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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizdrahtvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung.
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Stand der Technik
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Bei üblichen Vorrichtungen zum Beheizen von Oberflächen, beispielsweise von Kunststoffflächen, können Drähte mit einem spezifischen elektrischen Widerstand in oder auf das zu beheizende Material durch verschiedene Fertigungsverfahren ein- oder aufgebracht werden. Zum Beheizen können die Drähte elektrisch kontaktiert sein und über einen Stromfluss und Spannungsabfall kann eine definierte Heizleistung erzeugt und die Oberfläche erwärmt werden. Dazu können üblicherweise gezogene Metall-Drähte (z.B. aus Stahl-Legierungen oder Kupfer) eingesetzt werden. Damit eine bestimmte Wärmeleistung gewährleistet werden kann, können die Drähte in einem definierten Abstand zueinander angeordnet werden, wobei Wicklungsträger eingesetzt oder die Drähte mit einer Wickeleinrichtung oder Drahtverlegeeinrichtung eingesetzt werden können. In einem nachfolgenden Arbeitsschritt kann ein Umschließen des Drahtes mit Kunststoff mittels Umspritzen oder Laminierens erfolgen. Die am Draht freigesetzte Wärme kann meist in eine Kunststoffmatrix eingekoppelt werden.
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In der
EP 1 778 413 B1 wird ein Verfahren zum Beschichten metallischer Oberflächen genannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Heizdrahtvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung nach Anspruch 7.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, eine Heizdrahtvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung anzugeben, wobei eine Delamination eines Heizbereichs von dem Heizdraht verringert werden kann. Darüber hinaus, kann eine Beschichtung eines Heizdrahtes den Drahtverlegeprozess verbessern.
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Erfindungsgemäß umfasst die Heizdrahtvorrichtung zumindest einen Heizdraht, einen Heizbereich, welcher den zumindest einen Heizdraht einbettend umfasst und vom Heizdraht erwärmbar ist; eine Stromquelle, welche mit dem Heizdraht verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen Strom an den Heizdraht anzulegen und diesen zu erwärmen; eine Steuereinrichtung mit welcher die Stromquelle steuerbar ist; eine erste Haftvermittlerschicht, welche auf einer Oberfläche des Heizdrahts angeordnet ist und diesen um die Oberfläche umgibt, wobei der Heizbereich die erste Haftvermittlerschicht umgibt.
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Der Heizbereich kann ein Matrixmaterial umfassen, welcher eine Wärme von einem oder mehreren eingebetteten Heizdrähten an eine zu beheizende Oberfläche des Heizbereichs abgeben (weiterleiten) kann.
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Die erste Haftvermittlerschicht kann den Heizdraht oder mehrere Heizdrähte jeweils vollständig umlaufen.
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Die Erfindung beschreibt einen beschichteten Heizdraht mit, welcher einen Haftvermittler zwischen Draht und Heizbereich beinhaltet. Durch diesen Haftvermittler hält die Beschichtung fest auf dem Draht und das Risiko einer Delamination zwischen Draht und umgebenden Material wird reduziert oder sogar vermieden. Diese Anordnung kann sich durch die Einfachheit des Aufbaus und der Herstellung auszeichnen, durch ein hohes Spektrum einsetzbarer Materialien, einen großen Einsatzbereich, geringe Produktions-, Fertigungs- und Montagekosten, und eine verbesserte Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen Heizdraht und Heizbereich.
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Die üblichen Herausforderungen an den Herstellungsprozess und die Lebensdauer können dabei vorteilhaft verbessert werden. Es kann ein kostenoptimiertes Verlegen von Drähten und nach Herstellung die Förderung eines guten Wärmeübergangs zwischen Heizbereich, etwa einer Kunststoffmatrix, und eingebettetem Draht mit geringerer oder keiner Delamination über dessen Lebenszeit erzielt werden.
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Die Umhüllung und/oder ein Außenbereich des Heizbereichs kann eine Kunststoffmatrix umfassen.
