DE102014008453A1

DE102014008453A1 - Textiles Heizgewebe

Info

Publication number: DE102014008453A1
Application number: DE102014008453.1A
Authority: DE
Inventors: Heike Oschatz; Ralph Hübschmann; Ferry Siegl
Original assignee: Textilforschungsinstitut Thueringen Vogtland TITV eV
Current assignee: Textilforschungsinstitut Thueringen Vogtland TITV eV
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein textiles Heizgewebe, das zur Wärmeerzeugung elektrisch betrieben wird. Zwischen den Heizleitern und den Einzelfäden der Fadenschar in den Elektroden soll eine möglichst gute Kontaktwirkung entstehen. Dies wird dadurch erreicht, dass Heiz- und Elektrodenleiter mit einer textilen Dreherbindung zur Kontaktierung verbunden sind. Elektroden- und Heizleiter können dabei sowohl als Schussfäden 1 als auch in der Dreherschnur 2, bestehend aus Dreher- und Steherfaden eingesetzt werden. Alternativ können Schaft- und Jacquarddreher zum Einsatz kommen.

Description

Die Erfindung betrifft ein textiles Heizgewebe, das zur Wärmeerzeugung elektrisch betrieben wird. Zwischen den Heizleitern und den Einzelfäden der Fadenschar in den Elektroden soll eine möglichst gute Kontaktwirkung entstehen. Dies wird dadurch erreicht, dass Heiz- und Elektrodenleiter mit einer textilen Dreherbindung zur Kontaktierung verbunden sind. Alternativ können Schaft- und Jacquarddreher zum Einsatz kommen.
Es sind zahlreiche Ansätze bekannt, die Webtechnologie für die Herstellung von textilbasierten Heizflächen anzuwenden. Diese Heizflächen sind dafür vorgesehen, die an elektrischen Widerständen bei entsprechender Strombelastung auftretende joulsche Wärme flächig zu erzeugen. Bei diesen Heizflächen ist es notwendig, dass stromzuführende Bereiche (mit geringerem Widerstandsanteil) und wärmeerzeugende Bereiche mit höherem Anteil an elektrisch-physikalischem Widerstand in das Textil eingebracht werden. Die stromzuführenden Bereiche sollen möglichst keine Wärme erzeugen und sind deshalb auch in der Flächenausdehnung gering gehalten. Diese Bereiche werden als Elektroden bezeichnet. Diese sog. Elektroden sind meist dadurch gekennzeichnet, dass dort in dichter Folge den Strom gut leitender Materialien in die Bindung eingebracht werden. Damit entsteht im Gewebe ein auch meist deutlich sichtbarer Streifen dieser Materialien, der auch eine sich vom Rest der Heizfläche unterscheidende höhere Kompaktheit aufweist und einer Fadenschar gleichgesetzt werden kann. Die Einzelfäden dieser Fadenschar können selbst wieder aus massiven Einzeldrähten, sowie aus metallischen Drahtlitzen, aus Gimpen und Leonischen Waren bzw. – Drähten, sowie aus leitfähigen textilen Fasern und Garnen bestehen.
Der weiterhin notwendige wärmeerzeugende Bereich sollte naturgemäß die größte Fläche des Textils einnehmen. Dieser Bereich ist meist dadurch gekennzeichnet, dass hier die wärmeerzeugenden Heizfäden (Heizleiter) meist einzeln in bestimmten Abständen neben mehreren nichtleitfähigen Füllfäden eingebracht werden. Die Anordnung und Reihenfolge ist in einem bestimmten Bereich variabel und richtet sich nach den zu erreichenden Temperaturen und Wirkungen, den sog. Heizzielen. Entsprechend dieser Heizziele werden auch die jeweiligen einzubringenden Materialien ausgewählt und eingesetzt. Gleichermaßen besteht ein Zusammenhang zwischen Heizzielen und der Art, Menge und Anordnung der Materialien für die Heizfläche und die Elektroden. Je nach Anwendung können aber auch mehrere Heizleiter direkt nebeneinander liegen, auch bis zu einer solchen Dichte, dass man den Einzelfaden nicht mehr unterscheiden kann und sich der Eindruck einer geschlossenen Fläche an Heizfäden ergibt.
