表面加熱元件及其製造方法
2023-05-19 13:35:41
專利名稱：表面加熱元件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前言的表面加熱元件。這種型式的表面加熱元件包括具有在緯向和經向的線的織物，其中線的至少一部分設計成導電的線。
此外，本發明涉及根據權利要求9的前言生產表面加熱元件的方法，其中織物為由線織造而成，該線的至少一部分是導電的線。
背景技術：
表面加熱元件用於例如汽車中的座位取暖裝置。這樣，所謂絞合線的線束通常縫合在紡織品上。這些絞合線呈螺線地或螺旋地在載體材料上延伸且在大多數情況中包括單一的連續導體，然後該導體跨越導體材料的整個表面而安排。為了熱的產生對該導體的末端施加一電壓。通過絞合線的電阻和流經其的電流，產生的熱用於加熱座位。一方面線的縫合需要大量的工作而另一方面其結果是極難得到跨越整個載體材料的表面的均勻加熱效果。
與使用絞合線相關聯而產生的另一問題是可能出現最終表面加熱元件的過熱。這最經常地歸因於彼此放得過於靠近的線束。部份地這也可能由於以下事實所造成，即縫合上的絞合線有滑動的傾向。因此絞合線對緊鄰線的精確定位不能保持完全恆定。
此外，具有縫合的線束的載體材料具有低的柔順性，因為該線具有較大直徑。因此，放在座位內或座位的內裝飾上是很困難。此外，在大多數情況中在載體材料上設置電絕緣層從而防止短路或熱流的其它種類的洩漏。通過此絕緣層進一步惡化柔順性。
產生座位取暖裝置的另一可能性例如在DE 42 33 118 A1中描述。此處織物用作包括碳素纖維的加熱毯，該碳素纖維具有較高的電阻。為了向此加熱毯供給電流在末端的每一個設置引入或接觸線。接觸線的一根是接地的，而另一根施以電壓，由於電位差電流經織物的碳素纖維流到接地的接觸線並因而產生熱。
理論上，這種加熱毯在整個表面上可能達到均勻恆定的熱輻射。但是，在特定位置熱產生的集中對這種加熱毯是不可能的，此外，為實現確定均勻的熱分布存在這樣一個問題，即對於碳素織物有關均勻性的要求是非常的高。
在DE 41 36 425 A1中公開了另一種表面加熱元件。在針織紡織基材中設置正弦形緯線，該緯線起加熱導線的作用。為了向這些加熱導線供給電能設置電能供給導線，加熱導線每一根引入到電能供給導線。正如所描述的。必須特別注意加熱導線與電能供給導線的接觸。這應該藉助於長的接觸通路來實現。加熱導線與電能供給導線的機械連接不予認真考慮。
發明內容
根據上述目的，本發明提供表面加熱元件和生產表面加熱元件的方法，該元件特別有效且能以靈活的方式確定尺寸和使用。
通過具有權利要求1的特徵的表面加熱元件以及生產具有權利要求9的特徵的表面加熱元件的方法實現該目的。
在附屬權利要求、描述以及在帶其說明的圖中說明優選實施例。
根據本發明的表面加熱元件其特徵在於至少設置兩條加熱帶，該帶子的每一根與一組導電的線結合到一起，該線以相間隔的方式延伸。此外，要採取措施為了通過一個平面連接裝置在開始部分和末端部分電連接導電的線同時通過連接裝置將加熱帶彼此電布線。
本發明的基本思想在於以下事實，即將許多導電的線結合成加熱帶，因而它們被結合地接觸。通過將以相互隔開的方式延伸的幾根相鄰導電的線的結合，一方面提供這樣的好處，如果出現線的脫開，這也不會導致電路的完全斷開。這就是當在一個位置絞合線斷開時在具有螺線形放置的絞合線的傳統座位取暖裝置中的一個例子。另一方面，即使在加熱帶的某些導電的線的損壞它也能實現有效的熱生成。因此，如果例如加熱帶36根導電的線的一根被損傷，也不考慮加熱的影響。
