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Die Erfindung betrifft ein Heiztextil, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die Beheizung von Innenräumen von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, erfolgt üblicherweise durch Konvektionsheizung. Hierbei wird konditionierte Luft mittels eines Gebläses über entsprechende Luftdüsen in den Innenraum eingeblasen. Als Heizelement zum Konditionieren der Luft wird dabei ein Wärmetauscher verwendet, mittels welchem ein Wärmeübergang von einem Kühlmedium zum Kühlen eines Antriebsaggregats, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, auf die dem Innenraum zuzuführende Luft bewirkt wird.
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Auf dem Weg von dem Heizelement durch entsprechende Leitungselemente und das Luftausströmelement hindurch bis zum Innenraum können hohe Wärmeverluste auftreten, so dass sich die Luft wieder abkühlt. Darüber hinaus kann sie Wärme auf dem Weg von dem Luftausströmelement bis zu Insassen des Kraftwagens verlieren. Zudem kann die Luft erst dann hinreichend erwärmt werden, wenn ausreichend Abwärme vom Antriebsaggregat bereitgestellt wird. Dies führt zu einer nur energieineffizienten und unkomfortablen Beheizung des Innenraums. Zudem dauert es eine relativ lange, bis eine starke Erwärmung des Innenraums bewirkt werden kann. Da die Insassen in der Regel relativ weit von dem Luftausströmelement entfernt sitzen, nehmen diese die warme Luft sowie die durch die warme Luft bewirkte Erwärmung des Innenraums erst sehr spät wahr.
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Als Alternative zu solch einer Konvektionsheizung ist es bekannt, Heiztextilien zu verwenden. Ein solches Heiztextil umfasst ein flächiges Gewirk, in welches elektrisch leitfähige Garne sowie wenigstens ein Elektrodengarn zum elektrischen Kontaktieren der Heizgarne integriert ist. Dabei sind die Heizgarne elektrisch mit dem Elektrodengarn verbunden und können so über das Elektrodengarn mit einer Stromquelle verbunden werden. Dadurch werden die Heizgarne nach Art eines Widerstandsheizelements erwärmt. Mittels eines solchen Heiztextils kann eine sogenannte Flächenheizung dargestellt werden, mittels welcher eine besonders energieeffiziente sowie schnelle Beheizung des Innenraums eines Kraftwagens realisierbar ist. Das Heiztextil kann beispielsweise in ein Innenverkleidungsteil integriert und somit besonders nahe an den Insassen angeordnet werden. Die Insassen nehmen somit eine durch das Heiztextil bewirkte Beheizung besonders schnell wahr. Zudem können im Vergleich zur Konvektionsheizung Wärmeverluste gering gehalten werden. Darüber hinaus ist die Beheizung des Innenraums unabhängig von einer von einem Antriebsaggregat etwaig bereitgestellten Abwärme.
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Ein solches Heiztextil eignet sich somit besonders gut für die Verwendung in Hybrid-Fahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, so dass beispielsweise in einer Batterie gespeicherte, elektrische Energie zu einem großen Teil zum elektrischen Antreiben des Kraftwagens und nur zu einem sehr geringen Teil zum Beheizen des Innenraums verwendet werden kann.