Die konventionelle zur Erzeugung von Heizflächen genutzte Webtechnik basiert auf dem Eintrag von Schussfäden in abwechselnd offengehaltene Zonen der Kettfäden (Webfach). Indem einzelne oder Gruppen von Kettfäden im Webfach über den Schussfaden gehoben oder unter den Schussfaden gesenkt werden, lassen sich in der textilen Fläche bestimmte Bindungen erzielen. Normalerweise sind die Kett- und Schussfäden prinzipbedingt in einem Winkel von 90° miteinander verkreuzt bzw. verbunden. Mit dieser Grund-Technologie lassen sich sowohl Gewebe mit einer Ebene als auch mit mehreren Ebenen herstellen. Solche wärmeerzeugenden Gewebestrukturen sind beispielsweise in DE 10 2012 100 037 A1 ; DE 20 009 003 858 U1 , DE 10 2010 008 449 A1 und DE 40 19 357 C1 beschrieben.
Für die Erzeugung eines textilen Heizgewebes kann die funktionelle Belegung der Elektroden und der Heizleiter je nach Anforderung und dann jeweils entgegengesetzt sowohl in der Kette als auch im Schuss erfolgen.
Aus der Theorie elektrischer Kontakte folgt, dass für eine gute und verlustfreie Kontaktierung eine bestimmte Fläche, eine bestimmte Oberflächenqualität und eine bestimmte Kraft zwischen den Kontaktpartnern erforderlich sein müssen, um den Übergangswiderstand in Grenzen zu halten. Die kontaktierenden Flächen sollen dabei möglichst groß, die Oberflächen so glatt und fest wie möglich und die Kontaktkraft maximal sein. Da die Kontaktkraft immer senkrecht zur betrachteten Kontaktfläche wirkt, wird sie auch als Normalkraft bezeichnet.
So soll zwischen den Heizleitern und den Einzelfäden der Fadenschar in den Elektroden eine möglichst gute Kontaktwirkung entstehen. Dazu ist es notwendig, an diesen Stellen eine möglichst feste textile Bindung zu erreichen. Die theoretisch maximal festeste Verbindung zwischen Kett- und Schussfäden ist dabei die sog. Leinwandbindung. Trotzdem ist auch bei dieser textilen Bindung im Kontaktbereich ohne besondere Maßnahmen hier eher vom Vorliegen von Punktkontakten auszugehen; die Kontaktkräfte sind durch die vorhandene Flexibilität im Umfeld mit den restlichen textilen Materialien eher begrenzt.
Es ist auch mit der normalen Webtechnik nicht möglich, sehr offene Strukturen in den herzustellenden textilen Flächen zu erreichen, an denen praktisch völlig textilfreie Teilbereiche vorhanden sind und die trotzdem eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Fadenverschiebungen aufweisen. Diese offenen Flächen sind neben der vorteilhaften Kontaktierung für den erfindungsgemäßen Zweck notwendig. Ansätze stellen offene Gewebe mit nachträglicher Verfestigung wie in DE 20 30 204 , DE 42 39 068 C2 , DE 40 19 357 C1 oder Gewebe in Ajour-Bindung wie in DE 20 2009 003 858 U1 dar, die allerdings entweder eines zusätzlichen Arbeitsschrittes bedürfen, oder in der Ausdehnung der Maschengröße begrenzt sind. Aus diesen Gründen setzen die US 3,472,289 und die DE 10 2008 037 488 A1 bereits eine Dreherbindung zur Erzeugung einer festen Verbindung von Heizleitern und Elektrodenfäden und der Erzeugung einer verschiebefesten offenen Struktur ein. Die vorliegende Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf den Einsatz der Jacquard-Drehertechnik für textile Heizstrukturen.
Erfindungsgemäß werden in der textilen Bindung Dreherstrukturen eingesetzt. Dafür ist eine spezielle Webmaschinenausrüstung mit Dreherlitzen erforderlich. Diese Dreherlitzen bewirken eine gegenseitige Umschlingung der hierin eingezogenen Kettfäden (Dreher- und Steherfaden auch bezeichnet als Dreherschnur). Der Schussfaden wird hierdurch fest eingeklemmt und erhält damit eine feste Bindung mit dem Kettfaden mit guten Kontaktierungseigenschaften. Dreherbindungen führen zu noch festeren Verbindungen zwischen Kett- und Schussfäden als die Leinwandbindung.