由使用加熱帶導致的另一優點是可以使用很細的單根線。如已知的，導體的電阻隨直徑的減少而增加。因而，當使用很細的導電的線時要產生一個問題，即可能發生即使在低電壓時電阻要變得如此之高以致於導體或線過熱和最終熔化。但是，因為使用較粗的導體要生產的織物的整個柔順性很大地變小，所以使用很細的線作為導體證明對於柔順性表面加熱元件是有利的。如果以平行的方式將幾根細導線結合，這種加熱帶的絕對電阻減小因此最終的加熱帶具有比單根的導電的線較低的電阻。因此，由於較低的電阻產生較少的熱。因而，在很大程度上降低熔穿導體的危險。
由於當在加熱帶中設置例如40的數量級的導體的大數量時一或二根導體的損壞對加熱帶的電阻沒有任何顯著的影響，這一結構對有關總電阻的變化的損害也帶來低的敏感性。
根據本發明的表面加熱元件的又一個基本思想歸因於這樣的事實，即每組的導電的線通過平面的連接裝置在起始端和末端部分被電連接。這些連接裝置也能起機械連接的作用。藉助施加到織物的連接裝置加熱帶的單根導電的線的接觸被很大地促進並且與引入織物的導線相比較以更可靠的方式實現。
通過根據本發明的表面加熱元件實現的另一基本思想歸於通過平面連接裝置以不同形式為不同加熱帶接線的可能性。例如，有可能彼此平行將幾個加熱帶接線以便得到抗損壞的增加的保護。此外，最終的表面加熱元件的電阻和因此熱的產生也因而可以被確定。如果幾個加熱帶例如被串聯，則電阻提高且增加整個加熱效果。
原則上，沒有必要具有導電的線的絕緣。但是，在根據本發明的表面加熱元件的進一步處理過程中已經證明如果導電的線具有沿其外表面的絕緣是有利的。這可以例如以薄的絕緣漆塗層來實現，通過各根導電的線的絕緣有可能將這些線在加熱帶中彼此設置得更近而沒有這些線彼此進入接觸的危險期。幾根導電的線的接觸或者換言之擦傷仍是不希望的，由於這可能導致可能具有對加熱帶的電阻同時因此也對其加熱效果影響的導電橋。此外，在接觸的此點存在燒穿導電的線的增加的危險。
在導電的線的絕緣設計例子中如果絕緣材料例如放置在座位中則必需用羊毛或類似的阻尼材料或絕緣材料覆蓋表面加熱元件。因而，這一方面節約材料同時也減少重量而另一方面可能以較好的方式輻射由表面加熱元件產生的熱同時不被附加的絕緣材料削弱。
在有利的加熱元件的實施例中跨越織物表面的網狀物的寬度是恆定的。此外，採取措施以便相鄰導電的線之間和/或加熱帶之間的距離是可變化的。因此，通過決定熱量產生的導電的線的數量有可能影響每個單位表面的加熱效應。同樣，該加熱效應可以變化並通過各個加熱帶彼此相對的距離來確定。
其中，跨越織物表面的恆定網狀物寬度用以防止導電的線的相互位移。這樣，提供例如大約0.1毫米範圍的網格孔。因而，使用具有極小直徑的金屬絲線。為了確定加熱效應例如僅僅每根第二或第三緯線可能是導電的線。此處導電的線之間的非導電的線的數量可以按要求變化。為了得到特別高的表面加熱效應也可能使用專用的導電的線。
導電的和非導電的線的尺寸對根據本發明的表面加熱元件的基本概念沒有任何影響。但是，在生產過程中以及持續工作的壽命，已經證明如果導電的線和非導電的線是基本相同的直徑是有利的。這樣可以生產極均勻的織物，該織物不會受到由於厚度的變化的線產生的應力。
在另一實施例中線的直徑處在特別是10微米與100微米之間的範圍，特別優選處在從50微米到60微米，更特別在40微米左右的範圍的直徑。這樣定的尺寸允許要生產的織物的極細度，同時線具有抵抗機械應力的足夠穩定性。基本上，也可能採用較細的線，在該情況中為了吸收機械應力或許可能引入附加穩定的線。通過使用細的線實現了織物的極高的柔順性。
