DE10393784T5

DE10393784T5 - Heizgerät für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE10393784T5
Application number: DE10393784T
Authority: DE
Inventors: Shaun Calvin Tecumseh Howick; Goran Windsor Bajic
Original assignee: WET Automotive Systems AG
Current assignee: WET Automotive Systems AG
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2006-03-09
Also published as: US7306283B2; US20130292972A1; US20160345386A1; US7741582B2; US8507831B2; US20100219664A1; JP2006507652A; US9578690B2; JP4173140B2; US8766142B2; US20040100131A1; WO2004047493A1; US20140299591A1; AU2003292068A1; US20080179306A1; US9315133B2

Abstract

Erzeugnis, umfassend:
einen Träger des Erzeugnisses, wobei der Träger eine Oberfläche besitzt, ein Heizelement, das auf der Oberfläche liegt, wobei das Heizelement Folgendes enthält:
i) einen Träger,
ii) ein erstes leitfähiges Medium, das auf dem Träger verteilt ist, wobei das erste leitfähige Medium Folgendes enthält:
1) einen ersten Abschnitt, der eine Vielzahl von ersten Erweiterungen besitzt, wobei der erste Abschnitt ein negativer Abschnitt ist,
2) einen zweiten Abschnitt, der eine Vielzahl von zweiten Erweiterungen besitzt, wobei der zweite Abschnitt ein positiver Abschnitt ist,
iii) ein zweites leitfähiges Medium, das den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt elektrisch miteinander verbindet.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen aus der Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennummer 60/428,002, angemeldet am 21. November 2002, der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennummer 60/474,835, angemeldet am 30. Mai 2003 und der US-Patentanmeldung 10/715160, angemeldet am 17. November 2003, die alle hierin durch Verweis für alle Zwecke aufgenommen werden.
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Heizelemente und insbesondere Heizelemente zur Verwendung in Sitzen, Spiegeln, Handgriffen oder anderen Stellen von Kraftfahrzeugen, Transportfahrzeugen oder anderen Erzeugnissen.
STAND DER TECHNIK
Seit vielen Jahren befasst sich die Industrie mit der Konstruktion von verbesserten Heizelementen für Erzeugnisse, wie Sitze, Spiegel oder Griffe von Möbeln, Kraftfahrzeugen oder anderen Transportfahrzeugen. Beispiele für solche Heizelemente werden offenbart in den US-Patenten Nr. 6,084,217, 5,451,747, 5,045,673, 4,931,627 und 4,857,711, die alle hierin ausdrücklich durch Verweis für alle Zwecke eingeschlossen werden. Jedoch weisen die in diesen Patenten offenbarten Heizelemente einige Nachteile auf. Zum Beispiel, ohne Einschränkung, verwendet US-Patent Nr. 6,084,217 einen „dicken Polymerfilm"; die Nachteile bei der Realisierung einer solchen Technologie haben gezeigt, dass Heizelemente, die solche Folien verwenden, relativ unflexibel sind, was zur möglicher Geräuschbildung auf Grund der Verschiebung des Gehäuses auf einer Sitzfläche führen kann. Außerdem haben diese Heizelemente traditionellerweise nur eine Heizleistungsstufe im Betrieb angeboten. Im Interesse der Verbesserung der vorhandenen Technologie auf diesem Gebiet stellt die vorliegende Erfindung ein Heizelement bereit, das sich besonders zur Verwendung in Sitzen von Kraftfahrzeugen eignet, aber auch für die Anwendung in anderen Transportfahrzeugen oder anderen Erzeugnissen ausgelegt werden kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung werden ein Heizelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben offenbart. Zur Herstellung des Heizelements wird ein flexibler Träger bereitgestellt. Der Träger wird vorzugsweise aus einem Werkstoff hergestellt, der aus der Gruppe der Polymermaterialien und der Gewebematerialien ausgewählt wird. Der Träger enthält vorzugsweise ebenfalls eine erste Längskante, die einer zweiten Längskante gegenüberliegt, wobei sowohl die erste als auch die zweite Längskante eine Vertiefung mit mindestens einer Kontur besitzen. Auf dem Träger wird normalerweise ein erstes leitfähiges Medium verteilt. Das erste leitfähige Medium wird vorzugsweise aus einem Polymermaterial hergestellt und enthält vorzugsweise Folgendes: i) einen negativen Abschnitt, der einen ersten Basisteil und eine Vielzahl von ersten Erweiterungen besitzt, die sich vom ersten Basisteil aus erstrecken, wobei sich der erste Basisteil entlang der ersten Längskante des Trägers entlang der mindestens einen Kontur der ersten Längskante erstreckt, und ii) einen positiven Abschnitt, der einen zweiten Basisteil und eine Vielzahl von zweiten Erweiterungen besitzt, die sich vom zweiten Basisteil aus erstrekken, wobei sich der zweite Basisteil entlang der zweiten Längskante des Trägers entlang der mindestens einen Kontur der zweiten Längskante erstreckt. Auf dem Träger wird vorzugsweise auch ein zweites leitfähiges Medium verteilt. Das zweite leitfähige Medium enthält normalerweise eine Vielzahl von Streifen, wobei jeder der Streifen mindestens einen der Vielzahl der ersten Erweiterungen und mindestens einen der zweiten Erweiterungen überlappt. Normalerweise besitzt das zweite leitfähige Medium positive thermische Koeffizienteneigenschaften.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung enthält das erste leitfähige Medium mindestens einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt, wobei die Abschnitte mit Abstand angeordnet sind. Optional kann jeder Abschnitt einen oder mehrere Erweiterungen oder Kombinationen umfassen. Ein zweites leitfähiges Medium wird auch auf dem Träger verteilt und wird zwischen die mit Abstand angeordneten Abschnitte gebracht (z. B. zwischen die Erweiterungen der Abschnitte). Wie bei der vorherigen Erscheinungsform der Erfindung besitzt das zweite leitfähige Medium normalerweise positive thermische Koeffizienteneigenschaften.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Erscheinungsform der Erfindung wird das Heizelement der vorliegenden Erfindung in ein Erzeugnis eingebaut. Beispielsweise kann das Heizelement in einen Sitz eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden.
Der Sitz enthält normalerweise ein Schaumkissen als Stützkomponente des Fahrzeugsitzes, und das Schaumkissen enthält vorzugsweise einen darin gebildeten Hohlraum. Normalerweise bedeckt eine Randschicht das Schaumkissen im Wesentlichen. Das Heizelement wird vorzugsweise zwischen dem Schaumkissen und der Randschicht angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich mindestens ein Teil des Heizelements bis in den Hohlraum des Schaumkissens, wodurch mindestens eine Kontur des ersten Basisteils des ersten leitfähigen Mediums und die mindestens eine Kontur des zweiten Basisteils des ersten leitfähigen Mediums erzeugt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale und die erfinderischen Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und Zeichnungen, von denen im Folgenden eine Kurzbeschreibung gegeben wird:
1 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte, teilweise erstellte Heizvorrichtung in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht auf das beispielhafte Heizelement in 1 nach der weiteren Erstellung des Heizelements in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte alternative elektrische Verbindung, die sich für ein Heizelement der vorliegenden Erfindung eignet.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des beispielhaften Heizelements von 1 und 2 mit weiteren beispielhaften Komponenten in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine perspektivische Teilansicht eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs, der in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
5 ist eine Draufsicht auf einen Sitz eines Kraftfahrzeugs, der in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
6 ist eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Heizelement für einen Autospiegel in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung und
7 ist eine Querschnittsansicht einer Spiegelbaugruppe in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines anderen Heizelements in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines weiteren Heizelements in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Bereitstellung eines verbesserten Heizelements, das sich für den Einbau in eine Vielzahl von Erzeugnissen eignet. Zum Beispiel kann das Heizelement in Träger (z. B. Elemente, Strukturen, Paneele, Fußböden, Wände oder dergleichen) von verschiedenen Erzeugnissen, wie z. B. Gebäude, Möbel, Transportfahrzeuge (z. B. Boote, Züge, Flugzeuge, Busse), oder dergleichen eingebaut oder an denselben befestigt werden. Alternativ kann das Heizelement in verschiedene Komponenten von Transportfahrzeugen, wie z. B. Sitze, Spiegel oder Spiegelbaugruppen (z. B. Rückblickspiegel, Seitenblickspiegel oder dergleichen), Schalthebel, Paneele, Fußräume, Fußbodenmatten, Fracht- oder Kofferraumauskleidungen, Fenster oder andere Komponenten integriert werden. Das Heizelement ist besonders geeignet für den Einbau in einen Sitz eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere ist das Heizelement für den Einbau in den Sitzteil, Rückenteil, Kopfstützteil oder eine Kombination derselben geeignet.
In einer weiteren Kraftfahrzeuganwendung kann die vorliegende Erfindung in einer Lenkeinrichtung verwendet werden. Als solche kann das Heizelement auf verschiedene Bereiche eines Lenkrads gebracht oder darin eingebaut werden, einschließlich Nabe, Rad, Speichen, Blinker oder Verstelleinrichtung für die Lenkradbaugruppe. Gleichermaßen kann das Heizelement der vorliegenden Erfindung überall im Fahrzeug und am vorteilhaftesten in Komponenten, die im Allgemeinen in Kontakt mit einem Insassen des Fahrzeugs kommen, ein schließlich Armstütze, Rückspiegel, Benutzerbedienungsschnittstellen und andere, positioniert werden.
Außerhalb der Fahrzeuganwendung ist erkennbar, dass die vorliegende Erfindung in andere Anwendungen eingebaut werden kann, einschließlich Bettmatratzen, Rollstühle, Bekleidungsartikel oder andere Objekte, die in Kontakt mit einer Person kommen können.
Weiterhin kann die vorliegende Erfindung außerhalb von Anwendungen für den persönlichen Komfort verwendet werden, einschließlich: Infrarotsensortechnologie, Beheizung von elektrischen oder mechanischen Komponenten oder sogar die Beheizung einer Flüssigkeit durch Eintauchen des Heizelements oder eine Anwendung auf die Außenwände eines Behälters. Das Heizelement kann auch Folgendes enthalten oder in Folgendes integriert werden: eine Antenne für den Empfang oder die Übertragung von Funkfrequenzen; ein Sensor, wie z. B. als Sitzbelegungssensor (z. B. zur Verwendung mit einem Airbag oder anderes) oder ein Sensor für Kinderautositze; ein Warngerät zur Abgabe eine Alarms, wenn eine Temperatur (intern oder sonst) des Fahrzeugs unerwünscht hoch oder niedrig ist; Kombinationen derselben oder dergleichen. In einigen oder allen vorherigen Anwendungen kann das Heizelement so mit einem Drucksensor konfiguriert werden, dass damit die Anwesenheit einer aufgewendeten Kraft festgestellt werden kann, die auf das Heizelement oder den Sensor wirkt.
Das Heizelement der vorliegenden Erfindung kann ein oder mehrere Vorteile im Vergleich zu bisherigen Heizelementen aufweisen. Beispielsweise kann das Heizelement seine Wärmeabgabe regulieren, ohne Komponenten wie Regler, Thermostat, Temperatursensor, Kombinationen derselben oder dergleichen zu verwenden. Natürlich wird in Betracht gezogen, dass diese Komponenten in das Heizelement eingebaut werden können, um damit die Wärmeabgabe durch das Heizelement zu regeln oder regulieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass Geometrie, Größenbemessung, Materialien und Konfiguration des Heizelements und seiner Komponenten die Erstellung eines wirksameren Heizsystems inner halb eines Fahrzeugsitzes oder anderer Erzeugnisse unterstützen können. Beispielsweise kann ein bevorzugtes Heizelement aus Materialien hergestellt werden, die dem Heizelement Flexibilität bei der Minimierung von Geräuschen verleihen, welche anderenfalls vom Heizelement erzeugt werden würden. Als weiteres Beispiel kann ein bevorzugtes Heizelement eine oder mehr Konturen, Öffnungen oder Hohlräume als Hilfe beim Formen des Heizelements enthalten, wodurch es möglich wird, das Heizelement an Konturen eines Erzeugnisses anzupassen, besonders als Unterstützung beim Befestigen des Heizelements am Artikel.
In einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kann das Heizelement der vorliegenden Erfindung auch so ausgelegt werden, dass gezielt eine oder mehrere Regionen des Heizelements aktiviert werden können, um eine selektive Heizung bereitzustellen, um die vom Heizelement erzeugte Wärmeabgabe zu beeinflussen, oder beides. In der einen oder den mehreren alternativen Ausführungsformen kann ein Benutzer vorzugsweise den Ort oder die Stärke (oder beides) der vom Heizelement der vorliegenden Erfindung gelieferten Wärme regulieren.
Im Allgemeinen enthält das Heizelement der vorliegenden Erfindung eine der folgenden Komponenten oder Kombinationen derselben:

1) einen Träger, der vorzugsweise als flexibles Paneel konfiguriert wird,
2) ein erstes leitfähiges Medium, das auf dem Träger verteilt wird, wobei das erste leitfähige Medium vorzugsweise einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthält, wobei jeder Abschnitt vorzugsweise einen Basisteil und eine Vielzahl von Erweiterungen enthält, die sich vom Basisteil aus erstrecken,
3) ein zweites leitfähiges Medium zum Verbinden des ersten Abschnitts mit dem zweiten Abschnitt, wobei das zweite leitfähige Medium vorzugsweise eine Vielzahl von Widerstandsstreifen aufweist, die vorzugsweise die Viel zahl von Erweiterungen des ersten Abschnitts mit der Vielzahl von Erweiterungen des zweiten Abschnitts verbinden, wobei das zweite leitfähige Medium vorzugsweise positive thermische Koeffizientenmerkmale aufweist.

Optional kann das erste leitfähige Medium einen dritten Abschnitt enthalten, der das Heizelement bei der Bereitstellung mehrerer Wärmeabgabestufen unterstützt oder die gezielte Erwärmung unterschiedlicher Stellen des Heizelements erlaubt.
Mit Bezug auf 1, 2 und 3 wird die Herstellung eines beispielhaften Heizelements 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Heizelement 10 enthält ein erstes leitfähiges Medium 12 und ein zweites leitfähiges Medium 14, die auf einem Träger 18 verteilt sind. Im Allgemeinen wird das Heizelement 10 als flexibles Paneel (d. h. mit gegenüberliegenden Flächen und einer dazwischen liegenden Dicke) konfiguriert, obwohl andere Formen oder Konfigurationen ebenfalls verwendet werden können.
