DE2043001B2 - Elektrisches Flächenheizelement zur Beheizung von Flächen beliebiger Größe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Flächenheizelement zur Beheizung von Flächen beliebiger Größe, das aus einem selbsttragenden, in beliebiger Länge mittels herkömmlicher Textiltechnik herstellbaren Gewebe mit Ketten aus Blindadern besteht, als dessen endlos in Schleifen liegender Schuß ein isolierter Heizleiter eingeführt ist, wobei durch wahlweise Parallel- oder Hintereinanderschaltung einzelner Stränge des Heizleiters die Flächenheizleistung des Heizelementes beliebig bestimmbar ist.

Bei derartigen Flächenheizelementen ist es erforderlich, eine bestimmte Heizleistung pro Flächeneinheit zu gewährleisten, wobei die geometrischen Abmessungen der Heizfläche durch das zu beheizende Konstruktionsteil gegeben sind. Hier stellt vor allem die Fußbodenheizung besondere Erfordernisse, weil sich, gleichgültig ob es sich um einen Innenraum oder beispielsweise um eine Straße handelt, die Größe der zu beheizenden Fläche von Fall zu Fall ändert, obwohl in jedem Falle eine ganz bestimmte Heizleistung pro Flächeneinheit verlangt wird. Ein weiteres Erfordernis bei Flächenheizelementen, die insbesondere für die Fußbodenheizung im Freien vorgesehen sind, ist große Wetterbeständigkeit sowie auch — in Anbetracht großer zu beheizender Flächen — eine einfache und daher wirtschaftlich vertretbare Fertigung und Montage derselben. Schließlich sollen die elektrisch betriebenen Flächenheizelemcnte so sicher im Gebrauch sein, daß jedwede Gefahr für die beheizten Flächen begehende Mensehen oder Tiere ausgeschlossen ist.

Es ist bereits aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 565 583 bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse ein Gewebe aus isolierendem Material herzustellen und in dieses Gewebe Heizleiter endlicher

ίο Länge einzuarbeiten. Es besteht dabei der Vorteil eines einfachen Transportes solcher Flächenheizelemente in großen Rollen zum Verlegeort, wo sie in gewünschter Länge abgerollt und angeschlossen werden. Die Nachteile aber liegen in der Herstellungstechnik. Es gibt nämlich noch keine Maschinen, die den Heizleiter automatisch einlegen. Zwar ist der Bau einer solchen automatischen Maschine beim heutigen Stand der Steuerungstechnik grundsätzlich möglich, doch würde sie verhältnismäßig teuer sein.

ao Die Wirtschaftlichkeit spielt aber gerade bei einem solchen Produkt eine ausschlaggebende Rolle. Hinzu kommt außerdem, daß das Trägergewebe nach der Einbettung in den Boden dem Einfluß von Feuchtigkeit und Wärme ausgesetzt ist, so daß übliche Textilwerkstoffe bald zerstört werden. Beständigere Kunststoff-Werkstoffe aber würden das Produkt unwirtschaftlich machen.

Ferner ist aus der deutschen Patentschrift 819 976 ein flächenförmiges, elektrisches Heizelement bekannt, das aus textiltechnisch miteinander oder mit anderen Formsträngen verbundenen, insbesondere verwebten oder verflochtenen isolierten Leitern gebildet ist. Auch dieses bekannte Heizelement ist rollbar, und auch eine weitgehende Temperaturregelung durch wahlweise Parallel- oder Hintereinanderschaltung der einzelnen Stränge des sorgfältig isolierten Heizleiters ist mit diesem bekannten Heizelement erreichbar, dessen Heizleiter als Schuß zwischen Ketten aus ähnlich wie der Heizleiter selbst ausgebildeten, jedoch stromlosen Blindadern eingewebt ist. Sie weist jedoch neben den bereits oben angeführten Nachteilen einer unwirtschaftlichen Fertigung und der Gefahr einer Verrottung des textlien Trägerstoffes im Laufe der Zeit auch noch den Nachteil der Notwendigkeit auf, zur Absicherung der beheizten Fläche gegen Kurzschluß- oder Schrittschlußströme über oder in der Isolierung der Heizleiter oder des Heizelementes eine geerdete, elektrisch leitende Schicht als Erdungsschutz anzubringen, z. B. in Form eines blanken Metallgeflechtes oder einer aufgelegten Metallfolie. Dies verteuert wiederum nicht unerheblich die Herstellung und/oder das Verlegen solcher Heizelemente.

