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Die Erfindung betrifft ein Heizelement, welches eine bei Stromdurchfluss Wärme erzeugende Schicht aufweist sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Heizsysteme werden in vielen Bereichen des täglichen Lebens benötigt und zielgerichtet eingesetzt. Dabei werden diese Heizsysteme als elektrische Flächenheizungen ausgebildet und finden ihre Anwendung beispielsweise in Sitzheizungen bei Fahrzeugen, für beheizbare Einlegesohlen im Wintersport, als Spiegelheizung für Antifogging-Einsatz oder dergleichen.
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Zur Herstellung solcher Flächenheizungen bzw. flächenförmigen Heizelementen wurde bislang auf einen zu erwärmenden Gegenstand eine elektrisch leitfähige Paste aufgedruckt, die einen mäanderförmigen Verlauf der leitfähigen Schicht als Leiterbahn aufweist. Diese Ausgestaltung weist den Nachteil auf, dass die mäanderförmig verlaufende Leiterbahn eine inhomogene Erwärmung der gesamten Fläche bewirkt. Dies beruht auf der lokalen Erwärmung der Leiterbahn. Darüber hinaus weist diese Flächenheizung den Nachteil auf, dass solche elektrisch leitfähigen Pasten als Silberleitpasten sehr kostenintensiv sind.
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Aus der
DE 20 2005 013 822 U1 ist des Weiteren ein flächenförmiges Heizelement bekannt geworden, welches beispielsweise als Spiegelheizung für den Antifogging-Einsatz vorgesehen ist. Dieses Heizelement umfasst ein Verbundsystem mit Nanotubes, das elektrisch leitfähig ist. Dieses Verbundsystem kann aufgrund der elektrisch leitfähigen Nanotubes erwärmt werden. Die Nanotubes sind dabei in ein Verbundsystem aus Fasern eingebunden, so dass das Verbundsystem eine papierähnliche Struktur aufweist. Dieses Heizelement weist zwar den Vorteil auf, dass ein homogenes Aufheizen der angrenzenden Schichten des Gegenstandes ermöglicht ist. Jedoch ist die Herstellung solcher papierähnlichen Verbundsysteme sehr aufwändig und kostenintensiv. Dies ist insbesondere bei großflächigen Heizelementen der Fall.
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Aus der
DE 100 38 730 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelementes bekannt, bei welchem eine Vielzahl von Komponenten eingesetzt werden, um eine flächenförmige Schicht zu schaffen, welche bei Stromdurchfluss Wärme erzeugt. Dabei wird eine Dispersion von synthetischen Polymeren in einem Dispersionsmittel sowie Graphit und/oder elektrisch leitfähigem Ruß eingesetzt. Durch eine spezielle Abstimmung von Gewichtsanteilen an Dispersionsmittel, Benetzungsmittel, Dispersionsharzfilmbildner, ph-Regulator, Konservierungsmittel, Graphit, leitfähigem Ruß und Viskositätsregulator, die eine spezifische prozentuale Zusammensetzung erfordern, soll die Leitfähigkeit erzielt werden.
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Aus der
DE 10 2007 004 953 A1 ist des Weiteren ein Heizelement mit einem Stromleiter als Flächengebilde oder wannenförmigen Gebilde bekannt geworden, welcher mindestens eine Trägerschicht und eine Klebeschicht aufweist sowie zusätzlich einen Stromleiter als weitere Schicht zwischen der Trägerschicht und der Klebeschicht umfasst. Die dazwischen liegende stromleitende Schicht enthält Carbon-Nanotubes, wobei diese stromleitende Schicht zusammen mit den Trägerschichten und der Klebeschicht transparent ausgebildet ist. Dadurch ist es erforderlich, dass in die stromleitende Schicht ein polymeres Bindemittel eingebunden wird. Diese Schichten weisen aufgrund der Transparenz keine hohe Leitfähigkeit auf beziehungsweise es werden bei solchen transparenten Systemen zusätzliche intrinsische leitfähige Polymere eingesetzt.
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Aus der
US 2007/0295714 A geht des Weiteren ein elektrothermischer Verbund hervor, bei dem Carbon-Nanotubes in Matrixmaterialien, wie beispielsweise Elastomere, Polyurethane und/oder Epoxidharze, eingearbeitet werden, wobei ein solcher Verbund Nachteile in der Verarbeitung aufweist.