Obwohl zum Beispiel der Träger 18 in einer Ausführungsform flexibel sein kann, ist erkennbar, dass der Träger alternativ starr oder halbstarr oder insgesamt nicht vorhanden sein kann (wird detaillierter unten diskutiert). Ungeachtet der Starrheitsmerkmale von Träger 18 kann der Träger je nach Anwendung in zahlreiche Formen und Konfigurationen nach Bedarf gebracht werden, (z. B. Sitz, Sitzlehne, Kopfstütze, Spiegel, Lenkrad oder in einen anderen Artikel, der zur Verbesserung der Umgebung für einen Benutzer beheizt werden kann). Weiterhin kann der Träger Konturen enthalten, die beim Spannungsabbau helfen, besonders wenn das Heizelement Spannungen aus Druck, Bewegung oder sonstiges ausgesetzt sein kann.
Der Träger 18, wie illustriert, wird als Paneel mit gegenüberliegenden Flächen 26, 28 konfiguriert. Wie in der speziellen Ausführungsform von 1, 2 und 5 zu erkennen, ist der Träger 18 im Wesentlichen länglich und im Allgemeinen rechteckig und stärker bevorzugt in Sanduhrform. Wie gezeigt, besitzt der Träger 18 eine Länge (L) und eine Breite (W) und enthält eine äußere Kan te 22, die sich im Wesentlichen durchgängig über den Träger 18 erstreckt und dabei im Wesentlichen die Form des Trägers 18 bestimmt. Es wird gezeigt, dass die Randkante 22 eine erste Längskante 32 aufweist, die einer zweiten Längskante 34 gegenüberliegt.
In der speziellen illustrierten Ausführungsform besitzen die erste Längskante 32 und die zweite Längskante 34 Ausschnitte, die bei der Herstellung der Sanduhrform helfen. Zum Beispiel definieren die Längskanten 32, bzw. 34 einen ersten Ausschnitt 38 bzw. einen zweiten Ausschnitt 40, die jeweils eine erste Aushöhlung 44 bzw. eine zweite Aushöhlung 46 definieren. Der erste Ausschnitt 38 liegt dem zweiten Ausschnitt 40 im Allgemeinen gegenüber und ist im Wesentlichen ein Spiegelbild desselben. Beide Ausschnitte 38, 40 können eine oder mehrere Konturen 48, 50, 52 enthalten, die zumindest teilweise die Aushöhlungen 44, 46 definieren. In der speziellen illustrierten Ausführungsform enthalten beide Ausschnitte 38, 40 zwei Paar konvexe Konturen 48, ein Paar sich gegenüberliegende konkave Konturen 50 und eine zentrale konkave Kontur 52. Der Träger 18 kann auch eine Öffnung 58 enthalten, die sich zwischen dem ersten und zweiten Ausschnitt 38, 40 befindet und im Allgemeinen rechteckig ist.
Das Heizelement, der Träger oder beide können nach Belieben geformt werden, und diese Form kann von der Anwendung des Heizelements abhängen. Daher schränkt die Träger- oder Heizelementeform die vorliegende Erfindung nicht ein, wenn nichts anderes angegeben wird. Beispielsweise können Heizelement, Träger oder beide Konfigurationen enthalten, die kreisförmig, oval, elliptisch, quadratisch, rechteckig, geometrisch, nicht geometrisch, symmetrisch oder asymmetrisch oder Kombinationen derselben oder dergleichen sind. Weiterhin können Heizelement, Träger oder beide so vorgeformt (z. B. eben oder konturiert) werden, dass sie einem Artikel entsprechen, wie z. B. einem Lenkrad oder einem anderen Artikel. Alternativ können Heizelement, Träger oder beide flexibel sein, so dass sie eine solche Anpassung erlauben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Träger an einer oder mehreren Komponenten eines Erzeugnisses (z. B. eines Sitzes, Spiegels oder dergleichen) befestigt werden. Alternativ kann ein erster Träger eine Freigabefläche bereitstellen, die ermöglicht, dass das erste und das zweite leitfähige Medium auf eine oder mehrere Komponenten des Erzeugnisses übertragen werden, so dass eine oder mehrere Komponenten zum Träger werden. Dies kann mit verschiedenen Verfahren erreicht werden, wie zum Beispiel Applikationsstickereien, löslichen Substraten, entfernbaren Substraten oder dergleichen. Alternativ können das erste und zweite leitfähige Medium auf eine oder mehrere Komponenten des Erzeugnisses selbst durch Drucken, Sprühen, Rollen, Auftupfen, Bürsten, Gießen oder dergleichen aufgebracht werden, wiederum so dass eine oder mehrere Komponenten zum Träger des Heizelements werden.
Es wird in Betracht gezogen, dass Träger 18 leitfähig, nicht leitfähig oder teilweise leitfähig sein kann. Dies schließt elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Diffusion ein. Für Befestigungszwecke kann der Träger auch so ausgelegt werden, dass er eine statische Ladung enthalten und beibehalten kann, so dass der Träger sich selbst an einer Komponente eines Erzeugnisses (z. B. einer Spiegelbaugruppe, einem Sitz oder dergleichen), mit oder ohne Verwendung von Klebstoff oder Befestigungsverfahren, befestigen kann.
Alternativ oder in Kombination mit dem Obigen kann der Träger weiterhin einen oder mehrere Klebstoffe oder -schichten zur Befestigung des Trägers an einer Komponente enthalten. Der Klebstoff kann auf den Träger aufgetragen werden, oder der Träger selbst kann Klebstoff enthalten oder Klebeigenschaften aufweisen. Der Klebstoff kann mit Verfahren wie Drucken, Sprühen, Rollen, Auftupfen, Bürsten, Gießen oder auf andere Weise aufgetragen, auf eine oder beide Seiten des Trägers aufgebracht werden.
Der Träger 18 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wie z. B. Polymermaterialien, z. B. Kunststoffe, Elastomere, Thermoplaste, Verbundwerkstoffe oder dergleichen. Der Träger 18 kann auch aus gewebten Materialien oder Faservliesmaterialien, Papierwerkstoffen, imprägnierten Fasern, Fasermaterialien oder dergleichen hergestellt werden. Der Träger 18 besitzt vorzugsweise eine Dicke zwischen etwa 1 μm oder darunter und 1 cm oder mehr, stärker bevorzugt zwischen etwa 10 μm und 1 mm, am stärksten bevorzugt zwischen etwa 50 μm und etwa 200 μm.
Ein bevorzugtes Material für den Träger ist ein Polyesterfilm, der handelsüblich unter dem Warenzeichen MELINEX^®, Kenn-Nummer ST505, von Du-Pont erhältlich ist. Ein weiteres bevorzugtes Material für den Träger ist ein Spinnvlies-Olefin, das handelsüblich unter dem Warenzeichen TYVEK^® ebenfalls von DuPont erhältlich ist. Ein weiteres bevorzugtes Material für den Träger ist ein Polyesterfilm, der handelsüblich unter dem Warenzeichen CETUS^®, Kenn-Nummer CP2101, von der Firma Cetus erhältlich ist. Noch ein weiteres bevorzugtes Material für den Träger ist ein Nylonpolyester oder Polyetherimid, das handelsüblich unter dem Warenzeichen ULTEM^®, Kenn-Nummer 1000 oder anderweitig, von der Firma General Electric erhältlich ist.
Natürlich stehen andere Arten von Grundträgermaterialien für den Träger zur Verfügung, wie z. B. Keramik, Glas, Polymermaterial (z. B. Kunststoff, Elastomere, Thermoplast, Duroplast oder dergleichen), Polyester, Polyethylen, Mylar, Gewebematerial (z. B. Nylon oder Tuch) oder anderes.
Bevorzugte Träger besitzen vorteilhafte Eigenschaften, wie zum Beispiel Festigkeit, Flexibilität, Steifigkeit, Elastizität, dielektrische Eigenschaften, eine Kombination derselben oder dergleichen, je nach der Anwendung. Träger können auch transparent, opak, reflektierend oder dergleichen sein. Vorzugsweise sind Träger temperaturbeständig (z. B. bis 80 °C oder darüber). Weiterhin können Träger eine relativ hohe Aufnahmefähigkeit für Siebdruckmaterialien (z. B. Polymere) besitzen.
In bevorzugten Ausführungsformen, besonders für Sitzanwendungen, aber auch für andere Anwendungen, weisen die Materialien, die für den Träger der vorliegenden Erfindung verwendet werden, eine Bruchdehnung von immer hin 15 % oder mehr, stärker bevorzugt mehr als 35 %, noch stärker bevorzugt von mehr als 50 % und am stärksten bevorzugt von mehr als 70 % auf. Ebenfalls in den bevorzugten Ausführungsformen weist das Material, das für den Träger der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine dielektrische Konstante von bis zu 0,5 oder darüber, stärker bevorzugt von mehr als 1,0 und am stärksten bevorzugt von mehr als 2,0 auf.
Das erste leitfähige Medium 12 kann auf den Träger 18 in einer Vielzahl von Konfigurationen verteilt werden (z. B. in parallelen Linien, Zickzacklinien, Schlangenlinien, gegenüberliegenden Doppelkammlinien usw.). Normalerweise wird das erste leitfähige Medium 12 in einen ersten oder negativen Abschnitt 70 und einen zweiten oder positiven Abschnitt 72 unterteilt, die auf dem Träger 18 voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise ist der negative Abschnitt 70 elektrisch nicht direkt mit dem positiven Abschnitt 72 verbunden. Wie hierin verwendet, werden die Begriffe „positiv" und „negativ" nur verwendet, weil einer der Abschnitte 70, 72 elektrisch mit einer positiven Klemme der Stromversorgung verbunden wird, während der andere elektrisch mit einer negativen Klemme verbunden wird, wie weiter unten beschrieben wird. Es versteht sich, dass die Abschnitte 70, 72 vertauscht oder umgeschaltet werden können. Vorzugsweise enthält jeder Abschnitt 70, 72 einen Basisteil 74 bzw. 76 und eine Vielzahl von Erweiterungen 80 bzw. 82, die sich nach außen von den Basisteilen 74 bzw. 76 aus erstrecken. Wie gezeigt, sind die Erweiterungen 80 eines Abschnitts 70 von den Erweiterungen 82 des anderen Abschnitts 72 beabstandet. Weiterhin sind die Erweiterungen 80 des negativen Abschnitts 70 voneinander beabstandet, und die Erweiterungen 82 des positiven Abschnitts 72 sind ebenfalls voneinander beabstandet.
In der speziellen illustrierten Ausführungsform erstreckt sich der Basisteil 74 des negativen Abschnitts 70 im Wesentlichen entlang der ganzen ersten Längskante 32 von Träger 18, während der Basisteil 76 des positiven Abschnitts 72 sich im Wesentlichen entlang der ganzen zweiten Längskante 34 von Träger 18 erstreckt. Als solche enthalten beide Basisteile 74, 76 dieselben Ausschnitte 38, 40, Aushöhlungen 44, 46 und Konturen 48, 50, 52 wie die Längskanten 32, 34 von Träger 18. Die Basisteile 74, 76 enthalten auch eine Öffnung 88, die sich in der Mitte der Basisteile 74, 76, neben den Ausschnitten 38, 40, Aushöhlungen 44, 46 und Konturen 48, 50, 52, nach unten erstreckt.
Die Erweiterungen 80, 82 werden als längliche Finger illustriert, die sich von einem der Basisteile 74, 76 zum anderen der Basisteile 74, 76 erstrecken, ohne dass der andere der Basisteile 74, 76 berührt wird. Wie besonders in 1 gezeigt, wobei nur das erste leitfähige Medium 12 auf dem Träger verteilt ist, sind die Erweiterungen 80 des negativen Abschnitts 70 kammförmig oder unterbrochen zu den Erweiterungen 82 des positiven Abschnitts 72 angeordnet, wodurch sich Lücken 90 zwischen den Erweiterungen 80, 82 ergeben.
Das erste leitfähige Medium 12 kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, wie zum Beispiel Metallen, leitfähigen Kunststoffen, Kombinationen derselben oder dergleichen. Obwohl in Betracht gezogen wird, dass der erste und der zweite Abschnitt 70, 72 des ersten leitfähigen Mediums 12 aus verschiedenen Materialien hergestellt werden kann, wird die Herstellung aus einem Material bevorzugt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erste leitfähige Medium 12 aus einem Polymermaterial hergestellt, das auf den Träger 18 (z. B. durch Siebdruck) aufgedruckt wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Material für das erste leitfähige Medium 12 ein Polymermaterial, wie zum Beispiel eine Polymerdickfilmzusammensetzung, die unter dem Warenzeichen POLYMER SILVER CONDUCTOR 5025 von DuPont, 1007 Market Street, Wilmington, DE 19898 , kommerziell erhältlich ist. In solch einer Ausführungsform wird das erste leitfähige Medium 12 normalerweise durch Siebdruck auf den Träger 18 so aufgebracht, dass das Medium 12 eine Dicke von etwa 2 μm bis etwa 4 mm, stärker bevorzugt etwa 6 μm bis etwa 1 mm und am stärksten bevorzugt etwa 12 bis 15 μm besitzt. Nach dem Aufdrucken wird das leitfähige Medium 12 normalerweise zum Aushärten der Wärme ausgesetzt. Zum Beispiel können der Trä ger 18 und das Medium 12 in einen Kastenofen gebracht werden und das Medium 12 kann etwa 1 bis etwa 10 Minuten lang bei einer Temperatur zwischen etwa 80 °C und etwa 180 °C, stärker bevorzugt etwa 3 bis etwa 8 Minuten lang bei einer Temperatur zwischen etwa 100 °C und etwa 140 °C, am stärksten bevorzugt etwa 5 bis etwa 6 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 115 °C bis etwa 125 °C gehärtet werden. Als alternatives Beispiel für einen Zweispulensiebdrucker können der Träger 18 und das Medium 12 Temperaturen von etwa 100 °C bis etwa 200 °C etwa 20 Sekunden bis etwa 3 Minuten lang, stärker bevorzugt Temperaturen von etwa 120 °C bis etwa 160 °C etwa 40 Sekunden bis etwa 2 Minuten lang, am stärksten bevorzugt einer Temperatur von etwa 140 °C etwa ein Minute lang zum Härten von Medium 12 ausgesetzt werden.
