verkürzten Lebensdauer des Heizleiters resultiert. Desweiteren kann die Beschichtung mit Silber oder Zinn oder auch anderen Metallen die Reibung der Einzelfilamente des Heizleiters untereinander so weit erhöhen, daß der Heizleiter aufgrund seiner erhöhten Steifigkeit abknicken und somit stark beschädigt werden kann. Ein weiterer Nachteil einer metallischen Beschichtung der einzelnen Heizleiterfilamente liegt in dem stark unterschiedlichen Redoxpotential der Beschichtungsmetalle gegenüber dem eigentlichen Drahtmaterial. Für den Fall, daß die Beschichtung nicht porenfrei ist und Fehlstellen vorhanden sind, setzt unter Einfluß eines aus Wasser und Salz gebildeten Elektrolyten Korrosion und damit die Auflösung des unedleren Metalls ein, was wiederum eine Beschädigung des Heizleiters darstellt. Schließlich sind die mechanischen Anforderungen in Sitzen an solche Leiter sehr hoch, die in vielen Fällen nicht zufriedenstellend gelöst werden.
In DE 38 32 342 C1 wird ein Manteldraht mit einem Mantel aus Platin, der einen Kern aus einer Legierung aus 1 bis 5 Gewichts-% Wolfram, Rest Palladium, einhüllt, offenbart. Dieser Manteldraht wird vorzugsweise als Zuleitungsdraht für Widerstandsthermometer mit einem Meßwiderstand aus Platin verwendet.
DE 31 25 980 A1 offenbart ein drahtförmiges Halbzeug für einen elektrischen Leiterdraht mit einem bestimmten maximalen Durchmesser, der wenigstens im Bereich seiner freien Oberfläche im wesentlichen aus Platin besteht, wobei die Oberfläche mit einer Gold-Schicht bedeckt ist, wobei der Kern des Leiterdrahtes aus Nickel bestehen kann.
Nachteilig hierbei ist unter anderem der Einsatz von schwer zu verarbeitenden Werkstoffen bzw. deren Hochpreisigkeit.
Es ergibt sich somit das Problem, ein elektrisches Heizelement bereitzustellen, das diese Nachteile vermeidet, insbesondere das den hohen mechanischen Beanspruchungen einer elektrischen Sitzheizung in einem Sitz, insbesondere in einem Kfz-Sitz, standhält und gleichzeitig eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit, gepaart mit einer geringen Korrosionsanfälligkeit bei relativ geringen Herstellungskosten aufweist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Heizelement nach Anspruch 1, eine Sitzheizung nach Anspruch 14, einen Sitz nach Anspruch 15, ein Lenkrad nach Anspruch 17 sowie durch Verwendungen nach den Ansprüchen 18 und 21 gelöst.
Das erfindungsgemäße elektrische Heizelement weist mindestens eine Litze mit mindestens einem Kern-Mantel-Draht auf, wobei der Mantel aus einem Stahl und der Kern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder der Mantel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und der Kern aus einem Stahl besteht, wobei es von Vorteil ist, wenn es sich bei dem Stahl um einen kohlenstoffhaltigen Stahl handelt, da sich dies in der Praxis bewährt hat.
Im Erfindungskontext besteht eine Litze aus mindestens einem Litzenstrang, der wiederum aus mindestens einem Draht, vorteilhafterweise jedoch aus mindestens zwei Drähten, besteht.
Durch die spezielle Auswahl der Materialien und des spezifisch mechanischen Aufbaus weist der erfindungsgemäße Draht die oben aufgeführten notwendigen Eigenschaften in besonderem Maße auf. Die Litze kann als Heizleiter und/oder als Kontaktleiter (zur Kontaktierung der Heizleiter insbesondere in Gewirken, siehe hierzu: DE 41 36 425 und DE 100 14 819) und/oder als Zuleitung von Temperaturfühlern (Sensoren, beispielsweise PCTund NTC-Elemente) fungieren. Insbesondere bei der Ausgestaltung als Heizleiter, Kontaktleiter und Zuleitung wird eine besonderes kostengünstige und sichere Ausführungsform bereitgestellt.
Die nachfolgenden Ausführungsformen haben sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt.
Die Kupferlegierung enthält Kupfer und Nickel und/oder bei dem Stahl handelt es sich um einen Edelstahl gemäß DIN 4401. Bei dieser Stahlsorte konnten überraschenderweise besonders hohe Standzeiten von vielen tausenden Stunden erreicht werden.