導電的線的材料可包括任何選擇的導電材料。例如，可以使用金屬、合金、導電的塑料或碳素纖維製造。使用銅線作為導電的線是特別有利的。銅具有優點，其中，由銅生產的線的特定電阻在跨越整個長度上是非常恆定的，同時也可用高度精確的方法來確定，作為非導電的線的使用例如可用塑料或天然纖維製成。更優選地，可以使用如聚酯的聚合物。以此處提供的很小的直徑這些材料對有關機械應力和由導電的線產生的熱具有很高的穩定性。
原則上，可以藉助於織入織物的附加行線連接單根導電的線或加熱帶。但是，由於是它們起電流供給和放電線的作用，所以它們應該具有比織物中的其餘線更大的直徑，這具有對織物的生產和承載能力的影響。進一步，當使用供給和放電線時出現接觸的問題，該問題已經在現有技術中論述。
因此特別優選將平面連接裝置與加熱帶連接，即經過擠壓和熱與導電的線連接。為此可以使用所謂的熱壓焊接，其中為了連接不需要另外的材料。連接裝置與導電的線的這種焊接型式的連接具有良好的電傳導能力同時可以用比較容易的方法整合到生產過程中。此外，這在連接裝置與導電的線之間造成良好的電傳導能力。但是，其它接觸方法，諸如釺焊或用導電粘結劑的粘結，也基本上是可能的。
當設計平面連接裝置時，已經證明將它們設計成柔性印刷電路板的薄導電部分是有利的。例如可以用金屬材料製造導電部分，從而便於熱壓焊接。基本上，任何其它導電材料也適合於此。作為使用的薄柔性印刷電路板例如可以由Flexprint製成。它包括塑料的承載體層，該層具有導電塗層。為了確定個別的導電部分可以在某些部分蝕刻掉導電材料，但是也可能僅使用個別分開的導電薄層。通過印刷電路板的導電部分的定位單根加熱帶可以有選擇地彼此布線。此外，在這些印刷電路板的上面可以額外地例如以粘結劑的形式放置覆蓋層和/或絕緣膠帶。這個膠帶起機械地穩定和保護薄印刷電路板或其導電部分與導電的線之間的接觸點的作用。覆蓋膠帶可以例如用塑料薄膜形式的塑料製成。此膠帶可是自粘的以便易於附著。
平面連接裝置例如也可以設置成薄金屬帶的形式，該金屬帶被斷成幾部分以形成印刷電路板。
在目前為止的描述中已經提到術語「線」。這些在緯向和經向引入的線可以是單根和多根的線二者。在優選實施例中特別使用單根的線作為導電的線，因為這樣線的直徑可以特別好地被確定同時因而可以更精確地確定由它們呈現的電阻。
在一個特別有利的實施例中使用表面加熱元件以構成例如汽車中的座位取暖裝置。與諸如有技術中使用的一個座位取暖裝置相比較，該表面加熱元件具有一個非常小的重量同時考慮其高的柔順性和拉伸強度可以用特別容易的方法處理。同樣，使用根據本發明的表面加熱元件有可能以特別簡單的方法按要求設定和實現不同的加熱效果。
意想不到地，已經證明以相同的能量消耗根據本發明的表面加熱元件差不多在45秒之後那麼快地達到要求的熱量，而傳統的座位取暖裝置為此至少需要3分鐘。其中，這一點要歸因於生成熱的纖維在整個織物的表面的改進的分布。導電的線的良好的和精確的定位也能使加熱作用的位置的很精確的確定以及加熱的特別均勻性。同樣，此處也很明顯免除附加的絕緣織物。
此外，由於重量極輕和柔順的表面加熱元件降低了座位取暖裝置的基本重量。由根據本發明的表面加熱元件產生的功率可處於高達100千瓦/公斤，此功率遠好於已知的座位取暖裝置。