Obwohl eine oder mehrere Konfigurationen für die Basisteile diskutiert wurden, wird in Betracht gezogen, dass die Basisteile der vorliegenden Erfindung auch in zahlreichen alternativen Konfigurationen angeordnet werden können. Als solche können Basisteile auf gegenüberliegenden, benachbarten oder denselben Seiten eines Trägers liegen und können sich teilweise oder vollständig überlappen, wenn sie ein dazwischen liegendes isolierendes Material besitzen. Die Form der Basisteile kann geometrisch oder nicht geometrisch sein. In analoger Weise kann der Basisteil symmetrisch oder asymmetrisch in der Form sein. Mögliche Formen von Basisteilen sind unter anderen: Formen mit einem oder mehreren bogenförmigen Rändern (z. B. rund, kreisförmig, elliptisch, oval, spiralförmig, Kombinationen derselben oder dergleichen), Formen mit einem oder mehreren geradlinigen Rändern (z. B. rechteckig, quadratisch, gleichseitig oder dergleichen). Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Basisteile eine Vielzahl von sowohl bogenförmigen als auch linearen Rändern enthalten können.
In anderen Ausführungsformen kann der Basisteil teilweise oder vollständig in den anderen Basisteil eingeschlossen sein. Als Beispiel könnte ein erster U-förmiger Basisteil einen zweiten entsprechenden U-förmigen Basisteil mit kammförmigen oder auf andere Weise konfigurierten Erweiterungen, die sich von den Basisteilen aus erstrecken, teilweise umgeben. Als weiteres Beispiel kann ein erster Basisteil in einer geschlossenen Konfiguration (z. B. Kreis, Quadrat, Rechteck oder dergleichen) so geformt werden, dass der zweite Basisteil (der von entsprechender oder nicht entsprechender Form sein kann) im Wesentlichen in den ersten Basisteil eingeschlossen ist. In jedem Beispiel kann das Heizelement Erweiterungen in jeder hierin beschriebenen Konfiguration enthalten.
Obwohl nur zwei Basisteile gezeigt werden, ist erkennbar, dass zusätzliche Basisteile verwendet werden können. Ebenso kann die Zahl der elektrisch positiven Basisteile gleich der der elektrisch negativen Basisteile sein oder nicht.
Dementsprechend können wie bei den Basisteilen die Erweiterungen in verschiedenen Mustern bezüglich der Basisteile und in Bezug zueinander angeordnet werden. Einige mögliche Muster sind ineinander greifend schlangenförmig, gerade, gebogen, spiralförmig, rechteckig, zickzackförmig oder dergleichen. In der in 2 gezeigten Ausführungsform wird jede Erweiterung vom ersten Basisteil von der nächstliegenden ersten Erweiterung durch höchstens eine zweite Erweiterung von zweiten Basisteilen getrennt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass eine erste Erweiterung vom ersten Basisteil von der nächstgelegenen ersten Erweiterung durch zwei oder mehr zweite Erweiterungen vom zweiten Basisteil getrennt sein kann. In solch einer Ausführungsform wird bevorzugt, obwohl dies keine Forderung ist, dass das zweite leitfähige Medium nur erste Erweiterungen vom ersten Basisteil mit zweiten Erweiterungen vom zweiten Basisteil verbindet.
Weiterhin wird in Betracht gezogen, dass zwei Abschnitte des ersten leitfähigen Mediums sich überlappen können, um einen wünschenswerteren Stromkreis für die selektive Wärmeerzeugung des Heizelements zu schaffen. Zum Beispiel kann, wie in der in 9 gezeigten Ausführungsform illustriert, obwohl dies weiter unten detaillierter besprochen wird, ein erster Abschnitt des ersten leitfähigen Mediums überlappend mit einem zweiten Abschnitt angeordnet werden. In solch einem Fall liegt normalerweise ein isolierendes oder nichtleitendes Material zwischen den ersten und zweiten Abschnitten, um zu verhindern, dass Ströme direkt von einem Abschnitt zu einem anderen Abschnitt fließen, ohne das zweite leitfähige Medium zu durchlaufen. Natürlich kann der direkte Durchgang von Strom zwischen Abschnitten in einigen Fällen sinnvoll sein (z. B. derart, dass der Strom nur durch einen Teil des zweiten leitfähigen Mediums fließt). Jedoch kann das zweite leitfähige Medium alternativ oder anders zwischen den ersten und zweiten Abschnitten liegen, um einen Heizungskreis zu erhalten. Zum Beispiel kann ein zweites leitfähiges Medium zwischen einem Teil des ersten und zweiten Abschnitts liegen. In dem Fall kann das zweite leitfähige Medium Wärme dazwischen erzeugen, wenn ein Strom vom ersten and zweiten Abschnitt aus fließt.
Diese Überlappung der verschiedenen Abschnitte des ersten leitfähigen Mediums ist die Grundlage für die Bildung komplizierterer Schaltkreisentwürfe. Ein Vorteil, der aus der Verfügung über komplizierte Schaltkreise erwächst, ist die Fähigkeit, mehrere Wärmeabgaben aus einer einzigen Heizeinheit zu gewinnen. Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit, eine Heizeinheit mit mehr als einem Heizbereich zur Verfügung zu stellen, die gezielt aktiviert werden können.
In jeder der Basisteilkonfigurationen können Breite und Dicke des Teils durchgängig einheitlich, variabel und zunehmend schmaler oder breiter werdend sein. Analog können Breite und Dicke einer Erweiterung aus dem ersten oder zweiten Basisteil gleich bleibend, variabel oder zunehmend schmaler oder breiter werdend sein. Weiterhin können Dicke, Länge und Breite der ersten und zweiten Erweiterungen sich über das ganze Heizelement ändern. Außerdem können die Erweiterungen parallel, schräg verlaufend, nicht parallel oder dergleichen relativ zueinander, zu den Basisteilen, den Erweiterungen vom anderen Basisteil oder relativ zum zweiten leitfähigen Medium sein.
Wie bei den Basisteilen können die Erweiterungen von jedem der beiden Basisteile sich überlappen, wobei das nichtleitende Medium zwischen die überlappenden Bereiche gebracht wird.
Das Material des Basisteils und der Erweiterungen kann dasselbe oder ein unterschiedliches Material sein, je nach der Anwendung. Weiterhin können die Erweiterungen durch das zweite leitfähige Medium miteinander derart verbunden sein, dass die Basisteile verbunden sind.
Alternativ wird in Betracht gezogen, dass keine Erweiterungen vorhanden sind und die Basisteile sich in direktem Kontakt mit einem leitfähigen Medium befinden. Beispiele für diese Konfiguration schließen die Überlappung der Basisteile ein, die ein dazwischen liegendes leitfähiges Medium besitzen. In einem weiteren Beispiel können die Basisteile nebeneinander oder anderweitig angeordnet werden, die ein dazwischen liegendes leitfähiges Medium besitzen. In den obigen Beispielen kann die Anwendung von mehr als zwei Basisteilen gewünscht werden.
Mit Bezug auf 2 und 3 kann das zweite leitfähige Medium 14 in einer Vielzahl von Konfigurationen auf den Träger 18 verteilt werden. Das zweite leitfähige Medium 14 kann durchgehend, unterbrochen, eben, geometrisch, konturiert, Kombinationen derselben oder dergleichen sein. Vorzugsweise verbindet das zweite leitfähige Medium 14 elektrisch den positiven Abschnitt 72 des ersten leitfähigen Mediums 12 mit dem negativen Abschnitt 70 des ersten leitfähigen Mediums 12.
In der beispielhaften Ausführungsform, die in 2 illustriert wird, enthält das zweite leitfähige Medium 14 mehrere Streifen 94, die getrennt voneinander gezeigt werden, die aber miteinander verbunden sein können. Jeder der Streifen 94 ist länglich und erstreckt sich mit und/oder vorzugsweise parallel zu den Erweiterungen 80, 82 des ersten leitfähigen Mediums 12, und jeder Streifen 94 verbindet elektrisch eine Erweiterung 80 des negativen Abschnitts 70 mit einer Erweiterung 82 des positiven Abschnitts 72. Wie gezeigt, überlappt jeder Strei fen 94 eine Erweiterung 80 des negativen Abschnitts 70 und eine Erweiterung 82 des positiven Abschnitts 72 und hat direkten Kontakt zu ihnen.
Es wird auch bevorzugt, wird aber nicht notwendigerweise gefordert, dass jeder aus der Vielzahl von Streifen 94 im Wesentlichen dieselbe Größe und Form besitzt und dass die Streifen 94 im Wesentlichen gleichförmig voneinander beabstandet sind. Weiterhin haben die Streifen 94 vorzugsweise gleichförmige Dichten beim Vergleich miteinander und über den ganzen Streifen 94 hinweg. Auf diese Weise kann das Heizelement 10 normalerweise eine gleichförmigere Wärmeintensität über die Länge und/oder Breite des Heizelements 10 erzeugen.
Das zweite leitfähige Medium 14 kann aus verschiedenen Materialien, einschließlich Metall, Kunststoff oder Kombinationen derselben hergestellt werden. Das Material weist vorzugsweise einen relativ hohen positiven thermischen Koeffizienten (PTC) auf, wie weiter unten diskutiert wird. Obwohl in Betracht gezogen wird, dass die Streifen 94 aus verschiedenen Materialien hergestellt werden können, wird die Herstellung aus einem Material bevorzugt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das zweite leitfähige Medium 14 aus einem Polymermaterial hergestellt, das auf den Träger 18 (z. B. durch Siebdruck) aufgedruckt werden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Material für das zweite leitfähige Medium 14 ein Polymermaterial sein, wie zum Beispiel eine Polymerdickfilmzusammensetzung, die unter dem Warenzeichen POLYMER SILVER CONDUCTOR 7282 von DuPont, 1007 Market Street, Wilmington, DE 19898 , kommerziell erhältlich ist. In solch einer Ausführungsform wird das zweite leitfähige Medium 14 normalerweise durch Siebdruck auf den Träger 18 so aufgebracht, dass das Medium 14 eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 1 mm, vorzugsweise etwa 3 μm bis etwa 10 μm und stärker vorzugsweise etwa 6 bis 8 μm besitzt. Alternative Druckmethoden sind das Siebdruckverfahren, Tintenstrahldrucken oder dergleichen. Nach dem Aufdrucken wird das leitfähige Medium 14 normalerweise zum Aushärten der Wärme ausgesetzt. Zum Beispiel können Träger 18 und Medium 14 in einen Kastenofen gebracht und etwa 2 bis 30 Minuten bei einer Temperatur zwischen etwa 90 °C und etwa 200 °C, stärker bevorzugt etwa 5 bis etwa 15 Minuten bei einer Temperatur von etwa 110 °C bis etwa 150 °C, am stärksten bevorzugt etwa 10 Minuten bei einer Temperatur von etwa 130 °C gehärtet werden. Als weiteres Beispiel für einen Bandtrockner können Träger und Medium 14 Temperaturen von etwa 110 °C bis etwa 210 °C etwa 1 Minute bis etwa 20 Minuten lang, stärker bevorzugt Temperaturen von etwa 130 °C bis etwa 170 °C etwa 2 Minuten bis etwa 10 Minuten lang, am stärksten bevorzugt einer Temperatur von etwa 150 °C etwa 3 bis etwa 5 Minuten lang ausgesetzt werden.
Andere leitfähige Medien, die bei den oben genannten Druckverfahren verwendet werden, sind wässrige Polymere, einschließlich leitfähiger Füllmassen (z. B. leitfähiges Metallpulver, Metalloxid, Silber, Kupfer oder anderes), widerstandsbehaftete Füllmassen (z. B. Kohlenstoff oder anderes), Folien (z. B. Polyurethan, UV-härtbare polymere dielektrische Zusammensetzung, Duroplaste (z. B. Epoxide, Phenolharze oder dergleichen) oder anderes), Ethylenvinylacetat-Copolymerharz, das Kohlenstoff enthält, oder eine Kombination derselben. Vorzugsweise ist die Tinte undurchlässig für Licht und kann einen oder mehrere der folgenden Bindemittel enthalten: Acryltinte of Harzbasis, Borsilikat-Bleiglas, Duroplaste (z. B. Epoxid, Phenol, Melaminharz) oder leitfähiges Pulver.
Alternativ zu dem gezeigten Muster kann das zweite leitfähige Medium in verschiedenen Mustern angeordnet werden. In einer Ausführungsform kann das leitfähige Medium das Muster des ersten und zweiten Basisteils nachahmen (z. B. sich parallel dazu erstrecken). Das leitfähige Medium ist vorzugsweise zumindest teilweise zwischen die Erweiterungen des ersten und zweiten Basisteils eingeschoben. Falls das leitfähige Medium in Form von Streifen oder anderweitig vorgesehen wird, kann es parallel, angewinkelt, senkrecht, schlangenförmig in Bezug auf die Erweiterungen der Basisteile oder die Basisteile selbst sein. Auch das Muster des zweiten leitfähigen Mediums kann aus kon zentrischen oder nicht konzentrischen geometrischen Konfigurationen, z. B. Kreisen, Quadraten, ovalen Formen oder anderen, bestehen. Außerdem kann das zweite leitfähige Medium zufällig oder systematisch zwischen die Erweiterungen der Basisteile platziert werden oder zwischen die Basisteile, und kann mehrere Streifen mit ausgeschnittenen Teilen umfassen. Die Streifen des leitfähigen Materials können auch in Stücke eingeteilt oder gebrochen werden.
Wenn auch das bevorzugte Material für das erste und das zweite leitfähige Medium offenbart wurde, wird in Betracht gezogen, dass andere Materialien als Schichten oder auf andere Weise zur Bereitstellung eines Teils oder des ganzen ersten und zweiten leitfähigen Mediums eingesetzt werden können. Beispiele für diese Materialien sind: Folienband, Zwischenträgerpapier, Streifenblätter, Hüllen, elektrisch leitfähige Fadenstränge, Draht, Auftragsmetall, überzogenes Material, genähtes Material oder anderes. Andere Materialien umfassen: Metalle (z. B. Aluminium, Chrom, Nichrom oder andere), Kohlenstoff, Folie, Schaum (entweder thermisch oder nichtthermisch leitfähig) (z. B. Confortem@ von Foam International), elektrisch leitfähiges Gewebe mit einer leitfähigen Beschichtung wie Silber, Polymermaterial (aufgetragen als Folie oder gedruckt, unten weiter diskutiert).
