DE102006014171A1 - Flächenheizer mit leitfähigem Cellulosevlies - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flächenheizer, der für Anwendungen im Bereich von Heizspannungen bis zu 1000 V zur Anwendung kommt, erzielbare Leistungen bis 2 kW/m<SUP>2</SUP> liefert und der dadurch gekennzeichnet ist, dass der für die Heizung erforderliche elektrische Widerstand durch ein elektrisch leitfähiges Cellulosevlies gebildet wird. Eingearbeitete metallische Kontakte sichern den Anschluss des leitfähigen Cellulosevlieses an eine Spannungsquelle. Beidseitig aufgebrachte Polymerfolien geben mechanischen und elektrischen Schutz und verhindern das Eindringen von Feuchte in das Cellulosevlies.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Flächenheizer, der für Anwendungen im Bereich von Heizspannungen bis zu 1000 V zur Anwendung kommt. Die erzielbaren Leistungen können durch die Ausführungsform stufenlos bis 2 kW/m2 eingestellt werden. Der Flächenheizer ist für Temperaturen bis 100°C geeignet. Der für die Heizung erforderliche elektrische Widerstand wird durch ein elektrisch leitfähiges Cellulosevlies gebildet, welches durch eine elektrische Kontaktierung mit einer Stromquelle verbunden ist.
  • [Stand der Technik]
  • Bestehende Lösungen beschäftigen sich vor allem mit direkt eingewebten oder auf fertige Gewebe aufgestickten, elektrisch leitfähigen, Materialien unterschiedlichster Natur. So werden dafür zum Beispiel metallische, metallisch beschichtete, Carbon- oder Cellulosefilamente, wie sie in DE 4426966 C2 oder DE 19537726 C2 erhalten werden können, eingesetzt. Dabei wird die Herstellung über die Schritte der Filamentherstellung, Weberei, Präparation und Konfektionierung der Flächenheizer in mehreren Schritten durchgeführt und ist sehr aufwändig.
  • Neuere Anmeldungen, wie DE 19848860 , DE 29808842 U und DE 19509153 , beschreiben Flächenheizer aus Vliesen, die aus Kohlenstofffasern bestehen. Cellulosevliese sind darin nicht genannt. Die in den angeführten Schutzrechten aufgeführten Lösungen gehen zudem von Vliesen aus, die erst aus Filamenten bzw. Fasern gebildet werden müssen. Die Herstellung des Vlieses im Prozess der Faser- oder Filamentherstellung wird nicht beschrieben und beansprucht. Eine Herstellung von Spinnvliesen aus Carbonfasern ist nicht möglich.
    •
  • [Aufgabe der Erfindung]
  • Ziel der Erfindung ist eine elektrische Flächenheizung, deren Grundlage ein direkt ersponnenes Cellulosevlies darstellt. Das elektrisch leitfähige Cellulose-Spinnvlies wird aus einer Lösung der Cellulose in einem Lösungsmittel, die neben der Cellulose elektrisch leitfähige Partikel beinhaltet, ersponnen. Direkt nach der Erspinnung des Vlieses wird das anhaftende Lösungsmittel ausgewaschen, das Vlies getrocknet, auf einer bestimmten Breite mit Elektroden versehen und anschließend zur Isolation beidseitig mit einer Folie verklebt bzw. laminiert.
  • Durch die Ausführungsform, gekennzeichnet durch Funktionsmaterial Art und Konzentration, Vliesstärke, Beschaffenheit der Kontakte zwischen den leitfähigen Fasern, Breite zwischen den Elektroden, Höhe der Betriebsspannung, kann die Leistung pro Fläche beliebig eingestellt werden. Die Flächenheizer sind dadurch im Spannungsbereich von 12 bis 1000 V einsetzbar, wobei Heizleistungen von bis zu 2000 W/m2 bei maximalen Dauertemperaturen an der Oberfläche des Heizers von 100 °C erreicht werden können.
