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DE102012000977A1 - Heizeinrichtung für komplex geformte Oberflächen - Google Patents

Heizeinrichtung für komplex geformte Oberflächen Download PDF

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DE102012000977A1
DE102012000977A1 DE102012000977A DE102012000977A DE102012000977A1 DE 102012000977 A1 DE102012000977 A1 DE 102012000977A1 DE 102012000977 A DE102012000977 A DE 102012000977A DE 102012000977 A DE102012000977 A DE 102012000977A DE 102012000977 A1 DE102012000977 A1 DE 102012000977A1
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Germany
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heating resistor
heat distribution
tempering
distribution device
carrier
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DE102012000977A
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English (en)
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Jonathan (Yu) Zhang
Yand (Yanbing) Zhang
Fred (Fufei) Zhang
Beck (Hailong) Liang
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Gentherm GmbH
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WET Automotive Systems AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Temperiereinrichtung (10) zum Temperieren von Oberflächen. Es ist vorgesehen, dass die Temperiereinrichtung (10) mindestens eine Wärmeverteileinrichtung (6) aufweist, die zumindest Teile einer zu temperierenden Oberfläche (3) überstreicht.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Temperiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Stand der Technik
  • Temperiereinrichtungen, insbesondere elektrische Heizelemente und Heizleiter, sind oft starken mechanischen Belastungen ausgesetzt. Gleichzeitig müssen sie schnell und einfach montierbar sein. Daher besteht Bedarf an technischen Lösungen, die eine oder mehrere dieser Anforderungen angemessen erfüllen.
  • Gegenstand der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund wird ein technisches Konzept mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
  • Die Erfindung vereinfacht besonders die Montage von Temperiereinrichtungen an Gegenständen mit komplexeren Oberflächen.
  • Die Erfindung eignet sich besonders zur Verwendung für alle gewölbten oder konturierten Oberflächen, insbesondere Fahrzeugsitze, Lenkräder, Sitzauflagen, Verkleidungselemente von Fahrgasträumen, Sessel oder bspw. Büroausstattung, Batteriebeheizung, Flugzeugflügel, Tanks, Flüssigkeits-, Gas- und sonstige Fluidleitungen (z. B. Lebensmittel, Chemikalien).
  • Figuren
  • Im Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese Ausführungen sollen die Erfindung verständlich machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen sich im Rahmen der durch die unabhängigen Ansprüche definierte Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene Merkmale auch weglassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen selbstverständlich untereinander kombiniert werden. Entscheidend ist, dass das Konzept der Erfindung im Wesentlichen umgesetzt ist. Wenn ein Merkmal zumindest teilweise zu erfüllen ist, so schließt dies ein, dass dieses Merkmal auch vollständig erfüllt ist oder im Wesentlichen vollständig erfüllt ist. „Im Wesentlichen” bedeutet dabei insbesondere, dass die Umsetzung eine Erzielung des erwünschten Nutzens in erkennbarem Ausmaß erlaubt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein entsprechendes Merkmal zu mindestens 50%, 90%, 95% oder 99% erfüllt ist. Ist eine Mindestmenge angegeben, so kann selbstverständlich auch mehr als diese Mindestmenge verwendet werden. Wenn die Anzahl eines Bauteils mit mindestens einem angegeben ist, so beinhaltet dies insbesondere auch Ausführungsformen mit zwei, drei oder einer sonstigen Vielzahl von Bauteilen. Was für ein Objekt beschrieben ist, kann auch auf den überwiegenden Teil oder die Gesamtheit aller anderen artgleichen Objekte angewandt werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, schließen Intervalle ihre Randpunkte mit ein.
  • Nachfolgend wird Bezug genommen auf:
  • 1 Kraftfahrzeug im teilweisen Längsschnitt
  • 2 Draufsicht auf eine elektrische, flächige Temperiereinrichtung mit Heizwiderstand und Wärmeverteileinrichtung
  • 3 Querschnitt durch eine Lenkeinrichtung mit einer Temperiereinrichtung nach 2
  • Beschreibung der Erfindung
  • 1 zeigt ein Fahrzeug 100. Dabei kann es sich z. B. um ein Flugzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder wie hier um ein Kraftfahrzeug handeln.
