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Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizkörpers
Flächenheizkörper sind äusserst dünn gehaltene, flächenhafte Heizkörper, welche sich zur Befestigung an Decken, Wänden sowie anderen ebenen oder gekrümmten Flächen zu deren Beheizung oder zur Wärmeabstrahlung eignen.
An Flächenheizkörper werden eine Reihe von Anforderungen gestellt, welche für deren ordnungsgemässe Funktionsfähigkeit von grosser Bedeutung sind.
Flächenheizkörper müssen einerseits eine weitgehend gleichmässige Wärmeabgabe aufweisen, d. h. sie dürfen nicht örtlich mit unterschiedlicher Intensität Wärme erzeugen und Wärme abstrahlen. Ferner müssen Flächenheizkörper möglichst dünn ausgebildet sein, damit sie praktisch unmittelbar nach Einschalten des elektrischen Stromes mit der Wärmeabstrahlung beginnen. Aus diesen beiden Gründen ist es erstrebenswert, dass die Flächenheizkörper eine möglichst geringe Masse, d. h. eine möglichst geringe Wärmekapazität aufweisen, wobei jedoch der Abstand der eigentlichen Heizelemente von der Heizkörperoberfläche im Interesse einer gleichmässigen Wärmeabgabe möglichst konstant sein muss.
Neben dieser Forderung nach äusserst geringem Querschnitt müssen jedoch die erforderlichen elektrischen Isoliereigenschaften vorhanden sein, d. h. dass an keiner Stelle durch Berührung des Heizkörpers mit metalli- schen Gegenständen ein Kurzschluss hervorgerufen werden kann. Darüber hinaus dürfen bei Flächenheizkörpern örtlich keine zu hohen Temperaturen auftreten, um eine Zerstörung der Einbettul1gsmasse zu verhindern. Alle Heizelemente müssen also möglichst in engem Wärmekontakt mit ihrer Umgebung stehen, welche die erzeugte Wärme sofort abführt. Neben den bereits erwähnten Eigenschaften müssen die Flächenheizkörper zur Anpassung an die zu beheizenden Körper eine gewisse Flexibilität aufweisen.
Anderseits ist jedoch eine weitgehende mechanische Stabilität erforderlich, welche auch verhindert, dass die Flächenheizkörper durch Reibung etc. sich mit der Zeit abnützen und die Heizelemente selbst freigelegt werden.
Es wurden bereits mehrere Versuche unternommen, die erwähnten Bedingungen zu erfüllen ; eine allen Anforderungen gerecht werdende Lösung ist bis jetzt jedoch noch nicht bekannt geworden. Es wurde bereits versucht, auf eine Unterlage eine feine metallische Schicht, beispielsweise galvanisch, aufzutragen und mittels einer weiteren Schicht, wie Gummi, abzudecken. Flächenheizkörper dieser Art konnten zwar unter Einhaltung der gewünschten mechanischen Bedingungen und ferner hinreichend dünn hergestellt werden ; es war jedoch nicht möglich, mit diesen Heizkörpern eine gleichmässige Wärmeabgabe zu erzielen, da eine metallische Schicht immer örtlich dickere und dünnere Stellen aufwies.
Es entstanden somit immer Zonen unterschiedlichen elektrischen Widerstandes, wobei dann an den Stellen hohen Widerstandes unter Überhitzung des Heizkörpers eine erhöhte Wärmeabgabe stattfand, während an Stellen geringeren Widerstandes praktisch keine Erwärmung erfolgte. Durch diese Nachteile war dieser Flä- chenheizkörper für viele Verwendungszwecke unbrauchbar, so dass er sich nicht allgemein durchsetzen konnte.
Weiter wurde vorgeschlagen, einen Flächenheizkörper aus Gummi herzustellen, wobei in den Gummi einzelne Drähte eingebettet werden sollen. Gummi besitzt zwar die für den vorliegenden Zweck hinreichende Elastizität, hat jedoch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit. Werden nun einzelne Heizdrähte in den Gummi eingebettet, ist die Wärmeableitung von diesen Drähten so gering, dass sich der
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Draht zu stark erwärmt und den Gummi in seiner Umgebung zerstört oder Gas abgibt. Hiedurch wird jedoch die Wärmeableitung von den Drähten noch geringer, so dass örtliche Überhitzungen auftreten, welche nicht ungefährlich sind. Um diesem Nachteil zu begegnen, wurden statt voller Drähte aus äusserst feinen Einzeldrähten bestehende Litzen in den Gummi eingebettet.
