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Die Erfindung betrifft ein Heizband, insbesondere als Stillstandsheizung für Nieder- bis Hochspannungsmaschinen, wie Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren, umfassend wenigstens ein einseitig über zwei Anschlusskontakte bestrombares, elektrisch leitfähiges und außenseitig isoliertes Heizelement, umfassend zwei gegeneinander isolierte, lokal miteinander leitfähig verbundene Heizleiterabschnitte.
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Heizbänder werden bekanntermaßen als Stillstandsheizungen für Nieder- bis Hochspannungsmaschinen, wie Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren in Elektromotoren verwendet, um dort einen sicheren Schutz vor Korrosionsschäden und den damit verbundenen Maschinenausfällen bedingt durch Kondensatbildung zu gewährleisten. Eine Kondensatbildung kann daneben zu Kriechströmen und Kurzschlüssen führen, was ebenfalls Schäden am zu erwärmenden Bauteil, also z. B. dem Elektromotor, hervorrufen kann. Daneben dienen die Heizbänder dem Frostschutz, was insbesondere bei Elektromaschinen, welche in Außenanwendungen verbaut sind, hinsichtlich der Betriebssicherheit von Vorteil ist.
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Die Heizbänder werden in der Regel in Betriebspausen der Elektromaschine angeschaltet und verhindern so, wie erwähnt, die z. B. durch Betauung einsetzende Kondensation von Feuchtigkeit sowie die Frostbildung innerhalb des Motorraums.
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Aus
DE 34 17 678 A1 ist ein elektrisches Heizband mit in einem Silikongrundkörper eingebetteten stromführenden Leitungen bekannt. Der Silikon-Grundkörper ist mit einer schlauchartigen Glasseiden-Isolierung verbunden, die ihn einhüllt und verhindert, dass sich ein unter mechanischer Vorspannung auf den Grundkörper aufgewickelter Heizdraht in den Grundkörper einschneidet und gegebenenfalls die Aderleitungen beschädigt. Die schlauchartige Glasseiden-Isolierung liegt in Kontakt mit dem Heizdraht und gewährleistet einen Wärmefluss von dem Heizdraht in das zu beheizende Element. Das Heizband weist einen runden Querschnitt auf, was im Allgemeinen einer großen Kontaktfläche und somit einem möglichst großflächigen Wärmeübergang auf das zu beheizende Element abträglich ist.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem liegt daher darin, ein Heizband mit einer möglichst großen Kontaktfläche anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist ein Heizband der eingangs genannten Art vorgesehen, welches sich dadurch auszeichnet, dass als Heizleiterabschnitte zwei übereinander liegend angeordnete flächige und flexible Bandleiter vorgesehen sind.
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Das erfindungsgemäße Heizband weist im Vergleich zum Stand der Technik einen besonders flachen Aufbau auf, welcher sich aus der Verwendung der flächigen Bandleiter als Heizleiterabschnitte des Heizelements ergibt. Diese weisen je nach Ausführung beispielsweise eine Höhe von nur etwa 0,3 mm auf, woraus sich insgesamt eine Heizbanddicke von weniger als 1 mm ergeben kann. Das erfindungsgemäße Heizband kann also bei sehr begrenzten Platzverhältnissen eingesetzt werden, es nimmt anderen installierten Komponenten innerhalb des jeweiligen Anwendungsorts des Heizbands, z. B. in einem Elektromotor, nur wenig Raum.
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Aufgrund des flächigen Aufbaus des Heizbands, d. h. das Heizband nimmt im Querschnitt im Wesentlichen eine rechteckige Form ein, ergibt sich eine große Anlage- bzw. Kontaktfläche, wodurch ein besonders vorteilhafter Wärmeübertrag von dem Heizband auf das zu erwärmende Bauteil erzielbar ist. Dieser ist mit anderen nicht-rechteckigen Querschnittsformen, insbesondere rundlichen Querschnittsformen, nicht zu erreichen. Ferner ist durch den flächigen Aufbau die Möglichkeit einer sicheren Anlage an dem Bauteil, an dem das Heizband angebracht werden soll, gegeben. Ist dieses beispielsweise durch einen thermisch leitfähigen Kleber auf dem zu erwärmenden Bauteil angebracht, führt die Flächigkeit des Heizbands dazu, dass dieser eine größere Kontaktfläche einnimmt und bezogen auf den querschnittlichen Umfang bzw. die Mantelfläche des Heizbands ein, insbesondere im Vergleich zu anderen nicht-rechteckigen Querschnitten, großer Teil des Heizbands mit Kleber beaufschlagt werden kann. Dies führt zu Haftungsvorteilen des Heizbands z. B. im Vergleich zu rundlich ausgeführten Heizbändern, woraus sich ergibt, dass das erfindungsgemäße Heizband auch hinsichtlich der Anbringung an einem zu erwärmenden Gegenstand von Vorteil ist.