生產表面加熱元件的根據本發明的方法其特徵在於至少形成兩個加熱帶，該二帶子的每一個與一組導電的線結合在一起，該導電的線以相到隔開的方式延伸，此外，每一組導電的線的起始部分和末端部分通過平面連接裝置導電地連接同時該加熱帶通過連接裝置彼此電氣地布置。
根據本發明的方法的基本思想是改進表面加熱元件的損壞的安全性，因為彼此相鄰放置的幾根導電的線被結合成加熱帶。因此，單根導電的線可能被損壞而這對整個系統沒有任何很大的影響。
從以下事實可以看到另一基本思想，即一方面外連接裝置的使用能使各個導電的線特別良好地接觸。另一方面連接裝置使其有可能使各個加熱帶可按要求彼此布線。因此，通過選擇的並聯、串聯或其它組合連接表面加熱元件的總電阻並因而加熱效應可以被準確地影響。
當生產表面加熱元件時對於導電的線具有沿其外表面的電絕緣層是特別有利的。當加上連接裝置時要除去在該連接裝置的部分中的此絕緣層因此確保連接裝置與導電的線之間的良好的電傳輸。雖然原則上，這種絕緣層不是必需要求的。該絕緣層具有使導電的線彼此絕緣的好處，因而防止或很大減少不需要的線的相互接觸，該接觸與對應的流動電流或蠕變電流同時發生的。因而，在很大程上防止由大量的熱引起的線的不希望的燒壞。
基本上，平面連接裝置在導電的線上的應用可以用任何選擇的方法進行，只要造成導電的線的接觸。但是，已經證明如果此連接通過擠壓和熱產生因而該平面連接裝置被焊到線上。在此方法中對於線的絕緣層進行分步的措施，即可能要去除接觸點的部分中的。這一點可以例如通過用於焊接的熱來進行，因此該絕緣層逸散或分離。通常，例如藉助於適當的酸或機械輔助方法，絕緣層的前期去除也是可能的，同時此處通過釺焊和粘結能實現導電的線的接觸。
在另一個有利的實施例中，採取措施以便平面連接裝置以沿膠帶相互隔開的方式安排同時具有平面連接的此膠帶要施加到織物上，在該情況中膠帶處於平面連接裝置的側邊，面對遠離織物的方向。這一點例如在薄的、柔性印刷電路板，如Flexprint，的形式中實行。此處施加一層薄膜到載體材料。為了確定導電部分去除導電薄膜的一部分。通過附加地使用，例如以粘結的方式能夠施加到織物的覆蓋膠帶，有可能保護平面連接裝置本身以及或許還有整個薄的、柔順的印刷電路板並增加在接觸點區域中的表面加熱元件的穩定性。
此外，防止導電的線在平面連接裝置處的位移以及支撐在連接裝置與導電的線之間的導電連接。如果將平面連接部分施加到膠帶如Flexprint，上並由蝕刻方法限定導電部分是特別有利的。此後，平面連接裝置到導電的線的連接可以通過熱擠壓焊接實施。例如，在此之前或之後將覆蓋膠帶放到準備的織物上並粘結地附著其上。
這樣適調平面連接裝置到要求的尺寸並實施不同加熱帶彼此要求的布線成為可能。
可以採用各種方法以確定要生產的表面加熱元件的加熱效應。例如可以使用由具有不同特定電阻的導電的線製造以便因而影響加熱效果。同樣，可能改變導電的線的直徑從而影響電阻並因此熱量的產生。另一優選方法在於相鄰導電的線的距離的變化。因此，通過提供彼此直接緊接的幾根導電的線可以得到高的表面加熱效果，而如果在彼此鄰近相處的幾根導電的線之間提供許多非導電的線，則可以降低表面加熱效果。
但是，同樣可能採用交叉狀態的導電的、絕緣的線，例如在緯向和經向。此處如所描述的進行布線，除去將形成可單獨地控制的兩個分隔開的加熱元件外。因此，由於緯線與經線之間不存在連接，所以一個加熱元件設置在緯向而第二個，獨立的一個，在經向。
通過優選實施例的方式將進一步描述本發明，該實施例示意地表示在附圖中，其中圖1表示根據本發明的表面加熱元件的極簡化的結構例子的視圖；以及圖2表示為座位取暖裝置安裝的根據本發明的簡化的表面加熱元件的視圖。
