WO2005055661A2 - Device for heating a surface - Google Patents

Device for heating a surface Download PDF

Info

Publication number
WO2005055661A2
WO2005055661A2 PCT/EP2004/013868 EP2004013868W WO2005055661A2 WO 2005055661 A2 WO2005055661 A2 WO 2005055661A2 EP 2004013868 W EP2004013868 W EP 2004013868W WO 2005055661 A2 WO2005055661 A2 WO 2005055661A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure
resistance
heating
conductor tracks
heating element
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/013868
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
WO2005055661A3 (en
Inventor
Karl Hammerer
Original Assignee
Iq-Mobil Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iq-Mobil Gmbh filed Critical Iq-Mobil Gmbh
Publication of WO2005055661A2 publication Critical patent/WO2005055661A2/en
Publication of WO2005055661A3 publication Critical patent/WO2005055661A3/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/146—Conductive polymers, e.g. polyethylene, thermoplastics
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/029—Heaters specially adapted for seat warmers

Definitions

  • Heating devices such as heating mats and the like are known which have heating wires, heating spirals and suitable wire mesh. When an electrical current is applied, these elements heat up due to their electrical resistance. Different heating within an area can be achieved by a different element density. A desired temperature can be set using heat sensors and control elements.
  • a disadvantage of such devices is that after application of the current, all areas of the surface are heated in accordance with the prevailing electrical resistance. If only a part of the surface is to be heated according to the occupancy of the surface, this is not possible or only possible through complex regulation. This also applies to setting the temperature.
  • the invention has for its object to provide a device that enables adaptive heating of a surface with respect to temperature and certain areas that may change.
  • the object is achieved in that a multilayer heating element is provided in the composite structure as a pressure-dependent electrical resistance.
  • Such devices can be used as seat heaters in cars, airplanes, event centers such as stadiums, churches, as one-way heaters for operating tables in the form of meter rolls or for thermal imaging in order to be recorded with thermal imaging cameras, for example for displaying printed images and in orthopedics, for example for taking footprints for creating orthopedic insoles.
  • an outer layer of the multilayer element consists of an electrically conductive material. This is an easy way to ensure a flat power supply.
  • This layer consists of a conductive material, preferably metal, in order to enable a low-resistance power supply.
  • an electrically conductive material is arranged in the interior of the multilayer element, which changes its conductivity depending on the pressure.
  • This layer preferably consists of a plastic.
  • this plastic is doped with an electrically conductive material.
  • the pressure dependence of the electrical conductivity of the plastic can depend on the degree of doping.
  • the resistance of materials constructed in this way can be changed particularly well by applying pressure.
  • the plastic is advantageously a foam which at the same time has cushioning properties.
  • the multilayer element consists of three layers. These are the outer supply layers and the layer which is arranged between them and can be changed by pressure resistance. Such a construction represents a simple and inexpensive construction of a device according to the invention.
  • the conductive doping material is carbon. Carbon-doped plastics are commercially available and therefore available at low cost.
  • the invention provides that the doping is carried out in such a way that the electrical resistance changes in proportion to the locally applied pressure. It is also desirable if the doping is set such that sufficient currents for heating can flow even at sufficiently low voltages, so that voltage protection measures can be dispensed with.
  • the outer layer is made up of discrete conductor tracks. It is advantageous if the conductor tracks on the opposite outer layers are arranged offset from one another, as a result of which intersection areas between the opposite conductor tracks are created through the plastic. They are particularly advantageously arranged at right angles. This advantageously results in individual heating elements which form an overall heating matrix. Due to the discrete conductor tracks, the individual heating elements can be controlled directly, which means that a specific current flow for targeted heating is possible in an energy-saving manner.
  • the outer layer has a resistance material with temperature-dependent resistance.
  • the resistance material can have a positive temperature gradient. This allows a current limitation and thus a temperature control to be implemented in a simple manner.
  • the electrical resistance of the resistive material warm, e.g. due to the current flowing through it, the total resistance of the device is increased, so that the current through the device is limited to a predetermined value when the voltage is constant.
