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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektrischen Grossflächenheizung, insbesondere zur Aufrichtung eines homogenen Strahlungsklimas mit frei wählbarer Strahlungs- und Lufttemperatur, in zum Aufenthalt von Personen und Tieren bestimmten Räumen, mit einer in Isoliermaterial eingebetteten als Heizleiter dienenden Metallfolie, welche die zu beheizende Fläche bzw. Raumumschliessung in Form eines Mäanders bedeckt und auf eine elektrisch nichtleitende, wenig dehnbare, reissfeste Trägerfolie aufkaschiert ist, wobei der elektrische Widerstand der bandförmigen Strombahn konstanten Querschnittes bei vorgegebener Netzspannung durch geradlinige, äquidistante Einschnitte dem maximalen Wärmeleistungsbedarf angepasst ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung soll erlauben, in den beheizten Räumen ein homogenes Wärmestrahlungsfeld mit einer gegenüber dessen Strahlungstemperatur um mehr als 5 C abgesenkten Raumlufttemperatur zu errichten, da ein solches Strahlungsklima einer erholsamen Entspannung der Gefässmuskulatur, der Absenkung des Blutdruckes und der Verhütung von Kreislaufschäden dienlich ist.
Weiters soll die erfindungsgemässe Einrichtung einfach, billig und betriebssicher sein, trotz ihrer Wärmeerzeugung in von elektrischem Strom durchflossenen, metallischen Heizleitern ohne kostspielige Transformation der Netzspannung auf Niederspannung auskommen, sich bezüglich ihrer Montage an bzw. in den Wänden, Decken oder Fussböden eignen und, als Raumheizung konzipiert, den Einfluss, den die Witterung und das Aussenklima auf dem Wege über die Aussenwände und das Fenster auf das Raumklima ausübt, vollkommen beseitigen.
Für eine breite Einführung der elektrischen Grossflächenheizung von Won- un Arbeitsräumen darf die Einrichtung in Herstellung und Betrieb nicht wesentlich teurer sein als die bekannten Zentralheizungen mit Öl-oder Gasfeuerung oder die bekannten Einrichtungen zur elektrischen Speicherraumheizung. Aus diesem Grunde und, um weite Kreise in den Genuss der so bedeutenden hygienischen Vorteile der Grossflächen-Strahlungsheizung gelangen zu lassen, ist die Erfindung auf eine Reduktion der Investitions- und Betriebs-Kosten ausgerichtet. Die verblüffende Einfachheit von Aufbau und Herstellungsweise der erfindungsgemässen Einrichtung lassen diesbezügliche Bemühungen erfolgversprechend erscheinen.
Es ist bereits bekannt, Metallfolien, die sich leicht verarbeiten und durch Schraubklemmen mit Stromzuführungsdrähten verbinden lassen, in Form eines Mäanderbandes auszubilden, in Isoliermaterial einzubetten und zur flächenmässigen Heizung der Raumumschliessung zu verwenden. Als Isoliermaterial werden hiebei meist Kunststoff-Folien verwendet, die gleichzeitig die Funktion eines Trägers oder Halters für das Mäanderband übernehmen. Falls auf den kostspieligen Transformator zur Herabsetzung der Netzspannung verzichtet wird, muss zur Anpassung des elektrischen Widerstandes der bandförmigen Strombahn an den Wärmeleistungsbedarf das Mäanderband sehr schmal, etwa nur wenige Millimeter breit, gemacht werden.
Die Breite des Mäanderbandes ist aber in diesem Fall zwangsläufig nicht mehr gross gegenüber dem gegenseitigen Abstand benachbarter, geradlinig geführter Mäanderbandteile, so dass die für die Raumheizung massgebende mittlere Temperatur der das Mäander bedeckenden Isolationsschicht schon beträchtlich von der Mäandertemperatur abweicht und nicht mehr allein durch die Mäandertemperatur bestimmt ist, sondern auch noch vor der Aussentemperatur und den zum Raum abwandernden Wärmeverlusten abhängt. Nur bei vollkommener Bedeckung der Aussenwände durch die stromdurchflossene Fläche des Flächenheizleiters kann die Strahlungstemperatur der Grossflächenheizung durch thermostatische Regelung des ihn durchfliessenden Heizstromes unabhängig vom Aussenklima und der Raumlufttemperatur gemacht werden.
