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Biegsames elektrisches Flächenheizelement
Die Erfindung bezieht sich auf ein biegsames elektrisches Flächenheizelement, welches aus einem elektrischen Strom in Wärme umsetzenden, mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgestatteten Widerstandsteil und aus einer eine Stromquelle und den Widerstandsteil verbindenden, als Metallstreifen ausgebildete Stromzuführung besteht.
Für die Beheizung von Innenräumen und Freiflächen sind eine Anzahl ortsfester Flächenheizungssysteme bekannt, welche zur Umwandlung der zugeführten elektrischen Energie in Wärme schleifenförmig ausgelegte, zu Matten verbundene Widerstandsdrähte mit temperaturbeständiger Isolierung aus Gummi oder Kunststoff verwenden. Auch sind Gewebe aus Kunststoff-Fäden oder Metalldrähten mit eingewebten blanken oder isolierten Heizleitern bekannt, welche unter anderem auch zum Einbau in nicht ortsfeste Oberflächenheizkörper dienen.
Diese beiden Arten von teils starren, teils biegsamen Heizmatten weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Die Temperaturverteilung ist ungleichmässig, mit relativ hohen Temperaturen in Leiternähe und niedrigen Temperaturen in den Leiterzwischenräumen. Das Herstellungsverfahren bedingt einen relativ grossen Anteil an Handarbeit und ist daher umständlich und aufwendig. Bei der Einstellung verschiedener Wärmeleistungen pro Flächeneinheit ergeben sich bei gleichbleibender Anschlussspannung Schwierigkeiten, da die Einstellung nur durch Änderung der Leitungsabstände, der Leitungslänge oder des Leiteraufbaues erzielt werden kann. Weiterhin müssen die Heizleitungen zur Einührung in Klemmdosen mit kalten Anschlussleitungen versehen werden.
Es sind auch Wandheizmatten mit in Schaumstoff eingebetteten, schleifenförmig angeordneten Heizleitungen bekannt, zwischen denen temperaturausgleichende metallische Folien eingeklebt sind. Das Herstellungsverfahren derartiger Leitungen ist aufwendig, ebenso die Kontaktierung der einzelnen parallelgeschalteten eine Heizfläche bildenden Heizschleifen. Als besonderer Nachteil ist die grosse Einbauhöhe anzusehen.
Darüber hinaus sind metallische Folien bekanntgeworden, die in ihrer Längsrichtung so geschlitzt bzw. mit Ausnehmungen versehen sind, dass zwischen zwei längslaufenden Aussenstreifen schleifenförmige Leitungszüge entstehen, welche sich bei Spannungszuführungen in der gewünschten Weise erwärmen. Hier tritt neben dem zeitraubenden Herstellungsverfahren und der Tatsache, dass abwechselnd Zonen hoher Temperatur und Zonen niederer Temperatur aufeinanderfolgen, noch die Schwierigkeit auf, dass verschiedenartige Wärmeleistungen nur durch Änderung des Schnitt- bzw.
Stanzwerkzeuges zu erzielen sind. Ausserdem besteht bei dieser Art Heizfolie wegen der geringen mechanischen Festigkeit erhebliche Bruch- und Kurzschlussgefahr.
Des weiteren sind Gewebe aus leitfähig gemachten Textil- oder Glasfasern für Heizzwecke bekanntgeworden, welche die elektrische Leitfähigkeit von dünnen Kohlenstoff- oder Graphitschichten
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für die Erwärmung ausnutzen. Der langsame Webvorgang macht solche Heizelemente in der Herstellung teuer, die Kontaktierung mit aufgesprühten Metallschichten ist umständlich und elektrisch unsicher, insbesondere bei Biegebeanspruchungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächenheizelement anzugeben, bei welchem die geschilderten Nachteile nicht auftreten und welches eine solche Schichtdicke besitzt, die geeignet ist, das Element unter Tapeten anzubringen, ohne dass seine Anbringung von aussen (ohne weiteres) sichtbar ist. Gelöst wird die Aufgabe für ein Flächenheizelement der eingangs geschilderten Art gemäss der
Erfindung dadurch, dass als Widerstandsteil ein Polyestervlies verwendet ist und dass das Polyestervlies und die Metallstreifen von einseitig mit einer klebfähigen Schicht versehenen isolierenden Faservliesen vollständig umgeben und dadurch fest miteinander verbunden sind.