Mit dem Einsatz der Jacquarddrehertechnik kommen die Vorteile der Einzelfadenansteuerung für Grund-, Steher- und Dreherfäden hinzu. Hierdurch ist es möglich, gezielt funktionelle Fadenverbindungen (Kontaktierungen) unregelmäßig über die Webbreite und -länge zu erzeugen. Auf diese Weise sind ebenfalls Dreher über mehrere Schüsse möglich. Dies erschließt eine hohe Designfreiheit für die Struktur und Geometrie der Heizflächen. Der Wechsel zwischen Dreherbindung und Jacquardbindung im Webprozess, auf der Grundlage dass ein Dreherpaar jede beliebige Bindung im Grund realisieren kann, kann für die Herstellung von Abschluss- und Kontaktierungsbereichen außerhalb und/oder innerhalb der Heizfläche genutzt werden. Es kann weiter eine gezielte Bündelung von Kett- und Schussfäden erfolgen. Funktionelle Komponenten können in hoher Designfreiheit eingearbeitet und kontaktiert werden. Musterungen zum Zweck der Kennzeichnung können eingebracht werden.
Das Dreherprinzip ermöglicht eine offene schiebefeste Struktur im Gewebe, in dem praktisch Schüsse des nichtleitfähigen Materials ausgelassen werden können und keine Stützfäden benötigt werden. In diesen Bereichen entstehen dann entsprechende Fenster, die kein Textilmaterial enthalten. Damit lassen sich beispielsweise Verbindungsmaterialien einbringen, die durch die offenen Bereiche im Textil eine gute Bindung mit dem Untergrund gewährleisten („Durchgreifen”), was mit normalen dichtgewebten textilen Materialien nicht möglich ist.
Weiterhin lassen sich mit dem Drehergewebe sehr flexible textile Heizflächen herstellen, die trotzdem in den Kontaktierungszonen eine optimale dauerhafte Kontaktierung ermöglichen. Weiterhin ist es stets problematisch gewesen, wenn als Heizleiter bestimmte Garnkonstruktionen (Zwirne, Umwindegarne) aus zwei leitfähigen oder leitfähigen und nichtleitfähigen Komponenten benutzt werden. Hierbei ist bei Heizflächen nach Anordnungen mit konventioneller textiler Technologie ohne Dreher die Kontaktierung zwischen den Heizfäden und der Fadenschar der Elektroden annähernd Zufall, wenn sich die beiden Kontaktierungspartner berühren. Durch die Anordnung mit Drehern wird der Kontaktierungsgrad in diesem Fall wesentlich verbessert und erhöht somit den Freiheitsgrad des Anwendungsspielraumes dieser Garne als Heizleiter.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 die Grundstruktur eines Gewebes in Dreherbindung
2 bis 4 Ausführungsbeispiele eines textilen Heizgewebes in Jacquarddreherbindung
5 den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der Zwirnkonstruktion bei mehrkomponentigen elektrischen Leiterbahnen
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zeigt einen Ausschnitt einer textilen Heizung in Jacquarddreherbindung in welchem der Heizbereich 3 und ein Abschlussstreifen außerhalb des Heizbereiches 4 dargestellt sind. Die Gewebebindung innerhalb dieses Abschlussstreifens ist frei wählbar.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 zeigt einen Ausschnitt einer textilen Heizung in Jacquarddreherbindung in welchem die Elekrodenfäden als Dreherschnur 2 und die Heizfäden als Schussfäden 1 eingebracht werden. Es ist dargestellt der Heizbereich 3 und ein Bereich von Flottierungen 5 der Elektrodenfäden nutzbar zum Zweck der Kontaktierung.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 zeigt einen Ausschnitt einer textilen Heizung in Jacquarddreherbindung in welchem die Elektrodenfäden 6 als Schussfäden quer zur Webrichtung eingebracht werden und die Drehermusterung dazu genutzt wird, eine teilweise Bündelung dieser Elektrodenfäden zum Zwecke der Kontaktierung zu erreichen.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 zeigt den Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der Zwirnkonstruktion bei mehrkomponentigen elektrischen Leiterbahnen, wobei der Winkel 9 zwischen mindestens einem funktionellen Leiter 7 und der Mittelachse des passiven Kerns 8 maximal 40° beträgt.
Bezugszeichenliste