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Die Heizleiterabschnitte respektive die Bandleiter (im Weiteren soll der Einfachheit halber nur noch von Bandleitern die Rede sein) sind übereinander liegend angeordnet, wodurch sich insgesamt ein sehr flacher Aufbau des Heizbands erzielen lässt, da ein Bandleiter, wie oben erwähnt, eine Höhe von beispielsweise nur ca. 0,3 mm aufweist und sich somit allein durch die übereinander liegende Anordnung zweier Bandleiter eine Höhe von nur ca. 0,6 mm ergibt.
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Die Bandleiter sind daneben flexibel ausgeführt, wodurch sich ergibt, dass das Heizband insgesamt flexibel ausgebildet ist und insofern auf sehr unterschiedlichen Bauteilgeometrien eines zu erwärmenden Bauteils aufbringbar ist bzw. das Bauteil bei geeigneter Länge leicht umwickelt werden kann. Durch die Flexibilität des Heizbands ist dieses auch in oder über Kanten oder allgemein in Bereichen scharfer Radien über geeignete Befestigungsmittel anbringbar.
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Die Bandleiter sind miteinander lokal leitfähig verbunden. Die Art der Verbindung kann auf verschiedene Weise erfolgen, es wird später nähere darauf eingegangen. Wichtig ist, dass die Verbindung eine gute elektrische Leitfähigkeit zwischen den Bandleitern gewährleistet.
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Zum Schutz vor einem unerwünschten bzw. unkontrollierten Strom- bzw. Spannungsübergang sind die beiden Bandleiter gegeneinander isoliert. Hierzu kommen allgemein gängige Isoliermethoden sowie entsprechende Werkstoffe zum Einsatz, welche später näher erläutert werden. Natürlich ist die Isolation der Bandabschnitte nicht derart, dass sie den oben beschriebenen Stromfluss zwischen den Bandleitern hindert, sondern sie erlaubt bzw. bedingt, dass dieser nur lokal erfolgen kann.
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Das Heizelement, d. h. die beiden Bandleiter respektive die beiden Heizleiterabschnitte, ist auch nach außen elektrisch isoliert, so dass kein Strom- oder Spannungsübergang von diesem auf das zu erwärmende Bauteil erfolgen kann. Auch Kurzschlüsse sind derart ausgeschlossen. Dabei beeinflusst die elektrische Isolation des Heizbands nach außen die oben genannten Eigenschaften des Heizbands, insbesondere die Flexibilität des Heizbands, weitgehend nicht bzw. ändert auch nichts an der Außengeometrie des Heizbands, so dass ein sehr flacher, großflächiger Aufbau gegeben ist.
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Das elektrische leitfähige Heizelement ist einseitig über zwei Anschlusskontakte bestrombar. Das Heizband weist eine parallele Stromzuführung auf und ist dadurch einfach zu installieren.
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Der einseitige Anschluss hat den Vorteil, dass lange Anschluss- bzw. Kabelwege eingespart werden können, da beispielsweise nicht ein Anschluss am Anfang um eine Elektromaschine gelegten der Heizbandwicklung und ein zweiter Anschluss am Ende der Heizbandwicklung erfolgt, mithin also an zwei getrennten Orten, sondern der Anschluss einseitig, d. h. entweder am Anfang oder am Ende des Heizbands möglich ist.
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Die Bandleiter enthalten vorteilhaft leitfähige Fasern, insbesondere Kohlefasern, die in einer thermoplastischen Matrix, die eine hinreichende thermische Stabilität besitzt, eingebettet sind. Es handelt sich um dünne Folien. Als leitfähige Fasern sind neben Kohlefasern aber auch sämtliche anderen leitfähigen Fasern verwendbar, lediglich beispielhaft werden metallische Fasern oder leitfähige Kunststofffasern genannt. Die thermoplastische Matrix wird aus hitzestabilen nichtleitenden Kunststoffen gebildet, deren Dauertemperaturbeständigkeit mindestens der thermischen Isolationsklasse F = +155°C entsprechen. Wichtig ist dabei, dass Materialien verwendet werden, die die hohe Flexibilität des Heizbands nicht einschränken. Bezüglich der näheren Ausführung der leitfähigen Fasern, insbesondere deren Länge oder deren Anordnung, kommt es lediglich darauf an, dass diese eine ausreichende Leitfähigkeit aufweisen müssen, so dass es zu einer erwünschten Erwärmung des Bandleiters kommen kann. Über die Materialauswahl und die Orientierung der Fasern zueinander können verschiedene thermische Eigenschaften der Bandleiter eingestellt werden. Daneben ist es möglich, dass in die Matrix weitere, die mechanischen oder thermischen Eigenschaften des Bandleiters beeinflussende Stoffe, wie z. B. Verstärkungsfasern oder gegebenenfalls Wärme speichernde Materialien, zugegeben sein können. In Ausnahmefällen können die Bandleiter auch andersartig aufgebaut sein und z. B. aus leitfähig beschichteten Geweben oder aus dünnen metallischen Folien bestehen.