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Die vorbeschriebenen Lösungen weisen den Nachteil auf, dass die Anpassung an beliebige Geometrien schwierig ist, da ein leichtes Aufbringen an den Gegenständen erschwert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, welches in der Herstellung einfach, flexibel an verschiedene Geometrien anpassbar und kostengünstig ist sowie ein homogenes Aufheizen des zu erwärmenden Gegenstandes ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Heizelement gelöst, bei dem auf einem Trägermaterial über einen Erwärmungsbereich eine geschlossene Schicht vorgesehen ist, welche aus einer Verbunddispersion besteht, die einen Anteil Haftmittel, einen Anteil Füllmittel und einen Anteil Nanotubes umfasst und dass an die flächenförmige Schicht aus Verbunddispersion angrenzend streifenförmige Kontaktelemente angebracht sind. Dabei wird bei der Verbunddispersion eine Konzentration von 1 bis 20 Gew.% Gummi Arabicum und/oder Cellulose eingesetzt. Des Weiteren wird zur Beimischung in die Verbunddispersion eine Konzentration von 0,1 bis 10 Gew.% CNT verwendet. Ein solches Heizelement weist den Vorteil auf, dass ein sehr dünnes Heizelement geschaffen werden kann, welches darüber hinaus ermöglicht, dass eine vollflächig Erwärmung innerhalb des durch die Schicht gebildeten Erwärmungsbereiches gegeben ist. Des Weiteren sind solche Heizelemente in einfacher Weise an den jeweiligen Gegenständen anzubringen und mit einer Versorgungsspannung zu kontaktieren.
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Durch diese Haftmittel aus Gummi Arabicum und/oder Cellulose kann eine verbesserte Haftung zum Trägermaterial, eine höhere mechanische Widerstandsfähigkeit sowie eine mechanische Stabilität der Verbunddispersion erzielt werden. Des Weiteren können Carbon-Nanotubes im Gummi Arabicum dispergiert werden. Der Einsatz von Gummi Arabicum und/oder Cellulose bzw. Cellulosefasern weist des Weiteren den Vorteil auf, dass dieses wasserlöslich ist und somit eine einfache Reinigung der Verarbeitungsmaschinen ohne den Einsatz von Lösemitteln ermöglicht. Darüber hinaus weist dieses Material auch Bindemitteleigenschaften auf und ist gesundheitlich völlig unbedenklich.
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Des Weiteren werden zur Herstellung der Verbunddispersion Carbon-Nanotubes als elektrisch leitfähiges Material eingesetzt. Dadurch kann die elektrische Leitfähigkeit sichergestellt werden. Dabei können Single-, Double- oder Multiwalled-Nanotubes eingesetzt werden. Bevorzugt werden synthetisch hergestellte mehrwandige CNT's eingesetzt, die einen Reinheitsgrad von > 80%, insbesondere 90%, umfassen.
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Die Verbunddispersion umfasst bevorzugt als Füllmittel oder Bindemittel Graphit. Dadurch kann ein einfaches Aufbringen erzielt werden, da das Graphit wesentlich die Fließfähigkeit bzw. die Viskosität bestimmt. Somit kann eine geschlossene Fläche zur homogenen Erwärmung geschaffen werden. Insbesondere wird der Verbunddispersion eine Konzentration von 40 bis 80 Gew.% Graphit beigemischt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass auf die flächenförmige Schicht der Verbunddispersion eine Schutzfolie auflaminiert oder ein Schutzlack aufgebracht ist, um das Heizelement vor äußeren Einflüssen zu schützen und elektrisch isoliert. Dabei wird diese Schutzfolie bevorzugt derart auflaminiert, dass eine form- und/oder kraftschlüssige Anordnung am Trägermaterial ausgebildet ist. Folglich wird ein geschlossener Randabschluss geschaffen, der insbesondere die wasserlösliche Verbunddispersion schützt.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die streifenförmigen Kontaktelemente mit elektrischen Leitern kontaktiert oder Anschlusskontakte vorgesehen sind. Dies ermöglicht einen einfachen Anschluss eines Heizelementes an eine Netzspannung. Dabei können die elektrischen Leiter Kontaktstecker aufweisen, die eine einfache Kontaktierung ermöglichen. Ebenso können freie Anschlussstellen vorgesehen sein, an denen beispielsweise gefederte Kontaktelemente oder dergleichen angreifen können. Somit können insbesondere verkaufsfertige Einheiten hergestellt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Heizelementes sieht als Trägermaterial eine Kunststofffolie vor, welche elektrisch isolierend ist und vorzugsweise eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dadurch kann bereits mit einer handelsüblichen Folie eine elektrische Abschirmung der leitfähigen Schicht aus der Verbunddispersion zum zu erwärmenden Gegenstand gegeben sein. Andererseits ist ein guter Wärmeübergang als auch eine gute Wärmeverteilung vorgesehen, so dass bereits geringe Heizleistungen für eine hinreichende Erwärmung genügen.