Dieses Ziel ist aber mit den üblichen, Russ enthaltenden Flächenheizleitern nicht zu erreichen, weil die mangelnde Konstanz ihres Flächenwiderstandes und dessen Temperaturkoeffizienten eine thermostatische Regelung des Heizstromes unmöglich macht. Erst mit der Erfindung lässt sich dieses Ziel in praktisch befriedigendem Ausmass verwirklichen, nachdem es gelungen ist, mit überraschend einfachen Mitteln einen einwandfreien elektrischen Flächenkontakt von einer Metallfolie, die grössenordnungsmässig nur 10 pm dick ist, zu einem flexiblen Zuleitungsblech gleichen Materials herzustellen, der durch Heizstromdichten von der Grössenordnung 5 A/cm Mäanderbandbreite nicht merklich erwärmt wird und den bei der Montage vorkommenden mechanischen Beanspruchungen standhält.
Erst bei dermassen geringer Dicke der Metallfolie kann der elektrische Widerstand des stromführenden Mäanders an die Netzspannung und den spezifischen Heizleistungsbedarf mit Mäanderbandbreiten von mehreren Zentimetern angepasst werden. Sofern die Metallfolie auf eine reissfeste, isolierende Unterlage aufgeklebt ist, kann der gegenseitige Abstand der geradlinigen Mäanderbandteile kleiner als 1 mm gemacht
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werden, womit die zu beheizende Fläche zu mehr als 95% vom stromführenden Heizmäanderband bedeckt wird und die Wandfläche gemittelte Strahlungstemperatur der auf das Mäanderband aufgezogenen isolierenden Schicht nahezu vollständig und allein durch die Heizleitertemperatur bestimmt ist.
Um die erfinderische und technische Bedeutung dieses Fortschrittes richtig würdigen zu können, muss man sich vergegenwärtigen, dass es bisher nur mit grossem technischen Aufwand möglich war, die mittlere Strahlungstemperatur einer Fläche zu messen oder gar auf eine von der Witterung unabhängige Temperatur zu heizen. Diese Messung ist nun auf eine einfache Messung des Ohmschen Heizleiterwiderstandes zurückgeführt und es kann somit die mittlere Strahlungstemperatur der Fläche durch eine Regelung des Heizstromes auf ein vorbestimmtes Verhältnis zur angelegten Spannung eingestellt werden.
Mit Heizmäandern aus Metallfolie von nur 10 pm Dicke, deren Mäanderbänder mehrere Zentimeter breit sind, sind gleichzeitig betriebstechnische Vorteile gegenüber den bekannten metallischen Heizmäandern gewonnen. Einmal wird das Heizmäander nicht mehr durch einen in die Wand eingeschlagenen Nagel zerstört, denn der Querschnitt des Mäanderbandes wird dabei nur unwesentlich verändert, selbst wenn bei Erdung des Nagels ein kleiner ringförmiger Teil der Metallfolie rund um den Nagel ausbrennt, und zum andern ist die Spannung, die der Mensch mit horizontal ausgebreiteten Armen z. B. über zwei nicht geerdete in das Heizmäander eingeschlagene Nägel überbrückt, - in Analogie zur Schrittspannung sei sie hier mit Armspannung bezeichnet, - noch eine ungefährliche Niederspannung.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur elektrischen Grossflächenheizung ist dadurch gekennzeichnet,
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B.Raumwand ein als Heizleiter dienendes Mäanderband gebildet ist, das die zu beheizende Fläche bis auf die schmalen rillenförmigen Ausnehmungen vollständig bedeckt, und dass mit jedem Mäanderbandende je ein aus gleichem Material wie das Mäanderband bestehendes Stromzuführungsblech durch elastisch erzeugten Flächendruck in elektrisch einwandfreien Flächenkontakt gebracht ist, wobei dieser Flächendruck insbesondere durch in das Stromzuführungsblech eingeschlagene Nadelklammern, die Elastizität der Trägerfolie und/oder einer die Trägerfolie verstärkenden elastischen Schicht und die Steifigkeit des gegebenenfalls mehrfach gefalzten Stromzuführungsblechstreifens hergestellt ist,
und das Stromzuführungsblech wenigstens zu einem Teil an der dem Mäanderband und dem Stromzuführungsblech gemeinsam reissfesten Unterlage angeklebt ist.