具體實施例方式
在圖1中表示根據本發明的表面加熱元件的極簡化結構例子。該表面加熱元件1具有由在說明的實施例中的緯線與經線形成的織物。為此使用導電的線2與非導電的線3。在此處表示的實施例中僅在緯向使用導電的線2。也可能僅在經向或在緯向和經向提供導電的線。
在所示的織物的切去部分中以例子的方式表示三種不同的加熱帶4。與其它兩根加熱帶II 22和III 23相比較加熱帶I 21具有最高的加熱效果。在加熱帶I 21中導電的線2彼此直接相鄰定位所以它們基本上彼此平行走向。
通過比較，在加熱帶II 22中設置非導電的線3，每一根在導電的線2之間。因此，與加熱帶I 21相比較。降低了與表面有關的加熱效果。由於在導電的線2之間引入另外的非導電的線3這一事實，甚至更降低了加熱帶III 23的表面加熱效果。基本上，為了進一步降低加熱帶4的表面加熱效果可以在導電的線2之間引入甚至比圖1中所示的更多的非導電的線3。
加熱帶4的各根導電的線2通過平面連接裝置7被彼此連接。此平面連接裝置7也起到以希望的方式對單根加熱帶彼此布線的作用。在織物13的末端部分6中表示一個沒有覆蓋膠帶9和印刷電路板8的平面連接裝置7。可以將平面連接裝置7設計成一塊薄板，例如，設計成薄銅板。
在連接元件7或印刷電路板8的起始部分5由覆蓋膠帶9所覆蓋。該平面連接裝置在印刷電路板8上形成。該印刷電路板8的位置由實線表示而平面連接裝置7的位置由虛線表示。該覆蓋膠帶9例如可粘粘被施加到印刷電路板8上，該印刷電路板已經被附加到織物13上。也可能首先將印刷電路板8放到覆蓋膠帶9上，然後將膠帶9與印刷電路板8和連接裝置7一起附加到織物13上。被覆蓋膠帶9可以例如附加地起印刷電路板8的絕緣層作用。但是，印刷電路板不是必須要求的。
連接裝置7的附加到織物13且特別附加到導電的線2上可以藉助於熱擠壓焊接進行。在這類連接中導電的連接是通過在導電的線2與連接裝置7之間的擠壓和熱建立的，該連接裝置設計成為印刷電路板8的導電部分。該結果是導電的線與導電部分的一個「微」焊接點。
如果該導電的線2由絕緣層屏蔽，在熱帶擠壓焊接的過程中此絕緣層例如可以通過熱的作用去除。導電的線2的絕緣層一方面可以起保護防止線的不希望的相互接觸的作用，而另一方面有助於根據本發明的表面熱元件的例如安裝到座位供暖中，因為不再需要附加的絕緣層，諸如特定的絕緣織物。
圖1中所示的根據本發明的表面加熱元件1的切去部分是放大很多的視圖。設置處在40微米範圍中的線2、3的直徑，大約0.1毫米的網孔。這種表面加熱元件包括每釐米的10和200根之間的線。更優選15與60根之間，特別每釐米大約70根線。
在圖2中表示簡化的根據本發明的表面加熱元件1，該元件設置成安裝在汽車的座位中。該表面加熱元件1具有兩個不同的加熱帶A31和B32。由於用可變化的彼此鄰近放置的導電的線2所以該兩根加熱帶31、32具有不同的表面加熱效果，在此處所示的表面加熱元件1的例子中，織物13包括的線2、3的密度和數量對於汽車的座位處在從3000到4000線的範圍，具有表面加熱元件1的總長度僅處在40到50釐米的範圍。例如在加熱帶A31中設置大約110線。
在各根加熱帶31、32間存在沒有導電的線2。這些部分一方面起到加熱帶4彼此更好分開的作用，而另一方面它們被設置用於那些，例如，在其中固定內裝飾的部分。這是在內裝飾中有槽的情況，它不採用加熱以避免不必要的能量浪費和過熱。