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Das als Kunststofffolie ausgebildete Trägermaterial weist bevorzugt auf einer der Verbunddispersion gegenüberliegender Seite eine Klebemittelschicht auf, die vorzugsweise mit einer Abziehfolie versehen ist. Diese ermöglicht nach Abziehen der Abziehfolie einen beliebigen Einsatz des Heizelementes durch Ankleben auf dem zu erwärmenden Gegenstand. Alternativ kann auch separat ein Klebemittelauftrag erfolgen, um das Trägermaterial im Erwärmungsbereich des zu erwärmenden Gegenstandes zu befestigen.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Trägermaterial der zu erwärmende Gegenstand ist. In diesem Fall kann die geschlossene elektrisch leitfähige und flächenförmige Schicht aus der Verbunddispersion unmittelbar auf den zu erwärmenden Gegenstand aufgebracht werden. Auf diesen zu erwärmenden Gegenstand wird ebenfalls ein streifenförmiges Kontaktelement aufgebracht sowie bedarfsmäßig eine Schutzfolie. Der Aufbau einer Schutzfolie kann auch für die Wärmestrahlung blockierende Schichten enthalten. Dies ermöglicht, dass die Wärme nur in eine bevorzugte Richtung, bzw. zu dem erwärmenden Objekt fließt.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Heizelementes gelöst, bei dem eine Verbunddispersion aus einem Anteil Haftmittel, einem Anteil Binde- oder Füllmittel und einem Anteil Nanotubes hergestellt wird und als geschlossene Schicht als Erwärmungsbereich auf ein Trägermaterial sowie anschließend streifenförmige Kontaktelemente an diese geschlossene Schicht angrenzend aufgebracht werden.
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Durch den Einsatz einer Verbunddispersion können beliebige Geometrien eines Erwärmungsbereiches auf einem Trägermaterial erzeugt werden. Darüber hinaus ist durch das Aufbringen der Verbunddispersion eine vollflächige Schicht bzw. Beschichtung gegeben, so dass nicht eine lokale Erwärmung, sondern eine gleichmäßige Erwärmung über der gesamten Fläche der aufgebrachten Verbunddispersion ermöglicht ist. Durch den Einsatz einer Verbunddispersion kann dieselbe Technologie wie zum Aufbringen der Silberleitpaste gemäß dem Stand der Technik eingesetzt werden, mit der Ausnahme, dass anstelle der Silberleitpaste die Verbunddispersion verwendet wird. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung kann somit ein homogenes Aufheizen bei einer beliebigen Geometrie und mit einem kostengünstigen Herstellungsprozess ermöglicht werden. Dafür sind die Anteile an Haftmittel, an Binde- oder Füllmittel und an Nanotubes aneinander angepasst, damit die Verbunddispersion als vollflächige Schicht mit einer hinreichenden elektrischer Leitfähigkeit als geschlossene Fläche und mit einer guten Haftung auf dem Trägermaterial verbunden ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Verbunddispersion durch ein Druckverfahren, insbesondere Siebdruckverfahren, durch ein Spritzdruckverfahren, durch Aufrakeln, Tauchverfahren oder Filtern aufgebracht wird. Beispielsweise kann ein Flachformzylinderdruck, ein Runddruck oder eine Siebdruckrotation vorgesehen sein. Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, dass durch ein solches vorgenanntes Druckverfahren die fließfähige Verbunddispersion in einfacher Weise aufgebracht werden kann sowie die elektrische Leitfähigkeit und die Bildung einer geschlossenen Fläche ermöglicht wird. Alternativ kann auch ein sogenanntes Spraycoating vorgesehen sein, durch welche eine niederviskos ausgelegte Verbunddispersion mit einer Sprühpistole aufgebracht werden kann. Ebenso kann ein sogenanntes Dipcoating als eine Tauchbeschichtung oder ein Spincoating realisiert werden.
