Flächenheizelement
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Flächenheizelement für eine Sitzheizung, mit wenigstens zwei linienförmig angeordneten Anschlußelektrodeneinrichtungen.
Aus der US-PS 2 938 992 ist ein elektrisches Heizelement bekannt, das zwei parallel zueinander angeordnete leitende Flächenheizelementbereiche aufweist, zwischen denen ein nichtleitender Bereich vorgesehen ist. An einem Ende des Heizelementes sind die Flächenheizmedien miteinander durch eine Verbindungselektrode verbunden, während an dem anderen Ende der Flächenheizelementbereiche jeweils eine Anschlu߬ elektrode angebracht ist.
Durch die Anordnung des nichtleitenden Bereichs zwischen den beiden Flächenheizelementbereichen und die Verbindung der beiden Flächenheizelementbereiche durch die Verbin¬ dungselektrode kann die Form des Flächenheizelements nur durch aufwendige konstruktive Maßnahmen an bestimmte Bedin¬ gungen, wie z.B. eine gewünschte Wärmeverteilung oder eine bestimmte Größe und Geometrie angepaßt werden. Es bleibt im wesentlichen auf rechteckige Formen beschränkt.
Wenn das bekannte Flächenheizelement für eine Sitzheizung verwendet werden würde, würden sich auf jeden Fall entweder die Verbindungselektrode oder die Anschlußelektroden bzw.
im Sitzbereich befinden, in dem sie einer ständigen Be¬ anspruchung und damit einem erhöhten Ausfallsrisiko ausge¬ setzt werden. Darüber hinaus haben die Elektroden in der Regel einen anderen Dickenaufbau als das Flächenheizmedium, so daß sie sich durch die Sitzfläche abzeichnen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln ein zuverlässig wirkendes elektrisches Flächenheizelement zu schaffen, dessen Form leicht an be¬ stimmte Bedingungen anpaßbar ist und das eine hohe Lebens¬ dauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Flächenheizel¬ ement für eine Sitzheizung gelöst, das wenigstens zwei linienförmig angeordnete Anschlußelektrodeneinrichtungen aufweist, die durch ein Flächenheizmedium durchgehend lei¬ tend miteinander verbunden sind, wobei die Anschlußelektro¬ deneinrichtungen in gleicher Richtung längs einer im we¬ sentlichen geraden Linie im Bereich der gleichen Längsseite des Flächenheizmediums geordnet sind.
Im Gegensatz zu dem aus der US-PS 2 938 992 bekannten Flä¬ chenheizelement sind bei dem erfindungsgemäßen Flächenheiz¬ element die Anschlußelektrodeneinrichtungen durchgehend durch das Flächenheizmedium miteinander verbunden. Hier¬ durch wird die Möglichkeit geschaffen, die Kontur des Flächenheizelements an bestimmte Bedingungen, wie z.B. an Größe und Geometrie des Sitzes und eine erwünschte Wäreme- verteilung anzupassen. Das Flächenheizmedium kann am lau¬ fenden Meter hergestellt und durch einen kostengünstigen Formgebungsprozeß (Stanzen, Schneiden etc.) hinsichtlich Größe, Geometrie und Wärmeverteilung angepaßt werden.
Durch die linienförmige Anordnung der Anschlußelektroden¬ einrichtungen im Bereich der gleichen Längsseite ist es möglich, die Anschlußelektrodeneinrichtungen außerhalb der Sitzfläche am hinteren Rand des Sitzes bzw. am unteren Rand einer Rückenlehne anzuordnen. Diese Bereiche werden nicht mechanisch beansprucht und liegen außerhalb des Sichtbe¬ reichs der Sitzfläche. Dadurch ist es möglich, ein volumi¬ nöseres Elektrodenmaterial zu verwenden, so daß z.B. auch relativ dickes Carbon, z.B. ein Kohlenstoffilamentgarn als Elektrodenmaterial verwendet werden kann. Weiterhin können verwebbare, auf anderem Material als auf reinem Kupfer basierende metallische Kontaktleiter als Elektrodenmaterial verarbeitet werden, die sich bei Anordnung im Belastungs¬ bereich des Sitzes als harte Stellen abzeichnen würden.