Die Breite der rillenförmigen Folienausnehmungen ist einerseits so klein, wie sie technisch noch mit einfachen Mitteln hergestellt werden kann, und anderseits aber sicher grösser als U/ (n-1) E, wobei für U die an das Heizmäander angelegte elektrische Maximalspannung, für n die Zahl der geradlinigen Mäanderbandteile und, falls das Heizmäander mittels eines in die Folienausnehmungen eingebetteten Klebmaterials mit einer Kunststoff-Folie überzogen ist, für E die Durchbruchsfeldstärke des Klebmaterials, ansonsten aber die Überschlagsfeldstärke einzusetzen ist. Bei Einhaltung dieser Minimalbedingung für die Breite der Folienausnehmungen ist ein Funkendurchschlag bzw. Funkenüberschlag an den offenen Stellen des Heizmäanders mit Sicherheit vermieden.
Bedeutende praktische Vorteile ergeben sich, wenn die Trägerfolie des metallischen Mäanderbandes fest mit einer wärmekapazitätsarmen Hartschaumplatte geringer Wärmeleitfähigkeit verbunden ist. Unter diesen Umständen lässt sich nämlich das Heizmäanderband einfach und leicht an Wand und Decke montieren und in wenigen Minuten ein Wärmestrahlungsfeld im Raum mit einem Heizstrom aufrichten, der nur doppelt so stark ist wie das zeitliche Mittel des Heizstromes.
Mit elektrisch heizbaren Schaumstoffplatten dieser Art ist zugleich die Möglichkeit zu einer praktikablen, direkt mit Netzspannung zu betreibenden Nachtstrom-Speicherheizung der Wärmekapazität des Gebäudes gegeben, bei der die beheizten Gebäudeteile keinen grösseren Spannungen ausgesetzt sind als bei Besonnung. Das durch eine Schutzschicht elektrisch isolierte Heizmäander der Schaumplatte braucht in diesem Fall nur durch vollflächiges Ankleben an die Wand bzw. an die geglättete Rohbaudecke in guten Wärmekontakt mit dem Baukörper gebracht zu werden.
Durch Kombination mit der Gross- flächen-Strahlungsheizung der raumseitig an der gleichen Hartschaumplatte angebrachten Heizmäander, Wärmestrahlung reflektierenden Überzügen der nicht beheizten Teile der Raumumschliessung und einer Raumbelüftung durch einen über den Hohlfussboden ausgespannten Teppich kann die Temperatur der Raumluft wesentlich unter 22 C z. B. auf 150C gehalten werden. Bei einer Raumbenutzung von 9 h/Tag
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führt dies zu einer Reduktion der gesamten Heizenergie auf 50%, wovon am Tage nur 13% aufzubringen sind.
Als weiterer Fortschritt ist anzuführen, dass mit einem Aluminiumfolienmäander der oben gekennzeichneten Art, das fest von zwei wasserdichten Kunststoffolien eingeschlossen und zwischen einem Fussboden aus Homogenplatten und einem dünnen Teakholzbelag eingefügt ist, erstmals eine verhältnismässig trägheitsarme, mit Netzspannung zu betreibende Fussbodenheizung realisiert werden kann, welche genügend stabil ist, um in kurzer Zeit an allen Stellen der Fussbodenoberfläche die gleiche Temperatur zu gewährleisten. Diese Temperatur kann bis zu der für die Füsse noch erträglichen Grenze angehoben werden.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung werden nachstehend an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. l das metallische Heizmäander in Aufsicht und im Schnitt auf einer Hartschaum-oder Homogen-Platte mit seinen beiden Stromzuführungsblechen, die Fig. 2 und 5 zwei Arten von Stromzuführungsblechen in perspektivischer Darstellung für die Einrichtung nach den Fig. l, 3 und 4, die Fig. 3 und 4 zwei weitere Arten der Anbringung von Stromzuführungsblechen an einer mit Heizmäander belegten Hartschaumplatte, die Fig. 6 und 7 eine metallische Kaschierung mit rillenförmigen Ausnehmungen bei der fabrikationsmässigen Herstellung der Heizmäander und Fig. 8 den Längsschnitt durch das mit Stromzuführungsblech versehene Mäanderbandende.