Die Kupferlegierung besteht aus 90 - 10 Gewichts-% Kupfer und 10- 90 Gewichts-% Nickel.
Kern und Mantel weisen Querschnittsflächen im Verhältnis 1: 3 bis 3:1 auf.
Kern und Mantel weisen zumindest annähernd gleich große Querschnittsflächen auf.
Der Drahtdurchmesser beträgt 0,01 - 0,5 mm.
Um einen hohen Korrosionsschutz vor äußeren Einflüssen bereitzustellen, weist der Draht eine äußere elektrische Isolierung auf.
Diese besteht vorteilhafterweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen), FEP (Copolymere aus Tetrafluormethylen und Hexafluorpropylen), MFA (Perfluoroalkoxy-Polymer) oder Polyurethanlack.
Die Litze enthält mindestens einen links- und mindestens einen rechtsdrehenden Litzenstrang, um die Torsionsneigung möglichst gering zu halten und die Litze entsprechend den Anforderungen ohne axiales Aufwickeln verlegen zu können.
Dies gilt insbesondere bei mehreren Litzensträngen, wenn die Anzahl der links- und der rechtsdrehenden Litzenstränge gleich ist.
Die erfindungsgemäß verwendeten Litzen weisen üblicherweise 1 Litzenstrang bis ca. 100 Litzenstränge auf, wobei die Litzenstränge üblicherweise 1 Draht bis ca. 100 Drähte aufweisen.
Die Litze ist in und/oder an einem Trägermaterial insbesondere an einem Schaumkörper und/oder einem Gewirke insbesondere mittels Teil- oder Kurzschuß (im textilwirktechnischen Sinne) befestigt. An dieser Stelle sei erwähnt, daß die Über- und Aufnähbarkeit der Litze (im textilwirktechnischen Sinne) sich als ausgezeichnet herausgestellt hat.
Die oben aufgeführten Vorteile gelten in analogem Sinne auch für eine ein erfindungsgmäßes Heizelement enthaltende Sitzheizung, einen Sitz, insbesondere Kfz-Sitz, sowie ein entsprechendes Lenkrad.
Ein weiterer erfindungswesentlicher Aspekt ist die Verwendung einer Litze gemäß dem erfindungsgemäßen Heizelement zur elektrischen Verbindung von durch einen Abspanngraben eines Sitzes geteilten elektrischen Heizelementen von Sitzteilen. Mindestens eine solche Litze fungiert in diesem Fall als Brückenlitze (also eine hochflexible Litze zwischen den beiden Sitzteilen, die quasi als "Brücke" fungiert), die normalerweise an die einzelnen Heizelemente der Sitzteile elektrisch verbindend gelötet werden.
Schließlich ist die Verwendung der obigen Litze als Heizleiter und/oder Kontaktleiter und/oder Zuleitung eines Temperaturfühlers in Heizelementen sowie zur Beheizung eines Lenkrades und/oder Sitzes erfindungsgemäß, da die hierbei an Litzen gestellten hohen Anforderungen an die mechanische und elektrische Güte auch erfüllt werden.
Schließlich sei noch auf die sehr vorteilhafte Verwendung der aufgezeigten Litze und des erfindungsgemäßen Heizelementes für die 42-Volt-Bordnetztechnik hingewiesen, da sich hierbei über das eigentlich erwartete hinaus überraschenderweise eine besonders hohe Lebensdauer ergibt.
Obwohl auf diesem Gebiet schon seit Jahrzehnten gravierende Probleme mit der mechanischen Standfestigkeit bestehen, ist es erst mit der vorliegenden Erfindung gelungen, zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten. Überraschenderweise ist es die Kombination der Materialien und der relativen Anordnung zueinander als Kern-Mantel-Material.
Unter dem Begriff "Abspanngraben" ist der Bereich eines gepolsterten Sitzes zu verstehen, an dem ein äußerer Sitzbezug "nach innen" gezogen und mit einem inneren Trägerrahmen befestigt wird. Es entsteht quasi ein "Graben", der wiederum von zwei benachbarten Polsterwulsten umgeben ist. Das Abspannen des Sitzbezuges dient in erster Linie dazu, bei nicht-profilierter Sitzoberfläche eventuelle auftretende Verwerfungen des Sitzbezuges zu vermeiden.