  • the predetermined value results from the total resistance of the device at the desired maximum temperature and the applied voltage. Temperature control to the desired maximum temperature can thus be made available.
  • the resistance material is thermally coupled to the pressure-dependent electrical resistance in order to change its resistance depending on the temperature of the pressure-dependent electrical resistance.
  • the thermal coupling serves to make the electrical resistance of the resistance material dependent on the temperature of the pressure-dependent electrical resistance.
  • the temperature-dependent resistance material is provided on two opposite surfaces of the pressure-dependent electrical resistance. According to a further teaching of the invention, it is advantageous if conductor tracks are incorporated into a surface. One side of the conductor tracks can be partially or completely incorporated. One embodiment represents the possibility of weaving the conductor tracks into a fabric or cushion. Cushions of this type can be used, for example, in motor vehicles, as a result of which the heating elements can be incorporated directly into the motor vehicle seats.
  • Another teaching of the invention provides that a sealing protective cover is provided.
  • the device is thus hermetically sealed and thus sealed against environmental influences in the form of moisture or the like.
  • a thin protective cover can be provided for this.
  • Fig. 1 is a circuit diagram of a first heating element
  • Fig. 2 shows a pressurized area of a second heating element.
  • a homogeneous heating element 1 consists of a conductive composite, also called a sandwich, which consists of a mat of carbon-doped foam, which is coated on the surfaces 2, 3 with a metal foil 4, which serves to supply the individual sections with power to ensure.
  • a voltage 7, which can be a direct or alternating voltage, is applied via the supply lines.
  • the current which arises can be varied as required via a series resistor 5, so that a maximum current strength can be set by which the heating element 1 is heated.
  • a measuring device 6 can be provided which measures the strength of the flowing current i. This can be used to determine the pressure applied or the force applied, as a result of which occupied states, for example of seats in cars, can be determined for the airbag deployment.
  • Fig. 2 shows schematically that by exerting pressure p on the surface 2 of the heating element 1, the electrical resistance of the heating element 1 decreases, since the conductivity increases within the range of compression by compression of the doping concentration. As a result, a current can flow between the surfaces 2, 3, which locally heats the compression zone 8. In the uncompressed areas, the doping and thus the resistance remain constant, which means that current does not flow and therefore no heating occurs.
  • at least one of the metal foils 4 1 is formed on the surfaces 2, 3 of the heating element 1 'with a PTC resistance material, ie with a material with temperature-dependent resistance, which has a positive temperature gradient.
  • the resistance material contains an alloy of copper and aluminum. Any other material with a positive temperature gradient can be used, which can be applied to the heating element 1 in a suitable manner as a layer or film.
  • the PTC resistance material is thermally coupled to the heating element 1 ', so that the electrical resistance of the PTC resistance material increases when heated by the heating element 1'.
  • the PTC resistance material changes its resistance depending on the temperature of the pressure-dependent electrical resistance locally limited in the area in which the pressure is applied.
  • the overall resistance of the device increases with increasing temperature, so that the current through the device is limited to a predetermined value when the voltage is applied constantly.
  • the total heating output results from the product of the voltage and the total resistance of the heating element and the metal foils at a maximum temperature.
  • the maximum temperature can be set by selecting the PTC resistance material.
  • a temperature control can thus be made available which regulates the heating temperature to the desired maximum temperature.
  • the series resistor 5 can be dispensed with, since the current limitation is taken over by the PTC resistance material.
  • the device can be used as a pressure-dependent measuring element.
  • the current flowing through the pressurization is measured for this and allows direct conclusions to be drawn about the prevailing pressure.
  • the device according to the invention is therefore suitable for use in the motor vehicle sector as an occupancy sensor for motor vehicles.
  • Functions in the vehicle can be controlled by the pressure determination. This involves, for example, determining the seating position for the targeted deployment of an airbag depending on the seating position.
  • the vehicle suspension can also be adapted to changing road conditions by determining the change in the pressure profiles at the seat.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