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Durch ein Haftvermittlermaterial zwischen Draht und Beschichtung (Heizbereich oder weitere Umhüllungen), welcher gleichzeitig als Spannungs-Ausgleichsschicht zwischen den unterschiedlichen Materialien dienen kann, können sich weitere Vorteile ergeben, wie ein geringer Werkzeug-/Anlagenverschleiß bei der weiteren Verarbeitung der Drähte, etwa solcher mit einer glatten Oberfläche, eine einfache Weiterverarbeitung und stabilere Prozesse, z.B. erleichtertes Abspulen der Drähte wegen derer glatten Oberfläche, ein Vorbeugung von Delamination und Ausgleich oder Verringerung von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen, was in einer verbesserten Haftung zwischen Draht und Beschichtung, einem definierten Wärmeübergang und/oder einem verbesserten Korrosionsschutz des Drahtes resultieren kann.
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Die Maßgebliche Wirkung kann eine Maßnahme gegen Delamination sein und kommt von einer verbesserten Haftung zwischen dem Heizdraht und der Einhüllung als System, also dem oder den Haftvermittlerschicht(en) mit einer Kunststoffmatrix (Heizbereich) die alles umhüllen kann.
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Erfindungsgemäß kann eine organische Umhüllung vorhanden sein, deren Aufgabe darin bestehen kann, eine Delamination zwischen Heizdraht und umhüllende Kunststoffmatrix zu verhindern oder zu verringern. Diese organische Umhüllung kann Druck-/Zugspannungen durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Heizdraht und Kunststoffmatrix aufnehmen sowie in zwei Richtungen die Haftung verbessern; einerseits zwischen Heizdraht und Umhüllung sowie andererseits zwischen Umhüllung und Kunststoffmatrix. Es kann jeweils ein separater Haftvermittler (optional) notwendig sein. Es kann eine Delamination zwischen Draht und Kunststoffmatrix verhindert oder verringert werden, um einen optimalen Wärmetransport von der Wärmequelle (Heizdraht zur Oberfläche der Heizdrahtvorrichtung) zu gewährleisten.
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Ein weiterer Vorteil stellt die Vergrößerung des Drahtdurchmessers über die zusätzliche Beschichtung dar. Mit der Vergrößerung der Oberfläche kann eine höhere Energie bezogen auf den ursprünglichen Drahtdurchmesser in die Kunststoffmatrix eingekoppelt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Heizdrahtvorrichtung umfasst diese eine Umhüllung und eine zweite Haftvermittlerschicht, wobei die Umhüllung die erste Haftvermittlerschicht umgibt und die zweite Haftvermittlerschicht die Umhüllung umgibt, wobei ein Außenbereich des Heizbereichs auf die Umhüllung, diese einbettend, aufgetragen ist.
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Der Außenbereich kann ein Matrixmaterial umfassen, etwa eine Kunststoffmatrix und eine Außenseite aufweisen, welche beheizbar sein kann. Durch eine Umhüllung und eine zweite Haftvermittlerschicht kann eine Delamination noch zustätzlich beeinflusst und vorteilhaft verringert oder sogar vermieden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Heizdrahtvorrichtung umfasst die erste Haftvermittlerschicht und/oder die zweite Haftvermittlerschicht Silan.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Heizdrahtvorrichtung umfasst die Umhüllung einen Lack oder ein Polymer.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Heizdrahtvorrichtung ist ein erster Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Haftvermittlerschicht an einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient der Umhüllung angepasst, wobei der erste Wärmeausdehnungskoeffizient und der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient um weniger als einen vorbestimmten ersten Variationswert voneinander abweichen.
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Durch das Anpassen der Wärmeausdehnungskoeffizient können Unterschiede in den Ausdehnungen der Materialien beim Heizen verringert werden und eine Delamination der Umhüllung vom Heizdraht und/oder von der ersten Haftvermittlerschicht verringert oder vermieden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Heizdrahtvorrichtung ist ein zweiter Wärmeausdehnungskoeffizient der Umhüllung an einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Haftvermittlerschicht angepasst, wobei der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient um weniger als einen vorbestimmten zweiten Variationswert voneinander abweichen.
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Durch das Anpassen der Wärmeausdehnungskoeffizient können Unterschiede in den Ausdehnungen der Materialien beim Heizen verringert werden und eine Delamination der zweiten Haftvermittlerschicht von der Umhüllung und vom Heizdraht verringert oder vermieden werden sowie eine Haftwirkung der Haftvermittlerschichten, radial nach außen und nach innen, aufrechterhalten und verbessert werden. Das Ziel kann die Kontrolle der Druck-/Zugspannungen initiiert durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Draht und gesamt-umhüllende Kunststoffmatrix sein.
