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Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizkörpers Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizkörpers, bei welchem
in ein organisches Material Heizdrähte eingebettet werden und das organische Material
beidseitig mit einem Gewebe aus anorganischem Material bedeckt wird, wobei die Heizdrähte
in eine Folie aus organischem härtbarem Material bei kurzzeitiger, örtlicher Erwärmung
eingebettet und anschließend eine weitere Folie aus gleichem Material auf die erste
Folie aufgesetzt wird, wobei auf die beiden äußeren Seiten der Folien die Gewebe
aus anorganischem Material aufgebracht werden.
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In vielen Fällen der Anwendung von Flächenheizkörpern, z. B. bei Flugzeugenteisern;
ist es von ausschlaggebender Bedeutung, daß die Oberfläche des Heizkörpers die Wärme
gleichmäßig abstrahlt. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere von Bedeutung,
daß die Wärme auch von den Heizdrähten gleichmäßig abgeführt wird, da die Drähte
sonst örtlich eine zu hohe Temperatur erreichen, was eine chemische Umsetzung des
Einbettungsmaterials zur Folge haben kann. Beide Forderungen können damit erfüllt
werden, wenn die Heizdrähte einen völlig gleichmäßigen Abstand von der Heizoberfläche
besitzen. Diese Forderung bzw. die darüber hinaus abzuleitende Aufgabenstellung
ist bekannt. Eine befriedigende Lösung dieser Aufgabe ist jedoch nicht erzielt worden.
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Es ist nun ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines Flächenheizkörpers der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches
großtechnisch ohne weiteres durchführbar ist und welches die angegebenen Forderungen
bezüglich der Wärmeabgabe erfüllt.
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Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies durch
die Kombination folgender im einzelnen bekannter oder naheliegender Verfahrensschritte
erreicht: a) Die Heizdrähte werden mittels eines .drahtführenden geheizten Werkzeugs
in die Folie aus organischem Material eingebettet, und eine weitere Folie aus dem
gleichen Material wird aufgebracht.
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b) Auf jeder der von den Heizdrähten abgewendeten Seiten der beiden
Folien wird je ein Gewebe mit harter Faser aus sehr hohe Temperaturen aushaltendem
Material, insbesondere ein Glasseidengewebe aufgebracht.
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c) Der so gebildete Heizkörper wird unter Wärmeeinwirkung derart zusammengepreßt
und zur Aushärtung gebracht, daß das weiche Folienmaterial das harte Gewebematerial
durchdringt und die Heizdrähte zur Gewährleistung eines gleichmäßigen Abstandes
von der Oberfläche des Flächenheizkörpers mindestens auf einer Seite mit dem Gewebe
in Berührung gelangen.
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Durch .diese Maßnahme wird nicht nur erreicht, daß der Herstellungsprozeß
relativ billig und wirtschaftlich durchgeführt werden kann, sondern darüber hinaus
auch sichergestellt, -daß bei dem so hergestellten Heizkörper die Heizdrähte mindestens
an einer Seite an dem Gewebe, z. B. dem Glasseidengewebe anliegen. Da diese Gewebe
in tolerierbaren Grenzen eine gleichmäßige Stärke besitzen, ist auch der Abstand
der einzelnen Drähte von der Oberfläche des Flächenheizkörpers :gleichmäßig.
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Durch die Verwendung -der organischen Masse, die die Gewebeteile durchdringt,
wird nicht nur erreicht, daß die Drähte den vorgegebenen Abstand von der Heizkörperoberfläche
besitzen, sondern auch, daß die Drähte fest mit dem Gewebe verbunden sind. Eine
Folge hiervon ist, daß die Wärme in hinreichendem Maße von den Drähten abgeführt
werden kann. Mit dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Flächenheizkörper
lassen sich Wärmeleistungen von 35 kW/m2 erzielen.
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
näher dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Flächenheizkörper im Schnitt,
vor Zusammenfügung der einzelnen Teile, Fig.2 einen Flächenheizkörper im Schnitt,
nach Verbindung der einzelnen Teile, im vergrößerten Maßstab.
Gemäß
der vorliegenden Erfindung werden einzelne Drähte in eine organische Folie aus thermoplastischem
Material eingebettet, mittels einer weiteren thermoplastischen Folie zugedeckt und
anschließend an beiden Seiten mit einem Gewebe aus anorganischem Material bedeckt.
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Als Folie- für die Einbettung und Halterung der Heizdrähte kann jeder
organische> gegebenenfalls härtbare und bis zu einer Temperatur von 150° C nach
der Härtung wärmebeständige Stoff verwendet werden, welcher weiterhin keine oder
nur geringe Spuren von unter 100° C siedenden Substanzen enthält. Besonders eignet
sich hierfür eine Folie, welche aus Chloroprenpolymerisat oder Phenolharz oder beiden
besteht. Bei der Herstellung werden in eine .derartige, noch thermoplastische Folie
ein oder gleichzeitig mehrere feine Widerstandsdrähte unter Wärmeeinwirkung eingepreßt.
