DE19911519A1 - Flächenheizer auf Vlies- oder Gewebebasis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flachheizfolie für Flächenheizkörper in allen technisch für Beheizung möglichen Applikationen auf Basis von Glas-/Kohlefaser-Vliesstoffen oder Kohlefaser enthaltenden Glasfasergeweben. Die Stromübertragung auf der unebenen Oberfläche wird mit Kupferelektroden bewerkstelligt, wobei der zum Aufkleben auf einer Seite der Kupferelektrode befindliche Haft- oder Heißsiegelklebstoff mit Metallpartikeln einheitlicher Korngröße gefüllt ist, deren Durchmesser die Oberfläche der Klebstoffschicht um 30-50% überragt. DOLLAR A Der Einsatz ist vorrangig zum Beheizen von Räumen, Sitzen, Spiegeln, Kleidung, vorrangig dort, wo flexible Oberflächen, dünne Schichten von Vorteil, Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und mechanischen Verletzungen, Luftdurchlässigkeit der Heizschicht und eine einfache Montage gefordert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Widerstandsflächenheizung auf Basis eines elektrisch leitenden Vliesmaterials auf Glas-/Kohlefaserbasis, welches mit selbstverlöschenden oder unbrennbaren Schutzfolien ein- oder beidseitig nach bekannten Verfahren kaschiert bzw. beschichtet wird und damit einen hohen Brennwiderstand, gleichmäßige Abstrahlung und Erwärmung, niedriges Gewicht, geringe Dicke, hohe Variabilität, universelle Einsetzbarkeit, hohe chemische und Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie eine hohe Reproduzierbarkeit, hohe Flexibilität und geringen verfahrenstechnischen Aufwand für deren Herstellung aufweist.

Es ist seit langem bekannt, Flächenheizungen in Folienform herzustellen. Zum einen werden diese mittels Widerstandsdrähten oder mit elektrisch leitfähigen Lacken in flächiger oder strukturierter Form hergestellt. Seitlich installierte Elektroden ermöglichen den Stromzufluß, die Abstände werden dem Widerstand und der Heizleitung entsprechend angepaßt. Auch elektromagnetische Strahlung zur Erwärmung über Resonatoren und angeregte Schwingungen in Räumen wird vielfach beschrieben. Hierzu läßt sich nachlesen in den Patenten: WP 79573 (12. 1. 1970), DE 44 30 582, DE 23 27 060, DE 30 17 422, DE 28 15 146, DE 25 12 694, DD 286012, US 4590348, US 4434345, US 2370161, DE 196 26 794 A1.

Dabei wird unterschieden zwischen Konvektionserwärmung, Strahlungswärmeabgabe und dem Resonanzprinzip der Übertragung von Energie durch Anregung über Schwingungen.

Ein Nachteil all dieser Heizungen ist die Verwendung von organischen Trägermaterialien, Lacken und Bindemitteln, welche brennbar, feuchtigkeitsempfindlich, verletzbar und kompliziert in ihrer Herstellung sind. Insbesondere ist eine völlig gleichmäßige Erwärmung der widerstands­ aufweisenden Komponenten bzw. der Substrate und Schutzfolien nicht immer gewährleistet, was zu lokalen Überhitzungen und Totalausfällen führen kann, wobei die Höhe der angelegten Spannung unerheblich für das Auftreten dieser Nachteile ist. Es ist bisher nicht gelungen, eine homogene, flexible Trägerfläche gleichzeitig als Strom- und Widerstandsschicht und damit wärmeerzeugende Fläche herzustellen, was das Ziel der Erfindung ist.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine mit Spannung im Bereich von 6 bis 230 V über ihren Widerstand erhitzbare Flächenheizung zu schaffen, deren innere Struktur überwiegend nichtorganisch und damit unbrennbar, zugleich außerdem nicht empfindlich gegen Beschädigungen, Feuchtigkeit und Verformungen aufgebaut ist, um einen hohen, durch die gleichmäßige Erwärmung der Fläche gesicherten Wirkungsgrad zu gewährleisten, wobei zugleich eine den optimalen Bereich der Strahlungswärmeabgabe gewährleistende Oberflächenstruktur angestrebt wurde.