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Die streifenförmigen Kontaktelemente werden bevorzugt aufgedruckt. Dabei wird eine leitfähige Paste oder dergleichen bevorzugt verwendet, die insbesondere nach dem Herstellen der Wärme erzeugenden Schicht aus der Verbunddispersion durch beispielsweise ein Siebdruckverfahren aufgebracht wird. Diese streifenförmigen Kontaktelemente grenzen an die geschlossene Schicht an bzw. begrenzen den Erwärmungsbereich.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass auf die getrocknete Schicht aus der Verbunddispersion eine Schutzfolie auflaminiert wird. Durch die Schutzfolie kann die aus der Verbunddispersion bestehende Schicht gegen mechanische Beeinträchtigungen geschützt werden. Darüber hinaus wird die Schutzfolie bevorzugt mit einem Randabschluss zum Trägermaterial aufgebracht. Dadurch kann eine vollständige Kapselung zumindest von der Verbunddispersion erfolgen. Ebenso können auch die streifenförmigen Kontaktelemente einlaminiert beziehungsweise eingekapselt werden. Dies weist darüber hinaus auch den Vorteil auf, dass die insbesondere auf einer Wasserbasis hergestellte Verbunddispersion geschützt werden kann. Gleichzeitig kann dadurch auch eine elektrische Isolierung der Schicht ermöglicht werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist das Trägermaterial als Folie aus Kunststoff ausgebildet. Dadurch können flächenförmige Heizelemente für verschiedene Einsätze hergestellt und jeweils vor Ort mit dem zu erwärmenden Gegenstand verbunden werden. Des Weiteren ergeben solche flächige Heizelemente beim Einsatz der handelsüblichen Folien einen Vorteil gegen über der thermisch leitfähigen Folie, da die Wärmeverteilung nicht mehr über die Folienschicht wegen der Mäanderstruktur der Heizung sondern über das flächige Heizelement erfolgt.
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Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass auch die Schutzfolie aus einem mit dem Trägermaterial laminierfähigen Material hergestellt wird. Dadurch kann zum einen ein, vorzugsweise nach dem Ausdampfen des Wasseranteils aus der Schicht, einfaches Einlaminieren der aus der fließfähigen Verbunddispersion bestehenden Schicht gegeben sein. Zum anderen kann ein Verbund geschaffen werden, der an nicht ebene oder gekrümmte Oberflächen anpassbar ist, so dass auch solche Konturen mit diesem Heizelement beheizt werden können. Durch das Einlaminieren der Schicht bleibt diese geschlossen und ermöglicht über deren gesamten Bereich eine elektrische Leitfähigkeit und somit eine Erwärmung.