The invention relates to a device for heating a surface. The aim of the invention is provide a device that permits an adaptive heating of a surface with regard to temperature and specified areas that change under certain conditions. To this end, the invention provides that a multilayered element with a composite construction is provided in the form of a pressure-dependent electric resistor.

Description

VORRICHTUNG ZUR ERWÄRMUNG EINER OBERFLÄCHE DEVICE FOR HEATING A SURFACE
[0002] Bekannt sind Erwärmungsgeräte wie Heizmatten und dergleichen, die Heizdrähte, Heizspiralen und geeignete Drahtgeflechte aufweisen. Durch das Anlegen eines elektrischen Stromes erwärmen sich diese Elemente aufgrund ihres elektrischen Widerstands. Unterschiedliche Erwärmungen innerhalb eines Bereichs lassen sich dabei durch eine unterschiedliche Elementdichte erreichen. Mittels Wärmesensoren und Regelungselementen kann eine gewünschte Temperatur eingestellt werden.Heating devices such as heating mats and the like are known which have heating wires, heating spirals and suitable wire mesh. When an electrical current is applied, these elements heat up due to their electrical resistance. Different heating within an area can be achieved by a different element density. A desired temperature can be set using heat sensors and control elements.
[0003] Nachteilig an derartigen Vorrichtungen ist, dass nach Anlegen des Stroms sämtliche Bereiche der Oberfläche entsprechend des herrschenden elektrischen Widerstands erwärmt werden. Ist nur ein Teil der Fläche entsprechend der Belegung der Fläche zu erwärmen, ist dieses nicht oder nur durch aufwendige Regelung möglich. Dieses trifft auch auf das Einstellen der Temperatur zu.A disadvantage of such devices is that after application of the current, all areas of the surface are heated in accordance with the prevailing electrical resistance. If only a part of the surface is to be heated according to the occupancy of the surface, this is not possible or only possible through complex regulation. This also applies to setting the temperature.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein adaptives Erwärmen einer Oberfläche hinsichtlich Temperatur und bestimmter unter Umständen wechselnder Bereiche ermöglicht.The invention has for its object to provide a device that enables adaptive heating of a surface with respect to temperature and certain areas that may change.
[0005] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Mehrschichtheizelement im Verbundaufbau als druckabhängiger elektrischer Widerstand vorgesehen ist.The object is achieved in that a multilayer heating element is provided in the composite structure as a pressure-dependent electrical resistance.
[0006] Auf diese Weise lassen sich Oberflächen entsprechend ihrer Belegung erwärmen. Im unbelasteten Zustand ist der elektrische Widerstand der Vorrichtung hoch, so dass nur ein sehr geringer elektrischer Strom fließt, der keine oder nur eine sehr geringe Erwärmung erzeugt. Wird die Fläche mit einem Druck beaufschlagt, sinkt der elektrische Widerstand der Vorrichtung deutlich ab, so dass ein nennens- werter Strom durch die Vorrichtung fließen kann und sich die Fläche im belasteten Bereich erwärmt. Es wird somit ein hohes Maß an Adaptivität erreicht, nämlich kein Energieverbrauch bei Unbelastung, hohe Energieeinsparung durch das ausschließliche Erwärmen von belasteten Zonen, unbelastete Zonen werden nicht erwärmt und nahezu kein Regel ungsaufwand.In this way, surfaces can be heated according to their occupancy. In the unloaded state, the electrical resistance of the device is high, so that only a very small electrical current flows, which generates little or no heating. If a pressure is applied to the surface, the electrical resistance of the device drops significantly, so that a significant value current can flow through the device and the surface in the loaded area heats up. A high degree of adaptivity is thus achieved, namely no energy consumption when unloaded, high energy savings through the exclusive heating of stressed zones, unloaded zones are not heated and almost no regulation effort.
[0007] Derartige Vorrichtungen lassen sich als Sitzheizungen in Pkws, Flugzeugen, Veranstaltungszentren wie beispielsweise Stadien, Kirchen, als Einwegheizungen für Operationstische in Form von Meterrollware oder zur Wärmebilderzeugung, um mit Wärmebildkameras aufgenommen zu werden, beispielsweise zur Darstellung von Druckbildern und in der Orthopädie beispielsweise zur Aufnahme von Fußabdrücken zur Erstellung von orthopädischen Einlagen.Such devices can be used as seat heaters in cars, airplanes, event centers such as stadiums, churches, as one-way heaters for operating tables in the form of meter rolls or for thermal imaging in order to be recorded with thermal imaging cameras, for example for displaying printed images and in orthopedics, for example for taking footprints for creating orthopedic insoles.
[0008] Eine Lehre der Erfindung sieht vor, dass eine Außenschicht des Mehrschichtelements aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Dieses stellt eine einfache Möglichkeit dar, eine flächige Stromversorgung zu gewährleisten. Diese Schicht besteht aus einem leitenden Material, vorzugsweise aus Metall, um eine widerstandsgeringe Stromzuleitung zu ermöglichen.A teaching of the invention provides that an outer layer of the multilayer element consists of an electrically conductive material. This is an easy way to ensure a flat power supply. This layer consists of a conductive material, preferably metal, in order to enable a low-resistance power supply.