  • Das Fahrzeug 100 weist mindestens einen zu temperierenden Gegenstand 110 auf. Darunter werden insbesondere alle Bauteile verstanden, mit denen ein Benutzer der Fahrgastzelle in Kontakt kommen kann, wie z. B. eine Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, ein Lenkrad, ein Armaturenbrett, eine Armauflage, eine Türverkleidung, eine Sitzauflage, eine Wärmedecke, ein Fahrzeughimmel, ein Polster, ein Bezug oder ein Sitz. Es kann sich aber auch um eine Batterie, eine Fluidleitung, einen Spiegel, einen Tank, einen Speicher o. ä. handeln.
  • Der zu temperierende Gegenstand 110 weist vorzugsweise mindestens eine Temperiereinrichtung 10 auf. Unter Temperiereinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, die zur gezielten Veränderung der Temperatur in ihrer Umgebung genutzt werden kann, z. B. alle Vorrichtungen mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand, einer Wärmepumpe, einem Peltierelement und/oder einer Luftbewegungseinrichtung, z. B. einem Ventilator.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform einer Temperiereinrichtung 10. Sie ist hier als ein flächiges, flexibles Heizelement gestaltet. Die Temperiereinrichtung 10 kann z. B. als Einleger in die Polster eines Inneneinrichtungsgegenstandes, z. B. eines Sitzes oder eines Lenkrades integriert sein.
  • Die Temperiereinrichtung 10 und/oder der zu temperierende Gegenstand 110 besitzt vorzugsweise mindestens einen Träger 102. Dieser ist vorzugsweise flächig und zumindest teilweise aus einem Textil, Gewirke, Gestrick, Gewebe, Vlies, biegsamen Thermoplasten, luftdurchlässigem Material und/oder einer z. B. gestanzten oder genoppten Folie gebildet. Ein Textil ist ein Flächengebilde aus Fäden oder Fasern.
  • Vorzugsweise hat mindestens ein Träger 102 einen bandartigen Stamm-Abschnitt 103. Am Stamm-Abschnitt 103 ist eine Vielzahl von Blatt-Abschnitten 104 angeordnet. Sie sind vorzugsweise aus einem Stück mit dem Stamm-Abschnitt gebildet. Sie können jedoch auch nachträglich angefügt sein. Vorzugsweise sind die Blatt-Abschnitte 104 in derselben Ebene angeordnet wie der Stamm-Abschnitt 103, sie können jedoch auch in einer parallel dazu verlaufenden Ebene angeordnet sein. Dies erlaubt die einfache Handhabung der Temperiereinrichtung 10 durch einen stabilisierenden Mittelsteg. Dies erlaubt außerdem die Stützung eines Heizwiderstandes 114 auch wenn dieser einen geschwungenen Verlauf aufweist.
  • Die Blatt-Abschnitte 104 können alle auf derselben Seite des Stamm-Abschnittes 103 angeordnet sein. Dies erlaubt eine Vereinfachung der Montage, da alle Blatt-Abschnitte 104 in dieselbe Richtung abgestreift werden können. Vorzugsweise ist ein Stamm-Abschnitt 103 jedoch an beiden seiner Längskanten mit Blatt-Abschnitten 104 versehen. Vorzugsweise sind mehrere Blatt-Abschnitte 104 zumindest in einem Abschnitt A, B, C des Trägers 102 in wechselständiger Anordnung vorgesehen. Das meint insbesondere eine unsymmetrische Anordnung in Bezug auf die Längsachse des Stamm-Abschnittes 103. Besonders geeignet sind z. B. eine wechselweise versetzte Anordnung der Spitzen der Blatt-Abschnitte 104 und/oder der Ansätze der Blatt-Abschnitte 104.