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Die Vliese erhält man durch eine modifizierte Variante eines Lyocell-Verfahrens, wie es beispielsweise in DE 101 45 639 beschrieben wird. Dazu wird die Cellulose zusammen mit einer die Leitfähigkeit erhöhenden Komponente wie z. B. Leitfähigkeitsruß oder Kohlenstoff-Nanotubes oder Metallpartikel im Nanobereich in einem organischen Lösungsmittel, wie z. B. wasserhaltiges N-Methylmorpholin-N-oxid, aufgelöst und anschließend, z. B., zu einem Spinnvlies versponnen. Die Erzeugung des Spinnvlieses kann nach dem Normalspinnverfahren, dass sich durch Erspinnung der Fasern durch einen Luftspalt in ein wässriges Fällbad auszeichnet, dem Blasspinnverfahren, dem Zentrifugalspinnen oder dem Nanovalverfahren, die z. B. in DE 101 45 639 und DE 199 29 709 beschrieben sind, erfolgen. Durch die Wahl verschiedener Spinnparameter werden so Vliese erzeugt, deren Flächenmasse zwischen 10 und 500 g/m2 liegen kann.
  • Die so erhaltenen Vliese werden entweder unmittelbar nach der Erspinnung, Nachbehandlung und Trocknung oder zeitlich versetzt in einer Richtung mit wenigstens zwei elektrischen Kontaktstreifen und beidseitig mit elektrisch isolierenden Folien versehen. Der Abstand der Kontaktstreifen wird, in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistung und der beabsichtigten Stromspannung, variiert. Die Kontaktstreifen werden entweder aus eingezogenen Metalldrähten, Metallvliesstreifen, Metallfolien oder aus aufgebrachtem Metalllack, wie z. B. Silberleitlack, gebildet. Die beidseitig aufgebrachte und an den Seitenrändern über das Vlies hinausstehend verklebte oder laminierte Polymerfolie gibt mechanischen und elektrischen Schutz und verhindert das Eindringen von Feuchte in das Cellulosevlies. Die gleichen Eigenschaften werden durch eine vollständige Einbettung des Vlieses in elektrisch isolierende und wasserdichte Materialien erreicht.
  • Der entstandene Verbund aus beidseitig isoliertem, mit Kontakten versehenem leitfähigem Spinnvlies ist in 1 schematisch dargestellt. Die abschließende Konfektionierung erfolgt in den Schritten Zuschnitt auf gewünschte Länge, Versehen der Kontaktstreifen mit geeigneten elektrischen Anschlüssen und elektrische Isolierung derselben. Der Aufbau eines so erhaltenen Flächenheizers ist in 2 schematisch wiedergegeben. 3 zeigt einen Heizer mit sechs Kontaktstreifen, der an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.
  • Überraschenderweise liefern die so erhaltenen Cellulose-Spinnvlieskomposite nahezu Berührungsdruck-unabhängige elekt rische Widerstände in einem Bereich, der für die Erzeugung von Wärmeenergie relevant ist. Mit Hilfe dieser Vliese ist es möglich, nahezu stufenlos gewünschte Wärmeleistungen pro Fläche bei vorgegebener Spannung zu erhalten. Weiterhin zeichnen sich diese Art von Flächenheizern durch eine absolut konstante Wärmeentwicklung über die beheizte Fläche aus. Ein Temperaturgradient innerhalb der Fläche oder hot spots bei höheren Heizleistungen sind so ausgeschlossen.
    •
  • [Beispiele]
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Ein Spinnvlies, welches nach einem Blasspinnverfahren erhalten wurde und durch ein Flächengewicht von 60 g/m2 gekennzeichnet ist und neben der Cellulose 50% (Ma.) Leitruß der Sorte Printex L enthält, wird mit Silberleitlack in einem Abstand von 8 cm streifenförmig kontaktiert und zwischen zwei Polyesterfolien mit einer Dicke von 190 μm bei einer Temperatur von 125°C und einem Presswalzenspalt von 0,3 mm einlaminiert. Nach dem Anlegen einer Spannung von 12V liefert der erhaltene Flächenheizer eine Leistung von 90 W/m2.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Ein Spinnvlies, hergestellt wie in Beispiel 1, jedoch ist die Kontaktierung im Abstand von 70 cm erfolgt.
  • Nach dem Anlegen einer Spannung von 230V liefert der erhaltene Flächenheizer eine Leistung von 440 W/m2.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Ein Spinnvlies, hergestellt wie in Beispiel 2, jedoch ist die Kontaktierung durch jeweils drei vernickelte Kupferfäden von 0,2 mm Durchmesser pro Kontaktierungsstreifen ausgebildet.