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Grundsätzlich können die Bandleiter in zwei verschiedenen Formen vorliegen. Eine erste Form betrifft einen blanken Bandleiter, der den beschriebenen Aufbau aufweist. Eine zweite Form betrifft einen Bandleiter, der wiederum den beschriebenen Aufbau aufweist, jedoch zusätzlich über eine wenigstens abschnittsweise, bevorzugt jedoch vollständig umlaufende, Isolierschicht verfügt. Die Isolierschicht besteht bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material, wobei hier insbesondere auflaminierte flexible, dünne Kunststofffolien eingesetzt werden können.
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Die Isolierung der Bandleiter gegeneinander erfolgt zweckmäßig mittels wenigstens einer zwischen ihnen angeordneten, flächigen Zwischenisolierlage oder durch jeweils auf die Bandleiter aufgebrachte Isolierschichten. Sonach ist es gemäß der ersten Alternative möglich, dass die Bandleiter selbst über keine Isolierung verfügen, so dass eine Isolierung der blanken Bandleiter gegeneinander über eine zwischen diese aufgebrachte Zwischenisolierlage erfolgen muss, die eine gewünschte Durchschlagfestigkeit sicherstellt. Diese Zwischenisolierlage besteht aus einem isolierenden Material, das eine hinreichende Isolation gewährleitstet, so dass es zu keinem unerwünschten Spannungsdurchschlag und so zu einem Stromfluss zwischen den Bandleitern außerhalb des diesen verbindenden Kontakts kommen kann. Selbstverständlich können bei Bedarf auch mehrere Zwischenisolierlagen verwendet werden. Die Zwischenisolierlage ist über geeignete Mittel mit den Bandleitern verbunden, worunter z. B. haftvermittelnde Beschichtungen, insbesondere Kleber oder aufkaschierte Folien, oder bekannte Oberflächenbehandlungen, wie z. B. Plasma- oder Coronaverfahren fallen, die einen stabilen Verbund zwischen den Bandleitern und der Isolierlage gewährleisten. Gleiches gilt im Falle mehrerer übereinander angeordneter Zwischenisolierlagen, auch hier kann eine haftungsverbessernde Maßnahme dem Verbund der einzelnen Lagen zuträglich sein.
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Alternativ kann wie beschrieben vorgesehen sein, dass auf die Bandleiter bereits eine Isolierschicht aufgebracht ist, die eine gewünschte Durchschlagfestigkeit gewährt. In diesem Falle ist die zwischen den Bandleitern angeordnete Zwischenisolierlage nicht zwingend erforderlich. Die Isolierschicht kann je nach Art der am Heizband angelegten Spannung entweder stärker oder schwächer isolierend ausgebildet sein. Die Isolierschicht liegt schon vor dem Zusammenbau des Heizbands auf den Bandleitern aufgebracht vor, d. h. diese sind von Haus aus isoliert. Natürlich sind entsprechende Kontaktstellen zum Anschluss der Bandleiter an eine Stromquelle bzw. zur lokal leitenden Verbindung der Bandleiter von der Isolierschicht ausgespart. Gleichermaßen kann es auch hier zweckmäßig sein, zwischen Bandleiter und der auf diesen aufgebrachten Isolierschicht eine haftvermittelnde Beschichtung, insbesondere einen Kleber oder eine aufkaschierte Folie, aufzubringen bzw. eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. eine Plasma- oder Coronabehandlung, durchzuführen. Die Isolierschicht kann dabei umlaufend um den Bandleiter ausgebildet sein, oder nur abschnittsweise vorliegen, d. h. sie kann z. B. nur an den sich gegenüberliegenden Seiten der Bandleiter aufgebracht sein. Unter Isolierschicht ist gegebenenfalls auch ein mehrlagiger Aufbau aus mehreren, die Isolierschicht bildenden einzelnen Lagen zu verstehen. Diese Lagen können ebenfalls untereinander über haftungsverbessernde Methoden oder Maßnahmen miteinander verbunden sein.