  • Der Stamm-Abschnitt 103 weist mindestens einen Abschnitt D, E auf, in dem zumindest ein Teil der Blatt-Abschnitte 104 gegenständig angeordnet ist. Eine gegenständige Anordnung meint insbesondere eine zumindest abschnittsweise symmetrische Anordnung von Blatt-Abschnitten 104 am Stamm-Abschnitt 103 des Trägers 102. Besonders geeignet sind z. B. eine symmetrische Anordnung von Ansätzen oder Spitzen von Blatt-Abschnitten 104 zueinander. Dies erlaubt eine gute Abdeckung z. B. in einem Stegbereich eines Lenkrades.
  • Vorzugsweise hat mindestens ein Blatt-Abschnitt 104 eine Ausnehmung 105. Diese ist vorzugsweise in einem mittleren Bereich des Blatt-Abschnittes 104 angeordnet. Dies erlaubt eine Verbiegung des Blatt-Abschnittes 104 um eine Biegeachse auch bei um eine weitere Biegeachse gebogenem Stamm-Abschnitt 103 ohne Faltenbildung.
  • Vorzugsweise ist der Träger 102 zumindest teilweise aus einem Material, das Poren, Maschenöffnungen, Perforationen o. ä. aufweist. Dies ermöglicht ein geringes Gewicht und eine gute Wärmedurchlässigkeit bei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit des Trägers 102. Besonders geeignet sind gelochte Folien oder netzartige Textilien.
  • Vorzugsweise ist der Träger 102 zumindest abschnittsweise aus einem Material, das elektrisch isolierend ist. Dies erlaubt die Verwendung unisolierter Heizwiderstände und kostengünstiger Materialien.
  • Die Temperiereinrichtung 10 besitzt insbesondere mindestens einen Heizwiderstand 114, der bei, an und/oder im Träger 102 angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein vieladriger Heizwiderstand 114 in Form eines Heizstranges vorgesehen, dessen Adern vorzugsweise verdrillt miteinander elektrisch parallel zueinander angeordnet sind. Die Fixierung mindestens eines Heizwiderstands 114 am Träger 102 geschieht partiell oder vollflächig, z. B. durch einen Kleber. Der Heizwiderstand 114 besitzt einen elektrischen Widerstand von zwischen 100 Ω/m und 1000 Ω/m, besser 100 und 800 Ω/m, besser 300 und 500 Ω/m. Der Heizwiderstand ist vorzugsweise zumindest anteilig aus einem Material mit PTC-Eigenschaft gebildet. Vorzugweise handelt es sich um eine Litze. Wenn der Heizwiderstand eine Leiterschleife bildet oder einen Strang mit Hin- und Rückleiter, die an ihrem einen Ende kurzgeschlossen sind, so braucht der Heizwiderstand nur an einer einzigen Lenkrad-Position kontaktiert werden.
  • Vorzugsweise ist der Heizwiderstand 114 zumindest abschnittsweise längs der Mittelachse des Trägers 102 angeordnet. Dies bezweckt einen geringen Materialeinsatz und eine möglichst geringe mechanische Verformung.
  • Vorzugsweise ist der Heizwiderstand 114 mäandernd angeordnet. Vorzugsweise verläuft er zumindest abschnittsweise auch in die Blatt-Abschnitte 104 hinein. Vorzugsweise ist er zumindest abschnittsweise in einem gleichbleibenden Abstand zum Rand des Trägers 102 angeordnet. Erfolgt also zumindest abschnittsweise der Außenkontur des Trägers 102. Dies ist bspw. bei einer wechselständigen Anordnung der Blatt-Abschnitte 104 zweckmäßig. Hier lässt sich der mäandernde Verlauf des Heizwiderstandes 114 mit der wechselständigen Anordnung der Blatt-Abschnitte 104 harmonisch zur Deckung bringen. Der Heizwiderstand 114 kann zumindest abschnittsweise auch so angeordnet sein, dass er der Außenkontur des Trägers 102 nicht folgt. Dies kann bspw. bei einer wechselständigen Anordnung der Blatt-Abschnitte 104 sinnvoll sein, um mit einem Heizstrang alle Blatt-Abschnitte 104 zu überstreichen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Heizwiderstände 114 am Träger 102 angeordnet sind. Das bewirkt eine höhere Ausfallsicherheit, eine Versorgung jeweils eines der beiden Randabschnitte des Temperierelementes mit einem eigenen Heizwiderstand 114 und eine unterschiedliche Temperierung verschiedener Zonen durch individuelle Einstellung der Heizleistung in einer bestimmten Zone.