[0009] Des weiteren sieht die Erfindung vor, dass im Inneren des Mehrschichtelements ein elektrisch leitendes Material angeordnet ist, welches seine Leitfähigkeit druckabhängig ändert. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff. Dieser Kunststoff ist in einer besonders bevorzugten Ausführung mit einem elektrisch leitfähigen Material dotiert. Dabei kann die Druckabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Kunststoffes von dem Grad der Dotierung abhängen. Der Widerstand derartig aufgebauter Materialien ist besonders gut durch Druckbeaufschlagung änderbar. Vorteilhafter Weise handelt es sich bei dem Kunststoff um einen Schaumstoff, der gleichzeitig polsternde Eigenschaften aufweist.Furthermore, the invention provides that an electrically conductive material is arranged in the interior of the multilayer element, which changes its conductivity depending on the pressure. This layer preferably consists of a plastic. In a particularly preferred embodiment, this plastic is doped with an electrically conductive material. The pressure dependence of the electrical conductivity of the plastic can depend on the degree of doping. The resistance of materials constructed in this way can be changed particularly well by applying pressure. The plastic is advantageously a foam which at the same time has cushioning properties.
[0010] Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass das Mehrschichtelement aus drei Schichten besteht. Hierbei handelt es sich um die äußeren Zuleitungsschichten und die zwischen ihnen angeordnete durch Druck widerstandsänderbare Schicht. Ein derartiger Aufbau stellt einen einfachen und kostengünstigen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.Another teaching of the invention provides that the multilayer element consists of three layers. These are the outer supply layers and the layer which is arranged between them and can be changed by pressure resistance. Such a construction represents a simple and inexpensive construction of a device according to the invention.
[0011] Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem leitfähigen Dotierungsmaterial um Kohlenstoff handelt. Kohlenstoff-dotierte Kunststoffe sind handelsüblich und somit kostengünstig erhältlich. [0012] Des weiteren sieht die Erfindung vor, dass die Dotierung derart ausgeführt ist, dass sich der e- lektrische Widerstand proportional zum lokal aufgebrachten Druck ändert. Auch ist es wünschenswert, wenn die Dotierung so eingestellt wird, dass bereits bei hinreichend geringen Spannungen ausreichende Ströme zur Erwärmung fließen können, so dass auf Spannungsschutzmaßnahmen verzichtet werden kann.Another teaching of the invention provides that the conductive doping material is carbon. Carbon-doped plastics are commercially available and therefore available at low cost. [0012] Furthermore, the invention provides that the doping is carried out in such a way that the electrical resistance changes in proportion to the locally applied pressure. It is also desirable if the doping is set such that sufficient currents for heating can flow even at sufficiently low voltages, so that voltage protection measures can be dispensed with.
[0013] Weiterhin sieht eine Lehre der Erfindung vor, dass die Außenschicht aus diskreten Leiterbahnen aufgebaut ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Leiterbahnen auf den gegenüberliegenden Außenschichten versetzt zueinander angeordnet sind, wodurch Kreuzungsbereiche zwischen den gegenüberliegenden Leiterbahnen durch den Kunststoff hindurch entstehen. Besonders vorteilhaft sind sie dabei rechtwinklig angeordnet. Hierdurch entstehen vorteilhafter Weise einzelne Wärmeelemente, die insgesamt eine Erwärmungsmatrix bilden. Durch die diskreten Leiterbahnen lassen sich die einzelnen Wärmeelementen direkt ansteuern, wodurch ein konkreter Stromzufluss zur gezielten Erwärmung stromsparend möglich ist.Furthermore, a teaching of the invention provides that the outer layer is made up of discrete conductor tracks. It is advantageous if the conductor tracks on the opposite outer layers are arranged offset from one another, as a result of which intersection areas between the opposite conductor tracks are created through the plastic. They are particularly advantageously arranged at right angles. This advantageously results in individual heating elements which form an overall heating matrix. Due to the discrete conductor tracks, the individual heating elements can be controlled directly, which means that a specific current flow for targeted heating is possible in an energy-saving manner.
[0014] Es kann vorgesehen sein, dass die Außenschicht ein Widerstandsmaterial mit Temperatur abhängigem Widerstand aufweist. Insbesondere kann das Widerstandsmaterial einen positiven Temperaturgradienten aufweisen. Dadurch kann in einfacher Weise eine Strombegrenzung und dadurch eine Temperaturregelung realisiert werden. Indem der elektrische Widerstand des Widerstandsmaterials bei einer Erwärmung, z.B. durch den hindurch fließenden Strom, ansteigt, wird der Gesamtwiderstand der Vorrichtung erhöht, so dass bei konstanter angelegter Spannung der Strom durch die Vorrichtung auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Der vorbestimmte Wert ergibt sich aus dem Gesamtwiderstand der Vorrichtung bei der gewünschten Maximaltemperatur und der angelegten Spannung. Somit kann eine Temperaturregelung auf die gewünschte Maximaltemperatur zur Verfügung gestellt werden.It can be provided that the outer layer has a resistance material with temperature-dependent resistance. In particular, the resistance material can have a positive temperature gradient. This allows a current limitation and thus a temperature control to be implemented in a simple manner. By making the electrical resistance of the resistive material warm, e.g. due to the current flowing through it, the total resistance of the device is increased, so that the current through the device is limited to a predetermined value when the voltage is constant. The predetermined value results from the total resistance of the device at the desired maximum temperature and the applied voltage. Temperature control to the desired maximum temperature can thus be made available.