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Bevorzugt wird ein Verbund zwischen den Bandleitern angestrebt, der vorteilhaft über die wenigstens eine zwischen ihnen angeordnete, flächige Zwischenisolierlage oder durch einen jeweils auf die auf den Bandleitern aufgebrachten Isolierschichten aufgebrachten Haftvermittler erfolgt. Die zwischen den nicht vorabisolierten Bandleitern befindliche Zwischenisolierlage kann also neben der rein elektrisch isolierenden Funktion weiterhin einen mechanischen Verbund der Bandleiter herbeiführen, der insofern wichtig sein kann, als dass sich dadurch das Heizband weiter kompaktieren lässt. Ferner ist derart auch sichergestellt, dass die beiden Bandleiter, insbesondere im Falle großer Biegungen des Heizbands, nicht voneinander getrennt werden und somit der Aufbau des Heizbands insgesamt auch unter solchen Beanspruchungen weiter besteht. Die Bandleiter sind so in engst möglichem Kontakt zueinander angeordnet und miteinander fest, vorzugsweise unlösbar, verbunden. Der Verbund kann beispielsweise durch ein beidseitiges Auflaminieren der Bandleiter auf die zwischenliegende Zwischenisolierlage erfolgen. Natürlich sind hierbei geeignete Materialien auszuwählen, die einen stabilen mechanischen Verbund sicherstellen.
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Im Falle einer bereits vorab auf die Bandleiter aufgebrachten Isolierschicht ist es zweckdienlich, wenn ein auf diese aufgebrachter Haftvermittler den Verbund zwischen den Bandleitern herstellt. Im Unterschied zu oben muss hier in erster Linie ein Verbund zwischen den jeweils auf die Bandleiter aufgebrachten Isolierschichten hergestellt werden. Dies kann über einen zwischen den Isolierschichten aufgebrachten Haftvermittler, z. B. in Gestalt eines Klebers, erfolgen. Die Art des Klebers ist nachrangig, wichtig ist, dass dieser einen stabilen, vorzugsweise unlösbaren und thermisch stabilen Verbund, zwischen den Isolierschichten herbeiführt. Ebenfalls ist durch den stabilen Verbund der Bandleiter über den auf die Isolierschichten aufgebrachten Haftvermittler eine noch kompaktere, insbesondere flachere, Bauweise des Heizbands möglich. Ergänzend oder alternativ zum Kleber können oberflächenaktivierende Maßnahmen, wie oben erwähnt, ergriffen werden, die den Verbund der Isolierschichten stärken. Die auf den Bandleitern aufgebrachten Isolierschichten sind in der Regel im Hinblick auf Materialverträglichkeit ausgebildet, was das Verbinden dieser erheblich erleichtert. Die haftvermittelnde Schicht ist dabei in der Regel so auszulegen, dass sie keinen wesentlichen Beitrag zum vertikalen Aufbau des Heizbands leistet, also möglichst dünn aufgetragen ist.
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In Weiterführung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die außenseitige Isolierung des Heizelements mittels wenigstens einer außenseitig angeordneten flächigen Außenisolierlage und/oder mittels der auf die Bandleiter aufgebrachten Isolierschichten realisiert ist. Im Falle der nicht bereits isoliert vorliegenden Bandleiter sollte auf diese außenseitig demnach eine flächige Außenisolierlage aufgebracht sein, die einen Spannungsdurchschlag bzw. Stromübergang auf das oder die zu erwärmenden Bauteile verhindert. Um hohe Durchschlagfestigkeiten zu erzielen, kann es dabei nützlich sein, die Außenisolierlage aus mehreren einzelnen Lagen auszubilden, welche natürlich in festem Verbund zueinander sind. Entsprechend dem oben Gesagten können hierbei entsprechende Haftvermittler zwischen den Bandleitern und der Außenisolierlage aufgebracht bzw. haftungsverbessernde Methoden zwischen den Bandleitern und der Außenisolierlage angewendet werden, so dass diese sich nicht vom Bandleiter ablösen.
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Bei bereits vorab und umlaufend isolierten Bandleitern ist es denkbar, deren Isolierschicht als außenseitige Isolierung des Heizelements heranzuziehen. Falls eine noch stärkere Isolierung bzw. noch höhere Durchschlagfestigkeit erwünscht ist, kann zusätzlich eine flächige außenseitige Außenisolierlage auf diese aufgebracht werden. Wiederum kann diese über geeignete haftungsvermittelnde Materialien oder Methoden mit der auf dem Bandleiter vorab aufgebrachten Isolierschicht stabil, vorzugsweise unlösbar, verbunden werden.