Das Heizelement 10 der vorliegenden Erfindung enthält normalerweise auch einen oder mehrere (z. B. ein Paar) elektrische Anschlüsse 100, 102. Jeder der Anschlüsse 100, 102 steht vorzugsweise in elektrischer Verbindung mit einem der Basisteile 74, 76 der negativen bzw. positiven Abschnitte 70, 72.
Es versteht sich für Fachleute, dass verschiedene elektrische Anschlüsse verwendet werden können. In der speziellen Ausführungsform von 2 enthält jeder der elektrischen Anschlüsse 100, 102 einen Draht 104 (z. B. einen beschichteten leitfähigen Kupferdraht), der ein Ende 106 besitzt, das an einen Folienflicken 108 (z. B. aus elektrisch leitfähigem Band) befestigt (z. B. gelötet) ist, und der Flicken 108 mit dem Ende 106 wird an einem der Basisteile 74, 76 befestigt (z. B. angeklebt). In einer alternativen beispielhaften Ausführungsform und mit Bezug auf 2A wird ein elektrischer Anschluss 110 verwendet, wo bei ein Element 112 einen Niet 114 enthält, der an einen der Basisteile 74 angeschlossen ist, und eine Öse 116, die mit einem Draht 120 verbunden ist.
Vorteilhafterweise kann das Heizelement der vorliegenden Erfindung mit nur einem oder zwei elektrischen Anschlüssen zur Lieferung eines Stroms durch die Basisteile, die Erweiterung des zweiten leitfähigen Mediums (z. B. die Streifen) oder eine Kombinationen derselben hergestellt werden. Natürlich können zusätzliche Anschlüsse bei Bedarf oder Notwendigkeit verwendet werden. Als Zusatznutzen kann das Heizelement 10 mit allen ersten und zweiten Leitern hergestellt werden, die vom einzelnen Träger 18 unterstützt werden, ohne dass zusätzliche Schichten zur Unterstützung des Leiters erforderlich wären. Natürlich können zusätzliche Schichten bei Bedarf oder Notwendigkeit verwendet werden.
Die elektrischen Anschlüsse können sich auf derselben Seite des Trägers befinden. Alternativ können sich die elektrischen Anschlüsse auf den gegenüberliegenden Seiten oder auf benachbarten Seiten des Trägers befinden. Die elektrischen Anschlüsse können auf dem Träger auch diagonal gegenüber liegen. Also können die elektrischen Anschlüsse so angeordnet sein, dass die Summe der elektrischen Wege zwischen benachbarten Teilen der Erweiterungen im Wesentlichen äquivalent oder im Wesentlichen nicht äquivalent sind.
Die elektrischen Anschlüsse können in eine einzige Einheit integriert werden, sowohl positive als auch negative Zuleitungen besitzen oder können in zwei oder mehr Anschlüsse getrennt sein. Weiterhin können die elektrischen Anschlüsse in eine einzige Erweiterung oder ein „Ende" oder mehrere „Enden" integriert sein, die zur elektrischen Verbindung des Heizelements mit einer Energiequelle (z. B. einer Batterie) verwendet werden.
Das Heizelement der vorliegenden Erfindung kann mit einer oder mehreren Wärmeabgaben arbeiten. Es sind verschiedene Verfahren zur Erzeugung mehrerer Wärmeabgaben verwendet worden. Zum Beispiel können mit Verweis auf 8 und 9 zwei oder mehr Schaltkreise so konfiguriert werden, dass sie auf unterschiedlichen Ausgabeniveaus arbeiten und auf einem, zwei oder mehr Trägern verteilt oder gedruckt werden. Alternativ, mit Bezug auf eine der hierin enthaltenen Ausführungsformen, könnten zwei oder mehr Gruppen von elektrischen Anschlüssen unterschiedliche Energieniveaus (z. B. Spannungen) an eine, zwei oder mehr Schaltkreise liefern, die auf einem, zwei oder mehr Träger gedruckt wurden. Außerdem können ein, zwei oder mehr elektrische Anschlüsse so konfiguriert werden, dass sie verschiedene Ausgangsniveaus an die oben genannten konfigurierten Heizelemente liefern.
Die vorliegende Erfindung kann weiterhin eine oder mehrere Kontrollsicherheitsmerkmale umfassen, einschließlich: Thermostat, Kontrollmodul mit Widerstand mit Negativem Temperaturkoeffizienten (NTC), Sicherung mit Positivem Temperaturkoeffizienten oder andere Temperaturerfassungsvorrichtungen. Es kann auch ein Konstanter Temperaturkoeffizient (CTC) dazu verwendet werden, den Effekt der Temperatur des Heizelementes auf die vom Heizelement erzeugte Wärmemenge zu beseitigen. Die obigen Eigenschaften können es dem System ermöglichen, sich beim Erfassen von Übertemperaturen oder einem Kurzschluss im System abzuschalten.
Die vorliegende Erfindung kann auch mit einem oder mehreren Schaltern (z. B. einem Verriegelungsschalter oder Momentschalter) für die Zuführung eines Stroms zum Heizelement der vorliegenden Erfindung konfiguriert werden. Zum Beispiel kann ein Kontrollmodul in Verbindung mit einem Momentschalter zum Ein- und Ausschalten der Heizvorrichtung verwendet werden. Alternativ kann ein Schalter (z. B. ein Ein-/Ausschalter) zum physischen Verbinden und/oder Abtrennen eines Schaltkreises verwendet werden, der das Heizelement mit einer Wärmequelle enthält. Andere verwendbare Schalter schließen ein Spannungssteuerungspotentiometer, Mehrpositionsschalter zur Wahl von Temperatureinstellungen (z. B. hoch-niedrig-aus), mehrpolige Schalter oder anderes ein.
Das Heizelement der vorliegenden Erfindung wird elektrisch an eine Energiequelle angeschlossen, so dass ein Strom durch das Heizelement fließt, um Wärme zu erzeugen. Die Energiequelle kann einen Wechselstrom, einen Gleichstrom oder eine Kombinationen derselben liefern. In einer Kraftfahrzeuganwendung wird das Heizelement vorzugsweise an eine Kraftfahrzeugenergieversorgung (z. B. eine 12 V-Batterie) angeschlossen. Alternativ oder zusätzlich kann das Heizelement an die Drehstromlichtmaschine, den Regler oder andere elektrische Komponenten im Fahrzeug angeschlossen werden.
Bei jeder der diskutierten Ausführungsformen, einschließlich 3, können die leitfähigen Medien 12, 14 des Heizelements 10 mit einer Isolierschicht 130 überzogen werden. Die Isolierschicht 130 kann aus Vlies, Gaze oder dergleichen hergestellt werden und kann auf dem Träger 18 mit Klebstoff oder anderweitig befestigt werden.
Obwohl 3 mit einer Isolierschicht 130 dargestellt wurde, wird in Betracht gezogen, dass das Heizelement 10 vorteilhaft ohne eine solche zusätzliche Isolierschicht 130 hergestellt werden kann. Weiterhin wird in Betracht gezogen, dass die Isolierschicht 130 vom Sitz (z. B. als Teil der Randschicht) bereitgestellt werden kann und dass das Isoliermaterial nicht speziell am Heizelement 10 festgeklebt oder anderweitig befestigt sein kann. Die Anwendungen des Isoliermaterials sind zahlreich und schließen zumindest die Verfahren ein, die unten beim Auftragen der Schutzbeschichtung verwendet werden.
Als weitere Option können das erste leitfähige Medium 12, das zweite leitfähige Medium 14 oder beide vollständig oder teilweise mit einer Schutzschicht abgedeckt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden das erste und zweite leitfähige Medium 12, 14 mit einer schützenden dielektrischen Schicht bedeckt, die aus einer polymeren dielektrischen Zusammensetzung gebildet wird. Die Schicht ist vorzugsweise härtbar (z. B. UV-härtbar), lösungsmittelfrei oder eine Kombinationen derselben. Die Schicht kann auf die leitfähigen Medien 12, 14 unter Anwendung von mehreren Verfahren, wie Drucken, Sprühen, Rollen, Auftupfen, Bürsten, Gießen oder dergleichen, aufgebracht werden, wird aber auf die Medien 12, 14 vorzugsweise aufgedruckt. Die Schicht kann bis zu 5 mm oder mehr stark sein und ist vorzugsweise zwischen etwa 10 μm und etwa 4 mm stark, stärker bevorzugt zwischen etwa 100 μm und etwa 3 mm stark (z. B. zwischen etwa 1 bis etwa 1,2 mm stark). In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Schutzschicht elektrische oder thermische Isoliereigenschaften.
Materialien, die sowohl für die Isolierschicht als auch die Schutzschicht zur Verfügung stehen, sind dieselben Materialien, die für den Träger verwendet werden. Zusätzliche Schichten, die für die Isolier- und die Schutzschicht verwendet werden können, sind u.a.: Papier, Folie (z. B. Polyurethan, UV-härtbare polymere dielektrische Zusammensetzung, aushärtende Harze oder anderes), Vinylfolie, Vlies, Gaze, flexible Platten (z. B. elastomere, Polyesterterephthalat, Polycarbonate oder andere), Schaum (z. B. wärmeleitend, nichtwärmeleitend, Polyurethan, Neopren oder andere), Glas oder dergleichen. Eine Schutzschicht kann jedoch in bestimmten geschichteten Konfigurationen leitfähig sein.
In jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Betracht gezogen, dass ein Klebstoff auf einer der beiden Seiten des Trägers oder leitfähigen Mediums verteilt wird, bevor das Heizelement der vorliegenden Erfindung auf ein bestimmtes Erzeugnis (z. B. einen Sitzbezug, Spiegel oder anderes) aufgebracht wird. Es wird auch in Betracht gezogen, dass Klebstoffe auf beiden Seiten des Träges vorhanden sein können, um eine oder mehrere Komponenten festzukleben, die mit dem Heizelement verbunden sind, wie zum Beispiel eine Schutzschicht oder anderes. Es wird auch in Betracht gezogen, dass in der vorliegenden Erfindung keine Klebstoffe verwendet werden, sondern stattdessen statische Elektrizität, oder es wird eine andere Selbstbefestigung zur Montage oder Befestigung des Heizelements an einem bestimmten Bereich des Erzeugnisses verwendet.
Fahrzeugsitz- und Spiegelanwendungen
Wie vorher diskutiert, kann das Heizelement 10 der vorliegenden Erfindung in verschiedene Erzeugnisse integriert werden. Mit Verweis speziell auf 4 und 5 wird das Heizelement 10 beispielsweise in einen Sitz 140 eines Fahrzeugs integriert dargestellt. Die Heizvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung kann sich in verschiedenen Teilen eines Autositzes befinden, wie z. B. im Sitzteil, im Rückenstützteil, im Schulterstützteil oder in einer Kopfstütze. Die Heizvorrichtung kann sich zwischen der Einfassung des Sitzes und dem Schaumkissen des Sitzes befinden. Die Heizvorrichtung kann auch in die Einfassung des Sitzes, das Schaumkissen des Sitzes oder beides integriert werden.
Mit Verweis auf 4 wird der Sitz 140 mit dem Heizelement 10 von 2 und 3 illustriert, das sich sowohl in einem Rückenstützteil 142 als auch in einem Sitzteil 144 befindet. In der illustrierten Ausführungsform enthält jede Komponente 142, 144 von Sitz 140 eine Randschicht 146 und ein Schaumkissen 148, und jede Heizvorrichtung 10 befindet sich im Wesentlichen zwischen dem Schaumkissen 148 und der Randschicht 146. Vorzugsweise wird jede Heizvorrichtung 10 am Sitz 140 (z. B. Randschicht 146, Kissen 148 oder an beidem) befestigt, um die Heizvorrichtung 10 relativ zum Sitz 140 zu fixieren. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Band 150 (z. B. doppelseitiges Band), wie in 3 gezeigt, oder andere Befestigungsmittel oder Klebstoffe zum Befestigen des Heizelements 10 am Sitz 140 und besonders am Schaumkissen 148 eingesetzt werden können.
In einer stark bevorzugten Ausführungsform, die in 5 gezeigt wird, wird ein zentraler Teil 160 des Heizelements 10 oben auf einem Schaumkissen 162 eines Sitzes befestigt, wobei der zentrale Teil 160 zumindest teilweise bis in eine Höhlung 164 (z. B. eine Rinne) des Kissens 162 reicht. Wie gezeigt, erstrecken sich die Befestigungsbänder 170 durch die Öffnung 58 über die Oberseite des zentralen Teils 160 des Heizelements 10 zum Festbinden des Heizelements 10. Die Konturen 48, 50, 52 des Trägers 18 und das erste leitfähige Medium 12 verlaufen über das Schaumkissen 162 an der Höhlung 164, wenn der zentrale Teil 160 des Heizelements 10 sich bis in das Kissen 162 hinein erstreckt, wodurch die Spannung gemildert wird, die anderenfalls auf das erste leitfähige Medium 12 und besonders die Basisteile 74, 76 des ersten leit fähigen Mediums 12 ausgeübt werden könnte. Weiterhin dient die Öffnung 58 auch dazu, die Spannung zu mildern, wenn der zentrale Teil 160 des Heizelements 10 bis in das Kissen erweitert wird. Obwohl die Konturen 48, 50, 52 und die Öffnung 58 zum Abbau von Spannungen während der Anwendung auf ein Schaumkissen 162 eingesetzt worden sind, versteht es sich, dass die Konturen 48, 50, 52 und die Öffnung 58 auch bei der Milderung von Spannungen helfen können, wenn das Heizelement 10 sich über einem Objekt wölbt, an dem es befestigt ist.
In einer alternativen Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung in eine Spiegelbaugruppe integriert. In solch einer Ausführungsform ändert sich die Form des Heizelements, Trägers oder beider bei der Anpassung an die entsprechende Form der Spiegelbaugruppe. Ein Beispiel einer solchen Ausführungsform wird in 6 gezeigt, wobei das Heizelement 10 mit einem Träger 18, einem ersten leitfähigen Medium 12 und einem zweiten leitfähigen Medium 14 konfiguriert wird.