Vorteilhafterweise ist das Flächenheizmedium gewebt, wobei Heizleiterfäden gitterförmig in Schuß- und Kettrichtung und das Material der Anschlußelektrodeneinrichtungen in Kett¬ richtung eingewebt ist. In diesem Fall kann das gesamte Flächenheizelement aus einem fortlaufenden Rollenmaterial durch Ausstanzen des Flächenheizelements hergestellt wer¬ den.
Die Heizleiterfäden können in gleichen oder variablen Abständen gitterförmig angeordnet sein.
Eine einfache Steuerung der Wärmeverteilung ist durch gezielte Durchtrennung des Flächenheizmediums im Bereich der Heizleiterfäden möglich.
Das Material der Anschlußelektrodeneinrichtungen kann von Carbonfäden gebildet werden. Außerdem können im Bereich des Materials der Anschlußelektrodeneinrichtungen Stützfäden und/oder elastische Fäden in Kettrichtung eingewebt sein.
Die Anschlußelektrodeneinrichtungen sind vorzugsweise auf das Flächenheizmedium aufgeklebt oder aufgenäht.
Vorzugsweise ist das Flächenheizmedium geometrisch so geformt, daß die Wärmeverteilung gleichmäßig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Flächenheize¬ lements ist das Flächenheizmedium zur Steuerung der Wärme¬ verteilung mit Aussparungen versehen.
Die Steuerung der Wärmeverteilung läßt sich durch Schlitze oder Löcher erreichen, die in dem Flächenheizmedium vor¬ gesehen sind. Hierdurch ist es möglich, Zonen schwächerer und stärkerer Beheizung zu realisieren. Durch die Schlitze wird das Flächenheizelement in mehrere Streifen geteilt. Durch eine entsprechende Anordnung der Löcher in den Strei¬ fen läßt sich der Flächenwiderstand der einzelnen Streifen so verändern, daß unterschiedliche Potentiale in den Strei¬ fenenden ausgeglichen werden können. Werden die Löcher in einem gleichmäßigem Raster und mit nicht zu großem Loch¬ durchmesser angebracht, so ergibt sich eine gleichmäßige Wärmeverteilung über der belochten Fläche. Eine derartige Belochung entspricht einer lokalen Erhöhung des Flächenwi¬ derstands, was einen höheren Spannungsabfall und eine lokal erhöhte Heizleistung bewirkt.
Darüberhinaus wird durch die Schlitze und Löcher ein ange¬ nehmes Sitzklima geschaffen, da sie Belüftungsöffnungen bilden. Anstatt der Schlitze oder Löcher können jedoch auch Aussparungen mit anderer Form vorgesehen werden.
Für einen Potentialausgleich können auch Hilfselektroden innerhalb des Heizelements angebracht werden.
Vorteilhafterweise bestehen die Anschlußelektrodeneinrich¬ tungen und das Flächenheizmedium aus dem gleichen Material, beispielsweise aus Carbon. Als Carbon können z.B. ein Kohlenstoffilamentgarn oder ein gesponnenes Kohlenstoffgarn verwendet werden.
Die Anschlußelektrodeneinrichtungen können jedoch auch aus einer Kombination des Materials des Flächenheizmediums mit einem metallischen Leiter bestehen.
Schließlich ist es auch möglich, daß die Anschlußelektro¬ deneinrichtungen aus einer Kombination des Materials des Flächenheizmediums mit einem Stütz- und/oder Schutzmaterial bestehen.
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 Flächenheizmedium,
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform eines Flächenheizel¬ ements mit einem inhomogenen Flächenheizmedium,
Fig. 5 eine Materialkombination für eine Anschlußelek¬ trodeneinrichtung der Ausführungsform von Fig. 3.
Das in Fig. 1 gezeigte Flächenheizelement 10 weist ein Flächenheizmedium 12 auf, das beispielsweise aus einer eigenleitenden Kunstoffolie, z.B aus Polypyrrol, oder einem Gewebe mit in Schuß- und Kettrichtung eingewebten Heizlei¬ terfäden besteht. An der hinteren Längsseite des Flächen¬ heizmediums 12 sind zwei längliche, in einer geraden Linie nebeneinander angeordnete Anschlußelektrodeneinrichtungen 14, 16 auf das Flächenheizmedium 12 aufgeklebt bzw. auf dieses aufgenäht oder eingewebt. Die Anschlußelektroden¬ einrichtungen 14, 16 sind also durch das Flächenheizmedium 12 leitend miteinander verbunden. Die Anschlußelektroden¬ einrichtungen 14, 16 sind symmetrisch zu einer Symmetrieli¬ nie 17, die sich senkrecht zur Längsseite des Flächenheiz¬ mediums 12 erstreckt-.