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Besonders bevorzugt ist die außenseitig angeordnete flächige Außenisolierlage als eine Kunststofffolie oder ein Klebeband ausgebildet. Kunststofffolien sind insofern vorteilhaft, als diese neben guten elektrisch isolierenden Eigenschaften ein hohes Maß an Flexibilität gewährleisten. Hierzu kommen insbesondere Kunststofffolien oder Isoliergewebe mit einer hohen thermischen Stabilität, auch hinsichtlich der Dauerbetriebstemperatur, in Frage, die bevorzugt mindestens der thermischen Isolationsklasse F = +155°C entsprechen.
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Entsprechend sollte das Klebeband ausgebildet sein, so dass es demnach gut elektrisch isolierend ist sowie eine gute thermische Beständigkeit aufweist. Hierzu kommt im Allgemeinen jedwede Art von Klebeband in Frage, das ein eben solches Eigenschaftsspektrum abbildet. In Anbetracht der Temperaturbeständigkeit ist es vorteilhaft, wenn das Klebeband mindestens der einschlägigen thermischen Isolationsklasse F entspricht. Lediglich beispielhaft sind Glasseiden-Isolationsklebebänder oder Aramid-Klebebänder angeführt.
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Bezüglich der Materialien der zwischen den Bandleitern angeordneten Zwischenisolierlage und der jeweils auf die Bandleiter aufgebrachten Isolierschicht ist es zweckmäßig, diese jeweils als Kunststofffolie auszubilden, welche, wie oben erwähnt, gute elektrisch isolierende wie auch mechanisch flexible Eigenschaften aufweist. Hierzu kommen besonders bevorzugt PEN- oder PI-basierende Kunststofffolien zum Einsatz, welche für den vorliegenden Anwendungsfall insbesondere aufgrund ihrer guten thermischen Stabilität sehr geeignet sind.
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Es kann ferner im Rahmen der Erfindung liegen, dass das Heizelement zweiteilig ausgebildet ist, wobei die beiden separaten Bandleiter über jeweils endseitig angeordnete, gegenüberliegende elektrische Kontakte miteinander leitend verbunden sind, oder, dass das Heizelement einteilig ausgebildet ist. Sonach wird das Heizelement über zwei ursprünglich separate Bandleiter, welche miteinander leitend verbunden sind, ausgebildet oder es liegt einteilig, d. h. einstückig, vor, wonach es entsprechend lokal, vorzugsweise mittig, geknickt oder gebogen werden muss, woraus sich die übereinanderliegende Anordnung der Bandleiter beziehungsweise der Heizleiterabschnitte ergibt. Durch die Flexibilität des Bandleitermaterials insbesondere bei Verwendung einer flachen, dünnen Folie ist ein Biegen oder Knicken oder sonstiges Umformen in der Regel kein Problem.
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Um die einseitige Bestrombarkeit des Heizbands insgesamt zu gewährleisten, ist es im Falle zweier ursprünglich separat vorliegender Bandleiter zweckmäßig, wenn diese über an ihren Enden angeordnete, sich gegenüberliegende elektrische Kontakte kontaktiert sind. Die Größe der Kontaktfläche ist dabei entsprechend der angelegten Spannung bzw. des gewünschten Stroms auszuwählen. Die Verbindung der Kontakte kann durch einfaches Zusammenpressen (Crimpen) erfolgen, wobei ein fester Kontakt durch den bereits beschriebenen Aufbau des Heizbands erfolgt, nachdem insbesondere die außenseitige Isolierung respektive der Verbund der Bandleiter auch die elektrischen Kontakte in eine stabile, unverrückbar flächige Anlage bringt. Daneben ist es natürlich möglich, die elektrischen Kontakte in gängiger Weise, wie z. B. durch Löten oder Auftragung eines elektrisch leitfähigen Klebers, miteinander elektrisch sowie mechanisch zu verbinden.
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Die beiden Anschlusskontakte des Heizbands sind vorteilhaft an den freien Enden der Bandleiter vorgesehen. Dadurch ergibt sich die eingangs erwähnte einseitige Bestrombarkeit des Heizbands. Unter freien Enden sind die Enden des Heizelements zu verstehen, welche nicht leitend miteinander verbunden sind. Im Falle einer einteiligen Ausführung des Heizelements sind die freien Enden durch die Enden selbst gebildet.