Das erste leitfähige Medium 12 wird vorzugsweise mit einem ersten Basisteil 74 und einem zweiten Basisteil 76 konfiguriert, die damit verbundene erste und zweite entgegengesetzt gepolte elektrische Anschlüsse 100 bzw. 102 besitzen. Die Form der ersten und zweiten Basisteile 74, 76, des Trägers 18 oder beider entsprechen vorzugsweise der Form des Spiegels 12, der Rückwand oder beider. Weiterhin wird in Betracht gezogen, dass die ersten und zweiten Basisteile 74, 76 in ihrer Ausdehnung über den Träger 14 wechselnde Breiten besitzen.
Von den ersten und zweiten Basisteilen 74, 76 aus erstrecken sich entsprechend den Konturen der ersten und zweiten Basisteile 74, 76 und der Konturen des Spiegels mehrere kammartige erste und zweite Erweiterungen 80, 82 mit wechselnden Längen (d.h. sie werden zunehmend länger oder kürzer). Die Erweiterungen 80, 82 sind vorzugsweise parallel zueinander; jedoch werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen, wie hierin offenbart wird. Es werden auch andere Muster in Betracht gezogen, wie hierin offenbart wird.
Vorzugsweise enthält jeder Abschnitt 70, 72 einen Basisteil 74 bzw. 76 und eine Vielzahl von Erweiterungen 80 bzw. 82, die sich nach außen von den Basisteilen 74 bzw. 76 aus erstrecken. Wie gezeigt, ist die Vielzahl der Erweiterungen 80 eines Abschnitts 70 von den Erweiterungen 82 des anderen Abschnitts 72 beabstandet. Weiterhin sind die Erweiterungen 80 des negativen Abschnitts 70 voneinander beabstandet, und die Erweiterungen 82 des positiven Abschnitts 72 sind ebenfalls voneinander beabstandet.
Das Heizelement 10 der vorliegenden Erfindung kann alternativ in einer anderen Ausführungsform mit Verweis auf 7 auf eine Spiegelbaugruppe 180 (z. B. Seitenspiegel, Rückblickspiegel oder dergleichen) aufgebracht oder in dieselbe integriert werden. Die Spiegelbaugruppe 180 wird normalerweise mit einem Spiegel 182, einer Spiegelrückwand 184 und einem Gehäuse 186 konfiguriert, obwohl nicht jede Komponente notwendigerweise benötigt wird. In der illustrierten Ausführungsform enthält das Heizelement 10 einen Träger 18, der am Spiegel 182, an der Rückwand 184 oder an beidem befestigt ist. Alternativ wird jedoch in Betracht gezogen, dass der Spiegel 182 oder die Rückwand 184 der Träger für die leitfähigen Medien des Heizelements 10 sein können.
Der Träger 18 kann an dem Spiegel 182, der Rückwand 184 oder an beiden mit einer Reihe von Verfahren angebracht werden. In einer Ausführungsform kann die Befestigung des Heizelements 10 am Spiegel 182 oder der Rückwand 184 mit Klebstoffen, Befestigungsmitteln, Kombinationen derselben oder dergleichen erreicht werden. Das Heizelement 10 kann alternativ ohne die Verwendung von Klebstoffen oder Befestigungsmitteln befestigt werden. Zum Beispiel kann das Heizelement 10 statisch am Spiegel 182 oder an der Rückwand 184 befestigt werden. Als weitere Alternative kann der Träger 18 aus einem Material bestehen, das Klebeigenschaften zum Ankleben des Heizelements 10 an der Spiegelbaugruppe 180 besitzt.
Alternativ oder zusätzlich wird in Betracht gezogen, dass die Spiegelbaugruppe zur sicheren Befestigung des Heizelements an derselben konfiguriert werden kann. Zum Beispiel kann der Spiegel 182, die Rückwand 184 eine oder mehrere Vertiefungen zur Aufnahme und sicheren Befestigung des Heizelements 10 an denselben aufweisen. Als weiteres Beispiel kann das Heizelement 10 zwischen Spiegel 182 und Rückwand 184 gebracht und sicher befestigt werden. Weiterhin kann die Spiegelbaugruppe 180 mit integrierten Befestigungsmitteln (z. B. Schnappverschlüssen) zur sicheren Befestigung des Heizelements 10 zusammengestellt werden.
Zusätzlich zum ersten leitfähige Medium 12 und zum zweiten leitfähigen Medium 14 können die elektrischen Anschlüsse 100, 102 direkt an Spiegel 182, Rückwand 184 oder beiden befestigt werden. Ein Teil des Heizelements 10, der nicht auf einem Teil der Spiegelbaugruppe 180 verteilt oder in diesen integriert ist, kann vorteilhafterweise mit allen hierin beschriebenen Verfahren an der Spiegelbaugruppe 180 festgeklebt oder befestigt werden. Zum Beispiel kann der Spiegel 182 oder die Rückwand 184 mit dem zweiten leitfähigen Medium 14 beschichtet werden, während das erste leitfähige Medium 12 auf das zweite leitfähige Medium 14 mit einem anderen Verfahren aufgebracht wird. Weiterhin wird in Betracht gezogen, dass der Spiegel 182 in Kontakt entweder mit dem ersten leitfähigen Medium, dem zweiten leitfähigen Medium oder beiden steht. Optional jedoch können eine oder mehrere Schichten (z. B. isolierend, schützend, andere oder eine Kombinationen derselben), wie hierin beschrieben, über das erste leitfähige Medium 12 nach Bedarf aufgebracht werden.
Beim Betrieb kann das Heizelement 10 so arbeiten, dass der Spiegel 182 in einer im Wesentlichen identischen Weise beheizt wird wie ein Sitz. Das Heizelement kann vorteilhaft beim Entfernen von Wasser in Form von Kondensation, Frost oder in anderer Form aus dem Spiegel 182 behilflich sein.
Betrieb
Beim Betrieb und unter Verweis auf 2 und 4 wird ein elektrischer Anschluss 102 mit einer positiven Klemme einer elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) verbunden, und der andere Anschluss 100 wird mit einer negativen Klemme der elektrischen Energiequelle verbunden. Wenn wiederum die Energiequelle elektrische Energie an das Heizelement 10 liefert, fließt ein elektrischer Strom von einem elektrischen Anschluss 100 zum Basisteil 74 des negativen Abschnitts 70 des ersten leitfähigen Mediums 12. Der Strom fließt dann zu den Erweiterungen 80 des negativen Abschnitts 70 und durch die Streifen 94 des zweiten leitfähigen Mediums 14 zu den Erweiterungen 82 des positiven Abschnitts 72 des ersten leitfähigen Mediums 12. Danach fließt der elektrische Strom zum und durch den Basisteil 76 des positiven Abschnitts 72 des ersten leitfähigen Mediums 12 und aus dem Heizelement 10 heraus durch den elektrischen Anschluss 102. Aufgrund des Widerstandes des zweiten leitfähigen Mediums 14 steigt die Temperatur der Streifen 94, wodurch der Sitz 140 und besonders der Rand 146 des Sitzes 140 erwärmt wird. Vorteilhafterweise weisen die Streifen 94 des zweiten leitfähigen Mediums 14 positive thermische Koeffizientenmerkmale auf, so dass die Streifen 94 selbstbegrenzend in Bezug darauf sind, wie warm sie werden. Genauer gesagt, steigt für eine bestimmte, an das zweite leitfähige Medium 14 angelegte Spannung der Widerstand des zweiten leitfähigen Mediums 14, was wiederum bewirkt, dass der durch das zweite leitfähige Medium 14 fließende Strom geringer wird, bis ein Gleichgewicht erreicht wird. Wie der Fachmann erkennen wird, können verschiedene Variablen, wie zum Beispiel die an das Heizelement angelegte Spannung, die Zusammensetzung des zweiten leitfähigen Mediums 14, die Größe und Konfiguration des zweiten leitfähigen Mediums 14 und andere, so variiert werden, dass das Gleichgewicht für das Medium 14 bei der gewünschten Wärmeabgabe erreicht wird. Es wird auch in Betracht gezogen, dass sich nach Gebrauch der Widerstand des zweiten leitfähigen Mediums um etwa 15 % bis etwa 25 verschieben (z. B. nach oben verschieben) kann. Wenn das der Fall ist, ist es normalerweise wünschenswert, die Konfiguration des zweiten leitfähigen Mediums so auszulegen, dass die Verschiebung berücksichtigt wird, während es die bevorzugte Wärmeabgabe liefert.
In bevorzugten Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem positiven Abschnitt des ersten leitfähigen Mediums und dem negativen Abschnitt des ersten leitfähigen Mediums (d.h. der Abstand, den das zweite leitfähige Medium zur Verbindung der Abschnitte überbrückt) so eingerichtet werden kann, dass er die Regulierung der Temperatur des zweiten leitfähigen Mediums, des Heizelements oder beider beim Betrieb unterstützt. In der bevorzugten illustrierten Ausführungsform sind die Erweiterungen 82 des positiven Abschnitts 72 normalerweise von den Erweiterungen 80 des negativen Abschnitts 70 durch einen Abstand von etwa 0,5 mm bis etwa 1 cm, stärker bevorzugt etwa 1,5 mm bis etwa 5 mm, am stärksten bevorzugt etwa 3 mm getrennt. Ebenfalls in der bevorzugten Ausführungsform erreichen das zweite leitfähige Medium 14, das Heizelement 10 oder beide eine Temperatur zwischen etwa 0,0 °C und etwa 100 °C, stärker bevorzugt zwischen etwa 25 °C und etwa 80 °C, am stärksten bevorzugt zwischen etwa 50 °C und etwa 70 °C.
Zusätzlich zu den bisherigen Ausführungsformen wird auch innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen, dass das Heizelement ein erstes leitfähige Medium enthalten kann, welches mindestens drei Abschnitte aufweist, die kammartig mit einem zweiten leitfähigen Medium verschränkt sind. In solcher Ausführungsform können alle drei Anschnitte des ersten leitfähigen Mediums elektrisch durch das zweite leitfähige Medium verbunden werden, wodurch die Fähigkeit zur Bildung mehrerer Heizungskreise bereitgestellt wird. Zum Beispiel können ein oder mehrere Schaltkreise zwischen einem ersten und zweiten Abschnitt, dem ersten und dritten Abschnitt, dem zweiten und dritten Abschnitt oder zwischen allen drei Abschnitten gebildet werden. Bei der Verwendung eines ersten leitfähigen Mediums, das mindestens drei Abschnitte besitzt, können zahlreiche Schaltkreise gezielt zwischen zwei beliebigen Abschnitten gebildet werden, die ein dazwischen liegendes zweites leitfähiges Medium besitzen. Es können bevorzugte Heizbereiche gebildet werden.
In dieser alternativen Ausführungsform wird ein Abschnitt des ersten leitfähigen Mediums mit einer ersten oder positiven Klemme verbunden, und ein weiterer Abschnitt wird mit einer zweiten oder negativen Klemme einer Stromversorgung zur Bildung eines ersten Heizkreises verbunden. Durch Verbinden noch eines weiteren Abschnitts des ersten leitfähigen Mediums mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgung kann ein zweiter Heizkreis zwischen diesem Abschnitt und einem anderen Abschnitt (z. B. den vorher genannten Abschnitten oder zusätzlichen Abschnitten) gebildet werden, der an eine entgegengesetzt gepolte Klemme angeschlossen wird.
Vorteilhafterweise kann das Schaltgerät, wie hier offenbart, dazu verwendet werden, gezielt die Abschnitte des ersten leitfähigen Mediums mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgung elektrisch zu verbinden. Weiterhin versteht es sich, dass die für den Träger diskutierten Materialien, das erste und das zweite leitfähige Medium in den folgenden Ausführungsformen ebenfalls richtig eingesetzt und wie vorher diskutiert werden können. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die folgenden Ausführungsformen eine Isolierschicht enthalten können, die aus denselben Materialien gebildet und auf den Träger, das leitfähige Medium oder eine Kombinationen derselben aufgetragen werden können, wie in den vorherigen Ausführungsformen beschrieben.
Dementsprechend, wie in 8 und 9 gezeigt (Bezugsnummern von 9 in Klammern), werden zwei Beispiele eines beispielhaften Heizelements 190 (290) illustriert, das mit einem ersten leitfähigen Medium 192 (292) konfiguriert wird, welches mindestens drei Abschnitte besitzt, die auf einen Träger 194 (294) aufgetragen werden. Die vorerwähnten mindestens drei Abschnitte enthalten einen ersten Abschnitt 202 (302), einen zweiten Abschnitt 204 (304) und einen dritten Abschnitt 206 (306). Vorzugsweise werden der erste, zweite und dritte Abschnitt 202, 204 und 206 (302, 304 und 306) jeweils mit einem Basisteil 208, 210 und 212 (308, 310 und 312) und einer Vielzahl von Erweiterungen 214, 216 und 218 (314, 316 und 318) konfiguriert, die sich jeweils vom Basisteil 208, 210 und 212 (308, 310 und 312) aus erstrecken.
Wie bei den anderen hierin enthaltenen Ausführungsformen wird in Betracht gezogen, dass jeder der ersten, zweiten und dritten Abschnitte 202, 204 und 206 (302, 304 und 306) weiterhin mit elektrischen Anschlüssen 220 (330) konfiguriert werden, die für den Anschluss der vorerwähnten mindestens drei Abschnitte an eine Energiequelle ausgelegt sind. Ein Steuergerät (z. B. ein Schaltgerät oder anderes Gerät) wird vorteilhaft dazu verwendet, die vorerwähnten mindestens drei Abschnitte mit einer positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgung zu verbinden.