[0015] Es kann vorgesehen sein, dass das Widerstandsmaterial mit dem druckabhängigen elektrischen Widerstand thermisch gekoppelt ist, um abhängig von der Temperatur des druckabhängigen elektrischen Widerstandes seinen Widerstand zu ändern. Die thermische Kopplung dient dazu, den elektrischen Widerstand des Widerstandsmaterials von der Temperatur des druckabhängigen elektrischen Widerstandes abhängig zu machen.It can be provided that the resistance material is thermally coupled to the pressure-dependent electrical resistance in order to change its resistance depending on the temperature of the pressure-dependent electrical resistance. The thermal coupling serves to make the electrical resistance of the resistance material dependent on the temperature of the pressure-dependent electrical resistance.
[0016] Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen des druckabhängigen elektrischen Widerstandes das Temperatur abhängige Widerstandsmaterial vorgesehen ist. [0017] Vorteilhaft ist es dabei gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung, wenn Leiterbahnen in eine Oberfläche eingearbeitet sind. Dabei kann eine Seite der Leiterbahnen teilweise oder vollständig eingearbeitet sein. Eine Ausführungsform stellt hierbei die Möglichkeit dar, die Leiterbahnen in einen Stoff bzw. Polster einzuweben. Derartige Polster lassen sich beispielsweise in Kraftfahrzeugen einsetzen, wodurch die Heizelemente direkt in die Kraftfahrzeugsitze eingearbeitet werden können.It can further be provided that the temperature-dependent resistance material is provided on two opposite surfaces of the pressure-dependent electrical resistance. According to a further teaching of the invention, it is advantageous if conductor tracks are incorporated into a surface. One side of the conductor tracks can be partially or completely incorporated. One embodiment represents the possibility of weaving the conductor tracks into a fabric or cushion. Cushions of this type can be used, for example, in motor vehicles, as a result of which the heating elements can be incorporated directly into the motor vehicle seats.
[0018] Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass ein abdichtender Schutzüberzug vorgesehen ist. Damit wird die Vorrichtung hermetisch verschlossen und somit gegen Umwelteinflüsse in Form von Feuchtigkeit oder dergleichen abgedichtet. Hierfür kann eine dünne Schützhülle vorgesehen sein.Another teaching of the invention provides that a sealing protective cover is provided. The device is thus hermetically sealed and thus sealed against environmental influences in the form of moisture or the like. A thin protective cover can be provided for this.
[0019] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter beschriebenen. Dabei zeigen schematisch:The invention is described below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. The following schematically show:
[0020] Fig. 1 einen Schaltplan eines ersten Wärmeelements; undFig. 1 is a circuit diagram of a first heating element; and
[0021 ] Fig. 2 einen druckbeaufschlagten Bereich eines zweiten Wärmeelements.Fig. 2 shows a pressurized area of a second heating element.
[0022] In Fig. 1 ist durch einen Schaltplan eine erfindungsgemäße erste Vorrichtung schematisch dargestellt. Ein homogenes Heizelement 1 besteht dabei aus einem leitenden Verbundstoff, auch als Sandwich bezeichnet, der aus einer Matte aus kohlenstoff-dotiertem Schaumstoff besteht, die an den Oberflächen 2,3 mit einer Metallfolie 4 beschichtet ist, die dazu dient, die Stromversorgung der einzelnen Abschnitte zu gewährleisten. Über die Zuleitungen wird eine Spannung 7 angelegt, bei der es sich um eine Gleich- oder Wechselspannung handeln kann. Der sich einstellende Strom kann über einen Vorwiderstand 5 nach Bedarf variiert werden, so dass eine maximale Stromstärke einstellbar ist, durch die das Heizelement 1 erwärmt wird. Des weiteren kann ein Messgerät 6 vorgesehen sein, welches den fließenden Strom i in seiner Stärke misst. Hiermit lassen sich der beaufschlagte Druck bzw. die aufgebrachte Kraft ermitteln, wodurch sich Belegt-Zustände beispielsweise von Sitzen in Autos für die Airbag- auslösung bestimmen lassen.In Fig. 1, a first device according to the invention is shown schematically by a circuit diagram. A homogeneous heating element 1 consists of a conductive composite, also called a sandwich, which consists of a mat of carbon-doped foam, which is coated on the surfaces 2, 3 with a metal foil 4, which serves to supply the individual sections with power to ensure. A voltage 7, which can be a direct or alternating voltage, is applied via the supply lines. The current which arises can be varied as required via a series resistor 5, so that a maximum current strength can be set by which the heating element 1 is heated. Furthermore, a measuring device 6 can be provided which measures the strength of the flowing current i. This can be used to determine the pressure applied or the force applied, as a result of which occupied states, for example of seats in cars, can be determined for the airbag deployment.
[0023] Fig. 2 zeigt schematisch, dass durch einen ausgeübten Druck p auf die Oberfläche 2 des Heizelements 1 der elektrische Widerstand des Heizelements 1 sinkt, da die Leitfähigkeit innerhalb des Bereichs der Kompression durch Verdichtung der Dotierungskonzentration ansteigt. Dadurch kann zwischen den Oberflächen 2,3 ein Strom fließen, der die Kompressionszone 8 lokal erwärmt. In den unkomprimierten Bereichen bleibt die Dotierung und damit auch der Widerstand konstant, wodurch ein Stromfluss unterbleibt und somit keine Erwärmung entsteht. [0024] Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Metallfolien 41 auf den Oberflächen 2,3 des Heizelementes 1' mit einem PTC-Widerstandsmaterial ausgebildet, d.h. mit einem Material mit Temperatur abhängigem Widerstand, das einen positiven Temperaturgradienten aufweist. Z.B. enthält das Widerstandsmaterial eine Legierung aus Kupfer und Aluminium. Jedes andere Material mit einem positiven Temperaturgradienten kann verwendet werden, das auf das Heizelement 1 in geeigneter Weise als Schicht oder Folie aufgebracht werden kann.Fig. 2 shows schematically that by exerting pressure p on the surface 2 of the heating element 1, the electrical resistance of the heating element 1 decreases, since the conductivity increases within the range of compression by compression of the doping concentration. As a result, a current can flow between the surfaces 2, 3, which locally heats the compression zone 8. In the uncompressed areas, the doping and thus the resistance remain constant, which means that current does not flow and therefore no heating occurs. According to a further embodiment, at least one of the metal foils 4 1 is formed on the surfaces 2, 3 of the heating element 1 'with a PTC resistance material, ie with a material with temperature-dependent resistance, which has a positive temperature gradient. For example, the resistance material contains an alloy of copper and aluminum. Any other material with a positive temperature gradient can be used, which can be applied to the heating element 1 in a suitable manner as a layer or film.