Unter der Bezeichnung "Abspanngraben" ist somit der auf dem Gebiet der Polsterung von Sitzen übliche Begriff mit seinem entsprechend semantischen Inhalt gemeint.
Das nachfolgende Beispiel dient zur näheren Erläuterung der Erfindung.
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 - eine skizzenhafte Draufsicht einer bestimmten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelementes.
In Figur 1 ist skizzenhaft eine Draufsicht einer bestimmten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelementes gezeigt.
Das Heizelement weist im wesentlichen eine Vielzahl von parallel laufenden Maschenfäden 2 auf, in die ein Heizleiter 1 sinusförmig eingelegt ist. Jeweils drei parallel verlaufende stromzuführende Kontaktleiter 3 bilden eine Kontaktleiste 4. Der Heizleiter 1 verläuft über eine Teilstrecke S parallel zu einem Kontaktleiter 3, kreuzt dann den benachbarten Kontaktleiter 3, um schließlich wieder parallel dazu zu verlaufen; Heizleiter 1 und Kontaktleiter 3 sind elektrisch miteinander verbunden.
Heizleiter 1 und Kontaktleiter 3 bestehen aus mehreren Litzensträngen, die wiederum aus jeweils sieben Kern-Mantel-Drähten bestehen. Die Drähte weisen einen Kern aus einem Edelstahl gemäß DIN 4401 und einen Mantel aus Kupfer auf, wobei Kern- und Mantelquerschnittsfläche die gleiche Größe aufweisen.

Claims (21)

  1. Elektrisches Heizelement für Sitzheizungen und Lenkradheizungen, dadurch gekennzeichnet, daß dieses mindestens eine Litze mit mindestens einem Kern-Mantel-Draht als Heizleiter (1) und/oder als Kontaktleiter (3) und/oder als Zuleitung von Temperaturfühlern aufweist, wobei der Mantel aus einem Stahl und der Kern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder der Mantel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und der Kern aus einem Stahl besteht.
  2. Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Stahl um einen kohlenstoffhaltigen Stahl handelt.
  3. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung Kupfer und Nickel enthält und/oder es sich bei dem Stahl um einen Edelstahl gemäß DIN 4401 handelt.
  4. Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferlegierung aus 90 - 10 Gewichts-% Kupfer und 10 - 90 Gewichts-% Nickel besteht.
  5. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kern und Mantel Querschnittsflächen im Verhältnis 1: 3 bis 3:1 aufweisen.
  6. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kern und Mantel zumindest annähernd gleich große Querschnittsflächen aufweisen.
  7. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtdurchmesser 0,01 - 0,5 mm beträgt.
  8. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht eine äußere elektrische Isolierung aufweist.
  9. Heizelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus PTFE, FEP, MFA oder Polyurethanlack besteht.
  10. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Litze mindestens einen links- und mindestens einen rechtsdrehenden Litzenstrang enthält.
  11. Heizelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der linksund der rechtsdrehenden Litzenstränge gleich ist.
  12. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Litze in und/oder an einem Trägermaterial befestigt ist.
  13. Heizelement nach Anspruch 12,dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial ein Schaumstoffkörper und/oder ein Gewirke ist.
  14. Sitzheizung, enthaltend mindestens ein Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Sitz, insbesondere Kfz-Sitz, enthaltend mindestens ein Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  16. Sitz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß dieser durch einen Abspanngraben voneinander getrennte Sitzteile aufweist, die mittels einer gemäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufgezeigten Litze elektrisch miteinander verbunden sind.
  17. Lenkrad, enthaltend mindestens ein Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  18. Verwendung einer gemäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufgezeigten Litze als Heizleiter (1) und/oder Kontaktleiter (3) und/oder Zuleitung eines Temperaturfühlers in Heizelementen.
  19. Verwendung einer gemäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufgezeigten Litze und eines Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Beheizung eines Lenkrades und/oder eines Sitzes.
  20. Verwendung einer gemäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufgezeigten Litze zur elektrischen Verbindung von durch einen Abspanngraben eines Sitzes geteilten elektrischen Heizelementen von Sitzteilen.
  21. Verwendung einer gemäß nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufgezeigten Litze und eines Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für die 42-Volt-Bordnetztechnik in Kraftfahrzeugen.
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