  • Es kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Heizwiderstände 114 parallel zueinander längs des Stamm-Abschnittes 103 des Trägers 102 angeordnet sind.
  • Vorzugsweise weist die Temperiereinrichtung 10 mindestens eine flache Wärmeverteileinrichtung 6 auf. Hierzu eignen sich insbesondere Schichten mit metallischen Anteilen, bspw. Aluminium, Folien oder Platten. Vorzugsweise ist auf der Ober- und der Unterseite des Heizwiderstandes 114 jeweils eine Wärmeverteileinrichtung 6, 6', z. B. in Form einer wärmeleitenden Schicht, z. B. aus Aluminiumfolie, angeordnet, z. B. in einer Dicke zwischen 0,01 und 0,5 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 0,2 mm. Die Wärmeverteileinrichtungen 6 stehen über den Heizwiderstand 114 über und sind in überstehenden Bereichen aneinander, z. B. mit Klebstoff oder Klebeband befestigt. Dadurch ergibt sich ein besonders guter Wärmeübergang vom Heizwiderstand 114 auf die Wärmeverteileinrichtungen 6.
  • Vorzugsweise hat mindestens eine Wärmeverteileinrichtung 6 einen bandartigen Stamm-Abschnitt 103'. Am Stamm-Abschnitt 103' ist eine Vielzahl von Blatt-Abschnitten 104' angeordnet. Sie sind vorzugsweise aus einem Stück mit dem Stamm-Abschnitt 103' gebildet. Sie können jedoch auch nachträglich angefügt sein. Vorzugsweise sind die Blatt-Abschnitte 104 in derselben Ebene angeordnet wie der Stamm-Abschnitt 103', sie können jedoch auch in einer parallel dazu verlaufenden Ebene angeordnet sein. Dies erlaubt die einfache Handhabung des Heizelementes durch einen stabilisierenden Mittelsteg.
  • Die Blatt-Abschnitte 104' können alle auf derselben Seite des Stamm-Abschnittes 103' angeordnet sein. Vorzugsweise ist ein Stamm-Abschnitt 103' jedoch an beiden Längskanten mit Blatt-Abschnitten 104' versehen. Dies ermöglicht eine verbesserte Wärmeverteilung aufgrund der geringeren Distanz zwischen einem Heizwiderstand 114 und einer Spitze eines Blatt-Abschnittes 104'.
  • Im Übrigen gilt für die Struktur der Wärmeleiteinrichtung 6, 6' analog das zum Träger Gesagte.
  • Vorzugsweise ist die Wärmeverteileinrichtung 6 zumindest teilweise aus einem Material, das thermisch gut leitfähig ist. Besonders geeignet sind gelochte Folien oder netzartige Textilien.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine Wärmeverteileinrichtung 6 geerdet, um elektromagnetische Felder abzuschirmen und einen Benutzer bei Störungen im Stromkreislauf zusätzlich zu schützen.