Das Flächenheizmedium 12 umgibt einen Zwischenraum 18, der sich längs der Symmetrielinie 17 erstreckt und in die Lücke zwischen den Anschlußelektrodeneinrichtungen 14 und 16 mündet. In dem Flächenheizmedium 12 sind außerdem Schlitze 20 vorgesehen, die sich teilweise von dem an die Anschlu߬ elektrodeneinrichtung 14 angrenzenden Bereich bis an den an die Anschlußelektrodeneinrichtung 16 angrenzenden Bereich symmetrisch zur Symmetrieachse 17 erstrecken, wobei sie den Zwischenraum 18 umgeben. Um den von den Anschlußelektroden¬ einrichtungen 14, 16 abgewandten Bereich des Zwischenraums 18 sind in dem Flächenheizmediums 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 Anschlußelektrodeneinrichtungen 14, 16 an¬ grenzenden Bereich des Flächenmediums 12, der sich in der Regel unterhalb der Gesäßfläche einer auf dem Flächenheiz¬ medium 12 sitzenden Person befindet, sind in den durch die Schlitze 20 gebildeten Streifen des Flächenheizmediums 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¬ trodeneinrichtungen 14, 16 abgewandten Bereich des Flächen¬ heizmediums 12 Hilfselektroden 22 vorgesehen, die sich von den von den Anschlußelektrodeneinrichtungen 14, 16 abge¬ wandten Ecken bis zu dem von den Anschlußelektrodeneinrich¬ tungen 14, 16 abgewandten Ende des Zwischenraums 18 er¬ strecken. Die Hilfselektroden dienen zum Potentialausgleich des Flächenheizmediums. 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 das Flächenheizmedium gewebt. Dabei sind Heizleiterfäden 38, 40 in Schuß- und Kettrichtung gitter¬ förmig eingewebt, wobei der Abstand der Heizleiterfäden 38, 40 konstant ist. Die in Kettrichtung angeordneten Heizlei¬ terfäden 40 erstrecken sich parallel zu den Anschlußelek¬ trodeneinrichtungen 34 und 36, wohingegen die in Schußrich¬ tung angeordneten Heizleiterfäden 38 senkrecht zu den Anschlußelektrodeneinrichtungen 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 Flächenheizmediums 32 ist durch gezieltes Durchtrennen der Heizleiterfäden 38, 40 festgelegt. Hierfür werden Löcher 44 im Bereich der Heizleiterfäden durch das Flächenheizmedium 32 durchgestanzt. Hierdurch lassen sich ebenfalls Wärmever¬ teilung und Widerstand des Flächenheizelements weitgehend beliebig variieren sowie Zonen schwächerer und stärkerer Beheizung realisieren. Die gestanzten Löcher 44 sorgen außerdem für eine ausreichende Belüftung des Flächenheizel¬ ements. Hierfür können zusätzliche Löcher in dem Bereich zwischen den Heizleiterfäden 38, 40 des Gewebes des Flä¬ chenheizmediums 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¬ trodeneinrichtungen 54, 56 abgewandten Bereich des Flächen¬ heizmediums 52 die Rasterdichte der in Schußrichtung und Kettrichtung angeordneten Heizleiterfäden 58, 60 in be¬ stimmten Bereichen variiert. Dadurch kann der lokale Flä¬ chenwiderstand und somit die Heizleistung lokal verändert werden.
Fig. 5 zeigt eine gewebte Materialkombination für eine Anschlußelektrodeneinrichtung der Ausführungsform von Fig. 3. Die Anschlußelektrodeneinrichtung besteht aus einem Gewebe 78 mit den in Kettrichtung verlaufenden Heizleiter¬ fäden 40 und den in Schußrichtung verlaufenden Heizleiter¬ fäden 38. Das Gewebe 78 enthält außerdem mehrere im Ab¬ stand zueinander in Kettrichtung verlaufende Carbonfäden 72, z.B. Kohlenstoffilamentgarne, die mit den Heizleiterfä-
den 38, 40 leitend in Verbindung 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 Fesig- 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 Anschlußelektrodeneinrichtung 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.