Wenngleich die Wärmeableitung durch die grösseren Oberflächen der Heizelemente nun günstiger war, konnte pro Flächeneinheit immer noch nicht die Wärmeleistung abgestrahlt werden, wie sie für viele Flächenheizkörper erforderlich wäre.
Darüber hinaus werden die Heizkörper durch die Verwendung von Litzen relativ dick, was als ein weiterer Nachteil betrachtet werden muss.
Flächenheizkörper, die die erwähnten Anforderungen teils eise erfüllen, bestehen aus in organisches Material eingebetteten Heizdrähten, welches beidseitig von einem Gewebe aus anorganischem Material bedeckt ist. Das Gewebe aus organischem Material dient dabei zur Gewährleistung einer abriebfesten Oberfläche.
Das Verfahren zur Herstellung dieser Flächenheizkörper bestand bisher darin, die Heizdrähte von Spulen abzuwickeln und zwischen zwei Folien einzulegen. Die Folien werden nach diesem bekannten Verfahren anschliessend mit einem Glasfasergewebe bedeckt und die Gewebe unter Wärmeeinwirkung miteinander verpresst. Das genannte Verfahren ist nur zur Herstellung von relativ dicken Heizkörpern geeignet, da dünnere Drähte beim Abwickeln und Einlegen leicht reissen. Daneben lässt sich bei dem Verfahren der Abstand zweier benachbarter Drähte praktisch nicht konstant halten, was jedoch im Interesse einer gleichmässigen Wärmeabstrahlung vor Wichtigkeit wäre.
Daneben ist es aus der deutschen Patentschrift Nr. 648352 bekanntgeworden, elektrische Flächenheizkörper dadurch herzustellen, dass eine isolierende Platte mit einem elektrischen Widerstandsdraht belegt und hierauf eine härtbares Kunstharz enthaltende Schicht unter Druck und Warme auf die Drähte aufgebracht wird. Auch bei diesem Verfahren ist es nur mit grossen Schwierigkeiten möglich, zwischen den Drähten einen vorgegebenen Abstand einzuhalten. Ferner ist es schwierig, den Abstand zwischen den Drähten und der Heizkörperoberfläche konstant zu halten, da die Schicht kaum mit einer an allen Stellen gleichen Stärke aufgebracht werden kann.
Schliesslich ist es noch aus der österreichischen Patentschrift Nr. 134620 bekannt, Kunstharzblöcke, Platten, Röhren usw. mit Heizdrähten zu durchziehen. Bei diesem Verfahren ist beispielsweise eine Schablone mit einer härtbaren Kunstharzmischung umgeben, worauf auf die Mischung Heizdrähte aufgebracht werden und auf diese eine weitere Kunstharzschicht. Auch die auf diesem Wege gewonnenen Heiz- korper gewährleisten keine gleichmässige Wärmeabstrahlung und sind daher fur viele Zwecke nicht anwendbar. Auch ist nach diesem Verfahren kein Flächenheizkörper mit nur geringer Stärke herstellbar.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Flächenheizkörper dadurch hergestellt, dass die Heizdrähte in eine Folie aus organischem härtbaren Material bei kurzzeitiger örtlicher Erwärmung eingebettet und anschliessend eine weitere Folie aus gleichem Material auf die erste Folie aufgesetzt wird, worauf auf die beiden äusseren Seiten der Folien die Gewebe aus anorganischem Material aufgebracht und der so entstehende Heizkörper in an sich bekannter Weise unter Wärmeeinwirkung zusammengepresst und zur Aushärtung gebracht wird, das Ganze derart, dass das Folienmaterial das Gewebematerial durchdringt und die Drähte mindestens an der Seite der Einbettungsfolie zur Gewährleistung eines gleichmässigen Abstandes von der Oberfläche des Heizkörpers mit dem Gewebe in Berührung gelangen.
Das Verfahren ermöglicht die Herstellung von Heizkörpern, die allen Anforderungen gerecht werden ; darüber hinaus ist das Verfahren den bekannten Verfahren auch bezüglich der Herstellungskosten überlegen.