Im Allgemeinen wird in Betracht gezogen, dass Abschnitte des ersten leitfähigen Mediums 192 (292) zum zweiten leitfähigen Medium 226 (326) durchgeschaltet werden. Zum Beispiel wird in Betracht gezogen, dass jede Erweiterung, jeder Basisteil oder andere Teil eines Abschnitts durch das Aufbringen des zweiten leitfähigen Mediums 226 (326) auf einen Teil des Trägers oder den ganzen Träger 194 (294) mit jeder anderen Erweiterung, jedem Basisteil oder anderem Teil eines Abschnitts verbunden werden kann. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird das erste leitfähige Medium 192 (292) auf den Träger 194 (294) aufgetragen und wird optional teilweise oder ganz durch ein zweites leitfähiges Medium 226 (326) abgedeckt. Ein geschlossener Schaltkreis kann erreicht werden durch elektrische Verbindung i) der Stromversorgung, ii) eines Abschnitts eines ersten leitfähigen Mediums, iii) des zweiten leitfähigen Mediums und iv) eines anderen Abschnitts eines ersten leitfähigen Mediums, wobei jeder geschlossene Schaltkreis unterschiedliche Teile des Heizelements erwärmen und/oder seine Wärmeabgabe ändern kann. Vorteilhafterweise kann ein Schaltgerät dazu verwendet werden, Strom gezielt durch das erste und zweite leitfähige Medium zu lenken.
Ein Benutzer kann zwei beliebige Abschnitte der vorerwähnten mindestens drei Abschnitte zum Erwärmen eines Bereichs des zweiten leitfähigen Mediums zwischen den zwei Abschnitten mit Energie versorgen. Analog kann ein Benutzer mehr als zwei Abschnitte der vorerwähnten mindestens drei Abschnitte mit Energie versorgen, um zusätzliche Bereiche des zweiten leitfähigen Mediums zu erwärmen und um so die Gesamtwärmeabgabe des Heizelements 190 (290) zu erhöhen.
Mit Verweis auf 8 in größerem Detail wird ein Teil des Heizelements 190 mit einem ersten leitfähigen Medium 192, das auf einen Träger 194 aufgebracht wurde, konfiguriert. Das erste leitfähige Medium 192 wird mit mindestens drei Abschnitten konfiguriert, nämlich dem ersten, zweiten und dritten Abschnitt 202, 204 und 206.
Der erste Abschnitt 202 ist vorzugsweise zentral angeordnet in Bezug auf die Breite des Trägers 194 und umfasst einen Basisteil 208, der sich entlang der Länge des Trägers 194 erstreckt. Quer zur Länge erstreckt sich eine Vielzahl beabstandeter Erweiterungen 214, die vorzugsweise schräg (z. B. im Wesentlichen senkrecht) zum ersten Basisteil 208 liegen. Vorteilhafterweise können sich die Erweiterungen von einer oder von beiden Seiten des ersten Basisteils 208 erstrecken und optional können Erweiterungen, die sich von einer Seite aus erstrecken, nach den Erweiterungen, die sich von der anderen Seite aus erstrecken, ausgerichtet sein oder gegenüber denselben stufenweise versetzt sein. Obwohl nicht gezeigt, wird der erste Abschnitt 202 mit einem Schaltgerät verbunden, das gezielt den ersten Abschnitt 202 entweder mit einer negativen oder einer positiven Klemme einer Stromversorgung verbindet.
Der zweite Abschnitt 204 umfasst zwei Basisteile 210, die sich in Längsrichtung des Trägers 194 erstrecken und vorzugsweise mit dem ersten Basisteil 208 übereinstimmen (z. B. im Wesentlichen parallel dazu liegen). Wie beim ersten Basisteil 208 werden die zweiten Basisteile 210 mit einer Vielzahl von beabstandeten Erweiterungen 216 konfiguriert, die sich quer zur Längsrichtung des Trägers 194 erstrecken und vorzugsweise schräg (z. B. im Wesentlichen senkrecht) zu den zweiten Basisteilen 210 liegen. Wie bei den ersten Erweiterungen 214 erstrecken sich die zweiten Erweiterungen 216 von beiden Seiten der zweiten Basisteile 210 aus. Im Gegensatz zu den ersten Erweiterungen 214 erstrecken sich die zweiten Erweiterungen 216 jedoch von einer Seite der Basisteile 210, sie werden als versetzt gegenüber den Erweiterungen 216 gezeigt, die sich von der anderen Seite der Basisteile 210 aus erstrecken, können sich aber alternativ auch in einer ausgerichteten Anordnung befinden.
Die beabstandeten zweiten Erweiterungen 216 liegen vorteilhafterweise zwischen den ersten Erweiterungen 214 und befinden sich in einer doppelkammartigen Konfiguration. Die erste und zweite Erweiterung sind voneinander beabstandet, und dazwischen liegen die Streifen des zweiten leitfähigen Mediums 226 oder anderes, die vorzugsweise mindestens einen Teil der ersten und zweiten Erweiterungen 214, 216 überlappen. In der gezeigten Ausführungsform bildet das zweite leitfähige Medium 226, das sich zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 214, 216 befindet, einen ersten Erwärmungsbereich 228. Beide zweite Basisteile 210 werden mit einem Schaltgerät verbunden, das gezielt den zweiten Abschnitt 204 mit der Klemme der entgegengesetzten Polung, mit dem ersten Abschnitt 202 verbinden kann.
Der dritte Abschnitt 206 umfasst einen einzigen dritten Basisteil 212, der sich über den Umfang von mindestens einem Teil des Trägers 194 und stärker bevorzugt über den größten Teil des Umfangs erstreckt. Jedoch sollte klar erkannt werden, dass der dritte Basisteil sich nicht notwendigerweise über den größten Teil des Umfangs erstrecken muss, da der dritte Basisteil 212 in zwei oder mehr dritte Basisteile 212 aufgeteilt werden kann. Wie beim ersten und zweiten Basisteil 206, 208 wird der dritte Basisteil 212 mit einer Vielzahl von beabstandeten Erweiterungen 218 konfiguriert, die sich quer zur Längsrichtung des Trägers 194 erstrecken und vorzugsweise schräg (z. B. im Wesentlichen senkrecht) zum dritten Basisteil 212 liegen. In dieser beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die dritten Erweiterungen 218 von einer Seite der dritten Basisteile aus. Bei dieser Konfiguration erstrecken sich die Erweiterungen des dritten Abschnitts nach innen zu den zweiten Basisteilen hin und liegen so doppelkammartig zwischen den zweiten Erweiterungen 216, die sich zum dritten Basisteil hin erstrecken.
Die zweiten und dritten Erweiterungen 216, 218 sind voneinander beabstandet, und dazwischen liegen die Streifen des zweiten leitfähigen Medi ums 226 oder anderes, das vorzugsweise mindestens einen Teil der zweiten und dritten Erweiterungen 216, 218 überlappt. Das zweite leitfähige Medium 226, das sich zwischen den zweiten und dritten Erweiterungen 216, 218 befindet, bildet einen zweiten Erwärmungsbereich 230. Der dritte Basisteil 212 wird mit einem Schaltgerät verbunden, das gezielt den dritten Abschnitt 206 mit der Klemme der entgegen gesetzten Polung, entweder mit dem ersten Abschnitt 202 oder mit dem zweiten Abschnitt 204 verbindet. Der dritte Basisteil 212 wird vorzugsweise gezielt mit der Klemme verbunden, die eine entgegengesetzte Polung als der zweite Abschnitt 204 besitzt.
Mit Verweis auf 9 im größeren Detail wird ein Teil des Heizelements 290 mit einem ersten leitfähigen Medium 292, das auf einen Träger 294 aufgebracht wurde, konfiguriert. Wie bei der beispielhaften Ausführungsform, die in 8 illustriert ist, wird das erste leitfähige Medium 292 wird mit mindestens drei Abschnitten konfiguriert, nämlich dem ersten, zweiten und dritten Abschnitt 302, 304 und 306. In dieser Konfiguration gibt es jedoch mindestens eine Überlappung zwischen den mindestens drei Abschnitten.
Der erste Abschnitt 302 ist vorzugsweise zentral angeordnet in Bezug auf den zweiten und dritten Abschnitt 304, 306 und umfasst einen Basisteil 308, der sich entlang der Länge des Trägers 294 erstreckt. Quer zur Länge des Trägers 294 erstreckt sich eine Vielzahl von beabstandeten Erweiterungen 314 (obwohl nur eine gezeigt wird), die vorzugsweise schräg (z. B. im Wesentlichen senkrecht) zum ersten Basisteil 308 liegen. Die Erweiterungen 314 werden als sich von einer Seite des ersten Basisteils 308 aus erstreckend gezeigt, können sich aber von einer oder beiden Seiten des ersten Basisteils 308 aus erstrekken. Vorzugsweise ist der erste Abschnitt 302 durch einen elektrischen Anschluss 320, der gezielt den ersten Abschnitt 302 entweder mit einer negativen oder einer positiven Klemme einer Stromversorgung verbindet, an ein Schaltgerät angeschlossen.
Der zweite Abschnitt 304 umfasst einen zweiten Basisteil 310, der sich entlang der Längskante des Trägers 294 erstreckt. Der zweite Basisteil 310 wird als im Wesentlichen übereinstimmend mit (z. B. parallel zu) und benachbart zum ersten Basisteil 308 gezeigt, obwohl dies nicht notwendigerweise erforderlich ist. Der zweite Abschnitt 302 wird normalerweise durch einen elektrischen Anschluss 322, der gezielt den zweiten Abschnitt 302 mit einer negativen oder einer positiven Klemme einer Stromversorgung verbindet, an ein Schaltgerät angeschlossen. Vorzugsweise wird der zweite Abschnitt 302 gezielt mit einer anderen Klemme als der erste Abschnitt 302 verbunden (z. B. wird der erste Abschnitt gezielt mit einer positiven Klemme verbunden, wenn der zweite Abschnitt mit einer negativen Klemme verbunden ist, und umgekehrt). Wie beim ersten Basisteil 308 werden die zweiten Basisteile 310 mit einer Vielzahl von beabstandeten Erweiterungen 316 konfiguriert, die sich quer zur Längsrichtung des Trägers 294 erstrecken, und die Erweiterungen 316 liegen vorzugsweise schräg (z. B. im Wesentlichen senkrecht) zum zweiten Basisteil 310. Aufgrund der zentralen Lage des ersten Abschnitts 302 (z. B. zwischen den zweiten und dritten Erweiterungen) werden die zweiten Erweiterungen 316 mit einer Überlappung des ersten Basisteils 308 gezeigt.
In einer Konfiguration können der erste Basisteil 308 und die zweiten Erweiterungen 316 in direktem Kontakt miteinander stehen. Jedoch sind in einer bevorzugten Anordnung der erste Basisteil 308 und die zweiten Erweiterungen 316 durch einen Abstandshalter 332 voneinander beabstandet. Ein Beispiel eines Abstandshalters 332 umfasst ein im Wesentlichen nichtleitendes oder elektrisch isolierendes Material, das sich zwischen dem ersten Basisteil 308 und den zweiten Erweiterungen 316 befindet. Obwohl nichtleitende Materialien, die für eine solche Anwendung zur Verfügung stehen, zahlreich sind, sind eine paar Beispiele Glas, Kunststoff, Gummi, elastomere oder polymere Materialien oder anderes, und diese können mit jedem hierin enthaltenen Verfahren oder anderweitig aufgetragen werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Material, das vorher für die Isolierschicht beschrieben wurde, eingesetzt werden kann.
In einem anderen Beispiel kann der Abstandshalter 332 eine Schicht eines zweiten leitfähigen Mediums 326 umfassen. In solch einer Konfiguration kann der Abstandshalter bei Anlegen eines Stroms, der durch den Abstandshalter (z. B. zweites leitfähige Medium 326) vom ersten Basisteil 308 zu den zweiten Erweiterungen 316 fließt oder umgekehrt, Wärme entwickeln.
Die mit Abstand angeordneten zweiten Erweiterungen 316 liegen vorteilhafterweise zwischen den ersten Erweiterungen 314 und befinden sich in einer doppelkammartigen Konfiguration. Die erste und zweite Erweiterung sind voneinander beabstandet, und dazwischen liegen die Streifen des zweiten leitfähigen Mediums 326 oder anderes, die vorzugsweise mindestens einen Teil der ersten und zweiten Erweiterungen 314, 316 überlappen. Das zweite leitfähige Medium 326, das sich zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 314, 316 befindet, bildet einen ersten Erwärmungsbereich 328. Beide zweite Basisteile 310 werden mit einem Schaltgerät verbunden, das gezielt den zweiten Abschnitt 304 mit der Klemme verbindet, die eine entgegengesetzte Polung zum ersten Abschnitt 302 besitzt.
Der dritte Abschnitt 306 umfasst einen Basisteil 312, der sich entlang einer Längskante, gegenüber dem zweiten Basisteil 310, des Trägers 294 erstreckt und mit dem ersten Basisteil 308 übereinstimmt (z. B. parallel zu demselben ist). Vorzugsweise ist der dritte Abschnitt 304 durch einen elektrischen Anschluss 324, der gezielt den dritten Abschnitt 304 entweder mit einer negativen oder einer positiven Klemme einer Stromversorgung verbindet, an ein Schaltgerät angeschlossen. Vorzugsweise wird der dritte Abschnitt 306 an eine entgegengesetzt gepolte Klemme angeschlossen, die nicht die des zweiten Abschnitts 304 ist, obwohl dies nicht gefordert ist.
Wie beim ersten und zweiten Basisteil 306, 308 wird der dritte Basisteil 312 mit mehreren beabstandeten Erweiterungen 318 konfiguriert, die sich quer zur Längsrichtung des Trägers 294 erstrecken und vorzugsweise schräg (z. B. im Wesentlichen senkrecht) zum dritten Basisteil 312 liegen. In der dargestellten Konfiguration erstrecken sich die Erweiterungen zu den ersten und zweiten Basisteilen 308, 310 hin und liegen zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 314, 316.
Die beabstandeten dritten Erweiterungen 318 liegen vorteilhafterweise zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 314, 316 und befinden sich in einer doppelkammartigen Konfiguration. Die zweiten und dritten Erweiterungen 316, 318 sind voneinander beabstandet, und dazwischen liegen die Streifen eines zweiten leitfähigen Mediums 326, das vorzugsweise mindestens einen Teil der zweiten und dritten Erweiterungen 316, 318 überlappt. Das zweite leitfähige Medium 326, das sich zwischen den zweiten und dritten Erweiterungen 316, 318 befindet, bildet einen zweiten Erwärmungsbereich 330. Der dritte Basisteil 312 wird mit einem Schaltgerät verbunden, das gezielt den dritten Abschnitt 306 mit der Klemme der entgegengesetzten Polung, entweder mit dem ersten Abschnitt 302 oder mit dem zweiten Abschnitt 304 verbindet. Der dritte Basisteil 312 wird jedoch vorzugsweise gezielt mit der Klemme verbunden, die eine entgegengesetzte Polung als der zweite Abschnitt 304 besitzt, obwohl dies nicht gefordert wird.