Besonders einfach und billig wird das Heizmäander, wenn als Heizleiter ein Aluminiumfolienband von etwa 10 pm Dicke auf ein gleich breites Kraftpapierband aufkaschiert wird, das die Funktion einer Trägerfolie für diese dünne Metallfolie übernimmt. Mit solchen aluminiumkaschierten Kraftpapieren werden häufig Bauplatten aus Polyurethan-Hartschaum oder Polyisozyanurath-Hartschaum bedeckt. Bei ihrer Herstellung in einer sogenannten Doppelbandanlage geht das Kraftpapier eine derart feste Verbindung mit dem Hartschaum ein, dass es ohne weiteres möglich ist, das gewünschte Heizmäanderband durch Einfräsen von Nuten mit zwei Mehrfachkreissägen in einer Form herzustellen, wie dies aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist.
Die Kreissägen können in diesem Fall sogar Nuten--3, 4--ausfräsen, die die Metallfolie mitsamt dem Kraftpapier auftrennen und um wenige Millimeter tief in die Hartschaumplatte --1-- gehen, ohne dass dabei die Hartschaumplatte ihre Festigkeit einbüsst, weil auf das Heizmäander --2-- ja anschliessend eine feste Kunststoff-Folie, die aus Sicherheitsgründen ihrerseits mit einer stärkeren, mit dem Schutzleiter zu verbindenden Aluminiumfolie kaschiert sein kann, aufgeklebt wird, und/oder weil ein fester, zäher Edelputz aufgespritzt oder mit der Talosche aufgetragen wird.
Da die dünne Metallfolie des Heizmäanders --2-- leicht verletzlich ist, sind die geschmeidigen blanken Stromzuführungsbleche --5-- gemäss der Erfindung, wie in Fig. 2 und 5 dargestellt, einem mäanderförmigen Profil entsprechend gefalzt. Wie aus Fig. l und 8 ersichtlich, umfasst jedes derartige Stromzuführungsblech - mit seinem mittleren Falz ein Mäanderbandende --7n in einer Weise, die eine Verletzung der dünnen Metallfolie durch scharfe am Blech verbleibende Schnittgrate ausschliesst.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein einwandfreier elektrischer Flächenkontakt zu den Enden --7-- des Mäanderbandes --2-- in einfachster Weise vermittelt, indem die Backen des durch Falzen verstärkten Stromzuführungs-Blechstreifens-5-- durch eingeschlagene Nadelklammern gegen die Folie --2-- des Mäanderbandendes gepresst werden. Der Flächendruck wird in diesem Fall durch die Elastizität des als Folienträger dienenden Kraftpapiers--7a--gewährleistet. Dessen Elastizität kann hier aber auch durch Verstärkung des Kraftpapiers am Mäanderbandende mit einer besonderen elastischen Schicht --5an erweitert werden.
Dies ist in Fig. 8 gezeigt, wo zur Erhöhung der Kontaktsicherheit das Mäanderbandende in der vom Stromzuführungsblech bedeckten Länge derart um 1800 umgelegt ist, dass die aufkaschierte Metallfolie aussen liegt, wodurch die Berührungsfläche zwischen Mäanderbandende und Stromzuführungsblechstreifen verdoppelt wird.