  • Vorzugsweise ist mindestens eine Wärmeverteileinrichtung 6 identisch mit dem Träger 102 oder deckungsgleich zu diesem angeordnet. Vorzugsweise sind alle Wärmeverteileinrichtungen 6 deckungsgleich zueinander angeordnet. Günstigerweise bilden mindestens ein textiler Träger und mindestens eine metallische Wärmeverteileinrichtung mit mindestens einem dazwischen eingebetteten Heizleiter einen Sandwich, wobei der textile Träger näher an der zu temperierenden Oberfläche angeordnet ist als die Wärmeverteileinrichtung, um eine Polsterwirkung zu erzielen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der textile Träger zum Lenkradkern und die Wärmeverteileinrichtung zur Oberfläche des Lenkrades weist, um einen besseren Wärmeübergang zur Lenkradoberfläche zu erreichen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass eine Wärmeverteileinrichtung 6' mindestens einen Blatt-Abschnitt 104' aufweist, der bezüglich seiner Entfernung von der Mittelachse des Blatt-Abschnittes 104' kürzer ist, als eine zumindest bzgl. ihrer Längsachse deckungsgleich angeordnete zweite Wärmeverteileinrichtung 6. Dies ermöglicht eine Materialeinsparung bei gleichzeitig ausreichendem Wärmeaustausch mit von Heizwiderständen 114 beabstandeten Bereichen.
  • Die Temperiereinrichtung 10 besitzt sinnvollerweise einen Temperatursensor, der eine Stromzufuhr zu mindestens einem Teil der Heizwiderstände 114 bei Temperaturen z. B. über 60°C unterbricht. Der Temperatursensor kann z. B. ein Thermostat sein. Zusätzlich oder alternativ zum Heizwiderstand 114 können ein oder mehrere Peltier-Elemente vorgesehen sein, die der Kühlung der Wärmeverteileinrichtung 6 dienen.
  • Vorzugsweise hat die Temperiereinrichtung 10 mindestens eine Wärmeverteileinrichtung 6, die zumindest abschnittsweise einen Heizwiderstand 114 zumindest abschnittsweise und zumindest teilweise umschließt. Vorzugsweise ist bei einer Betrachtung im Querschnitt mindestens 50% des Umfanges des Heizwiderstandes 114 von der Wärmeverteileinrichtung 6 umschlossen, vorzugsweise insbesondere 70%, vorzugsweise 90%.
  • Vorzugsweise ist ein Heizwiderstand 114 zwischen mindestens zwei Wärmeverteileinrichtungen 6, 6' angeordnet. Durch die große Kontaktfläche ergibt sich ein hoher Wärmeübergang zwischen Heizwiderstand 114 und den Wärmeverteileinrichtungen 6, 6'. Vorzugsweise ist zwischen dem Heizwiderstand 114 und mindestens einer Wärmeverteileinrichtung 6 mindestens eine Isolation angeordnet. Diese kann bspw. als Isolationsbeschichtung auf dem Heizwiderstand 114 vorgesehen sein. Auch kann mindestens eine Wärmeverteileinrichtung 6, 6' mit einer Isolationsschicht beschichtet sein. Vorzugsweise sind mindestens zwei Wärmeverteileinrichtungen 6, 6' mit mindestens einem zwischen ihnen angeordneten klebefähigen Material miteinander verbunden. Besonders geeignet sind doppelseitig wirkende Klebebänder oder Sprühkleber.
  • Es kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Wärmeverteileinrichtungen 6, 6' zumindest abschnittsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden sind. Dies kann bspw. durch Prägungen von Noppen und Ausnehmungen oder durch Verpressen miteinander vorgenommen sein. In solchen Bereichen kann es vorteilhaft sein, auf einen Klebstoff zu verzichten, insbesondere wenn dort hohe Temperaturen auftreten.
  • Die Herstellung der Temperiereinrichtung 10 erfolgt vorzugsweise in folgenden Schritten:
    • a) Vorsehen eines flächigen Trägers 102 und/oder einer Wärmeverteileinrichtung 6.
    • b) Zumindest partielle Anordnung einer klebefähigen Substanz auf dem Träger 102/der Wärmeverteileinrichtung 6.
    • c) Anordnung mindestens eines Heizwiderstandes 114 auf dem Träger 102.