Wie nun überraschender Weise gefunden werden konnte, lassen sich die gesuchten Parameter durch Verwendung einer Glas-/Kohlefaser-Vliesfläche optimal erreichen. Naheliegend und an sich bekannt ist die Leitfähigkeit von Kohlefaserstrukturen, speziell auch in Vliesstoffen, wie sie zur Faserverstärkung mit Harzen für Leichtbaukonstruktionen in Anwendung befindlich sind. Schwierig gestaltet sich zum einen die Kontaktierung mit einem Stromleiter, zum anderen weisen Kohlefasern einen zu geringen Widerstand auf, so daß kein wirtschaftlich sinnvoller Aufbau eines Flächenheizers möglich ist. Durch Einsatz mit Glasfasern abgemagerter Kohlefaservliese und gleichzeitiger Einsatz von Spezialelektrodenbändern, deren für die Befestigung haftklebend ausgerüstete Rückseite im Klebstoff Metallpartikel mit einem Durchmesser 130-150% von der Kleberschichtdicke enthält, lassen sich in nicht voraussehbarer Weise übergangswiderstandslose Kontaktierungen herstellen, die dauerhaft den gestellten Forderungen standhalten, was insofern vom Fachmann nicht funktionstüchtig postulierbar war, da insbesondere bei Zugabe elektrisch nichtleitender Bestandteile (Glasfaser) erhebliche Elektroden­ kontaktierungsprobleme und Stromdurchführungsbehinderungen zu erwarten waren. Die erfindungsgemäße Lösung ist insoweit neu und wenig naheliegend, als die Übertragung von Strom in eine ungeordnete, ungeglättete, sehr rauhe Oberflächenstruktur bei allen relevanten Spannungswerten ohne eine Eigenerwärmung der Kupferelektroden zufolge zu erwartender Übergangswiderstände erreicht werden konnte, was jedoch nur in erfindungsgemäßer Koppelung der dargestellten Elektrodenkonfiguration auf der leitfähigen Vliesstruktur ermöglicht wird.

Eine Verbesserung des Wirkungsgrades wird durch den hohen Schwarzanteil der Kohlefaserstruktur, gekoppelt mit einer diesen Effekt noch erhöhenden schwarzen Deckfolie erzielt, womit die Wärmeemission im optimalen IR- Strahlungsbereich zwischen 8-14 µm gewährleistet ist.

Die Anwendung von Flächenheizern wird zunehmend erweitert, da ihr hoher Wirkungsgrad, gekoppelt mit geringem Platzbedarf, den Einsatz hinter Tapeten, Paneelen, unter Teppichen, in Sitzen, Spiegeln, Flachheizkörpern und ähnlichen Anwendungen großflächiger beheizter Applikationen erlaubt. Der Einsatz ist dabei in jedweder Form der Stromeinleitung möglich, wobei vorzugsweise Niederspannung bis ca. 42 V mit Gleich- oder Wechselstrom vorgesehen ist. Auch nicht ebene Flächen können infolge der hohen Flexibilität mit der Heizfolie beklebt werden.

Vorteil des Materials ist die geringe Dicke, ein relativ einfaches Verfahren zur Herstellung der Heizelemente, welche lediglich aus 2 oder max. 3 Schichten bestehen und damit den hohen Aufwand einer Lackbeschichtung, verbunden mit den Schwierigkeiten einer erforderlichen hohen Gleichmäßigkeit, umgeht. Die durch das Vlies gegebene Luftdurchlässigkeit erlaubt zugleich atmungsaktive, stabile Flächenheizungen herzustellen, was bei vielen Anwendungen von Vorteil und erwünscht ist, bisher aber nicht möglich war.