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Ein solches Heiztextil ist beispielsweise aus der
DE 201 11 067 U1 bekannt. Diese offenbart ein stromleitfähiges Gewirk, welches ein elektrisch leitendes, relativ hochohmiges, flexibles Widerstandsmaterial aus Kohlenstofffasern mit Metallleitern für die elektrischen Zuleitungen aus einem niederohmigen Material enthält. Dabei sind die Kohlenstofffasern und die Metallleiter in ein aus Kunststofffäden als Trägermaterial bestehendes Gewirk unter Ausbildung eines einheitlichen Teiles mit eingewirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Heiztextil zu schaffen, welches eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Heiztextil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Heiztextil mit einer besonders hohen Funktionserfüllungssicherheit zu schaffen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Heizgarne jeweils das Elektrodengarn je Maschenreihe des Gewirks an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen elektrisch kontaktieren. Mit anderen Worten sind pro Maschenreihe des Gewirks wenigstens zwei Stellen vorgesehen, an denen das jeweilige Heizgarn mit dem Elektrodengarn elektrisch verbunden ist. Hierdurch sind pro Maschenreihe und Heizgarn mehrere, voneinander beabstandete elektrische Anbindungspunkte vorgesehen, so dass eine besonders hohe Kontaktierungssicherung geschaffen ist. Kommt es beispielsweise zu einer Aufhebung der elektrischen Kontaktierung an einer ersten der Stellen, so ist an der zweiten Stelle weiterhin eine elektrische Kontaktierung ausgebildet, so dass das entsprechende Heizgarn weiterhin mit elektrischem Strom versorgt und somit zum Beheizen genutzt werden kann. Die elektrische Kontaktierung an den wenigstens zwei Stellen kann beispielsweise derart realisiert sein, dass die Heizgarne in einer solchen Weise angeordnet sind, dass sie das Elektrodengarn pro Maschenreihe mehrere Male, das heißt wenigstens zweimal umwinden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine Flottung des Elektrodengarns und/oder der Heizgarne vorgesehen. Eine solche Flottung wird üblicherweise auch als Flottierung bezeichnet und ermöglicht die Darstellung einer besonders einfachen Kontaktierung des wenigstens einen Elektrodengarns mit einer vom Heiztextil externen Stromversorgung beziehungsweise Stromquelle. Mittels einer beispielsweise bei der Herstellung des Heiztextils ausgebildeten Flottung ist es beispielsweise möglich, jeweilige, vorkonfigurierte Bereiche des Heiztextils in einfacher Weise aus der Gesamtware herauszutrennen und das wenigstens eine Elektrodengarn mit der externen Stromversorgung elektrisch zu koppeln. Hierdurch ist es auch auf einfache und kostengünstige Weise möglich, das Heiztextil bauteil- und/oder größenspezifisch herzustellen und beispielsweise hinsichtlich der Größe und/oder Form an ein Innenverkleidungsteil, in welches das Heiztextil zu integrieren ist, anzupassen. Durch Einarbeitung einer flottierenden Leiterbahn in Form des wenigstens einen Elektrodengarns kann ferner eine besonders sichere elektrische Kontaktierung gewährleistet werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zumindest ein zweites Elektrodengarn zum elektrischen Kontaktieren der Heizgarne in das Gewirk integriert ist. Hierbei weist auch das zweite Elektrodengarn eine gegenüber dem jeweiligen ersten elektrischen Widerstand geringeren Widerstand auf, wobei die Elektrodengarne beispielsweise zumindest im Wesentlichen den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen können. Durch die Verwendung mehrerer Elektrodengarne kann ein hinsichtlich der Versorgung der Heizgarne mit elektrischem Strom redundantes System geschaffen werden, welches das Heiztextil vor einem Totalausfall schützt.
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Vorteilhafterweise sind die Elektrodengarne vollständig voneinander beabstandet. Mit anderen Worten berühren sich die Elektrodengarne nicht. Hierdurch kann die Gefahr der sogenannten Hotspot-Bildung an Bindungspunkten des Heiztextils vermieden oder zumindest gering gehalten werden, da keine Bindungspunkte der elektrisch leitfähigen Elektrodengarne untereinander vorgesehen sind. Als „Hotspots” werden Stellen bezeichnet, an denen es unerwünschter Weise zu einer übermäßigen Wärmeentwicklung kommt. Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner gezeigt, wenn die Heizgarne voneinander beabstandet sind. Dies bedeutet, dass sich die Heizgarne nicht berühren. Hierdurch kann die Gefahr der Hotspot-Bildung an Bindungspunkten des Heiztextils gering gehalten werden, da keine Bindungspunkte der elektrisch leitfähigen Heizgarne untereinander vorgesehen sind.