Es ist auch bereits eine gewebte elektrische Heizvorrichtung mit einem bahnförmigen Gewebe aus elektrisch isolierendem Fasermaterial sowohl im bezug auf die Kettenfäden als auch im bezug auf die Schußfäden gemäß schweizerischer Patentschrift 492 376 bekanntgeworden, bei welcher die jeweils mit einem elektrisch isolierenden Garn umwickelten Heizdrähte längs der Schußfäden in Zick-Zack-Form in das Gewebe eingeflochten sind. In die Seitenränder dieses Gewebes sind isolierte Zuführungsdrähte eingeflochten, die innerhalb des Gewebes mit den Heizdrähten verbunden werden können. Diese Anordnung gestattet das Aufteilen und Zerschneiden des Gewebes in Flächenabschnitte bestimmter Größe, und sie ist auch rollbar und somit in Rollen zum Montageort

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transportierbar. Die Herstellung und insbesondere Schrittspannungen, die auch Menschen gefährden

die Montage dieser bekannten Heizvorrichtung ist können.

jedoch unwirtschaftlich, insbesondere hinsichtlich Andererseits scheint es naheliegend, die Heizleiter des Zusammenschlusses der einzelnen Heizfelder unter Berücksichtigung der im obigen dargelegten mittels der in die Seitenränder eingeflochtenen Zu- 5 Erkenntnisse so eng nebeneinander zu verlegen, daß führungsdrähte. Auch ist bei dieser Heizvorrichtung sowohl eine streifenförmigc Erwärmung der Bodenein nachuägliches Isolieren derselben durch Im- fläche als auch eine übergroße Wärmebelastung der prägmeren des Gewebes mit einem synthetischen einzelnen Heizleiter vermieden werden kann. Dies Harz od. dgl. erforderlich sowie die Anordnung bei würde jedoch — wenn in der oben beschriebenen oder nach dem Verlegen derselben einer besonderen io Weise bewerkstelligt — nicht nur zu sehr hohen, Erdungsscnutzschicht. Als besonderer Nachteil die- wirtschaftlich nicht mehr vertretbaren Herstellungsser bekannten gewebten Heizvorrichtung wurde aber bzw. Verlegekosten führen, sondern auch zu einer empfunden, daß bei deren Einbettung in den Fuß- Trennung der Einbettungsmasse, da die oberhalb boden die Einbettungsmasse, z. B. Estrich oder Beton, bzw. unterhalb der eng beieinander verlegten Heizdurch das für diese praktisch undurchdringliche 15 leiter befindlichen Betonschichten bei zu kleinen Flächenelement in verschiedene, voneinander ge- Zwischenräumen zwischen den Heizleitern nicht austrennte Schichten geteilt wird. Dadurch entstehen reichend miteinander verbunden sind, um eine quasi aber bereits nach wenigen Betriebszyklen Risse und homogene, einheitliche Betonschicht zu bilden. Brüche im Einbcttungsblock, die schließlich an den Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizleitern zu Schaden führen, die unter anderem 20 elektrisches Flächenheizelement zur Beheizung von das Auftreten einer Schrittspannung zwischen auf Flächen beliebiger Größe zu schaffen, das ohne Träunterschiedlichem Potential liegenden Leitern ver- germaterial in wirtschaftlicher Fertigungsweise herursachen können. stellbar und unter Vermeidung der vorausgehend