In den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher dargestellt. Im einzelnen zeigen : Fig. 1 einen Flächenheizkörper im Schnitt, vor Zusammenfügung der einzelnen Teile, Fig. 2 einen Flächenheizkörper im Schnitt, nach Verbindung der einzelnen Teile, im vergrösserten Massstab.
Gemäss der vorliegenden Erfindung werden einzelne Drähte in eine organische Folie aus thermoplastischem Material eingebettet, mittels einer weiteren thermoplastischen Folie zugedeckt und anschlie- ssend an beiden Seiten mit einem Gewebe aus anorganischem Material bedeckt.
Als Folie für die Einbettung und Halterung der Heizdrähte kann jeder organische, gegebenenfalls härtbare und bis zu einer Temperatur von 1500 C nach der Härtung wärmebeständige Stoff verwendet werden, welcher weiterhin keine oder nur geringe Spuren von unter 1000 C siedenden Substanzen enthält. Insbesondere eignet sich hiefür eine Folie, welche aus Neophren oder Phenolharz oder beidem besteht.
Bei der Herstellung werden in eine derartige, noch thermoplastische Folie ein oder gleichzeitig mehrere feine Widerstandsdrähte unter Wärmeeinwirkung eingepresst.
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wird eine weitere Folie aus gleichem Material auf die Seite der ersten Folie aufgebracht, in welche die Drähte eingebrach. t wurden. Nun wird auf beiden Seiten der so gewonnenen Heizfolie je ein Gewebe aus anorganischem Material aufgebracht.
Dieses Gewebe hat die Aufgabe, als Stütze für die Heizfolie zu dienen, einen gleichmässigen Abstand zwischen den Drähten und der Oberfläche zu gewährleisten, eine ausreichende Wärmeabgabe von der Folie zu ermöglichen und weiterhin sich so mit der Heizfolie zu verbinden, dass zwischen beiden praktisch keine den Wärmeübergang störenden Hohlräume und Lufteinschlüs- se mehr verbleiben. Als anorganisches Gewebe dieser Art eignet sich insbesondere Glasseide,
Bei der Herstellung des Flächenheizkörpers wird zunächst die Heizfolie, wie beschrieben, hergestellt und zwischen zwei Gewebe aus Glasseide gelegt.
Anschliessend wird unter Druck - beispielsweise durch zwei Walzen - die Glasseide an die Heizfolie angepresst und gleichzeitig einer Temperatur ausgesetzt,
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dies durch Beheizung der in die Folie eingebetteten Drähte selbst erfolgen. Durch die Erweichung der Folie unter Druck wird erreicht, dass das Folienmaterial zwischen die Lücken des Gewebes eindringt und so sich selbst und die Drähte fest mit den Glasseidegeweben verbindet. Die Glasseide kommt dabei mit den Drähten in BsrUhmn. g. Die mit der Glasseide verbundene Folie besteht somit praktisch aus den beiden Glasseidegeweben, zwischen welchen sich die Drähte befinden, wobei alle leeren Räume zwischen den Geweben und zwischen den Drähten durch das thermoplastische Folienmaterial ausgefüllt werden.
Die verwendeten Folien, bestehen, aus einer härtbaren Substanz, so dass anschliessend an den Verbin- dungsprozsS mit den Glasseidegewsben unter dem Wärmeeinfluss eine Härtung des Folienmaterials erfolgt.
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den mit 2 beSEichi : 3t. In die Folie 3 werden die elektrischen Heizdrähte 4 eingebettet, worauf die Folie 5 aufgesetzt
Fig. 2 zeigt die Folie in zusammengesetztem Zustand. Es ist ersichtlich, dass die Heizdrähte 4 mehr in der Folie 3 als in der Folie 5 eingebettet sind. Ferner ist zu erkennen, dass das Folienmaterial bis fast zur Aussenfläche der Gewebe durch diese hindurchgedrungen ist.