Es sollte klar erkannt werden, dass die in 8 und 9 gezeigten Muster sich über einen Teil des Trägers oder des ganzen Trägers wiederholen können. Es sollte auch klar erkannt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform, die in 8 und 9 gezeigt wird, mit beliebigen hierin offenbarten Vorteilen konfiguriert werden kann. Zum Beispiel können alle Materialien, Muster, Verfahren, zusätzlichen Merkmale oder anderes, wie vorher in einer anderen hierin enthaltenen Ausführungsform oder anderweitig diskutiert, in die beispielhaften Ausführungsformen aufgenommen werden, die in 8 und 9 enthalten sind. Analog können alle in 8 und 9 offenbarten Merkmale ganz oder zum Teil in eine andere Ausführungsform oder ein anderes hierin enthaltenes Beispiel einbezogen werden, um die vorliegende Erfindung zu bilden.
Betrieb der Heizelemente von 8 und 9
Wendet man sich einer Diskussion des Betriebs zu, so wird unter Verweis auf die in 8 gezeigte beispielhafte Ausführungsform das Heizelement 190 so illustriert, dass es einen Schaltungsaufbau besitzt, der für die Wahl von einem oder mehreren zu erwärmenden Bereichen, die Regulierung der vom Heizelement 190 abgegebenen Wärmemenge oder eine Kombinationen derselben konfiguriert ist. Wie vorher diskutiert, wird das Heizelement 190 mit einem ersten leitfähigen Medium 192 konfiguriert, das mindestens drei Abschnitte 202, 204 und 206 besitzt, zwischen denen ein zweites leitfähiges Medium 226 liegt und die gezielt mit einer positiven oder negativen Klemme eines Stromversorgungsgerätes verbunden werden. Zwei beliebige Abschnitte des ersten leitfähigen Mediums 192, die an entgegengesetzt gepolte Klemmen einer Stromversorgung angeschlossen werden, bilden einen Schaltkreis, der damit Wärme in dem Bereich erzeugt, der sich dazwischen befindet.
In einer ersten Betriebsart verbindet ein Schaltgerät (nicht gezeigt) elektrisch den ersten Abschnitt 202 des ersten leitfähigen Mediums 192 mit einer positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und verbindet den zweiten Abschnitt 204 mit der anderen Klemme. Die Verbindung erzeugt einen Stromkreis für den Fluss des elektrischen Stroms zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 202, 204 durch das zweite leitfähige Medium 226. Wie vorher diskutiert, führt das Fließen des Stroms durch das zweite leitfähige Medium 226 zur Erzeugung von Wärme im zweiten leitfähigen Medium 226, das sich zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt 202, 204 befindet, wodurch der erste erwärmte Bereich 228 erzeugt wird. Wie ebenfalls vorher diskutiert wurde, hängt die Menge der Wärmeabgabe normalerweise von der Konfiguration des Stromkreises ab, wie zum Beispiel den Abmessungen (z. B. Breite, Dicke usw.) der leitfähigen Materialien, den Eigenschaften (z. B. Leitfähigkeit, PTC-Kennwerte oder dergleichen) des zweiten leitfähigen Mediums, dem auf das zweite leitfähige Medium angelegten Strom oder anderes.
In der speziellen illustrierten Ausführungsform wird der erste erwärmte Bereich 228 im Allgemeinen definiert durch das zweite leitfähige Medium, das sich zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 214, 216 befindet. Der erste erwärmte Bereich kann als solcher in der ersten Betriebsart der beispielhaften Ausführungsform von 8 als die Fläche betrachtet werden, die sich zwischen der obersten ersten Erweiterung 214 und der untersten zweiten Erweiterung 216 befindet. Es sollte jedoch klar erkannt werden, dass die Definition des erwärmten Bereichs vom Stromfluss durch das zweite leitfähige Medium 226 abhängt. Alternative Anwendungen des zweiten leitfähigen Mediums als solches oder die Änderung der Richtung oder Stärke des Stroms oder anderes können den Ort oder die Größe des ersten erwärmten Bereichs 228 verändern. Zum Beispiel kann der erste erwärmte Bereich 228, bei den ersten Erweiterungen 214, die sich von beiden Seiten des ersten Basisteils 208 aus erstrekken, mit der dazwischen liegenden zweiten Erweiterung 216, das zweite leitfähige Medium 226 umfassen, das zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 214, 216 auf einer der beiden Seiten des ersten Basisteils 208 oder auf beiden Seiten liegt. Alternativ kann der erste erwärmte Bereich 228, falls gewünscht, in zwei separate Wärmebereiche aufgeteilt werden. In diesem Beispiel wird in Betracht gezogen, dass ein oder beide zweite Basisteile 210 elektrisch mit einer Klemme einer Stromversorgung verbunden sind, die der des ersten Basisteils 208 entgegengesetzt ist.
In einer zweiten Betriebsart verbindet das Schaltgerät gezielt den ersten Abschnitt 202 des ersten leitfähigen Mediums 192 mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und den dritten Abschnitt 206 mit der anderen Klemme. Diese Verbindung erzeugt einen Stromkreis zwischen den ersten und zweiten Abschnitten 202, 206 über das zweite leitfähige Medium 226, was zur Erwärmung des dazwischen liegenden zweiten leitfähigen Mediums 226 führt. So wird in dieser Betriebsart ein zweiter erwärmter Bereich 234 erzeugt.
In einer detaillierteren Diskussion der zweiten Betriebsart fließt der Strom, wenn er die ersten Erweiterungen 214 verlässt, durch das zweite leitfähige Medium 226, durch den nicht angeschlossenen zweiten Abschnitt 204 und/oder die Erweiterungen desselben, wieder durch das zweite leitfähige Medium 226 und in die dritte Erweiterung 218. Natürlich werden auch alternative Stromwege innerhalb des Geltungsbereiches der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen. Zum Beispiel kann das zweite leitfähige Medium 226 elektrisch den zweiten Abschnitt (z. B. durch die Verwendung von Isoliermaterialien) überbrücken. In solch einer Ausführungsform könnte der zweite Wärmebereich 234 durch die Fläche zwischen den ersten und dritten Erweiterungen 214, 218 im Allgemeinen definiert werden. Der zweite erwärmte Bereich 234, mit den ersten Erweiterungen 214, die sich von beiden Seiten des ersten Basisteils 208 aus erstrekken, mit den benachbart angeordneten dritten Erweiterungen 218, kann auch das zweite leitfähige Medium 226 enthalten, das zwischen den ersten und dritten Erweiterungen 214, 218 auf einer der beiden Seiten des ersten Basisteils 208 oder auf beiden Seiten liegt. Alternativ kann der zweite erwärmte Bereich 234, falls gewünscht, in zwei separate Wärmebereiche aufgeteilt werden. Es wird in Betracht gezogen, dass ein oder beide dritte Basisteile 212 gezielt elektrisch mit einer Klemme einer Stromversorgung verbunden sind, die der des ersten Basisteils 208 entgegengesetzt ist.
In dieser zweiten Betriebsart ist erkennbar, dass nicht nur der Wärmebereich sich in Lage und Größe verändert, sondern auch die erzeugte Wärmemenge aufgrund des Unterschieds in Fläche oder Menge des dem zugeführten Strom ausgesetzten zweiten leitfähigen Mediums 226 variieren kann.
In einer dritten Betriebsart verbindet das Schaltgerät gezielt den zweiten Abschnitt 204 mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und den dritten Abschnitt 206 mit der anderen Klemme. Dadurch wird ein Stromkreis zwischen den zweiten und dritten Erweiterungen 216, 218 durch das zweite leitfähige Medium 226 erzeugt, was zur Erwärmung des da zwischen liegenden zweiten leitfähigen Mediums führt. So wird der dritte erwärmte Bereich 230 erzeugt.
Ähnlich dem ersten erwärmten Bereich 228 wird der zweite erwärmte Bereich allgemein durch das zweite leitfähige Medium definiert, das sich zwischen den zweiten und dritten Erweiterungen 216, 218 befindet, und kann jede dort dazwischen liegende Erweiterung einschließen. Der erwärmte Bereich kann in der dritten Betriebsart als die Fläche betrachtet werden, die sich zwischen den obersten zweiten Erweiterungen 216 und den untersten dritten Erweiterungen 218 befindet. Es sollte jedoch klar erkannt werden, wie vorher diskutiert, dass die Definition des erwärmten Bereichs vom Stromfluss durch das zweite leitfähige Medium 226 abhängt. Wieder kann, ähnlich wie bei der ersten Betriebsart, bei den zweiten Erweiterungen 216, die sich von beiden Seiten des zweiten Basisteils 210 aus mit dazwischen liegenden dritten Erweiterungen 218 erstrecken, der dritte erwärmte Bereich 230 das zweite leitfähige Medium 226 umfassen, das sich zwischen den zweiten und dritten Erweiterungen 214, 218 benachbart entweder zum zweiten Basisteil 210 oder zu beiden Basisteilen 210 befindet. Alternativ kann der zweite erwärmte Bereich 234, falls gewünscht, in zwei separate Wärmebereiche aufgeteilt werden. Es wird in Betracht gezogen, dass ein oder beide zweite oder dritte Basisteile 210, 212 gezielt elektrisch mit einer Klemme einer Stromversorgung verbunden sind, die der der zweiten oder dritten Basisteile 210, 212 entgegengesetzt ist.
In der dritten Betriebsart ist die Wärmeabgabe wahrscheinlich ähnlich oder identisch mit der Wärmeabgabe der ersten Betriebsart aufgrund der Ähnlichkeit der räumlichen Beziehungen und der Menge des zweiten leitfähigen Mediums 226, das sich zwischen den Erweiterungen 216, 218 befindet. Jedoch können unterschiedlich konfigurierte Abschnitte und/oder Materialien zu variablen unterschiedlichen Wärmeabgaben führen.
In einer vierten Betriebsart verbindet das Schaltgerät gezielt die ersten und dritten Abschnitte 202 und 206 mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und den zweiten Abschnitt 206 mit der anderen Klemme. Dadurch wird ein Stromkreis zwischen der ersten und zweiten Erweiterung 214, 216 und der zweiten und dritten Erweiterungen 216, 218 durch das zweite leitfähige Medium 226 erzeugt. Diese Betriebsart ist im Wesentlichen dieselbe wie oder ähnlich dem gleichzeitigen Betrieb der ersten und dritten Betriebsart, weil die ersten und zweiten Wärmebereiche 228, 230 zumindest teilweise zur selben Zeit erwärmt werden. Die Wärmeabgabe in der vierten Betriebsart kann die Summe der Abgabe in der ersten und dritten Betriebsart sein (z. B. annähernd Wärmeabgabe verdoppeln). Natürlich wird bei einer solchen Summierung der Wärmeabgaben angenommen, dass dieselben Stromstärken durch das zweite leitfähige Medium 226 wie in der ersten und dritten Betriebsart fließen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass verschiedene Spannungsniveaus angelegt werden können, um verschiedene Wärmeabgabewerte zu erhalten.
Bei gezielter Anwendung der vier Betriebsarten, wie oben beschrieben, besteht die Möglichkeit, zahlreiche Niveaus der Wärmeabgabe zu erhalten. Zum Beispiel kann das niedrigste Wärmeabgabeniveau den zweiten Wärmebereich 234 auf einer Seite des ersten Basisteils 208 aufgrund der verringerten Menge des zweiten leitfähigen Mediums 226 umfassen, das einem elektrischen Strom ausgesetzt wird, im Vergleich zu anderen Wärmebereichen (z. B. 228, 230). Ein höheres Niveau der Wärmeabgabe können die zweiten Wärmebereiche 234 umfassen, die sich auf beiden Seiten des ersten Basisteils 208 befinden. Ein noch höheres Niveau der Wärmeabgabe kann den ersten Wärmebereich 228 oder den dritten Wärmebereich 230 umfassen, wie oben beschrieben, oder Kombinationen derselben. Es sollte erkennbar sein, dass die zahlreichen Wärmeabgabeniveaus mit den drei Wärmebereichen erzeugt werden können. Es sollte auch erkennbar sein, dass dies nur eine Stromkreiskonfiguration der vorliegenden Erfindung ist und dass mit dem Hinzufügen von anderen Konfigurationen die Möglichkeit entsteht, noch mehr Konfigurationen und Wärmeabgabeniveaus zu erzeugen.
Unter Verweis auf die in 9 gezeigte beispielhafte Ausführungsform wird das Heizelement 190 wieder so illustriert, dass es Schaltkreise besitzt, die für die Wahl von einem oder mehreren zu erwärmenden Bereichen, einer oder mehreren vom Heizelement 190 abgegebenen Wärmemengen oder eine Kombinationen derselben konfiguriert sind. Wie vorher diskutiert, wird das Heizelement 190 mit einem ersten leitfähigen Medium 192 konfiguriert, das mindestens drei Abschnitte 202, 204 und 206 besitzt, zwischen denen ein zweites leitfähiges Medium 226 liegt und die gezielt mit einer positiven oder negativen Klemme eines Stromversorgungsgerätes verbunden werden. Zwei beliebige Abschnitte des ersten leitfähigen Mediums 194, die an entgegengesetzt gepolte Klemmen einer Stromversorgung angeschlossen werden, können einen Schaltkreis bilden, der damit Wärme in dem dazwischen liegenden Bereich erzeugt.
Wie diskutiert, enthält das Heizelement 290 von 9 eine Überlappung seiner Abschnitte, und die überlappenden Teile können einen dazwischen befindlichen Abstandshalter 332 enthalten, der den Strom daran hindert, einen Kurzschlussweg zu nehmen oder zu nicht erwünschten Stellen zu fließen oder anderes. Allerdings ist es gelegentlich wünschenswert, die überlappenden Teile der ersten und zweiten Abschnitte 302, 304 elektrisch zu verbinden oder alternativ ein zweites leitfähiges Medium 326 dazwischen zu legen, um noch einen weiteren Erwärmungsbereich zu erzeugen.