Schließlich ist auch in der Zeitschrift »Straße und beschriebenen Mängel leicht und dauerhaft und unter Autobahn« (Jahrgang 9 H. 11) in einem »Elektrische 25 Berücksichtigung des jeweiligen örtlichen Erforder-Beheizung von Fahrbahndecken und Brücken« beti- nisses der Heizleistung verlegbar ist, wobei trotz relatelten Artikel von Dr. Dr. E. S. Wahl die Anord- tiv kleiner Abstände zwischen den Heizleitern, nung der Beheizung eines Abschnittes der fahrbaren zwecks ausreichend gleichmäßiger Wärmeverteilung Decke eines Autobahn-Uberführungs-Bauwerkes be- und geringer Wärmebelastung des einzelnen Heizschrieben·. Dort ist ein Heizkabel, dessen Widerstand 30 leiters, eine gute Bindung der oberhalb und der unterein Ohm pro Meter beträgt und das einen PVC-Man- halb des Heizelementes befindlichen Lagen der Eintel aufweist, in meanderförmigen Schleifen in eine bettungsmasse gewährleistet ist. Die Lösung dieser Betonschicht eingebettet, und zwar 4 cm unterhalb Aufgabe ergibt sich mit einem elektrischen Flächenvon deren Oberfläche. Die Abstände der einzelnen heizelement der eingangs umrissenen Art dadurch, Heizleiterschleifen, die an einer Baustahlgewebematte 35 daß erfindungsgemäß die Kette des Gewebes aus befestigt sind, betragen 12,5 bzw. 6,25 cm. Diese mit mechanisch festen, blanken, metallischen Drähten einem Heizstrom von 220 Volt Spannung beschickte besteht und das Gewebe in an sich bekannter Weise Anlage konnte bei einer Außentemperatur von Minus in Flächenabschnitte bestimmten elektrischen Wider-12° C das Abtauen von Schnee und Eis an dem be- Standes mit jeweils eigenen Anschlußstellen aufgeheizten Straßenstück bewirken, wobei für das A.n- 40 teilt ist, die durch den an wenigstens einer Seitenkante heizen (30 bis 45 Minuten) bei Minus 4^C C und gerin- des Gewebes in bestimmten Abständen schlaufenger Luftbewegung etwa 0,3 kWh pro m² und für den förmig herausgeführten Heizleiter selbst gebildet sind. Dauerbetrieb in dem Abschnitt mit 12,5 cm Heiz- Wenn die derart mit dem Heizleiter verwebten draht-Abstand 0,15 bis 0,18 kWh pro m² und in dem Kettdrähte auf Schutzleiterpotential gelegt sind, ist Abschnitt mit 6,25 cm Heizdraht-Abstand 0,36 kWh 45 im Bereich des erfindungsgemäßen elektrischen pro m² Stromverbrauch gemessen wurden. Flächenheizelementes ein stellenweise gegen Ende

Hierzu ist zu vermerken, daß bei dem im obigen erhöhtes Potential der zu beheizenden Fläche, wie

geschilderten ersten Versuch einer elektrischen insbesondere Schrittspannungen oder sonstige sich

Straßenbeheizung in der BRD die Abstände zwischen aus der Verwendung von Elektrizität im Freien erge-

den einzelnen Heizleitern offensichtlich zu groß ge- 50 benden Gefahren, für den Benutzer mit Sicherheit

wählt wurden. Dies führte einerseits zu einem strei- ausgeschlossen.

fenförmigen Abtauen der Eis- oder Schneeschicht an Das Heizelement besteht aus einem in üblicher der Straßenoberfläche, wie seit dem geschilderten Maschinentechnik in beliebiger Länge hergestellten Versuch eindeutig festgestellt wurde, sowie auch zu Gewebe ohne weiteren Träger. Der Schuß wird aus einer relativ hohen thermischen Belastung eines der- 55 den durchlaufenden, isolierten Heizleitern und die art verlegten Heizleiters bzw. von dessen Kunststoff- Kette aus den mechanisch festen Drähten gebildet. Isolierung bzw. Außenmantel. Dies wiederum hat Dabei ist das Gewebe in Flächenelemente bestimmten eine wesentliche Verringerung der Lebensdauer von elektrischen Widerstandes aufgeteilt, die jeweils die Isolierung und Mantel zur Folge, da nämlich fest- eigene Anschlußstelle in Form des an einer oder auch gestellt werden konnte, daß die Lebensdauer organi- 60 an beiden Seitenkanten des Gewebes als Schlaufen scher Isolierstoß sehr temperaturabhängig ist, und herausgeführten Heizleiters haben. Durch die wahlzwar derart, daß mit einer Steigerung der Betriebs- weise Zusammenschaltung dieser Anschlußstellen temperatur um 10° C die Lebensdauer organischer nach einem bestimmten Schema wird die jeweils geIsolierstoffe auf die Hälfte verringert wird. Daraus wünschte Flächenheizleistung bei jeder erforderlichen ergibt sich aber nicht nur eine starke Reparaturan- 65 Flächengröße eingestellt.

fälligkeit eines derart beheizten Straßenabschnittes, Bei besonders großen zu beheizenden Flächen,

sondern vor allem auch die Gefahr von Kurzschlüs- beispielsweise Betondecken von Autobahnen, Flug-

sen und von /wischen einzelnen Stellen auftretenden zeugrollbahnen oder Brücken, wird das eriindungs-

gemäße Flächenheizelement dreiphasig geheizt, wobei Anzahl Schlingen seitlich eine Schleife 3 gebildet

die Anschlußstellen an den Seiten und in der Mitte wird. Dadurch ist die ganze Gewebefläche in elektri-

des Gewebes angebracht sind. sehe Teilabschnitte aufgeteilt. In Fig. 2 sind die Zu-

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken werden führungsleiter R und Mp an den Stellen 4, 5, 6 und 7

die Schußdrähte so bemessen, daß sie zusätzlich zur 5 angeschlossen.