Durch die Schweizer Patentschrift Nr. 456795 ist zwar bereits ein biegsames Heizelement bekanntgeworden, bei welchem der Widerstandsteil aus einem elektrisch leitenden Organopolysiloxan-
Elastomer besteht, der als Überzug auf einer nicht gewebten, nichtgewirkten Flächenunterlage angebracht ist. Als Stromzuführung an den Widerstandsteil dienen Metallstreifen. Diese bekannte
Anordnung ist jedoch gegenüber dem Erfindungsgegenstand sehr aufwendig in der Herstellung, da in einem relativ komplizierten Arbeitsgang das Elastomer auf die Unterlage aufgebracht und danach die
Unterlage getrocknet werden muss, bevor etwaige äussere Isolierschichten-von denen in der Patentschrift nichts erwähnt ist-aufgebracht werden können.
Im Gegensatz dazu wird bei der Erfindung ein fertiger, schnell zu verarbeitender Widerstandsteil in Form des Polyestervlieses verwendet, welcher unmittelbar mit den äusseren Isolierschichten versehen werden kann.
Das verwendete Polyestervlies besitzt trotz seiner geringen Stärke eine gute mechanische Festigkeit und Formstabilität und ist darüber hinaus hoch flexibel. Es weist weiterhin in einem weiteren Temperaturbereich einen konstanten elektrischen Widerstand auf und lässt sich in grosser Länge ohne weiteres herstellen. Die feste Verbindung und damit gute Kontaktierung zwischen Polyestervlies und Metallbändern wird durch die von beiden Seiten aufzuklebenden Faservliese sichergestellt, welche beispielsweise durch Wärmeeinwirkung und gleichzeitige Anwendung von mechanischem Druck unlösbar auf das Polyestervlies geklebt werden können.
Zur Verbesserung der Kontaktierung können gemäss einem weiteren Gedanken der Erfindung die Metallstreifen gelocht sein, wobei vorteilhafterweise die Löcher in den Metallstreifen nicht mittig, sondern mehr auf der dem Polyestervlies zugewandten Seite angeordnet sind. An diesen Löchern werden dann nämlich das Polyestervlies und das auf dieser Seite liegende Faservlies direkt miteinander verbunden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. l zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines Flächenheizelementes, während in Fig. 2 ein Schnitt durch Fig. l längs der Linie II-II wiedergegeben ist, wobei die Dicke des Heizelementes zum besseren Verständnis stark übertrieben gezeichnet ist. In den Fig. 3 und 4 sind zwei weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten für das Flächenheizelement gezeigt.
Mit--l--ist das leitende als Widerstandsteil verwendete Polyestervlies bezeichnet, an dessen seitlicher Begrenzung die beiden Metallbänder--2 und 3--angebracht sind. Diese Metallbänder können beispielsweise aus Kupfer bestehen und sind so dimensioniert, dass sie einerseits die Dicke des
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3--von aussen umgeben. Da die beiden Innenseiten der Faservliese--4 und 5--mit einer klebfähigen Schicht versehen sind, ist das Flächenheizelement nach ihrer Aufbringung fertiggestellt.
Die Metallbänder--2 und 3--werden am zweckmässigsten so auf das Polyestervlies aufgebracht, dass ihre äusseren Kanten mit den Aussenkanten des Vlieses abschliessen. Zum Anschluss des Flächenheizelementes an die Speisespannung sind die beiden Metallbänder aus dem Vlies herausgeführt, so dass es ohne weiteres möglich ist, an die Bänder Stromzuführungen anzuschliessen.
Es ist auch möglich, über den Faservliesen noch weitere Schichten bzw. Folien aus durchsichtigem oder nicht durchsichtigem Material anzubringen. Werden die Faservliesschichten selbst aus transparentem oder durchscheinendem Material aufgebracht, so ergibt sich eine leichte Kontrolle der Kontaktierungsgüte.