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Alternativ wird als Trägermaterial der zu erwärmende Gegenstand zur Herstellung des Heizelementes eingesetzt. Diese Ausführungsform erfolgt insbesondere dann, wenn der Gegenstand dafür geeignet ist, dass die vorgenannten Auftragsverfahren eingesetzt werden können. Dabei kann vor und nach dem Auftrag der aus der Verbunddispersion bestehenden Schicht eine elektrische Isolierschicht auf den Gegenstand aufgebracht werden. Ebenso kann anstatt einer elektrischen Isolierschicht auch die Schutzfolie entweder einen Randabschluss mit der elektrischen Isolierschicht oder unmittelbar mit dem Gegenstand selbst bilden.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Heizelementes sieht vor, dass zur Anpassung einer Wärmeverteilung in dem Erwärmungsbereich in Abhängigkeit des Abstandes der Kontaktelemente zueinander die Dicke der Schicht auf dem Trägermaterial angepasst wird. Dadurch kann bei unterschiedlichen Geometrien des Erwärmungsbereichs, bei denen der Abstand der Kontaktelemente entlang dem Erwärmungsbereich variiert, durch die Veränderung der Schichtdicke eine gleichmäßige Wärmeverteilung erzielt werden. Beispielsweise kann in einem Bereich, in welchem der Abstand der Kontaktelemente geringer ist als in einem benachbarten Bereich, in dem der Abstand der Kontaktelemente größer ist, die Schichtdicke dünner ausgebildet sein als in dem benachbarten Bereich. Dadurch kann eine Kompensation der Wärmeverteilung bei den unterschiedlichen Geometrien und somit eine gleichmäßige Erwärmung über den gesamten Bereich erzielt werden. Alternativ kann ebenso vorgesehen sein, dass die Schichtdicke bewusst variiert wird, so dass unterschiedliche Wärmezonen entlang einer Geometrie erzeugt werden können. Die Erzeugung von unterschiedlichen Wärmezonen kann selbstverständlich auch bei Geometrien vorgesehen sein, bei denen der Abstand der Kontaktelemente über die gesamte Länge des Erwärmungsbereiches konstant ist.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Heizelementes,
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2 eine schematische Ansicht von oben auf das Heizelement gemäß 1 und
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3 eine schematische Seitenansicht eines zu erwärmenden Gegenstandes mit einem darauf aufgebrachten Heizelement.
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In 1 ist eine schematische Seitenansicht eines Heizelementes 11 in nicht maßstäblicher Weise dargestellt. Die 2 zeigt eine Ansicht von oben auf das Heizelement 11 gemäß 1. Die Geometrie des in 1 und 2 dargestellten Heizelementes 11 ist nur beispielhaft. Das Heizelement 11 umfasst ein Trägermaterial 12, welches bevorzugt aus einer Kunststofffolie, wie beispielsweise PET, besteht. Auf dem Trägermaterial 12 ist eine Schicht 14 als vollflächige Schicht aufgebracht, welches sich entlang eines Erwärmungsbereiches eines zu erwärmenden Gegenstandes erstreckt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wäre der Erwärmungsbereich des Gegenstandes rechteckig. Alternativ kann hierbei jegliche beliebige zweidimensionale Geometrie möglich sein. Die Schicht 14 ist als flächenförmige leitfähige Beschichtung ausgebildet, welche bei einem Stromfluss sich erwärmt. An die Schicht 14 angrenzend oder auf der Schicht 14 oder unter der Schicht 14 sind streifenförmige Kontaktelemente 16 vorgesehen, an denen elektrische Leitungen 17 angeschlossen sind. Bevorzugt sind diese Kontaktelemente 16 auf der Schicht 14 vorgesehen. Diese elektrischen Leitungen 17 können wiederum an eine Energieversorgung angeschlossen werden, um das Heizelement 11 zu betreiben. Nach dem Anbringen der elektrischen Leitungen 17 an den Kontaktelementen 16, insbesondere durch Löten oder Kleben, erfolgt ein Versiegeln der Kontaktstellen, bevorzugt mit Heißkleber. Vor oder nach dem Anbringen der elektrischen Leitungen 17 können die Schicht 14 und ggf. die Kontaktelemente 16 mit einer Schutzfolie 18 abgedeckt oder ein Schutzlack aufgebracht werden. Sofern die Schutzfolie 18 vor dem Anbringen der elektrischen Leitungen aufgebracht wird, können einzelne Anschlussbereiche durch Stanzungen der Schutzfolie 18 ausgespart werden, um die elektrischen Leitungen 17 unmittelbar an den Kontaktelementen 16 anzubringen.
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Die Schutzfolie 18 erstreckt sich dabei über die Schicht 14 und die Kontaktelemente 16 hinaus. Die Schutzfolie 18 wird unmittelbar mit dem Trägermaterial 12 verbunden und bildet vorzugsweise einen vollständig umlaufenden Randabschluss 19, so dass die Schicht 14 und die Kontaktelemente 16 vollständig durch die Schutzfolie 18 und das Trägermaterial 12 umgeben sind. Dadurch kann die Verbunddispersion gegen äußere Einflüsse geschützt werden.