[0025] Dadurch kann in einfacher Weise eine Strombegrenzung und dadurch eine Temperaturregelung realisiert werden. Das PTC-Widerstandsmaterial ist thermisch mit dem Heizelement 1' gekoppelt, so dass der elektrische Widerstand des PTC-Widerstandsmaterials bei einer Erwärmung durch das Heizelement 1 ' ansteigt. Auf diese Weise ändert das PTC-Widerstandsmaterial seinen Widerstand abhängig von der Temperatur des druckabhängigen elektrischen Widerstandes lokal begrenzt in dem Bereich, in welchem der Druck ausgeübt wird. Dadurch erhöht sich bei zunehmender Temperatur der Gesamtwiderstand der Vorrichtung, so dass bei konstanter angelegter Spannung der Strom durch die Vorrichtung auf einen vorbestimmten Wert begrenzt wird. Aus dem Produkt der Spannung und dem Gesamtwiderstand des Heizelementes und der Metallfolien bei einer Maxim alte mperatur ergibt sich die gesamte Heizleistung. Die Maximaltemperatur kann durch die Wahl des PTC-Widerstandsmaterials eingestellt werden. Somit kann eine Temperaturregelung zur Verfügung gestellt werden, die die Heiztemperatur auf die gewünschte Maximaltemperatur regelt. Bei dieser Ausführungsform kann auf den Vorwiderstand 5 verzichtet werden, da die Strombegrenzung durch das PTC-Widerstandsmaterial übernommen wird.As a result, current limitation and thus temperature control can be implemented in a simple manner. The PTC resistance material is thermally coupled to the heating element 1 ', so that the electrical resistance of the PTC resistance material increases when heated by the heating element 1'. In this way, the PTC resistance material changes its resistance depending on the temperature of the pressure-dependent electrical resistance locally limited in the area in which the pressure is applied. As a result, the overall resistance of the device increases with increasing temperature, so that the current through the device is limited to a predetermined value when the voltage is applied constantly. The total heating output results from the product of the voltage and the total resistance of the heating element and the metal foils at a maximum temperature. The maximum temperature can be set by selecting the PTC resistance material. A temperature control can thus be made available which regulates the heating temperature to the desired maximum temperature. In this embodiment, the series resistor 5 can be dispensed with, since the current limitation is taken over by the PTC resistance material.
[0026] Des Weiteren lässt sich die Vorrichtung als druckabhängiges Messelement verwenden. Der durch die Druckbeaufschlagung fließende Strom wird dafür gemessen und lässt direkte Rückschlüsse auf den herrschenden Druck zu. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich somit zur der Verwendung im Kfz-Bereich als Belegungssensor für Kraftfahrzeuge. Auf können Funktionen im Fahrzeug durch die Druckermittlung angesteuert werden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Sitzpositionsermittlung zur gezielten Auslösung eines Airbags in Abhängigkeit von der Sitzposition. Auch kann die Fahrzeugfederung durch Ermitteln der Veränderung der Druckverläufe am Sitz auf sich ändernde Straßenbedingungen angepasst werden. [0026] Furthermore, the device can be used as a pressure-dependent measuring element. The current flowing through the pressurization is measured for this and allows direct conclusions to be drawn about the prevailing pressure. The device according to the invention is therefore suitable for use in the motor vehicle sector as an occupancy sensor for motor vehicles. Functions in the vehicle can be controlled by the pressure determination. This involves, for example, determining the seating position for the targeted deployment of an airbag depending on the seating position. The vehicle suspension can also be adapted to changing road conditions by determining the change in the pressure profiles at the seat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Erwärmung einer Oberfläche gekennzeichnet durch ein Mehrschichtheizelement im Verbundaufbau als druckabhängiger elektrischer Widerstand.1. Device for heating a surface characterized by a multilayer heating element in the composite structure as a pressure-dependent electrical resistance.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Mehrschichtheizelements ein elektrisch leitendes Material angeordnet ist, welches seine Leitfähigkeit druckabhängig ändert.2. Device according to claim 1, characterized in that an electrically conductive material is arranged in the interior of the multilayer heating element, which changes its conductivity as a function of pressure.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem druckabhängig elektrisch leitfähigen Material um einen Kunststoff handelt.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure-dependent electrically conductive material is a plastic.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff mit einem elektrisch leitfähigen Material dotiert ist.4. The device according to claim 3, characterized in that the plastic is doped with an electrically conductive material.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Kunststoffes von dem Grad der Dotierung abhängt. 5. The device according to claim 4, characterized in that the pressure dependence of the electrical conductivity of the plastic depends on the degree of doping.