Die elektrische Verbindung von einem Heizmäander zum benachbarten kann erfindungsgemäss wieder in einfachster Weise und unschlagbar billig mit in die Stromzuführungsbleche eingedrückte Nadelklammem bewerkstelligt sein und zwar entweder in der Mäanderebene selbst, wenn die Stromzuführungsbleche --5-- gemäss Fig. 2 derart beschnitten sind, dass lediglich die äusseren Schenkel --8-- ihres M-Profils, wie in der Schnittzeichnung der Fig. 1 gezeigt, über das Mäander in Mäanderbandbreite hinausstehen und die Stromzuführungsbleche --5-- an den Stellen, wo sie mit den Mäanderbandende verbunden sind, an einer Unterlage --10-- festgeklebt sind ;
der Vorteil einer solchen Ausführung der Stromzuführungsbleche ist darin zu sehen, dass die Mäander ohne Zwischenraum aneinander gefügt werden können, oder, wie in den
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Sofern das mit der Metallfolie kaschierte Trägerband in einer Doppelbandanlage fest mit einem Hartschaumstrang verbunden wurde, können die Mehrfachkreissägen, wie bereits oben erwähnt, auch das Trägerband aufschneiden und in den Hartschaumstrang tiefere Nuten einfräsen, während dieser auf einer festen planen Unterlage, seitlich geführt, in Längsrichtung vorgeschoben wird. In diesem Fall brauchen die Mehrfachkreissägen natürlich mit besonderer Präzision geschliffen zu sein. Auch könnten auf diese Weise zu gewünschten Plattenlängen zugeschnittene Teile des Hartschaumstranges mit Heizmäander versehen werden, indem die schnell rotierenden Kreissägen mit ihren Blättern abwechselnd während des Transportes der Hartschaumplatte auf einem Sägetisch in die Hartschaumplatte eintauchen und durch das Einfräsen der Nuten das gewünschte Mäanderband entstehen lassen.
Gemäss einer andern Version der Erfindung lässt sich die auf das Trägerband aufkaschierte Metallfolie durch elektrischen Strom in schmalen Rillen ausbrennen, wenn der Strom über je zwei gleich grosse, dicht nebeneinander auf gemeinsamer Achse befindliche Rollen geleitet wird, welche, voneinander isoliert, mit ihrer metallischen Peripherie unter mechanischem Druck auf dem metallischen Belag des Trägerbandes ablaufen.
Während des Ablaufens wird in diesem Fall an das einzelne Rollenpaar über Schleifringe und Schleifbürsten eine die Metallfolie durchbrennende Spannung so lange angelegt, wie die metallische Kaschierung zur Bildung des metallischen Mäanders ausgenommen werden muss. Überraschenderweise hat sich dabei gezeigt, dass auf diese Art in eine 10 pm dünne, auf Kraftpapier aufkaschierte Aluminiumfolie rillenförmige Ausnehmungen gebrannt werden können, ohne dass das Kraftpapier in den Rillen versengt oder verbrennt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur elektrischen Grossflächenheizung, insbesondere zur Aufrichtung eines homogenen Strahlungsklimas mit frei wählbarer Strahlungs- und Lufttemperatur, in zum Aufenthalt von Personen und Tieren bestimmten Räumen, mit einer in Isoliermaterial eingebetteten als Heizleiter dienenden Metallfolie, welche die zu beheizende Fläche bzw.
Raumumschliessung in Form eines Mäanders bedeckt und auf eine elektrisch nichtleitende, wenig dehnbare, reissfeste Trägerfolie aufkaschiert ist, wobei der elektrische Widerstand der bandförmigen Strombahn konstanten Querschnittes bei vorgegebener Netzspannung durch geradlinige, äquidistante Einschnitte dem maximalen Wärmeleistungsbedarf angepasst ist, dadurch
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Bildung des Mäanderbandes erforderlichen, rillenförmigen Folienausnehmungen (3,4) so schmal gehalten sind, wie das technisch noch mit einfachen Mitteln zu bewerkstelligen ist, wobei z.
B. auf einer isolierenden Unterlage von der Grösse einer Raumwand ein als Heizleiter dienendes metallisches Mäanderband (2) gebildet ist, das die zu beheizende Fläche bis auf die schmalen rillenförmigen Ausnehmungen vollständig bedeckt, und dass mit jedem Mäanderbandende (7) je ein aus gleichem Material wie das Mäanderband (2) bestehendes Stromzuführungsblech (5) durch elastisch erzeugten Flächendruck in elektrisch einwandfreien Flächenkontakt gebracht ist, wobei dieser Flächendruck insbesondere durch in das Stromzuführungsblech eingeschlagene Nadelklammern, die Elastizität der Trägerfolie (7a) und/oder einer die Trägerfolie verstärkenden elastischen Schicht (5a) und die Steifigkeit des gegebenenfalls mehrfach gefalzten Stromzuführungsblechstreifens (5) hergestellt ist,
und das Stromzuführungsblech wenigstens zu einem Teil an der dem Mäanderband und dem Stromzuführungsblech gemeinsamen reissfesten Unterlage angeklebt ist.