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Die Anschlusskontakte und/oder die elektrischen Kontakte können aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Kupfer, gebildet sein. Natürlich ist deren Ausführung aber auch in anderen leitfähigen Materialien denkbar. Wichtig ist, dass die Anschlusskontakte respektive die elektrischen Kontakte zwischen den Bandleitern ihrer Funktion gerecht werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Längsschnitts durch ein Heizband in einer ersten Ausführungsform,
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2 eine Prinzipdarstellung eines Längsschnitts durch ein Heizband in einer zweiten Ausführungsform, und
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3 eine Prinzipdarstellung eines Längsschnitts durch ein Heizband in einer dritten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Längsschnitts durch ein Heizband 1 in einer ersten Ausführungsform, welches z. B. innerhalb eines Elektromotors, insbesondere am Wickelkopf des Motors, angeordnet werden kann und dort die Ausbildung von Kondensationsflüssigkeiten oder Frost verhindert. Das Heizband 1 umfasst ein Heizelement 2 mit zwei gegenüberliegenden Heizleiterabschnitten 15, 16, die jeweils als extrem flache, folienartige Bandleiter 7, 8 ausgebildet sind. Die Bandleiter 7, 8 sind jeweils von einer umlaufend auf diese auflaminierten Isolierschicht 14 umgeben. Eine Bestromung des Heizbands 1 beziehungsweise des Heizelements 2 erfolgt über zwei Anschlusslitzen 5, 6, welche elektrisch leitend mit entsprechenden an den Bandleitern 7, 8 ausgebildeten Anschlusskontakten 3, 4 verbunden sind. Ersichtlich erfolgt die Bestromung des Heizbands 1 nur von einer Seite. Die Bandleiter 7, 8 sind über jeweils endseitig angeordnete, gegenüberliegende elektrische Kontakte 9, 10 miteinander leitend verbunden. Eine elektrische Isolation der Bandleiter 7, 8 gegeneinander erfolgt durch die Vorabisolierung dieser in Form der Isolierschichten 14. Die Isolierschichten 14 liegen in Form von temperaturfesten Kunststofffolien bevorzugt mindestens der Wärmeklasse F vor. Die Isolierschichten 14 übernehmen dabei grundsätzlich auch eine Außenisolierung des Heizbands 1, wobei hier zusätzlich zwei Streifen eines Klebebands 13, bevorzugt der Wärmeklasse F, auf die im Ausführungsbeispiel außen liegenden Abschnitte der Isolierschichten 14 aufgebracht sind. Das Klebeband 13 isoliert ferner die beiden Anschlusslitzen 5, 6 gegeneinander.
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Die folienartigen Bandleiter 7, 8 bestehen z. B. jeweils aus einer thermoplastischen Matrix, in welche leitfähige Kohlefasern eingebettet sind. Die Kohlefasern sind in der Matrix weitgehend isotrop orientiert, woraus sich hinsichtlich ihrer thermischen bzw. elektrischen Eigenschaften ein weitgehend ausgewogenes Erscheinungsbild ergibt. In der Matrix sind weitere Verstärkungsfasern enthalten, die der mechanischen Stabilität der Bandleiter 7, 8 zuträglich sind. Daneben können in der Matrix weitere bekannte Füllstoffe, z. B. zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, enthalten sein.
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Die Bandleiter 7, 8 sind bezüglich ihrer Breite beziehungsweise Länge nahezu unbegrenzt ausführbar, da diese je nach Anwendungszweck beziehungsweise Kundenwunsch von einer großen flächigen Rolle konfektioniert werden. Der Widerstand der Bandleiter 7, 8 ist neben der verwendeten Materialien auch durch die Einstellung eines bestimmten Längen-Breiten-Verhältnisses variierbar. Hierbei gilt folgende Formel: R = RS·L/B mit:
- R
- = materialspezifischer Widerstand der Bandleiter
- RS
- = materialspezifischer Flächenwiderstand
- B
- = Breite der Bandleiter
- L
- = Länge des Bandleiters zwischen den Kontakten
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Der Widerstand R des Bandleiters ist also neben dem materialspezifischen Flächenwiderstand RS in hohem Maße von der Geometrie des Bandleiterzuschnitts abhängig, welche sich in dem Längen-Breiten-Verhältnis L/B widerspiegelt. Natürlich ist mit L der Abstand zwischen den jeweiligen auf dem Bandleiter angeordneten elektrischen Kontakten gemeint.