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Solche flächenförmigen Heizelemente 11 können in Abhängigkeit von der gesamten flächigen Erstreckung und Geometrie in verschiedenen Einsatzfällen in vielen technischen Bereichen eingesetzt werden. Beispielsweise kann die äußere Kontur an die Fläche eines zu beheizenden Spiegels angepasst sein. Ebenso kann dieses Heizelement 11 an die Form eines Schuhs angepasst werden, um als Einlegesohle eingesetzt zu werden. In einzelnen Einsatzfällen kann vorgesehen sein, dass die flächenförmige Schicht unterschiedliche Heizelemente beziehungsweise Schichtdicken aufweist. Dies kann dazu führen, dass die Heizelemente auf unterschiedliche Temperaturbereiche eingestellt werden können, so dass die Schicht 14 in unterschiedliche Sektoren, Freiformen oder Flächengeometrien mit unterschiedlichen Temperaturbereichen eingestellt werden kann.
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Bei einem Einsatzfall wie bspw. einer Schuhsohle, welche einen in etwa 8-förmigen Verlauf aufweist, sind die Kontaktelemente 16 jeweils als Doppelwelle an den Konturverlauf angepasst und auf der Schicht 14 aufgebracht oder daran angrenzend vorgesehen. Aufgrund einer Engstelle bei dieser Kontur wäre bei einer konstanten Dicke der Schicht 14 ein unterschiedlicher Temperaturverlauf gegeben. In der Engstelle ist ein erhöhter Stromfluss gegeben, wodurch eine stärkere Erwärmung sich einstellt als am Flächenbereich, bei denen die Kontaktelemente 16 weiter auseinander liegen. Dies kann ein gewünschter Effekt sein, der bei solchen Heizsystemen 11 ausgenutzt wird. Ebenso kann aber auch eine homogene Erwärmung über den gesamten Flächenbereich erwünscht sein. In einem solchen Fall wird die Dicke der Schicht 14 im Bereich der Engstelle dünner ausgebildet als in den benachbarten Bereichen, in dem die Kontaktelemente 16 weiter zueinander beabstandet sind. Dadurch wird in dem dickeren Schichtbereich mit den weiter zueinander beabstandeten Kontaktelementen 16 erzielt, dass ein geringerer Widerstand und somit eine bessere Leitfähigkeit gegeben ist. Dadurch kann eine Kompensation der elektrischen Leitfähigkeit im Vergleich zur dünneren Schicht in der Engstelle erzielt werden. Diese Änderung der Schichtdicke kann dabei kontinuierlich oder diskontinuierlich ausgebildet sein. Die Auswahl der Schichtdicke steht auch in Abhängigkeit der Abstände der Kontaktelemente 16, um eine konstante Wärme über die gesamte Fläche des Heizelementes 11 zu erzielen.
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Die flächenförmige Schicht 11 wird aus einer Verbunddispersion hergestellt, welche einen Anteil Haftmittel, einen Anteil Füll- oder Bindemittel und einen Anteil Nanotubes umfasst. Diese Verbunddispersion umfasst als Grundmaterial eine wässrige Basis. Als Anteil Haftmittel ist bevorzugt Gummi Arabicum vorgesehen. Als Anteil Füllmittel ist bevorzugt Graphit, und als Anteil leitfähiges Material sind bevorzugt Carbon-Nanotubes vorgesehen. Eine bevorzugte Zusammensetzung der Verbunddispersion umfasst 1 bis 20 Gew.% Gummi Arabicum, 40 bis 80 Gew.% Graphit und 0,1 bis 10 Gew.% Carbon-Nanotubes. Eine solche wässrige Verbunddispersion wird bevorzugt vor dem Laminieren der Schutzfolie oder dem Aufbringen des Schutzlackes aufgeheizt, um den Wasseranteil auszudampfen. Durch solche flächenförmige Schichten lässt sich ein Heizelement erzeugen, welches auf Oberflächentemperaturen im Bereich bis zu 50°C aufgeheizt werden können. Diese Kombination weist den Vorteil auf, dass ein Flächenheizelement geschaffen werden kann, welches bei einer niederen Spannung eine hohe Temperatur erzielt. Hierfür ist ein niederer Widerstand von Vorteil. Dies wird durch die Konzentration der leitfähigen Bestandteile, und zwar der Konzentration der