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Die Spannungsunterschiede werden hauptsächlich durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoefizienten von Draht und Kunststoffmatrix getrieben. Das Ziel der Haftungsvermittler ist diese tatsächlich auftretenden Spannungen durch eine gute Haftung jeweils an den Bindungspartner zu übergeben. Vergleichbar ist das mit einer guten Klebeverbindung. Durch die gute Haftung auf den Klebepartner lassen sich dann artfremde Materialien verkleben und die Kräfte übertragen.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung ein Bereitstellen von zumindest einem Heizdraht, ein Einbetten des Heizdrahts in den Heizbereich, wobei eine erste Haftvermittlerschicht auf einer Oberfläche des Heizdrahts angeordnet wird und diesen um die Oberfläche umgibt, wobei der Heizbereich die erste Haftvermittlerschicht umgibt; ein Bereitstellen einer Stromquelle, welche mit dem Heizdraht verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen Strom an den Heizdraht anzulegen und diesen zu erwärmen; und ein Bereitstellen einer Steuereinrichtung mit welcher die Stromquelle steuerbar ist.
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Der Heizbereich mit den Haftvermittlerschicht(en) und der Umhüllung und weiterer Bereiche (etwa dem Außenbereich) kann durch ein Spritzgießen oder andere bekannte Verfahren aufgebracht werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung wird ein Außenbereich des Heizbereichs auf eine Umhüllung um die erste Haftvermittlerschicht, diese einbettend, aufgetragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung wird die erste Haftvermittlerschicht beim Anordnen auf der Oberfläche des Heizdrahts zumindest bereichsweise angeschmolzen.
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Ziel ist eine gute Haftung zwischen dem umhüllten Draht und der Kunststoffmatrix der Heizvorrichtung. Idealerweise wäre hier ein leichtes Anschmelzen der obersten Schicht wünschenswert, um eine optimale Haftung zwischen Draht und Kunststoffmatrix zu erhalten. Dann sind deutlich höhere Spannungs- und Durckkräfte übertragbar. (vor Delamination).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung wird die Umhüllung auf die erste Haftvermittlerschicht aufgespritzt und eine zweite Haftvermittlerschicht auf die Umhüllung aufgetragen, wobei die zweite Haftvermittlerschicht beim Anordnen auf die Umhüllung zumindest bereichsweise angeschmolzen wird und wobei ein Außenbereich des Heizbereichs auf die zweite Haftvermittlerschicht, diese einbettend, aufgetragen wird.
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Die Heizdrahtvorrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Heizdrahtvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Heizdrahtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 3 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Heizdrahtvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Heizdrahtvorrichtung 10 umfasst zumindest einen Heizdraht 1, insbesondere nach der 1 drei parallel verlaufende Heizdrähte, einen Heizbereich 2, welcher die Heizdrähte 1 einbettend umfasst und von den Heizdrähten 1 erwärmbar ist; eine Stromquelle SQ, welche mit den Heizdrähten 1 verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen Strom an die Heizdrähte 1 anzulegen und diese zu erwärmen; eine Steuereinrichtung SE mit welcher die Stromquelle SQ steuerbar ist; eine erste Haftvermittlerschicht (nicht gezeigt), welche auf einer Oberfläche des jeweiligen Heizdrahts 1 angeordnet ist und diesen um die Oberfläche umgibt, wobei der Heizbereich 2 die erste Haftvermittlerschicht umgibt. Der Heizbereich 2 kann dabei eine Oberfläche OS aufweisen, welche beheizt werden kann.
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Die Haftvermittlerschicht kann auch als eine Spannungs-Ausgleichsschicht und einer entsprechenden Beschichtung ausgeformt sein. Der Heizdraht 1 kann ein metallisches Material, beispielsweise Stahl, Stahl-Legierungen, Kupfer oder andere Materialien umfassen und damit je nach Anforderung viele Anwendungsgebiete abdecken.
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Der Heizbereich 2 kann beispielsweise einen Lack oder ein Polymer umfassen, welcher eine ausreichende Duktilität besitzen kann, um einen TemperaturAusgleich sicherzustellen oder sich diesem anzunähern.