Auch ist die Struktur der Vliese von Vorteil gegenüber Folien, weil im Falle von Beschädigungen die Stromdurchführung nicht beeinträchtigt wird. Das geringe Gewicht, die verfahrensbedingte einfache Herstellung und die einfache Installation, die mit allen derzeit bekannten Befestigungsverfahren bis zum Verkleben mit wassergelösten Bindemitteln möglich ist sowie der geringe Platzbedarf, die Vorzüge der Unbrennbarkeit, welche das Einsatzgebiet erheblich erweitern, und die geringen Kosten von Material und Installation weisen umfassende Vorteile zu allen bisher bekannten Heiztechnologien auf.

Die Flächenheizfolie wird an folgenden Beispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

Ein Kohlefaser-Glasfaser-Vlies mit einem definierten Oberflächenwiderstand, beispielsweise von 8 bis 10 Ω, wird im Abstand von 500 mm mit nickelgefüllten, selbstklebend beschichteten Kupferbändern von 10-15 mm Streifenbreite, in denen die Nickelpartikel einen Durchmesser von 130-150% der Klebstoffschichtdicke aufweisen, zugleich mit einer selbstverlöschend rezeptierten PVC weich Folie - schwarz eingefärbt, mittels eines Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffes so kaschiert, daß die einlaufenden Kupferstreifen in den Verbund einlaminiert werden. Die Flächenheizer können wahlweise mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben werden.

Beispiel 2

Ein leitfähiges Vlies gemäß Beispiel 1 wird in gleicher Form ohne die beschriebenen Elektroden mit Schutzfolie kaschiert und die Kontaktierung auf der Rückseite mit den gemäß Beispiel 1 dargestellten Elektroden bei der Installation so vorgenommen, so daß bei entsprechend vorgesehener Spannung abgestimmt auf den Widerstand des Vlieses eine exakt berechnete Heizleistung erzielt wird.

Beispiel 3

Ein Vlies auf Basis von Glasfaser, gemischt mit Widerstandsdrähten mit einem Drahtdurchmesser von 30-100 µm auf Basis von Edelstahl, Konstantan oder ähnlichen Metall - Legierungen mit einem elektrischen Widerstand von ca. 1-0,5 Ω/mm²/m wird nach Beispiel 1 oder 2 mit Elektroden und Schutzfolien versehen, um einen Flächenheizleiter zu erhalten.

Beispiel 4

Ein Glasfasergewebe mit eingewebten Kohlefasern wird gemäß Beispiel 1 oder 2 zu Flächenheizern verarbeitet.

Claims (3)

1. Nichtbrennbare bis selbstverlöschende flexible Flächenheizer in homogen, auf der Fläche gleichmäßig abstrahlender Heizleistung, mit max. 200-300 Mikrometer Schichtdicke auf Basis von Vliesstoffen, ein- oder beidseitig kaschiert gegen schwer entflammbare oder selbstverlöschende Folien, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vliesstoff jeweils auf einen angestrebten elektrischen Widerstand durch definierte Zusätze von Kohlefaserbeimischungen in Glasfaservliese eingestellt und anschließend ausgerüstet wird mittels definiert auf die Kohlefaseranteile und Struktur abgestimmter Anschlußelektroden, vorzugsweise Kupferbänder, deren eine Seite mit einem Haft- oder Heißsiegelklebstoff beschichtet ist, welche ein Metallpulver, vorzugsweise Silber oder Nickel in einheitlicher Korngröße zur Kontaktierung mit der Kohlefaser enthält, das die Kleberschicht um 30-50% überragt, indem diese im auf die Heizleistung abgestimmten Abstand zugleich mit der Schutzfolie in den Verbund und auf das Vlies aufkaschiert werden.

2. Flächenheizleiter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Kohlefasern Metallfasern in das Vliessubstrat eingearbeitet werden.

3. Flächenheizleiter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Vlies ein Glasfasergewebe mit eingewebten Kohlefasern verwendet wird.