Der Abstandshalter 332 umfasst ein im Wesentlichen nichtleitendes Material, sodass entgegengesetzte Ströme durch die überlappenden Teile der ersten und zweiten Abschnitte 302, 304 fließen können, ohne einen Kurzschluss zu verursachen oder auf andere Weise den Stromfluss zu stören.
In einer ersten Betriebsart verbindet ein Schaltgerät (nicht gezeigt) elektrisch den ersten Abschnitt 302 des ersten leitfähigen Mediums 292 mit einer positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und verbindet den zweiten Abschnitt 304 mit der anderen Klemme. Die Verbindung erzeugt einen Schaltkreis zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 302, 304 durch das zweite leitfähige Medium 326 und erzeugt den ersten Wärmebe reich 328. Der erste erwärmte Bereich wird im Allgemeinen durch das zweite leitfähige Medium 326 festgelegt, das sich zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 314, 316 befindet, kann aber anders definiert werden.
In einer zweiten Betriebsart verbindet das Schaltgerät gezielt den ersten Abschnitt 302 mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und den dritten Abschnitt 306 mit der anderen Klemme. Diese Verbindung führt zur Erwärmung des zweiten leitfähigen Mediums 326, das sich zwischen den ersten und zweiten Erweiterungen 314, 316 und den zweiten und dritten Erweiterungen 316 und 318 befindet. Daher erzeugen in dieser Konfiguration die erwärmten Bereiche 328 und 330 Wärme, wenn der Strom von den ersten Erweiterungen 314 durch das zweite leitfähige Medium 326, durch die nicht angeschlossenen zweiten Erweiterungen 316, wieder durch das zweite leitfähige Medium 326 und in die dritten Erweiterungen 318 fließt.
Geht man von einem Durchgang in dem illustrierten Verlaufsmuster des Heizelements aus, so kann diese Betriebsart dazu führen, dass alle Streifen des leitfähigen Materials erwärmt werden. Jedoch kann bei unterschiedlichen Anordnungen der Erweiterungen oder bei Unterbrechungen beim Auftragen des zweiten leitfähigen Mediums 326 die Erwärmung des gesamten Trägers 294 geringer als vollständig ausfallen.
In einer dritten Betriebsart verbindet das Schaltgerät gezielt den zweiten Abschnitt 304 mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und den dritten Abschnitt 306 mit der anderen Klemme. Diese Verbindung führt zur Erwärmung des zweiten leitfähigen Mediums 326, das sich zwischen den zweiten und dritten Erweiterungen 304, 306 befindet, und somit zur Erzeugung eines erwärmten Bereiches 330. Geht man von der Größe und den räumlichen Ähnlichkeiten zwischen der zweiten und dritten Erweiterung aus, verglichen mit der ersten und zweiten Erweiterung, kann die Wärmeabgabe in dieser Betriebsart der in der ersten Betriebsart ähnlich sein. Natürlich können Änderungen in der Größe und den räumlichen Verhältnissen zu unterschiedlichen Wärmeabgaben führen.
In einer vierten Betriebsart verbindet das Schaltgerät gezielt die ersten und dritten Abschnitte 302 und 306 mit der positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgungsquelle und den zweiten Abschnitt 304 mit der anderen Klemme. Diese Konfiguration führt dazu, dass das zweite leitfähige Medium 326, das sich zwischen der ersten und zweiten Erweiterung 314, 316 und der zweiten und dritten Erweiterung 316, 318 befindet, erwärmt wird, z. B. der erste und zweite Wärmebereich 328, 330.
Die in der vierten Betriebsart erzeugte Wärmemenge kann der Wärmemenge der zweiten Betriebsart ähnlich sein oder auch nicht, abhängig von der Menge des zweiten leitfähigen Mediums 326, die einem Strom ausgesetzt wird, dem Abstand zwischen den Erweiterungen oder anderen oder Kombinationen derselben. Jedoch wird im Gegensatz zur zweiten Betriebsart in Betracht gezogen, dass die Stärke des durch den Stromkreis fließenden Stroms sich aufgrund der zusätzlichen Erweiterung (z. B. zweite Erweiterung 314) mit Stromfluss erhöht. Die abgegebene Wärmemenge kann sich erhöhen, oder die benötigte Zeit, um das Heizelement zu erwärmen, kann sich verringern oder beides.
Es sollte klar erkannt werden, dass die in 8 und 9 illustrierten Schaltkreise den ganzen oder einen Teil eines gegebenen Heizstromkreises umfassen können. Analog können die Schaltkreise miteinander oder mit anderen Schaltkreisen kombiniert werden, um das Heizelement der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Obwohl das zweite leitfähige Medium zwischen allen Erweiterungen dargestellt wird, sollte klar erkannt werden, dass das zweite leitfähige Medium gezielt zwischen den Erweiterungen aufgetragen werden kann, wodurch der Stromfluss durch die Abschnitte des Heizelements, das zweite leitfähige Medium oder beides verändert wird.
Obwohl die illustrierten Heizelemente zwei oder drei Abschnitte enthalten, wird in Betracht gezogen, dass die Heizelemente mit mehr als drei oder weni ger als zwei Abschnitten konfiguriert werden können, die gezielt an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen werden können.
Weiterhin wird in Betracht gezogen, dass der durch die hierin enthaltenen Schaltkreise fließende Strom kontrollierbar verändert werden kann, um die gewünschte Wärmeabgabe zu erreichen. Zum Beispiel kann ein Steuergerät genutzt werden, um eine erste Spannung an das Heizelement in einer ersten Betriebsart anzulegen, und eine zweite Spannung in einer zweiten Betriebsart anzulegen, die höher oder niedriger als die erste Spannung sein kann. Als solche kann die Zufuhr von Energie zum Schaltkreis schwanken, was die Wärmeabgabe des Heizelements weiter variieren kann.
In diesen späteren Ausführungsformen, wie beispielhaft durch 8 und 9 dargestellt, wird in Betracht gezogen, dass jedes der zusätzlichen Merkmale, die im Heizelement der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wie bei anderen hierin enthaltenen Ausführungsformen diskutiert, auch bei diesen späteren Ausführungsformen verwendet werden können. Zum Beispiel können zusätzliche Schichten verwendet werden, die Isolier-, Klebe- oder Schutzschichten enthalten können. Analog können diese späteren Ausführungsformen in jeder Anwendung, wie sie hierin enthalten ist, eingesetzt werden (z. B. Sitze, Spiegel, Lenkräder oder anderes).
Wenn nicht anders angegeben, haben die hier abgebildeten Abmessungen und Geometrien verschiedener Konstruktionen nicht den Zweck, die Erfindung einzuschränken, und es sind andere Abmessungen oder Geometrien möglich. Mehrere Baugruppen können durch eine einzige integrierte Struktur bereitgestellt werden. Alternativ kann eine einzige integrierte Struktur in mehrere getrennte Komponenten unterteilt werden. Während ein Merkmal der vorliegenden Erfindung vielleicht im Zusammenhang mit nur einer illustrierten Ausführungsform beschrieben wurde, kann ein solches Merkmal weiterhin mit einem oder mehreren anderen Merkmalen von anderen Ausführungsformen für eine gegebene Anwendung kombiniert werden. Aus dem Obigen ist auch zu erkennen, dass die Herstellung der einzigartigen Strukturen hierin und der Be trieb derselben ebenfalls Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellen.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist offenbart worden. Ein Fachmann würde jedoch erkennen, dass bestimmte Modifikationen unter die Lehren der vorliegenden Erfindung fallen. Daher sollten die nachfolgenden Ansprüche geprüft werden, um den wahren Umfang und Gehalt der Erfindung zu bestimmen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Heizelement (10) für ein Kraftfahrzeug oder ein anderes Erzeugnis offenbart. Das Heizelement (10) enthält normalerweise ein erstes leitfähiges Medium (12) und ein zweites leitfähiges Medium (14), die auf einem Träger (18) verteilt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erste leitfähige Medium (12) einen ersten Abschnitt (70) und einen zweiten Abschnitt (72), die elektrisch durch ein zweites leitfähiges Medium (14) verbunden werden. Das zweite leitfähige Medium (14) weist vorzugsweise einen positiven thermischen Effekt auf.

Claims

Erzeugnis, umfassend: einen Träger des Erzeugnisses, wobei der Träger eine Oberfläche besitzt, ein Heizelement, das auf der Oberfläche liegt, wobei das Heizelement Folgendes enthält: i) einen Träger, ii) ein erstes leitfähiges Medium, das auf dem Träger verteilt ist, wobei das erste leitfähige Medium Folgendes enthält: 1) einen ersten Abschnitt, der eine Vielzahl von ersten Erweiterungen besitzt, wobei der erste Abschnitt ein negativer Abschnitt ist, 2) einen zweiten Abschnitt, der eine Vielzahl von zweiten Erweiterungen besitzt, wobei der zweite Abschnitt ein positiver Abschnitt ist, iii) ein zweites leitfähiges Medium, das den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt elektrisch miteinander verbindet.
Erzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Heizelements und das erste leitfähige Medium zusammen mindestens eine Kontur definieren, die sich um eine Kontur des Erzeugnisses legt.
Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Heizelements eine Sanduhrform besitzt.
Erzeugnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Heizelements eine zentral gelegene Öffnung besitzt, die benachbart der mindestens einen Kontur definiert ist.
Erzeugnis nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement auf dem Träger des Erzeugnisses derart befestigt ist, dass das Heizelement sich um die mindestens eine Kontur des Trägers legt.
Erzeugnis nach Anspruch 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine erste Längskante gegenüber von einer zweiten Längskante enthält, wobei sowohl die erste als auch die zweite Längskante eine Vertiefung besitzt, wobei die Vertiefung der ersten Kante dabei hilft, die mindestens eine Kontur zu definieren.
Erzeugnis nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement einen ersten elektrischen Anschluss und einen zweiten elektrischen Anschluss enthält.
Erzeugnis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzigen elektrischen Anschlüsse die ersten und zweiten elektrischen Anschlüsse sind.
Erzeugnis nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Medium eine Vielzahl von Streifen umfasst, wobei jeder Streifen eine aus der Vielzahl der ersten Erweiterungen und eine aus der Vielzahl der zweiten Erweiterungen überlappt, wobei sich die Vielzahl der Streifen im Wesentlichen auch parallel zu den ersten und zweiten Erweiterungen erstreckt.
Erzeugnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Streifen im Wesentlichen gleichmäßig beabstandet ist.
Erzeugnis nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Streifen der Vielzahl von Streifen im Wesentlichen dieselbe Form besitzt.
Erzeugnis nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Streifen eine im Wesentlichen kontinuierliche Dichte besitzt.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 – 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Heizelements aus einem Material mit einer dielektrischen Konstante größer als 1 gebildet ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 – 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Heizelements aus einem Material mit einer Bruchdehnung größer als 15 % gebildet ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 – 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Heizelements aus einem Material mit einer Bruchdehnung größer als 50 % gebildet ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 – 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Medium ein PTC-Material ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 – 7 oder 12 – 16, das weiterhin Folgendes umfasst: einen dritten Abschnitt, der vom ersten und zweiten Abschnitt beabstandet ist und wobei das zweite elektrisch leitfähige Medium den ersten, zweiten und dritten Abschnitt elektrisch verbindet und wobei mindestens zwei der ersten, zweiten und dritten Abschnitte gezielt mit einer positiven oder negativen Klemme einer Stromversorgung elektrisch verbunden werden.
Erzeugnis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Verbindung der mindestens drei Abschnitte mit der positiven oder negativen Klemme der Stromversorgung bewirkt, dass das Heizelement selektiv mindestens drei Wärmeabgabeniveaus besitzt.
Erzeugnis nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Verbindung des ersten, zweiten und dritten Abschnitts mit der positiven oder negativen Klemme der Stromversorgung bewirkt, dass das Heizelement unterschiedliche erwärmte Bereiche besitzt.
Erzeugnis nach Anspruch 17, 18 oder 19, ferner umfassend einen Schalter zum gezielten Anschluss der mindestens zwei der mindestens drei Abschnitte an die positive oder negative Klemme der Stromversorgung.
Erzeugnis nach Anspruch 17, 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass von den ersten, zweiten oder dritten Abschnitten einer einen anderen Abschnitt von den ersten, zweiten oder dritten Abschnitten überlappt.
Erzeugnis nach Anspruch 17, 18, 19, 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt, der dritte Abschnitt oder eine Kombination derselben eine Muster bilden, ausgewählt aus schlangenförmig, gerade parallel, gebogen parallel, zickzackförmig, spiralig parallel, rechteckig parallel oder einer Kombination derselben.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 17-22, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt bzw. der dritte Abschnitt einen ersten Basisteil, einen zweiten Basisteil und einen dritten Basisteil und eine Vielzahl von dritten Erweiterungen enthält, die sich vom dritten Basisteil aus erstrecken, während sich die Vielzahl der ersten Erweiterungen und die Vielzahl der zweiten Erweiterungen vom ersten Basisteil bzw. zweiten Basisteil aus erstreckt.
Erzeugnis nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der dritten Erweiterungen mit mindestens einer aus der Vielzahl der ersten Erweiterungen oder aus der Vielzahl der zweiten Erweiterungen verzahnt ist.
Erzeugnis nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der ersten Erweiterungen mit der Vielzahl der zweiten Erweiterungen verzahnt ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite leitfähige Medium eine Vielzahl von Streifen enthält und dass jeder Streifen zwei Erweiterungen überlappt, wobei die zwei Erweiterungen eine erste und zweite Erweiterung, eine erste und dritte Erweiterung oder eine zweite und dritte Erweiterung enthalten.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 – 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis ein Sitz eines Kraftfahrzeugs ist.
Erzeugnis nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Erzeugnisses ein Schaumkissen als Stützkomponente des Fahrzeugsitzes ist, wobei das Schaumkissen einen Hohlraum aufweist.
Erzeugnis nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz eine Randschicht besitzt, die im Wesentlichen das Schaumkissen abdeckt.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 – 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger des Heizelements flexibel und aus einem Material hergestellt ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polymermaterialien und Gewebematerialien.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1, 7 oder 9 – 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugnis eine Spiegelbaugruppe ist und dass das zweite leitfähige Medium ein PTC-Material ist.