  • Nach dem Anlegen einer Spannung von 230V liefert der erhaltene Flächenheizer eine Leistung von 440 W/m2.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Ein Spinnvlies, hergestellt nach einem Normalspinnverfahren, welches von einem Flächengewicht von 150 g/m2 gekennzeichnet ist und neben der Cellulose 50% Leitruß der Sorte Printex L enthält, wird mit Silberleitlack in einem Abstand von 12 cm streifenförmig kontaktiert und zwischen zwei dreilagigen Polyesterfolien mit einer Dicke von 20 μm pro Lage bei einer Temperatur von 125 °C und einem Presswalzenspalt von 0,1 mm einlaminiert.
  • Nach dem Anlegen einer Spannung von 42V liefert der erhaltene Flächenheizer eine Leistung von 1200 W/m2.
  • Ausführungsbeispiel 5
  • Ein Spinnvlies, hergestellt wie in Beispiel 2, jedoch ist die Kontaktierung im Abstand von 100 cm erfolgt.
  • Nach dem Anlegen einer Spannung von 230V liefert der erhaltene Flächenheizer eine Leistung von 215 W/m2.
  • Ausführungsbeispiel 6
  • Ein Spinnvlies, hergestellt wie in Beispiel 2, jedoch ist die Flächenmasse bei 150 g/m2.
  • Nach dem Anlegen einer Spannung von 230V liefert der erhaltene Flächenheizer eine Leistung von 1100 W/m2.
  • Ausführungsbeispiel 7
  • Ein Spinnvlies, hergestellt wie in Beispiel 2, jedoch ist die Flächenmasse bei 40 g/m2.
  • Nach dem Anlegen einer Spannung von 230V liefert der erhaltene Flächenheizer eine Leistung von 440 W/m2.
    • 1
    elektrisch leitfähiges Cellulosevlies
    2
    elektrischer Kontaktstreifen
    3
    elektrische Isolierschicht
    4
    Kontaktklemme
    5
    Anschlusskabel
    6
    Gleichstromquelle

Claims (11)

  1. Flächenheizer, der für Anwendungen im Bereich von Heizspannungen bis zu 1000 V zum Einsatz kommt, stufenlos einstellbare Heizleistungen bis 2 kW/m2 liefert und der dadurch gekennzeichnet ist, dass der für die Heizung erforderliche elektrische Widerstand durch ein elektrisch leitfähiges Cellulosevlies gebildet wird, welches durch eine elektrische Kontaktierung mit einer Stromquelle verbunden ist.
  2. Flächenheizer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Cellulosevlies aus Cellulosefasern besteht, die Leitruß enthalten.
  3. Flächenheizer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Cellulosevlies aus Cellulosefasern besteht, die Kohlenstoff-Nanotubes enthalten.
  4. Flächenheizer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Cellulosevlies aus Cellulosefasern besteht, die Nanosilber enthalten.
  5. Flächenheizer nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Cellulosevlies nach einem Lyocellverfahren hergestellt wurde.
  6. Flächenheizer nach einem der vorangestellten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Cellulosevlies als Spinnvlies ersponnen wird.
  7. Flächenheizer nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Erspinnen des leitfähigen Cellulosevlieses nach dem Normalspinnverfahren durch einen Luftspalt, dem Blasspinnverfahren, dem Zentrifugalspinnen oder dem Nanovalverfahren erfolgt.
  8. Flächenheizer nach Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das eingearbeitete Vlies eine Flächenmasse von 10 bis 500g/m2, vorzugsweise von 40 bis 150g/m2 besitzt.
  9. Flächenheizer nach den Ansprüchen 1 bis 8, der mindestens zwei elektrische Streifen besitzt, die das eingearbeitete Vlies elektrisch kontaktieren.
  10. Flächenheizer nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstreifen aus eingezogenen Drähten und/oder Metallfolie und/oder Metallleitlacken gebildet werden.
  11. Flächenheizer nach den Ansprüchen 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass das eingearbeitete, elektrisch kontaktierte Vlies vollständig durch elektrisch isolierendes und wasserdichtes Material isoliert ist.
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