Wegen der geringen Schichtstärke des Flächenheizelementes nach der Erfindung ergeben sich eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten. Es lässt sich insbesondere bei einer auf die gewünschte Wärmeleistung abgestimmten festen Breite in beliebiger Länge herstellen. Als Anwendungsbeispiele können aufgeführt werden : Einbau als Decken- und Wandbeheizung unter dünnen Tapeten, wobei der Übergang zwischen einer beheizten Mittelzone einer Wand und einer nicht beheizten Randzone nicht wahrgenommen werden kann. Einbau als Fussbodenheizung unter Kunststoff-und Parkettbelägen sowie
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Spannteppichen. Bau von beheizten Fussmatten relativ kleiner Abmessungen, Einbau in
Warmhalteplatten für Speisen.
Für die meisten Montagefälle können übliche Klebstoffe, die auf den äusseren Faservliesschichten--4 und 5-- gut haften, verwendet werden.
In besonderen Fällen können auf einer durchgehenden leitenden Polyestervliesschicht mehr als zwei Metallkontaktbänder angeordnet sein, nämlich dann, wenn eine grössere Breite des Heizelementes erwünscht ist, oder wenn zwei Heizflächen mit unterschiedlicher Wärmeleistung nebeneinander angeordnet werden sollen. Fig. 3 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel. Wird an die Anordnung nach
Fig. 3 eine elektrische Spannung so angelegt, dass z. B. die metallischen Kontaktbänder--2 und 6--an den Nulleiter, das Kontaktband--3--an die Phase angeschlossen werden, dann erwärmt sich die Fläche--A--wegen des grösseren Bandabstandes zwischen--2 und 3-weniger als die Fläche --B-- mit dem kleineren Bandabstand zwischen--3 und 6--.
In einem weiteren Spezialfall, wie ihn Fig. zeigt, können die Metallkontaktbänder in einem spitzen Winkel, d. h. nicht parallel zueinander, auf dem leitenden Polyestervlies--l--angeordnet sein, nämlich dann, wenn von dem Flächenheizelement eine von einer Seite aus kontinuierlich ansteigende
Erwärmung gefordert wird. Wird an die Anordnung nach Fig. 4 Spannung angelegt, dann tritt im
Bereich-D-eine grössere Oberflächenerwärmung ein als im Bereich-C-, mit einem stufenlosen Übergang zwischen beiden Temperaturbereichen.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass mindestens auf einer Seite über dem
Polyestervlies eine an den Schutzkontakt der Stromquelle angeschlossene Metallfolie angeordnet ist, wie es an sich bereits durch die deutsche Auslegeschrift 1288702 bekanntgeworden ist. Der Vorteil der
Erfindung besteht darin, dass bei Grobbeschädigungen des Flächenheizelementes, wie es beispielsweise durch das Einschlagen von Nägeln vorkommt, ein Berührungsschutz für denjenigen gegeben ist, der diesen Nagel einschlägt. Die Metallfolie, welche gemäss einem weiteren Gedanken der Erfindung aus
Aluminium besteht, ist an den Schutzleiter der Stromquelle angeschlossen, so dass jeder metallene
Gegenstand, welcher die Metallfolie berührt, auf Nullpotential liegt.
Durch eine übliche
Fehlerspannungsschutzschaltung ist es darüber hinaus möglich, entsprechend einem weiteren Erfindungsgedanken dann, wenn eine Beschädigung vorliegt, die Stromversorgung für das
Flächenheizelement sofort zu unterbrechen, um grössere Zerstörungen, beispielsweise durch erhöhte lokale Erwärmung, zu vermeiden.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes dieser Erfindung ist in Fig. 5 an Hand eines Schnittes durch ein Flächenheizelement wiedergegeben.
Mit--l--ist das Polyestervlies bezeichnet, auf welchem die Metallbänder--2 und 3-aufliegen, die zur Stromzuführung an das Polyestervlies dienen. Umgeben sind Polyestervlies und Metallbänder von den einseitig mit einer klebfähigen Schicht versehenen Faservliesen--4 und 5--.
Gemäss der Erfindung ist nun mindestens auf einer Seite des Flächenheizelementes über den Faservliesen eine Metallfolie angeordnet, welche auf der einen Seite mit--7--und auf der andern mit --8-- bezeichnet ist. Prinzipiell reicht es aus, wenn die Metallfolie nur auf einer angeordnet ist, jedoch ist dann darauf zu achten, dass diese Seite immer von der Unterlage, auf welcher das Flächenheizelement aufgebracht wird, abgewandt ist. Die Kontaktierung der Metallfolie kann wieder mittels eines dünnen Metallbandes vorgenommen werden, u. zw. ist es von Vorteil, wenn dieses Metallband annähernd mittig zwischen den beiden Stromzuführungen--2 und 3--für das Polyestervlies angeordnet wird.