1: Schussfäden
2: Dreherschnur
3: Heizbereich
4: Abschlussstreifen
5: Flottierungen der Elektrodenfäden
6: Elektrodenfäden
7: funktioneller Leiter
8: passiver Kern
9: Winkel zwischen funktionellem Leiter und Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012100037 A1 [0004]
DE 20009003858 U1 [0004]
DE 102010008449 A1 [0004]
DE 4019357 C1 [0004, 0008]
DE 2030204 [0008]
DE 4239068 C2 [0008]
DE 202009003858 U1 [0008]
US 3472289 [0008]
DE 102008037488 A1 [0008]

Claims

Textiles Heizgewebe, das zur Wärmeerzeugung elektrisch betrieben wird dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizleiter und mindestens ein Elektrodenleiter mit einer textilen Dreherbindung zur Kontaktierung verbunden sind, wobei die Elektrodenleiter und die Heizleiter wahlweise in Kettrichtung oder Schussrichtung verlaufen können.
Textiles Heizgewebe, das zur Wärmeerzeugung elektrisch betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass Kettfäden und Schussfäden mittels Jacquarddrehertechnik mit den Vorteilen der Einzelfadenansteuerung für Grundfäden, Steherfäden und Dreherfäden so verbunden sind, dass funktionelle Fadenverbindungen regelmäßig und/oder unregelmäßig über die Gewebebreite und/oder Gewebelänge angeordnet sind, wobei Dreherbindungen und Jacquardbindungen frei wählbar im Wechsel eingebunden sind.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Heizleiter und Elektrodenleiter sowie weitere funktionelle Leiter aus nichtisolierten Einzeldrähten, metallischen Drahtlitzen, Gimpen, Kombinationsgarnen, Leonischen Waren und/oder aus leitfähigen textilen Fasern und Garnen bestehen.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dessen wärmeerzeugende, stromzuführende oder weitere funktionelle Leiter aus nichtisolierten stromleitenden Materialien wie rostfreiem Stahl, Kupfer oder Kupfer-Legierungen, silberbeschichtetem Kupfer, kohleführenden Materialien und/oder metallisierten textilen Fäden bestehen.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen geringen Flächenbedeckungsgrad aufweist, wobei große Bereiche ohne Textilanteil verschiebefest derart angeordnet sind, um eine hohe Flexibilität und geringe Flächenmasse zu erzielen, so dass Unebenheiten oder konstruktive Gegebenheiten von Körpern, beispielsweise beim Einsatz in Bekleidung, ausgeglichen werden.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass offene Bereiche in der Struktur so angeordnet sind, um das Heizgewebe mit Befestigungs- und/oder Bindemitteln temporär oder dauerhaft an zu wärmende Körper anzubringen.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeerzeugenden Heizleiter einseitig nahe an einer Oberfläche des textilen Grundgewebes angeordnet sind und diese asymmetrische Lage der Heizfäden eine Verbesserung der Wärmekopplung zur Wärmelast bzw. der thermischen Nutzfläche ermöglicht.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter aus einer Zwirnkonstruktion bestehen, bei welcher mindestens ein wärmeerzeugender Leiter in einem Winkel von maximal 40° mit einer weiteren Fadenkomponente verzwirnt ist.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fadendichte des Heizgewebes lokal durch zusätzlich eingearbeitete leitfähige und/oder isolierende Fäden erhöht ist.
Textiles Heizgewebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zusätzlich eingearbeiteten Fäden um Stickfäden handelt.