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Weiterhin kann das Material auf den Haftvermittler abgestimmt werden (eine Wahrscheinlichkeit zum Abtragen des Haftvermittlers durch die Beschichtung, etwa die Umhüllung oder den Außenbereich, kann dann verringert werden). Die Beschichtungsdicke kann in Abhängigkeit der Wärmeleitung bestimmt und mit dem Werkstoff, mit dem anschließend umspritzt werden kann, abgeglichen werden. Ziel ist es ein leichtes Anschmelzen des Haftvermittlers um eine gute Anbindung zu gewährleisten.
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Der beschichtete Heizdraht (mit dem Haftvermittler) kann bei einer beheizten Abdeckung oder Radom für Radarsensoren eingesetzt werden. Das können Radome im offenen Verbau sein, wie auch beheizbare Designblenden. Ebenfalls einsetzbar sind solche Drähte dann bei jeglichen Sensoren oder Aktoren bei dem Heizdrähte in Kunststoff eingebettet sind. Es können die Vorteile bei der Verlegung des Drahtes genutzt werden.
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Ein Wicklungsträger (Kunststoffträger mit aufgewickeltem Draht) kann in einem weiteren Spritzgießprozess umspritzt werden. Die Spritzmasse umhüllt dann alles. Ein alternatives Verfahren wäre ein Heißprägen in dem ein beheizter Draht in Kunststoff eingeschmolzen wird. Die Beschichtungsdicke kann ein Designparameter sein um Duktulität zu steuern oder aber die Oberfläche zu vergrößern (größerer Durchmesser bei Draht und Umhüllung erzielt eine Reduzierung der Energiedichte im Übergang vom Draht zu Kunststoffmatrix.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Heizdrahtvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Heizdrahtvorrichtung 10 der 2 kann jener der 1 ähneln, wobei zusätzlich zur Einbettung des Heizdrahts durch den Heizbereich eine Umhüllung UH zwischen einer ersten Haftvermittlerschicht HS1 und einer zweiten Haftvermittlerschicht HS2 vorhanden sein kann. Die Heizdrahtvorrichtung 10 kann somit eine Umhüllung UH umfassen und eine zweite Haftvermittlerschicht HS2 umfassen, wobei die Umhüllung UH die erste Haftvermittlerschicht HS1 umgibt und die zweite Haftvermittlerschicht HS2 die Umhüllung umgibt, wobei ein Außenbereich des Heizbereichs 2 auf die Umhüllung UH, diese einbettend, aufgetragen sein kann. Die beiden Haftvermittlerschichten, die Umhüllung und der Außenbereich können zusammen oder teilweise den Heizbereich darstellen.
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Durch die erste und/oder zweite Haftvermittlerschicht kann die Anforderungen zur Haftvermittlung und zum Spannungsabbau zusammengefasst durch einen Werkstoff erfolgen.
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Die Haftvermittlerschichten können der Delamination entgegenwirken und für einen guten und ähnlichen Wärmefluss von Heizdraht, Haftvermittlerschicht und Umhüllung(en) sorgen. Ein erster Wärmeausdehnungskoeffizient (der ersten Haftvermittlerschicht) und ein zweiter Wärmeausdehnungskoeffizient (der Umhüllung) können um weniger als einen vorbestimmten ersten Variationswert voneinander abweichen. Der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient der Umhüllung UH kann an einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Haftvermittlerschicht HS2 angepasst sein, wobei der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient und der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient um weniger als einen vorbestimmten zweiten Variationswert voneinander abweichen können.
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3 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer Heizdrahtvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren erfolgt ein Bereitstellen S1 von zumindest einem Heizdraht, ein Einbetten S2 des Heizdrahts in den Heizbereich, wobei eine erste Haftvermittlerschicht auf einer Oberfläche des Heizdrahts angeordnet wird und diesen um die Oberfläche umgibt, wobei der Heizbereich die erste Haftvermittlerschicht umgibt; ein Bereitstellen S3 einer Stromquelle, welche mit dem Heizdraht verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen Strom an den Heizdraht anzulegen und diesen zu erwärmen; und ein Bereitstellen S4 einer Steuereinrichtung mit welcher die Stromquelle steuerbar ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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