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Die Folie und das Werkzeug werden relativ zueinander bewegt, wobei
das Werkzeug die Folie kurzzeitig erweicht und gleichzeitig den Draht in die erweichte
Folie einbettet. Das--Werkzeug kann beispielsweise als Gleitschuh oder Gleitführung
ausgebildet sein. Da die Folie nur so weit erhitzt wird, daß sie höchstens zähflüssig
wird, erkaltet sie unmittelbar nach der Einfügung des Drahtes wieder, so daß dieser
in der eingepreßten Stellung verbleibt. Gegebenenfalls können mehrere heizbare Gleitschuhe
an einem gemeinsamen Werkzeughalter befestigt sein, relativ zu welchen die Folie
transportiert wird und wobei gleichzeitig, wie erwähnt, die Drähte in die Folien
eingebettet werden. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Folien praktisch in
endlosen Bändern herzustellen.
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Nachdem die dünnen Heizdrähte in gleichmäßigem Abstand in die Folie
eingebettet worden sind, wird eine weitere Folie aus gleichem Material auf die Seite
der ersten Folie aufgebracht, in welche die Drähte eingebracht wurden. Nun wird
auf beiden Seiten der so gewonnenen Heizfolie je ein Gewebe aus anorganischem Material
aufgebracht. Dieses Gewebe hat die Aufgabe, als Stütze für die Heizfolie zu dienen,
einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Drähten und der Oberfläche zu gewährleisten,
eine ausreichendeWärmeabgabe von der Folie zu ermöglichen und weiterhin sich so
mit der Heizfolie zu verbinden, .daß zwischen beide praktisch keine den Wärmeübergang
störenden Hohlräume und Lufteinschlüsse mehr verbleiben. Als anorganisches Gewebe
dieser Art eignet sich insbesondere Glasseide.
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Bei der Herstellung des Flächenheizkörpers wird zunächst die Heizfolie,
wie beschrieben, hergestellt und zwischen zwei Gewebe aus Glasseide gelegt. Anschließend
wird unter Druck - beispielsweise durch zwei -Walzen - die Glasseide an die Heizfolie
angepreßt und gleichzeitig einer Temperatur ausgesetzt, welche die Glasseide völlig
unbeeinflußt läßt, hingegen die Folie selbst erweicht. Gegebenenfalls kann dies
durch Beheizung der in die Folie eingebetteten Drähte selbst erfolgen. Durch die
Erweichung der Folie unter Druck wird erreicht, daß .das Folienmaterial zwischen
die Lücken des Gewebes eindringt und so sich selbst und die Drähte fest mit den
Glasseidegeweben verbindet. Die Glasseide kommt dabei mit den Drähten in Berührung.
Die mit der Glasseide verbundene Folie besteht somit praktisch aus den beiden Glasseidegeweben,
zwischen welchen sich .die Drähte befinden, wobei alle leeren Räume zwischen den
Geweben und zwischen den Drähten durch das thermoplastische Folienmaterial ausgefüllt
werden. Die verwendeten Folien bestehen aus einer härtbaren Substanz, so daß anschließend
an den Verbindungsprozeß mit den Glasseidegeweben unter dein Wärmeeinfluß eine Härtung
des Folienmaterials erfolgt.
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Neben der Verwendung von Glasseide können auc,l: alle anderen Gewebe
verwendet werden, welche sich bei den auftretenden Temperaturen nicht erweichen,
eine gewisse Elastizität aufweisen und sich mit dein Folienmaterial mechanisch verbinden
können. Weiterhin muß das Gewebematerial sich hinreichend dünn herstellen lassen
und muß aus einem elektrischen Nichtleiter bestehen. In erster Linie werden sich
für diesen Zweck anorganische Gewebe wie Gliinmergewebe und Glasseide eignen, es
sind jedoch daneben auch andere Gewebe denkbar, welche .die oben ausgeführten Eigenschaften
aufweisen.
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Fig. 1 zeigt den Flächenheizkörper vor der Zusammensetzung der einzelnen
Teile. Die in der Zeichnungsebene liegenden Fäden des Glasseidegewebes sind mit
1, die senkrecht zu diesen verlaufenden Fäden mit 2 bezeichnet. In die Folie 3 werden
die elektrischen Heizdrähte 4 eingebettet, worauf die Folie 5 aufgesetzt wird.