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem leitfähigen Dotierungsmaterial um Kohlenstoff handelt.6. The device according to claim 3 or 4, characterized in that it is carbon in the conductive doping material.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung derart ausgeführt ist, dass sich die Erwärmung proportional zum lokal aufgebrachten Druck ändert.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the doping is carried out in such a way that the heating changes in proportion to the locally applied pressure.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenschicht des Mehrschichtheizelements aus einem elektrisch leitenden Material besteht.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that an outer layer of the multilayer heating element consists of an electrically conductive material.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem elektrisch leitfähigen Material der Außenschicht um eine Metallschicht handelt.9. The device according to claim 8, characterized in that the electrically conductive material of the outer layer is a metal layer.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht aus diskreten Leiterbahnen aufgebaut ist.10. The device according to claim 8, characterized in that the outer layer is constructed from discrete conductor tracks.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen auf den gegenüberliegenden Außenschichten versetzt zueinander angeordnet sind, wodurch Kreuzungsbereiche zwischen den gegenüberliegenden Leiterbahnen durch den Kunststoff hindurch entstehen.11. The device according to claim 10, characterized in that the conductor tracks on the opposite outer layers are arranged offset from each other, whereby intersection areas between the opposite conductor tracks through the plastic.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the conductor tracks are arranged at right angles to one another.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kreuzungsbereich ein individuelles Erwärmungselement darstellt.13. The apparatus of claim 11 or 12, characterized in that each intersection represents an individual heating element.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungselemente eine Erwärmungsmatrix darstellen.14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the heating elements represent a heating matrix.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen in eine Oberfläche eingearbeitet sind.15. The device according to one of claims 8 to 14, characterized in that the conductor tracks are incorporated into a surface.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Oberfläche um ein Sitzpolster handelt.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the surface is a seat cushion.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sitzpolster um den Bezug eines Kraftfahrzeugs handelt.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the seat cushion is the cover of a motor vehicle.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht ein Widerstandsmaterial mit Temperatur abhängigem Widerstand aufweist.18. Device according to one of claims 8 to 16, characterized in that the outer layer has a resistance material with temperature-dependent resistance.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmaterial einen positiven Temperaturgradienten aufweist.19. The apparatus according to claim 18, characterized in that the resistance material has a positive temperature gradient.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmaterial mit dem druckabhängigen elektrischen Widerstand thermisch gekoppelt ist, um abhängig von der Temperatur des druckabhängigen elektrischen Widerstandes seinen Widerstand zu ändern. 20. The apparatus according to claim 18 or 19, characterized in that the resistance material is thermally coupled to the pressure-dependent electrical resistance in order to change its resistance depending on the temperature of the pressure-dependent electrical resistance.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen des druckabhängigen elektrischen Widerstandes das Widerstandsmaterial vorgesehen ist.21. Device according to one of claims 18 to 20, characterized in that the resistance material is provided on two opposite surfaces of the pressure-dependent electrical resistance.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein abdichtender Schutzüberzug vorgesehen ist.22. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that a sealing protective cover is provided.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrschichtheizelement aus drei Schichten besteht.23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the multi-layer heating element consists of three layers.
24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 als ein Messelement.24. Use of a device according to one of claims 1 to 23 as a measuring element.
25. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 als ein Steuerelement.25. Use of a device according to one of claims 1 to 23 as a control element.
26. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 als ein Steuerelement eines eine Kraftfahrzeugfunktion repräsentierenden Bauteils.26. Use of a device according to one of claims 1 to 23 as a control element of a component representing a motor vehicle function.
27. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 als Einwegheizungen für Operationstische.27. Use of a device according to one of claims 1 to 23 as one-way heating for operating tables.
28. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23 zur Wärmebilderzeugung. 28. Use of a device according to one of claims 1 to 23 for thermal imaging.
PCT/EP2004/013868 2003-12-04 2004-12-06 Device for heating a surface WO2005055661A2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10356760 2003-12-04
DE10356760.7 2003-12-04
DE102004027492 2004-06-04
DE10200427492.4 2004-06-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2005055661A2 true WO2005055661A2 (en) 2005-06-16
WO2005055661A3 WO2005055661A3 (en) 2005-10-13