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Infolge der Integration der Heizgarne und der Elektrodengarne in das Gewirk ist es darüber hinaus möglich, das Heiztextil in einem sogenannten One-Shot-Verfahren herzustellen. In einem solchen One-Shot-Verfahren wird das Heiztextil in lediglich einem Prozessschritt hergestellt, wobei die Heizgarne und das wenigstens eine Elektrodengarn bereits bei der Herstellung des Gewirks, das heißt gleichzeitig mit der Herstellung des Gewirks, in dieses eingearbeitet werden können. Weitere und zusätzliche, sich an die Herstellung des Gewirks anschließende, Prozessschritte zum Einbringen des Elektrodengarns und der Heizgarne in das Gewirk sind somit nicht vorgesehen und nicht erforderlich. Hierdurch kann ein vollfunktionsfähiges Heiztextil in lediglich einem Prozessschritt hergestellt werden, so dass das Heiztextil besonders zeit- und kostengünstig herstellbar ist.
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Darüber hinaus ist eine bauteil- beziehungsweise endkonturnahe Fertigung des Heiztextils realisierbar. Mit anderen Worten kann das Heiztextil hinsichtlich seiner Geometrie bereits bei seiner Herstellung an eine Geometrie eines Bauteils, insbesondere eines Innenverkleidungsteils, angepasst werden, in welches das Heiztextil nach dessen Herstellung integriert wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Draufsicht auf ein Heiztextil gemäß einer ersten Ausführungsform, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einem flächigen Gewirkt, in welches elektrisch leitfähige Heizgarne sowie elektrisch leitfähige Elektrodengarne zum elektrischen Kontaktieren der Heizgarne integriert sind, wobei die Heizgarne jeweils das jeweilige Elektrodengarn je Maschenreihe des Gewirks an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen elektrisch kontaktieren;
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2 eine schematische Draufsicht auf das Heiztextil gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Draufsicht auf das Heiztextil gemäß der zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Heiztextil 10 für einen Personenkraftwagen. Das Heiztextil 10 weist ein zumindest im Wesentlichen flächiges beziehungsweise flaches Textil in Form eines Gewirks 12 auf, welches aus Fasern oder Fäden gebildet ist. In das Gewirk 12 sind elektrisch leitfähige Heizgarne integriert, von denen in 1 zwei elektrisch leitfähige Heizgarne 14, 16 dargestellt sind. Die elektrisch leitfähigen Heizgarne 14, 16 sind hochohmig ausgebildet und weisen einen jeweiligen, ersten elektrischen Widerstand auf.
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In das Gewirk 12 sind auch elektrisch leitfähige Elektrodengarne 18 integriert, welche zum elektrischen Kontaktieren der Heizgarne 14, 16 dienen. Mit anderen Worten sind die Heizgarne 14, 16 mit den Elektrodengarnen 18 elektrisch verbunden, so dass die Heizgarne 14, 16 über die Elektrodengarne 18 mit einer vom Heiztextil 10 elektrischen Stromversorgung des Kraftwagens koppelbar sind. Dadurch ist es möglich, mittels der elektrischen Stromquelle an die Heizgarne 14, 16 über die Elektrodengarne 18 eine elektrische Spannung anzulegen und Strom durch die Heizgarne 14, 16 hindurchzuleiten, so dass dadurch eine Erwärmung der Heizgarne 14, 16 bewirkt wird.
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Die Elektrodengarne 18 sind im Vergleich zu den Heizgarnen 14, 16 niederohmig ausgebildet und weisen einen jeweiligen, zweiten elektrischen Widerstand auf, welcher geringer ist als der erste elektrische Widerstand. Die Elektrodengarne 18 sind beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Kupfer, gebildet. Die Heizgarne 14, 16 sind beispielsweise aus Edelstahl oder aus Karbon beziehungsweise Kohlenstoff gebildet.