在所示的表面加熱元件1中各根加熱帶4彼此串聯連接。印刷電路板8的各個連接裝置7仍用虛線表示。該印刷電路板8本身以實線表示。在上覆蓋膠帶9的起始和末端分別設置連接點36用以連接到電源。此處以示意形式表示加熱元件1設計成連到汽車車載的電源，優選地處在12伏的範圍。但是，由於各個加熱帶4自身的尺寸和各個加熱帶4布線的靈活性，適調到其它電壓也是十分容易可能的。
根據本發明的表面加熱元件同樣適合於不是座位取暖裝置。也可以想到將該表面加熱裝置設置到衣服中從而溫暖它們。同樣，也可能將根據本發明的表面加熱元件安裝到例如滑雪靴中以便在使用前將它們加溫到滿意的溫度。
根據本發明的表面加熱元件能使容易、靈活和高效地使用表面元件，例如用於座位取暖裝置。
權利要求
1.一種表面加熱元件，包括具有緯向和經向的線的織物，其中所述線的至少一部分被設計成導電的線，其中設置至少兩根加熱帶，該帶子的每一根與一組導電的線結合在一起，該線以相互隔開的方式延伸，該導電的線的每一組在起始部分和末端部分通過平面連接裝置電連接，以及該加熱帶通過所述連接裝置被彼此電布線。
2.根據權利要求1的表面加熱裝置，其中該導電的線沿其外表面具有絕緣層。
3.根據地權利要求1的表面加熱裝置，其中跨越織物表面的網的寬度是恆定的，以及相鄰導電線和/或加熱帶之間的距離是變化的以便影響加熱效果。
4.根據權利要求1的表面加熱元件，其中在織物中導電的線基本上具有與非導電的線的相同的直徑，該線的直徑特別處在10微米與100微米之間的範圍，優選在40微米與50微米之間。
5.根據權利要求1的表面加熱元件，其中該導電的線被設計成銅線以及該非導電的線被設計成聚合物的，特別是聚酯的。
6.根據權利要求1的表面加熱元件，其中該平面裝置通過擠壓和熱與加熱帶連接，特別被焊接其上。
7.根據權利要求1的表面加熱元件，其中該平面連接裝置被設計成平面薄板，該平面連接裝置被安排成沿膠帶相互隔開的方式，同時該平面薄板被設置在織物上並與導電的線電連接。
8.座位取暖裝置，包括根據權利要求1的表面加熱元件。
9.製造特別是根據權利要求1的表面加熱元件的方法，其中織物是由線織造的，該線，至少是該線的一部分是導電的線，其中，至少形成兩根加熱帶，該帶子的每一根與一組導電的線結合在一起，該線以相互隔開的方式延伸，其中每一組導電的線以導電的方式在起始部分和末端部分通過平面連接裝置被連接，以及其中加熱帶通過所述連接裝置被彼此電布線。
10.根據權利要求9的方法，其中該導電的線具有沿其外表面的電絕緣層，在平面連接裝置的部分中去除該絕緣層。
11.根據權利要求9的方法，其中所述平面連接裝置施加到被絕緣的導電線，而再通過擠壓和熱焊接於其上，因而線在此部分的絕緣被去除。
12.根據權利要求9的方法，其中所述平面連接裝置沿膠帶以相互隔開的方式布置，以及具有平面連接裝置的膠帶施加到織物上，該膠帶處於遠離織物面對的平面連接裝置的側邊。
13.根據權利要求9的方法，其中相鄰導電的線之間的距離是變化的以調節加熱效果。
全文摘要
本發明涉及包括織物的表面加熱元件，該織物具有導電的和非電的線。幾根導電的線結合在一起成加熱帶，在該情況中不同的加熱帶可以以任何選擇的方法布線。此外，本發明涉及生產這種表面加熱元件的方法。
文檔編號H05B3/10GK101039538SQ20071008418
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月17日 優先權日2006年2月24日
發明者C·莫爾, P·卡特詹巴克, M·斯特羅茨 申請人:塞法爾股份公司