Der beschriebene Flächenheizkörper eignet sich in der beschriebenen Art für praktisch alle Fälle, in denen ein FIfichiBheizkorper zur Anwendung gelangen kann. Es sei hier nur auf die Beheizung von öffent-
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tel durch Strahlung bereits nach wenigen Minuten Heizzeit ein physiologisch angenehmes Wärmegefühl für die Benutzer hervorgerufen werden. Bei der Verwendung kann der Flächenheizkörper einfach an die Wand durch Aufleimen od. dgl. befestigt werden. Da die Heizdrähte in das Folienmaterial allseitig eingebettet sind, ist auch die Wärmeabfuhr von ihnen sehr gross ; dies bedeutet jedoch, dass keine allzu gro-
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befestigt warden, chus dass die Gefahr einer Entzündung gegeben wäre.
Dem beschriebonen Flächenheizkörper kommt jedoch insbesondere für seine Verwendung als Vereisungsschutz an Flugzeugteilen eine besondere Bedeutung zu. Bekanntlich ist beim Flugzeugbau eine die Vereisung verhindernde Heizanlage für die Tragfläche, die Leitwerke und die Propeller von ausseror-
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dentlicher Bedeutung. Die Flachenheizkörper gemäss der vorliegenden Erfindung eignen sich nun in erster Linie zum Aufbringen auf beispielsweise die Flächen von Flugzeugen. Da der gesamte Flächenheizkörper nur etwa 1, 2 mm dick ausgebildet sein kann, nimmt er auf den Tragflächen einen derartig geringen Raum ein, dass er bei dem Entwurf des Flugzeuges nicht berücksichtigt werden muss. Er kann somit auch bei bereits existierenden Flugzeugen aufgebracht werden.
Entscheidend bei der Aufbringung ist jedoch, dass die Glasseide mit genügender Festigkeit auf der metallischen Flugzeugoberfläche bzw. Tragflächenoberfläche aufgebracht wird.
Lediglich beispielshalber sei das Verfahren anschliessend in seiner Anwendung als Flächenheizkörper bei Flugzeugen mit den verwendeten Materialien und den Temperaturwerten angegeben.
In eine Plastikfolie aus Phenolharz und Neopren-wobei letzteres auch eine Härtung bewirkt-mit einer Stärke von 0,2 mm werden Widerstandsdrähte einer Stärke von 0, 03 bis 0,3 mm mittels eines die Folie kurzzeitig durch Wärmeeinwirkung erweichenden Werkzeuges in einem Abstand von 1 - 2 mm eingebettet. Anschliessend wird eine Folie aus gleichem Material, und ebenfalls einer Stärke von 0,2 mm, auf die erste Folie auf die Seite der Drähte aufgelegt.
Nunmehr wird beidseitig ein etwa 0,3 mm starkes Glasseidegewebe, d. h. ein Gewebe aus feinen Glasfasern aufgelegt und unter Druck und Erwärmung mit der Folie zwischen zwei oder mehreren Walzen verpresst, u. zw. so lange, bis alle Hohlräume mit der Folienmasse ausgefüllt sind. wenngleich die Addition der Stärke der Schichten an sich 1 mm ergibt, ist die auf diesem Wege hergestellte Heizfolie nur 0,7 mm stark, da das Folienmaterial in das Glasseidegewebe eingedrungen ist.
An Stelle des Phenolharzes kann mit gleichem Erfolg beispielsweise noch plastisches Epoxyharz, und an Stelle des Neophrens Thiokone verwendet werden, welches eine Aushärtung des Epoxyharzes begünstigt.
Die beschrie ! : er : en Flächenheizkörper können beispielsweise bei Flugzeugenteisern ohne Schädigung mit Leistungen bis 35 kw/m belastet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizkörpers, bei welchem in ein organisches Material Heizdrähte eingebettet werden und das organische Material beidseitig mit einem Gewebe aus anorganischem Material bedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizdrähte in eine Folie aus organischem härtbaren Material bei kurzzeitiger örtlicher Erwärmung eingebettet und anschliessend eine weitere Folie aus gleichem Material auf die erste Folie aufgesetzt wird, worauf auf die beiden äusseren Seiten der Folien die Gewebe aus anorganischem Material aufgebracht und der so entstehende Heizkörper in an sich bekannter Weise unter Wärmeeinwirkung zusammengepresst und zur Aushärtung gebracht wird, das Ganze derart,
dass das Folienmaterial das Gewebematerial durchdringt und die Drähte mindestens an der Seite der Einbettungsfolie zur Gewährleistung eines gleichmässigen Abstandes von der Oberfläche des Heizkörpers mit de : l1 Gewebe in Berührung gelangen.