Family

ID=34712317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2004/013868 WO2005055661A2 (en) 2003-12-04 2004-12-06 Device for heating a surface

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004058721A1 (en)
WO (1) WO2005055661A2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2461643A1 (en) * 2010-12-02 2012-06-06 Alternative Heating Systems Inc. Electrical safety grounding system
US20210360747A1 (en) * 2020-05-15 2021-11-18 Nippon Mektron, Ltd. Heater and method for manufacturing same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017221164B4 (en) 2017-11-27 2024-02-08 Hanon Systems Programmable heating wire
DE102020100226A1 (en) * 2020-01-08 2021-07-08 Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e. V. Rudolstadt Electric heating mat

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4110702A1 (en) * 1991-04-03 1992-10-08 Bosch Gmbh Robert VEHICLE SEAT
DE10029237A1 (en) * 2000-06-14 2001-12-20 Bayerische Motoren Werke Ag Variable seat heating has sensors distributed over seat surface and associated with areas of heater that are selectively switched on when pressure acts on associated sensors
WO2002006083A1 (en) * 2000-07-17 2002-01-24 Kongsberg Automotive Ab Vehicle seat heating arrangement
EP1209026A2 (en) * 2000-11-18 2002-05-29 I.G. Bauerhin GmbH Flat heating element for vehicles seats
WO2003053750A1 (en) * 2001-12-07 2003-07-03 Siemens Aktiengesellschaft Sensor arrangement

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4110702A1 (en) * 1991-04-03 1992-10-08 Bosch Gmbh Robert VEHICLE SEAT
DE10029237A1 (en) * 2000-06-14 2001-12-20 Bayerische Motoren Werke Ag Variable seat heating has sensors distributed over seat surface and associated with areas of heater that are selectively switched on when pressure acts on associated sensors
WO2002006083A1 (en) * 2000-07-17 2002-01-24 Kongsberg Automotive Ab Vehicle seat heating arrangement
EP1209026A2 (en) * 2000-11-18 2002-05-29 I.G. Bauerhin GmbH Flat heating element for vehicles seats
WO2003053750A1 (en) * 2001-12-07 2003-07-03 Siemens Aktiengesellschaft Sensor arrangement

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2461643A1 (en) * 2010-12-02 2012-06-06 Alternative Heating Systems Inc. Electrical safety grounding system
US20210360747A1 (en) * 2020-05-15 2021-11-18 Nippon Mektron, Ltd. Heater and method for manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005055661A3 (en) 2005-10-13
DE102004058721A1 (en) 2005-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60029144T2 (en) Device for heating a vehicle seat and method for producing such a device
EP1283005B1 (en) Combined sensor and heating element
DE60037396T2 (en) SELF-CONTROLLING FLEXIBLE HEATING ELEMENT
EP1348316B1 (en) Surface heating device, method for producing the same and heatable object
DE102011014516A1 (en) MFP
DE112005000939T5 (en) Heating element for a vehicle and method of molding the same
EP0891898B1 (en) Method and apparatus for recording various parameters of a person seat on a support
DE112015003311T5 (en) Self-regulating conductive heating device and method for its manufacture
DE102016225837A1 (en) Method for producing a body-supporting padding part and motor vehicle
EP3085198B1 (en) Electrically heatable sheet-type element
DE202011004140U1 (en) MFP
DE112016001738T5 (en) heater device
EP0991347B1 (en) Supporting part for a seat
WO2018033392A1 (en) Electrical heating device for motor vehicles
DE112016001587T5 (en) Heating device for curved surfaces
DE112015005544T5 (en) heater
EP1924125B1 (en) Heatable film
DE102004002479B4 (en) Circuit arrangement for seat occupancy recognition and seat belt warning in a motor vehicle
WO2005055661A2 (en) Device for heating a surface
DE10029237B4 (en) Variable seat heating
DE112015005822B4 (en) heating/cooling system
DE102007052598A1 (en) Seats distances adjusting method for aircraft, involves passing size range classification to control unit so that seats are moved, based on classification, into their desired position and appropriate distances between seats are adjusted
EP3442309B1 (en) Method for the production of an electrically conductive textile surface element
EP3621409A1 (en) Heating film and heating plate
DE10313165B4 (en) Seat heating for a vehicle seat

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase