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Die Erfindung betrifft einen Geflechtleiter, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie einen Schichtverbund mit einem solchen Geflechtleiter.
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Elektrische Leiter werden zuweilen in einen Schichtverbund, häufig auch als Laminat bezeichnet, eingefügt, um eine zusätzliche Funktionalität zu realisieren. Beispielsweise wird ein Leiter als Heizdraht eingelegt, um eine Heizfunktion zu realisieren. Ein Schichtverbund weist mehrere Schichten auf, welche flächig miteinander verbunden sind. Ein solcher Schichtverbund findet beispielsweise Verwendung als Fußboden, Wandverkleidung oder generell als Verkleidung, z.B. in einem Fahrzeug als Innenraumverkleidung in Form von Paneelen.
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Beim Einfügen eines elektrischen Leiters zwischen zwei Schichten besteht regelmäßig die Anforderung, den Leiter so dünn wie möglich auszugestalten, denn ein zu stark aufbauender Leiter führt regelmäßig zu einer ungewollten Wölbung der umliegenden Schichten. Demgegenüber soll aufgrund der üblicherweise flächigen Ausgestaltung und Verwendung des Schichtverbunds ebendieser Schichtverbund möglichst gleichmäßig erscheinen. Eine darin untergebrachte Struktur soll möglichst nicht sichtbar nach außen hervortreten.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen möglichst gering aufbauenden Leiter anzugeben, welcher insbesondere als Heizleiter in einem Schichtverbund verwendbar sein soll. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leiters angegeben werden sowie ein Schichtverbund mit einem entsprechenden Leiter.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Geflechtleiter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8 sowie durch einen Schichtverbund mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Geflechtleiter sinngemäß auch für den Schichtverbund sowie für das Verfahren und umgekehrt.
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Der Geflechtleiter dient insbesondere als Heizleiter für einen Schichtverbund. Der Geflechtleiter ist hergestellt, indem mehrere Flachdrähte zopfartig zu einem Strang verflochten werden. Mit anderen Worten: der Geflechtleiter besteht aus mehreren Flachdrähten, welche zopfartig zu einem Strang verflochten sind. Der Geflechtleiter ist somit durch ein besonderes Herstellungsverfahren charakterisiert. Anstatt zunächst mehrere einzelne Drähte, d.h. Einzeldrähte miteinander zu verflechten und anschließend den gesamten Drahtverbund abzuflachen, z.B. zu walzen, wird eine umgekehrte Reihenfolge gewählt. Der Geflechtleiter wird demnach hergestellt, indem mehrere insbesondere massive Einzeldrähte zunächst jeweils abgeflacht werden und anschließend zopfartig miteinander verflochten werden. Unter „abflachen“ wird allgemein insbesondere ein Umformen durch Flachdrücken verstanden. Der Geflechtleiter wird somit als Strang aus mehreren Flachdrähten hergestellt. Wesentlich ist dabei insbesondere, dass die bereits abgeflachten Drähte miteinander verflochten werden, d.h. das Flechten des Geflechtleiters erfolgt nach dem Abflachen der Drähte. Dadurch entsteht ein zopfartiges Gebilde, d.h. eine Zopfstruktur. Dieses zopfartige Gebilde ist gerade kein Schlauch, schließt also keinen Hohlraum ein, sondern ist ein einzelner Strang oder auch Zopf.
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Der derart hergestellte Geflechtleiter zeichnet sich vorzugsweise dabei insbesondere dadurch aus, dass die Querschnittsfläche der einzelnen Flachdrähte identisch ist. Bei einem gepressten Geflechtleiter, bei dem zunächst Runddrähte miteinander verflochten werden, weisen diese typischerweise - je nach Lage im Geflecht - unterschiedliche Querschnittsformen auf, bedingt durch die beim Verpressen von außen aufgebrachte Presskraft.
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Der Erfindung liegt insbesondere der Gedanke zugrunde, dass für eine möglichst flache Ausgestaltung eines Leiters ein Flachleiter verwendet wird, d.h. ein abgeflachter Leiter. Ein solcher Flachleiter kann in einen Schichtverbund derart eingelegt werden, dass der Flachleiter in Schichtungsrichtung besonders dünn ist, parallel zu den Schichten dagegen vergleichsweise breit. Bei solchen Flachleitern besteht jedoch das Problem, dass diese sich unterhalb eines bestimmten Biegeradius aufstellen und daher lediglich eingeschränkt in einem gebogenen Verlauf verlegt werden können. Die zur Verfügung stehende Fläche kann dann nicht optimal mit einem Leiter belegt und entsprechend nicht optimal genutzt werden. Der Flachleiter ist nämlich zwar über die flache Seite üblicherweise gut biegbar, senkrecht dazu über die Breite jedoch nur sehr eingeschränkt, sodass sich der Leiter beim Verlegen von selbst aufstellt, d.h. um etwa 90° um die Längsachse dreht, und sich statt über die Breite über die flache Seite biegt. Das Aufbringen einer Schicht wird dadurch erschwert oder sogar unmöglich, jedenfalls liegt der Leiter nicht mehr flach auf.
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Grundsätzlich ist es möglich, mehrere Drähte zunächst zu einem Geflechtleiter zu verflechten und anschließend den gesamten Geflechtleiter abzuflachen, insbesondere zu walzen. Durch einen Geflechtleiter wird allgemein ein großer Leitungsquerschnitt bereitgestellt, allerdings stellen sich solche Geflechtleiter ebenfalls schnell auf. Der Erfindung liegt nunmehr insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass durch Vertauschen der beiden Herstellungsschritte des Flechtens und des Abflachens ein Geflechtleiter hergestellt wird, welcher deutlich flexibler ist und dadurch mit besonders geringem Biegeradius verlegbar ist, ohne sich dabei aufzustellen. Statt also ein Drahtgeflecht flachzuwalzen, um einen Geflechtleiter zu erhalten, werden vorliegend zunächst Einzeldrähte abgeflacht, d.h. zu Flachdrähten verarbeitet, und anschließend zu einem Drahtgeflecht verflochten, genauer gesagt zu einem Flachdrahtgeflecht, welches dann als Geflechtleiter dient.
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Versuche haben gezeigt, dass auf diese Weise hergestellte Geflechtleiter in deutlich kleineren Beigeradien verlegbar sind ohne sich aufzustellen, als Geflechtleiter, welche zuerst geflochten und anschließend abgeflacht wurden. Das beruht insbesondere darauf, dass beim gemeinsamen Abflachen, insbesondere durch Walzen mehrerer Drähte eines Geflechts, die Drähte an den Überkreuzungspunkten stärker zusammengedrückt und demnach auch stärker verformt werden. Dadurch sind die Drähte im abgeflachten Geflecht quasi ineinander verzahnt, was ein Bewegen, insbesondere Scheren gegeneinander erschwert. Demgegenüber weisen einzeln abgeflachte Drähte entlang ihrer Länge einen gleichmäßigen Querschnitt auf, sind also nicht profiliert und verhaken sich entsprechend nicht in verflochtenem Zustand. Die zuvor einzeln abgeflachten Einzeldrähte sind somit im Geflecht gegeneinander deutlich beweglicher, ein entsprechender Geflechtleiter ist in der Ebene über die Breite deutlich biegsamer, ohne sich dabei aufzustellen. Durch das spezielle Herstellungsverfahren ergibt sich also eine besonders flexible Geflechtstruktur, welche sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Flachdrähte sich untereinander besonders wenig verhaken. Die Flachdrähte weisen jeweils eine besonders glatte und gleichmäßige Oberfläche auf, welche in dieser Form nicht durch erst nachträgliches Walzen eines Geflechts erzielbar ist.
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Vorzugsweise werden die Einzeldrähte abgeflacht, indem die Einzeldrähte gewalzt werden. Die Flachdrähte werden folglich durch Walzen abgeflacht und sind somit jeweils als gewalzte Einzeldrähte ausgebildet. Die Einzeldrähte, von denen ausgegangen wird, sind insbesondere Runddrähte. Walzen oder Flachwalzen stellt eine besonders einfache und kostengünstige Methode zur Herstellung von Flachdrähten insbesondere mit gleichmäßiger Oberfläche dar.
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Die Drähte des Geflechtleiters sind allgemein aus einem leitenden Material gefertigt, beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Besonders bei einer Ausgestaltung als Heizleiter werden zweckmäßigerweise entsprechende Materialien mit einem bestimmten und definierten elektrischen Widerstand verwendet, um elektrische Energie in bestimmter Menge in Wärme umzuwandeln. Geeignet sind beispielsweise entsprechende Kupferlegierungen. Die einzelnen Drähte sind demnach als Widerstandsdrähte ausgebildet.
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Durch das Abflachen weist ein einzelner Draht zwei flache Seiten auf sowie zwei Seitenränder. Die Seiten definieren eine minimale Höhe des Geflechtleiters nach dem Zusammendrücken zwischen zwei Schichten eines Schichtverbunds und die beiden Seitenränder entsprechend eine Breite. Vorzugsweise ist ein jeweiliger Flachleiter um einen Faktor 2 bis 10 breiter ist als hoch, d.h. die Breite ist um einen Faktor 2 bis 10 größer als die Höhe. Die Höhe wird auch als Dicke oder Stärke bezeichnet.
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Ein einzelner Flachdraht weist vorzugsweise eine Höhe im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm, besonders bevorzugt von 0,05mm auf. Ein einzelner Draht weist dann vor dem Abflachen beispielsweise einen Durchmesser von 0,1 mm auf und wird auf eine Höhe von 0,05mm abgeflacht. Die Breite eines einzelnen Flachdrahts beträgt vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,4mm.
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Der Geflechtleiter besteht vorzugsweise aus 2 bis 10 Flachdrähten, besonders bevorzugt aus 3 Flachdrähten. Eine höhere Anzahl an Drähten ist grundsätzlich auch möglich und geeignet. Der Geflechtleiter weist dann entsprechend auch eine größere Breite und eine Höhe auf. Im Schichtverbund wird die Höhe senkrecht zu den Schichten gemessen, die Breite parallel dazu. Beispielsweise beträgt die Breite eines Geflechtleiters aus drei Drähten im Schichtverbund 0,7mm. Die Höhe entspricht etwa der Höhe eine einzelnen Drahtes. Die Flachdrähte sind insbesondere alle gleichartig ausgebildet, weisen also alle die gleiche Höhe und die gleiche Breite auf.
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Der oben beschriebene, speziell hergestellte Geflechtleiter lässt sich aufgrund der verbesserten Verlegbarkeit gewinnbringend in einem Schichtverbund verwenden und wird daher zweckmäßigerweise in einem solchen Schichtverbund verbaut.
Dazu wird der Geflechtleiter zwischen zwei Schichten des Schichtverbunds angeordnet und die Schichten werden dann miteinander verbunden, insbesondere verklebt. Dabei wird die zopfartige Struktur des Geflechtleiters insbesondere flachgedrückt. Insbesondere ist die hierzu benötigte Kraft jedoch vorteilhaft deutlich geringer, als diejenige Kraft, welche zum Flachdrücken einer aufgestellten Biegung eines herkömmlichen Flachdrahts oder eines nachträglich abgeflachten Geflechtleiters benötigt wird.
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Unter „Schichtverbund“ wird insbesondere auch „Laminat“ verstanden. Der Schichtverbund dient beispielsweise als Fußboden, Wandverkleidung, Tapete oder Armaturenverkleidung. Verwendung finden solche Schichtverbünde beispielsweise in Fahrzeugen, auch in Flugzeugen. Die beiden Schichten sind insbesondere dünne Schichten, d.h. insbesondere höchstens 1mm dick. Bei solchen dünnen Schichten ist das oben beschriebene Aufstellen des Leiters beim Biegen besonders kritisch, da die Schichten sich aufgrund der geringen Dicke besonders stark wölben oder verbeulen.
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Der Geflechtleiter ist zweckmäßigerweise als ein Heizleiter ausgebildet, sodass der Schichtverbund mit einer Heizfunktionalität ausgestattet ist. Der Schichtverbund lässt sich dann beispielsweise als beheizbarer Fußboden verwenden. Dabei sind insbesondere zwei Anschlüsse vorgesehen, über welche der Geflechtleiter an eine Stromversorgung angeschlossen werden kann.
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Bevorzugterweise ist der Geflechtleiter zwischen den Schichten mäanderförmig verlegt. Dies ist besonders bei einer Ausgestaltung als Heizelement vorteilhaft, d.h. bei einer Verwendung des Geflechtleiters als Heizleiter. Eine Mäanderform zeichnet sich dadurch aus, dass der Geflechtleiter entlang seines Verlaufs zwischen den Schichten in mehreren Kurven geführt wird. Üblicherweise ergibt sich hierbei ein Muster mit mehreren parallelen Längsabschnitten, welche endseitig über Kurvenstücke miteinander verbunden sind. Durch Die Mäanderform wird der Schichtverbund flächig vom Geflechtleiter durchzogen, sodass an jeder Stelle hinreichend viel Wärme produziert wird. Zugleich ist der Schichtverbund beliebig ablängbar, ohne die grundlegende Funktionalität des Geflechtleiters zu beeinträchtigen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Geflechtleiter mit einem Biegeradius verlegt, welcher geringer ist als ein Fünffaches der Breite. Vorzugsweise entspricht dies einem Biegeradius von 3mm.
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Geeigneterweise ist der Geflechtleiter mit einem Biegeradius von wenigstens 1mm und höchstens 3mm zwischen den Schichten verlegt. Solche Biegeradien sind deutlich geringer als diejenigen, welche mit nachträglich gewalzten Geflechtleitern erzielbar sind. Zweckmäßig sind jedoch auch größere Biegeradien als der oben beschriebene Minimalradius vom 5-fachen der Breite. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung mit einem Beigeradius von 10mm, welche sich besonders für einen Schichtverbund mit Heizfunktionalität eignet.
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Der hier beschriebene spezielle Geflechtleiter lässt sich wie oben ausgeführt in entsprechenden Biegeradien einfach verlegen, ohne sich dabei aufzustellen. Das Verlegen vor dem Zusammenfügen der Schichten ist damit deutlich vereinfacht. Der Geflechtleiter liegt zwischen den beiden Schichten vorteilhaft im Wesentlichen spannungsfrei, da die Schichten nicht gegen die Aufstellkräfte arbeiten müssen.
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Ein weiterer besonderer Vorteil des speziellen Geflechtleiters ergibt sich zudem beim Zusammenfügen der beiden Schichten, zwischen welchen der Geflechtleiter angeordnet ist. Durch die flexible, zopfartige Geflechtstruktur richten sich die Drähte nämlich vorteilhaft automatisch flach, d.h. flächig zwischen den Schichten aus. Dies ergibt sich insbesondere daraus, dass keine Verspannungen aufgrund eines aufgestellten Geflechtleiters in Kurven oder Biegungen überwunden werden müssen. Bei einem nachträglich abgeflachten Geflechtleiter sind die Drähte alle entlang einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet und ein in einer Kurve aufgestellter Bereich kann nur unter entsprechender Krafteinwirkung niedergedrückt werden. Dagegen sind die zuerst abgeflachten und nachträglich geflochtenen Drähte des hier beschriebenen Geflechtleiters insbesondere nicht zwangsweise in einer Ebene ausgerichtet und haben daher vorteilhaft keine Vorzugsorientierung. Vielmehr nimmt der Geflechtleiter beim Zusammendrücken der Schichten automatisch eine flache, d.h. ebene Form an. Die zum Zusammensetzen nötige Kraft ist dadurch entsprechend vorteilhaft reduziert, wie oben bereits angedeutet wurde.
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Ein Schichtverbund, welcher gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird, weist neben einer einfacheren Herstellung noch den Vorteil auf, dass die Schichten, welche den Geflechtleiter einfassen oder umgeben besonders spannungsfrei sind. Weiterhin ist der Schichtverbund aufgrund der besonders flachen Unterbringung des Geflechtleiters auch insgesamt besonders flach. Der Geflechtleiter baut besonders gering auf und ist daher von außen kaum oder gar nicht erkennbar. Die Oberfläche des Schichtverbunds wirkt besonders gleichmäßig. Hinsichtlich einer durch den Geflechtleiter vermittelten Funktionalität, beispielsweise einer Heizfunktionalität, ist der Schichtverbund ebenfalls besonders gleichmäßig, da der spezielle Geflechtleiter mit besonders geringem Biegeradius und daher besonders dicht im Sinne von eng beabstandet verlegt werden kann. Beispielsweise wird der Geflechtleiter wie oben beschrieben mäanderförmig verlegt, wobei benachbarte Längsabschnitte in einem Abstand von 20mm angeordnet sind, sodass sich also ein Beigeradius von 10mm ergibt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige 1 schematisch einen Schichtverbund mit einem Geflechtleiter.
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In 1 ist ausschnittsweise ein Schichtverbund 2 gezeigt, welcher beispielsweise als Fußbodenbelag verwendet wird. Der Schichtverbund 2 weist zumindest zwei Schichten 4, 6 auf, zwischen welchen ein Geflechtleiter 8 angeordnet ist. In 1 ist die obere Schicht 6 teilweise entfernt, um den darunter liegenden Geflechtleiter 8 zu zeigen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel dient der Geflechtleiter 8 als Heizleiter und besteht hierzu aus mehreren, hier drei Drähten 10, d.h. Einzeldrähten, welche als Widerstandsdrähte aus einer Kupferlegierung gefertigt sind. Der Geflechtleiter 8 ist vorliegend mäanderförmig angeordnet, mit Längsabschnitten 12, welche zueinander parallel und in einem Abstand A von z.B. 20mm verlaufen. Der Verlauf ist in 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
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Der Geflechtleiter 8 wird hergestellt, indem die Drähte 10 zunächst einzeln jeweils abgeflacht, vorliegend gewalzt, werden und anschließend miteinander verflochten werden. Ein einzelner, gewalzter Draht 10, d.h. ein einzelner Flachdraht, weist beispielsweise eine Breite von 0,3mm und eine Höhe von 0,05mm auf. Durch diese spezielle Herstellung ist eine besonders flexible Geflechtstruktur hergestellt, welche sich in einem besonders geringen Biegeradius R anordnen lässt, ohne sich aufzustellen. Mit dem oben angegebenen Abstand A beträgt der Biegeradius B vorliegend etwa 10mm. Weiter lässt sich der Geflechtleiter 8 auch besonders leicht zwischen den Schichten 4, 6 anordnen und zusammendrücken. Im Ergebnis baut der Geflechtleiter 8 besonders gering auf und der Schichtverbund 2 wirkt von außen betrachtet besonders gleichmäßig.