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Durch den so variabel einstellbaren Widerstand der Bandleiter 7, 8 und somit des Heizbands 1 ist es möglich, schmale Heizbänder 1 großer Länge mit unterschiedlichen Widerständen mit spezifischen Heizleistungen bis ca. 75 W/m herzustellen. Typische Breiten der Bandleiter 7, 8 sind dabei im Bereich von 0,5 bis 10 cm, wobei in Ausnahmefällen natürlich auch entsprechend schmälere beziehungsweise breitere Ausführungen denkbar sind. Typische Längen der Bandleiter 7, 8 liegen je nach Einsatzzweck und Leistung zwischen 20 und 300 cm. Auch hiervon kann in Ausnahmefällen abgewichen werden. Nochmals sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich bei den Bandleitern 7, 8 um extrem dünne, flächige Bandleiter handelt, deren jeweilige Dicke bevorzugt 0,3 mm nicht überschreitet.
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In 1 ist zwischen den sich gegenüberliegenden Heizleiterabschnitten 15, 16 respektive Bandleitern 7, 8 auf deren jeweils zugehörigen Isolierschichten 14 eine Haftvermittlerschicht 12 befindlich, die diese Bereiche stabil gegen mechanische und thermische Beanspruchungen miteinander verbindet. Ferner ist auch zwischen den Bandleitern 7, 8 und den Isolierschichten 14 ein Haftvermittler 12 von Vorteil (lediglich für Bandleiter 7 dargestellt).
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Das erfindungsgemäße Heizband 1 weist einen insgesamt sehr flachen Aufbau auf, welcher eine Gesamthöhe des Heizbands 1 von 1 mm unterschreiten kann. Durch die Flächigkeit, d. h. einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, ergibt sich, insbesondere im Vergleich mit den Heizbändern aus dem Stand der Technik mit runden Querschnitten, ein optimierter Wärmeübertrag von dem Heizband 1 auf das jeweils zu erwärmende Bauteil.
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Beispielhafte charakteristische Werte für ein erfindungsgemäßes Heizband 1 sind neben der erwähnten Dicke von etwa 1 mm, eine Durchschlagfestigkeit von ca. 5 kV, eine Dauergebrauchstemperatur von ca. 155°C sowie bei einer angelegten Spannung von 230 V ein elektrischer Widerstand von etwa 2,1 kΩ, woraus sich insgesamt eine Heizleistung von ca. 25 W ergibt.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Heizband 1, in einer zweiten Ausführungsform. Das Heizband 1 umfasst ein Heizelement 2 mit zwei Heizleiterabschnitten 15, 16, welches einseitig über zwei Anschlusskontakte 3, 4 mit geeigneten Anschlussmitteln, hier isolierte Cu-Litzen 5, 6, verbunden ist. Eine Bestromung des Heizbands 1 bzw. des darin enthaltenen Heizelements 2 erfolgt über diese Anschlusslitzen 5, 6. Durch die bezogen auf das Heizband 1 einseitige Anordnung der Anschlusskontakte 3, 4 ist es möglich, den elektrischen Anschluss des Heizbands 1 besonders einfach zu gestalten, da dieser an nur einer Seite des Heizbands 1 erfolgt.
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Das Heizelement 2 besteht aus zwei flächigen und flexiblen Bandleitern 7, 8, welche miteinander lokal leitfähig verbunden sind. Die leitfähige Verbindung der Bandleiter 7, 8 erfolgt über entsprechende elektrische Kontakte 9, 10, welche miteinander verlötet sein können. Zwischen den Bandleitern 7, 8 ist eine flächige Zwischenisolierlage 11 in Form einer Folie, z. B. aus PEN oder Aramid, angeordnet. Ein stabiler, vorzugsweise unlösbarer, Verbund zwischen der Zwischenisolierlage 11 und den Bandleitern 7, 8 ist durch einen auf diesen aufgebrachten Haftvermittler 12, z. B. einen PUR-Kleber, gewährleistet. Natürlich ist es dabei auch denkbar, die Bandleiter 7, 8 bzw. die Zwischenisolierlage 11 zu erhitzen und diese nach Art eines Heißpräge-Verfahrens, gegebenenfalls unter Verwendung thermisch aktivierbarer Kleber, miteinander stabil, vorzugsweise unlösbar, zu verbinden.
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Das Klebeband 13 ist auch hier ersichtlich nicht umlaufend um das Heizband 1 aufgebracht, sondern besteht aus zwei Streifen, die jeweils Heizband 1 ober- und unterseitig auf die Bandleiter 7, 8 aufgeklebt sind, wobei es jeweils der Länge nach über die Bandleiter 7, 8 übersteht und der überstehende Teil ebenfalls miteinander verbunden wird, so dass sich insgesamt um das Heizband 1 außenseitig eine geschlossene Isolierung ergibt. Das Klebeband 13 besitzt bevorzugt mindestens die Wärmeklasse F = +155°C, es besteht beispielsweise im Wesentlichen aus elektrisch isolierenden Glasseiden-Filamenten.