Carbon-Nanotubes, geschaffen, welche eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, jedoch nicht homogen sind. Der Nachteil der Nichthomogenität wird durch den Anteil an Graphit ausgeglichen, da Graphit homogen ist. Durch die Dispergierung dieser Bestandteile kann jedoch eine sehr dünne geschlossene Fläche geschaffen werden, die die Erwärmung ermöglicht. Die Schicht 14 kann beispielsweise eine Schichtdicke von 10 bis 100 μm oder dicker aufweisen. Bevorzugt ist eine Schichtdicke von 10 bis 50 μm vorgesehen. Bei den sehr geringen Schichtdicken im Nanometerbereich können bevorzugt Materialien mit Cellulose oder Cellulosefasern eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäße Verbunddispersion, die Ausgestaltung des Heizelementes 11 und abhängig von den Umgebungsgegebenheiten können Systeme mit unterschiedlichen spezifischen Leistungen beaufschlagend generiert werden. Der limitierende Faktor wird durch die Temperatur dargestellt und ist matrix- bzw. substratspezifisch. Diese Verbunddispersion kann durch eine Druck- oder Spritztechnik auf das Trägermaterial 12 aufgetragen werden.
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Das in 1 und 2 dargestellte Heizelement 11 ist in dieser Weise einsetzbar, wobei das Trägermaterial 12 bevorzugt auf den zu erwärmenden Gegenstand aufgelegt oder angelegt wird. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Trägermaterial 12 fest mit dem zu erwärmenden Gegenstand 21 gemäß 3 verbunden ist. Dafür kann beispielsweise vorgesehen sein, dass auf den Gegenstand 21 ein Klebemittel aufgebracht und das Heizelement 11 aufgeklebt wird. Ebenso kann an einer Unterseite des Trägermaterials 12 des Heizelementes 11 eine Klebebeschichtung aufgebracht werden, so dass ein selbstklebendes Heizelement 11 geschaffen ist. In Abhängigkeit einer gewünschten Isolierung auf einer Seite kann auf das Trägermaterial 12 oder auf die Schutzfolie 18 oder anstelle der Schutzfolie 18 eine Isolierschicht aufgebracht werden.
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Bei dem in 3 dargestellten Heizelement 11 auf dem Gegenstand 21 wird zunächst das Trägermaterial 12 auf den Gegenstand 21 aufgebracht. Anschließend erfolgt eine Beschichtung des Gegenstandes 21 durch die Schicht 14, bestehend aus der Verbunddispersion, die sich über den Erwärmungsbereich erstreckt. Anschließend werden die Kontaktelemente 16 aufgedruckt. Danach erfolgt das Aufbringen der Schutzfolie 18 und ein anschließendes Kontaktieren der elektrischen Leitungen 17 mit den streifenförmigen Kontaktelementen 16 sowie ein Versiegeln der Lötstellen zur Kontaktierung der elektrischen Leitung 17 mit dem Kontaktelement 16 beispielsweise mittels eines Heißklebers. Die Kontaktelemente 16 können an die Schicht 14 angrenzen oder auf der Schicht 14 vorgesehen sein.
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Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Schicht 14 bei den vorstehend dargestellten Heizelementen 11 kann vorgesehen sein, dass mehrere Schichten 14 nacheinander aufgebracht werden, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus wird die Verbunddispersion zur Bildung der Schicht 14 dahingehend modifiziert, dass eine hohe Leistung, beispielsweise bei einem Niederspannungsbereich von 1 V bis 60 V, erzielt wird. Ebenso können auch 230 V verwendet werden. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Verbunddispersion verdünnt wird.
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Durch die erfindungsgemäßen Heizelemente 11 wird eine Wärmeleitung über den gesamten Bereich der Schicht 14 erzielt. Weiterhin ist eine einfache Kontaktierung über die streifenförmigen Kontaktelemente 16 möglich, wobei keine nachteilige Beeinflussung auf den Temperaturverlauf der flächenförmigen Schicht gegeben ist.