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Zur Darstellung einer besonders prozesssicheren, elektrischen Kontaktierung zwischen den jeweiligen Elektrodengarnen 18 und den jeweiligen Heizgarnen 14, 16 ist es vorgesehen, dass die Heizgarne 14, 16 jeweils das jeweilige Elektrodengarn 18 je Maschenreihe des Gewirks 12 an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen 20, 22 kontaktieren, wie es in 1 am Beispiel des Heizgarns 14 veranschaulicht ist. Hierzu ist beispielsweise ein Vor- und Zurückführen der Heizgarne 14, 16 vorgesehen, was beispielsweise durch Wirkverfahren realisiert werden kann.
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Zur Realisierung der elektrischen Kontaktierung an den zwei voneinander beabstandeten Stellen 20, 22 ist es beispielsweise vorgesehen, dass die elektrisch leitfähigen Heizgarne 14, 16 das jeweilige Elektrodengarn 18 pro Maschenreihe des Gewirks 12 mehrere Male, das heißt wenigstens zweimal umwinden. Hierdurch ist eine besonders hohe Kontaktierungssicherheit geschaffen. Kommt es beispielsweise zum Ausfall der elektrischen Kontaktierung an einer ersten der Stellen 20, 22, so kann die elektrische Kontaktierung weiterhin an der zweiten der Stellen 20, 22 gewährleistet werden. Somit weist das Heiztextil 10 eine sehr hohe Funktionserfüllungssicherheit auf.
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In 1 sind zwei unterschiedliche Bindungsstrukturen der Heizgarne veranschaulicht. Anhand des bezogen auf die Bildebenen von 1 linken Heizgarns 14 ist eine solche Bindungsstruktur veranschaulicht, bei welcher es sich um die Bindung „Köpertrikot offen” handelt. Im Gegensatz dazu weist das rechte Heizgarn 16 einen im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf auf.
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Durch den Einsatz der mehreren Elektrodengarne 18 ist ein hinsichtlich der Stromzufuhr redundantes System geschaffen, so dass das Heiztextil 10 beziehungsweise die Heizgarne 14, 16 auch bei Beschädigung oder Ausfall eines der als Elektrode fungierenden Elektrodengarne 18 mit Strom versorgt werden kann. Die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem vollständigen Ausfall des Heiztextils 10 hinsichtlich seiner Heizfähigkeit kommt, ist somit besonders gering.
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Aus 1 ist auch ein jeweiliger, sogenannter Rapport 21 sowie bezüglich der Elektrodengarne 18 eine sogenannte Flottung 23 des Heiztextils 10 erkennbar.
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2 zeigt das Heiztextil 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei in 2 durch einen Richtungspfeil 26 die Produktionsrichtung des Heiztextils 10 beziehungsweise des Gewirks 12 veranschaulicht ist. Auch das Heiztextil 10 gemäß der zweiten Ausführungsform weist jeweilige Rapporte 21 sowie Flottungen 23 der Elektrodengarne 18 auf. An der Stelle der jeweiligen Flottung 23 ist das jeweilige Elektrodengarn 18 nicht in das Gewirk 12 eingebunden. Bei Heraustrennen einzelner Heiztextile 10 aus einer im Ganzen mit 24 bezeichneten Gesamtware können einerseits durch eine ausreichende Flottungslänge der Elektrodengarne 18 eine gute Kontaktierung gewährleistet sowie andererseits durch eine geeignete Größeneinstellung des zu fertigenden Heiztextils 10 bauteil- und größenangepasste Heiztextile hergestellt werden.
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Wie aus 3 erkennbar ist, ist es bei dem Heiztextil 10 ferner vorgesehen, dass die Elektrodengarne 18 voneinander beabstandet sind und sich nicht berühren. Auch die Heizgarne 16 sind voneinander beabstandet und berühren sich nicht. Dadurch kann die Gefahr der Entstehung von übermäßig heißen Stellen des Heiztextils 10 besonders gering gehalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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