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Hinsichtlich der Anschlusskontakte 3, 4 bzw. der die Bandleiter 7, 8 elektrisch verbindenden Kontakte 9, 10 ist zu erwähnen, dass diese aus einem elektrisch und thermisch gut leitfähigem Material, insbesondere einem Metall bestehen, wobei hier bevorzugt Kupfer in Frage kommt. Die Anschlusskontakte 3, 4 bzw. die elektrischen Kontakte 9, 10 sind stabil mit den Bandleitern 7, 8 verbunden, so dass diese auch gegebenenfalls unter mechanischer Beanspruchung nicht von den Bandleitern 7, 8 ablösbar sind. Die Anschlusslitzen 5, 6 sind ebenfalls über das Klebeband 13 gegeneinander isoliert.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Längsschnitts durch ein erfindungsgemäßes Heizband 1 in einer dritten Ausführungsform, welche sich von der in 1 bzw. 2 gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen darin unterscheidet, dass hier die zwei Bandleiter 7, 8 zu einem langen Bandleiter 7 zusammengefasst sind. Das Heizelement 2 ist sonach einteilig ausgeführt. Auf den Bandleiter 7 ist vor dem Zusammenbau des Heizbands 1 eine Isolierschicht 14 umlaufend aufgebracht. Der Bandleiter 7 ist in seinem mittleren Bereich geknickt bzw. gebogen, so dass sich insgesamt wieder ein Aufbau des Heizelements 2 mit zwei übereinander liegend angeordneten Heizleiterabschnitten 15, 16 ergibt, weshalb auch dieses Heizband 1 einseitig über die Anschlusskontakte 3, 4 mit den entsprechenden Anschlusslitzen 5, 6 elektrisch leitend verbunden ist. Ein Haftvermittler 12 ist hierbei abschnittsweise auf die Isolierschicht 14 des Bandleiters 7 aufgebracht, woraus sich ein stabiler Verbund zwischen den Heizleiterabschnitten 15, 16 des Heizelements 2 ergibt. Die Isolierschicht 14 bedingt weiterhin eine elektrische Isolierung des Heizelements 2 bzw. seiner Heizleiterabschnitte 15, 16 sowohl gegeneinander als auch nach außen. Dennoch ist hier, um die Durchschlagfestigkeit des Bandleiters 7 beziehungsweise Heizelements 2 weiter zu erhöhen, außenseitige umlaufend ein Klebeband 13 aufgebracht, welches hier nicht aus zwei einzelnen Streifen, sondern nur aus einem entsprechend länger ausgebildeten Streifen besteht. Das Klebeband 13 ist dabei nicht zwingend erforderlich sondern erhöht im Bedarfsfall, wie erwähnt, die Durchschlagfestigkeit des Bandleiters 7.
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Die hier verwendeten Materialien entsprechen den bereits zu 1 und 2 Erwähnten, d. h., dass der Bandleiter 7 im Wesentlichen aus in einer thermoplastischen Matrix eingebetteten leitfähigen Kohlefasern besteht. Die Isolierschicht 14, welche bereits von Haus aus auf dem Bandleiter 7 aufgebracht ist, besteht z. B. aus einer PEN- oder Aramid-Kunststofffolie, welche nach einer Oberflächenbehandlung des Bandleiters 7, z. B. durch eine Plasma-Behandlung, auf diesen auflaminiert wurde. Durch den im Wesentlichen gleichen Aufbau des Bandleiters 7 ist auch für das in 3 gezeigte Heizband 1 bei Anschluss einer 230 V Spannung eine Heizleistung von 25 W erreichbar.
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Der geometrische Aufbau des Heizbands 1 ist durch die Verwendung zweier Außenisolierungen, nämlich des Klebebands 13 und der Isolierschicht 14 im Vergleich gegebenenfalls etwas höher und kann so über die vorweg genannten 1 mm hinausgehen.
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Ferner ist es möglich, mehrere Heizelemente miteinander zu verbinden, wobei die Verbindung im Wesentlichen entsprechend den Möglichkeiten, wie sie auch für den Verbund der beiden Heizleiterabschnitte 15, 16 des Bandleiters 7 bestehen, auf einen Aufbau eines Heizbands 1 mit mehreren Heizelementen 2 übertragbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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