    • d) Abdeckung des Heizwiderstandes 114 mit einem weiteren Träger 102 und/oder einer Wärmeverteileinrichtung 6'.
    • e) Stanzen der äußeren Kontur der Temperiereinrichtung 10.
  • Es ist jedoch auch möglich, die Herstellungsschritte zu vertauschen und bspw. Heizwiderstände 114 auf einem Träger 102 zu verlegen, dessen äußere Kontur bereits zugeschnitten ist.
  • Die Temperiereinrichtung 10 kann nun so angeordnet werden, dass die zu beheizende Oberfläche möglichst gleichmäßig erwärmt wird. Es kann dabei günstig sein, die Oberfläche so zu konturieren, dass ein Heizwiderstand 114, eine Wärmeverteileinrichtung, ein flächiger Träger oder andere Bauteile mit größerer Dicke in entsprechenden Vertiefungen 107 versenkt werden, um eine gleichmäßige Oberflächenkontur z. B. eines Bezuges 50 zu erreichen. Vorzugsweise sind die Tiefe und Breite solcher Vertiefungen 107 geringfügig größer dimensioniert als die entsprechenden Dicken- und Breitenabmessungen der zu versenkenden Bauteile.
  • Beim Heizen oder Kühlen ist es nicht erforderlich, die gesamte zu temperierende Oberfläche mit einem Heizwiderstand 114 oder Kühlelement zu überstreichen. Es ist vielmehr möglich, an geeigneten Positionen eine entsprechende Aufheizung/Kühlung vorzunehmen und die dort in die Wärmeverteileinrichtung 6 eingespeiste oder entnommene Wärme über die Wärmeverteileinrichtung 6 gleichmäßig auf der zu temperierenden Oberfläche aufzubringen.
  • Bezugszeichenliste
    • 6, 6'
    Wärmeverteileinrichtung
    10
    Temperiereinrichtung
    50
    Bezug
    100
    Fahrzeug
    102
    Träger
    103, 103'
    Stamm-Abschnitt
    104, 104'
    Blatt-Abschnitt
    105
    Ausnehmung
    107
    Vertiefung
    110
    Zu temperierender Gegenstand
    114
    Heizwiderstand

Claims (5)

  1. Elektrische Temperiereinrichtung (10) zum Temperieren von Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinrichtung (10) mindestens eine Wärmeverteileinrichtung (6) aufweist, die zumindest Teile einer zu temperierenden Oberfläche (3) überstreicht.
  2. Temperiereinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindesten einen Heizwiderstand (114) aufweist.
  3. Temperiereinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein elektrisches Kühlelement aufweist.
  4. Temperiereinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeverteileinrichtung (6) mindestens einen Heizwiderstand (114) aufweist, der zwischen zwei flexiblen Metallschichten angeordnet ist, welche zumindest teilweise über die Selten des Heizwiderstandes (114) überstehen, um eine Fläche zu überstreichen, die größer als die Grundfläche des Heizwiderstandes (114) ist.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Temperiereinrichtung (10) mit den folgenden Schritten: a) Vorsehen eines flächigen Trägers (102) und/oder einer Wärmeverteileinrichtung (6). b) Zumindest partielle Anordnung einer klebefähigen Substanz auf dem Träger (102)/der Wärmeverteileinrichtung (6). c) Anordnung mindestens eines Heizwiderstandes (114) auf dem Träger (102). d) Abdeckung des Heizwiderstandes (114) mit einem weiteren Träger (102) und/oder einer Wärmeverteileinrichtung (6'). e) Stanzen der äußeren Kontur der Temperiereinrichtung (10).
DE102012000977A 2011-04-06 2012-01-20 Heizeinrichtung für komplex geformte Oberflächen Withdrawn DE102012000977A1 (de)

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JP2012087450A JP2012218734A (ja) 2011-04-06 2012-04-06 複雑に成形された面を加熱する装置
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DE102011016254 2011-04-06
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