Für die Verbindung von Aluminiumfolie und Heizelement kann ein üblicher Kleber verwendet werden oder eine dünne Polyäthylen-Folie, die bei Anwendung von mechanischem Druck und höherer Temperatur schmilzt und dadurch eine klebende Verbindung zwischen Alu-Folie und Heizelement herstellt.
Die Dicke des Flächenheizelementes wird durch die beiden zusätzlichen Metallfolien nur unmerklich verstärkt, so dass also die Flexibilität, d. h., das Verformen zu Rollen, von solchen Heizelementen kaum behindert wird. In den Zeichnungen ist der Übersichtlichkeit halber die Schichtstärke der einzelnen Elemente des Flächenheizelementes sehr übertrieben dargestellt.
Ein dritter Gedanke der Erfindung besteht darin, dass das Isoliermaterial als einseitig mit einer heisssiegelbaren Schicht versehene Kunststoff-Folie ausgebildet ist. Die Kunststoff-Folien sind entsprechend weiteren Erfindungsgedanken beispielsweise als Polyesterfolie mit einer Polyäthylenbeschichtung oder als mit einer Schicht aus einem Polytetrafluoräthylen-Perfluorpropylen-Copolymerisat versehene Polyimidfolie, ausgebildet.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Kunststoff-Folien eine hohe mechanische Festigkeit, eine gute Gleich- und Wechselspannungs-Festigkeit und eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen und damit den Bau eines Flächenheizelementes gestatten, das bei der Montage
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relativ grossen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt werden kann und sich auch für die Beheizung von Feuchträumen eignet. Ein weiterer Vorteil der Folienbeschichtung des Heizelementes nach der Erfindung besteht darin, dass bei der Montage des Flächenheizelementes, beispielsweise an Wänden, stark wasserhaltiger Kleber in der Art des üblichen Tapetenkleisters verwendet werden kann, ohne dass ein Eindringen der Feuchtigkeit in das leitende Polyestervlies befürchtet werden muss.
Die Folien gewährleisten darüber hinaus eine gute Formbeständigkeit und Rollbarkeit des Heizelementes und verbessern zusätzlich die Kontaktsicherheit zwischen den Metallbändern und dem Polyestervlies auf Grund ihrer besonders guten Klebeeigenschaften nach der Heizssversiegelung.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes dieser Erfindung ist in Fig. 6 an Hand eines Schnittes durch ein Flächenheizelement wiedergegeben.
Mit-l-ist das Polyestervlies bezeichnet, auf welchem die Metallbänder-2 und 3-- aufliegen, die zur Stromzuführung an das Polyestervlies dienen. Umgeben sind Polyestervlies und Metallbänder von den einseitig mit einer heisssiegelbaren Schicht versehenen Kunststoff-Folien-9 und 10--. Über den Kunststoff-Folien sind die Metallfolien-7 und 8-angeordnet.
Die Metallbänder2 und 3--sind neben der guten Kontaktgabe zum Polyestervlies--l-- auch hervorragend zum Anschluss der Stromzuführungen geeignet. Hiezu ist es nur erforderlich, dass die aus dem Heizelement herausragenden Enden der Metallbänder umgelegt werden, wonach dann in die so geschaffenen Ösen bzw. Schlaufen die Enden der Anschlussleitungen eingelegt werden. Die feste Verbindung zwischen Metallbändern und Anschlussleitungen kann dann beispielsweise mittels Hohlnieten hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Biegsames elektrisches Flächenheizelement, bestehend aus einem elektrischen Strom in Wärme umsetzenden, mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgestatteten Widerstandsteil und aus einer eine Stromquelle und den Widerstandsteil verbindenden, als Metallstreifen ausgebildete Stromzuführung,
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dass das Polyestervlies (1) und die Metallstreifen (2,3) von einseitig mit einer klebfähigen Schicht versehenen isolierenden Faservliesen (4,5) vollständig umgeben und dadurch fest miteinander verbunden sind.
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