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Fig.2 zeigt die Folie in zusammengesetztem Zustand. Es ist ersichtlich,
daß die Heizdrähte 4 mehr iii der Folie 3 als in der Folie 5 eingebettet sind. Ferner
ist zu erkennen, daß das Folienmaterial bis fast zur Außenfläche der Gewebe durch
diese hindurchgedrungen ist.
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Der beschriebene Flächenheizkörper eignet sich in der beschriebenen
Art für praktisch alle Fälle, in denen ein Flächenheizkörper zur Anwendung gelangen
kann. Es sei hier auf die Beheizung von öffentlichen Verkehrsmitteln, Fahrzeugen,
Kirchen und anderen Räumen hingewiesen. Je nach der umgesetzten Energie kann der
Flächenheizkörper als Konv ektions- oder als Strahlungsheizkörper verwendet werden.
Durch erhöhte Energieabgabe - beispielsweise 2 W /cni' -kann in einem öffentlichen
Verkehrsmittel durch Strahlung bereits nach wenigen Minuten Heizzeit ein physiologisch
angenehmes Wärmegefühl für die Benutzer hervorgerufen werden. Bei der Verwendung
kann der Flächenheizkörper einfach an die -'Tand durch Aufleimen od. dgl. befestigt
werden. Da die Heizdrähte in das Folienmaterial allseitig eingebettet sind, ist
auch die Wärmeabfuhr von ihnen sehr groll; dies bedeutet jedoch, daß keine allzu
großen Temperaturen auftreten können. Die Folien können also oliiie Schwierigkeiten
sogar an Holzwänden befestigt werden, ohne daß die Gefahr einer Entzündung g egeben
wäre.
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Dem beschriebenen Flächenheizkörper kommt jedoch insbesondere für
seine Verwendung als Vereisungsschutz an Flugzeugteilen eine besondere Bedeutung
zu. Bekanntlich ist beim Flugzeugbau eine die Vereisung verhindernde Heizanlage
für die Tragfläche, die Leitwerke und die Propeller von außerordentlicher Bedeutung.
Die Flächenheizkörper gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich nun in erster
Linie zum Aufbringen auf beispielsweise die Flächen von Flugzeugen. Da der gesamte
Flächenheizkörper nur etwa 1,2 mm dick ausgebildet sein kann, nimmt er auf den Tragflächen
einen derartig geringen Raum ein, daß er bei dem Entwurf des Flugzeuges nicht berücksichtigt
werden muß. Er kann somit auch bei bereits existierenden Flugzeugen aufgebracht
werden. Entscheidend bei der Aufbringung ist jedoch, daß die Glasseide mit genügender
Festigkeit auf der metallischen Flugzeugoberfläche bzw. Tragflächenoberfläche aufgebracht
wird.
Lediglich beispielshalber sei das Verfahren anschließend in
seiner Anwendung als Flächenheizkörper bei Flugzeugen mit den verwendeten Materialien
und den Temperaturwerten angegeben.
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In eine Plastifolie aus Phenolharz und Chloroprenpolymerisat - wobei
letzteres auch eine Härtung bewirkt - mit einer Stärke von 0,2 mm werden Widerstandsdrähte
einer Stärke von 0,03 bis 0,3 mm mittels eines .die Folie kurzzeitig durch Wärmeeinwirkung
erweichenden Werkzeuges in einem Abstand von 1 bis 2 mm eingebettet. Anschließend
wird eine Folie aus gleichem Material und ebenfalls einer Stärke von 0,2 mm auf
die erste Folie auf die Seite der Drähte aufgelegt. Nunmehr wird beidseitig ein
etwa 0,3 inin starkes Glasseidegewebe, d. h. ein Gewebe aus feinen Glasfasern aufgelegt
und unter Druck und Erwärmung mit der Folie zwischen zwei oder mehreren Walzen verpreßt,
und zwar so lange, bis alle Hohlräume mit der Folienmasse ausgefüllt sind. Wenngleich
die Addition der Stärke .der Schichten an sich 1 mm ergibt, ist die auf diesem Wege
hergestellte Heizfolie nur 0,7 min stark, da das Folienmaterial in das Glasseidengewehe
eingedrungen ist.
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An Stelle des Phenolharzes kann mit gleichem Erfolg beispielsweise
noch plastisches Epoxyharz und an Stelle von Chloroprenpolymerisat Umsetzungsprodukte
von aliphatischen Polyhalogenderivaten mit Alkalipolysulfiden verwendet werden,
wodurch eine Aushärtung des Epoxyharzes begünstigt wird.
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Die beschriebenen Flächenheizkörper können beispielsweise bei Flugzeugenteisern
ohne Schädigung mit Leistungen bis 35kW/m2 belastet werden.