Erfüllung ihrer Aufgabe der mechanischen Stützung In F i g. 3 sind die Zuführungsleiter R und Mp

des Gewebes die Wärme gleichmäßig über die Fläche zweiseitig in der Nähe der Gewebekante angeordnet,

verteilen. Die Anschlußstellen sind mit 8 und 9 gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen Die Tabelle zeigt ein Beispiel für das Anschlußinsbesondere darin, daß das elektrische Flächenheiz- io schema der so gebildeten Heizmatte: Jeder der Teilelement ein selbsttragendes Gewebe ohne zusätzliches abschnitte 1., 2., 3. ... η hat einen Widerstand von Trägermaterial in großen Längen darstellt. Es kann 50 Ω und eine Fläche von 0,10 qm. Ist die zur Veraiso aufgerollt an den Verlegungsort transportiert fügung stehende Spannung 220 V und wird eine und dort auf die erforderliche Länge zugeschnitten Flächenheizleistung von 270 W/qm verlangt, so sind werden, wobei die gewünschte Flächenheizleistung in 15 η = 6 Flächenelemente hintereinander zu schalten, einfachster Weise durch Verbinden der Anschluß- Das heißt, daß die Zuleitung R jeweils an die erste stellen mit den Zuführungsleitungen nach einem ein- Schleife angeschlossen wird, während der Draht Mp fachen Schema eingestellt wird. Der weitere Vorteil an die Schleife, die sechs Flächenelemente weiter besteht darin, daß dieses Gewebe auf bekannten liegt, angeschlossen wird. Nach insgesamt 12 Flächen-Maschinen der Web-, Häkelgalon- oder Maschen- 20 elementen wird wieder R angeschlossen, nach technik oder einer anderen flächenbildenden Ver- 18 Flächenelementen Mp usw. in der jeweils geforknüpfungstechnik wirtschaftlich durchlaufend her- derten Länge der Bahn, wobei die Bahn über diese gestellt und aufgewickelt werden kann. ganze Länge die Heizleistung von 270 W/qm bei

Für die Beheizung besonders großer Flächen ist 220 V abgibt. Wie die Tabelle zeigt, kann für jede

die Möglichkeit der Anwendung der dreiphasigen 25 Spannung durch Anschließen der entsprechenden

Stromzuführung besonders vorteilhaft, da sich hier- Anzahl Flächenelemente eine gewünschte Heizlei-

durch die Breite des Heizgewebes beträchtlich stei- stung eingestellt werden,

gern läßt. Wenn große Flächen beheizt werden sollen, so

Die Ausführung der Kettdrähte in der Form, daß empfiehlt sich die Heizung durch Drehstrom. F i g. 4 sie einerseits dem Gewebe mechanische Festigkeit 30 zeigt das Anschlußschema für die drei Phasengeben, andererseits den elektrischen Schutz dadurch leiter R, S, T, die zwischen den Kettdrähten in den gewährleisten, daß sie auf Schutzleiterpotential gelegt Schuß eingeflochten und an den entsprechenden Konwerden, wird in vorteilhafter Weise dadurch ergänzt, taktstellen mit dem Heizkabel verbunden werden. Im daß sie auch zur besseren Wärmeverteilung über die vorliegenden Fall liegen je 10,5 Teilabschnitte zwi-Gewebefläche herangezogen werden können. 35 sehen R und S mit den Verbindungspunkten 10 und

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 11, desgleichen zwischen S und T mit den Verbin-Zeichnungen dargestellt. dungspunkten 11 und 12. Zwischen T und R schließ-

F i g. 1 Aufbau des elektrischen Flächenheizele- lieh liegen, mit den Verbindungspunkten 12 und 13,

mentes, noch einmal 11 Teilabschnitte.

F i g. 2 Anschlußschema bei zweiphasig-einseitigen 40 Die Heizmatte, die ohne jedes weitere Trägermate-Zuführungen, rial in bekannter Web-, Häkelgalon- oder Maschen-

Fig.3 Anschlußschema bei zweiphasig-zweiseiti- technik oder einer anderen flächenbildenden Ver-

gen Zuführungen, knüpfungstechnik hergestellt wird, hat eine sehr hohe

Fig.4 Anschlußschema bei dreiphasiger Zu- mechanische Festigkeit. Sie wird in großen Längen

führung. 45 hergestellt und in Rollen aufbewahrt. Zum Gebrauch

Das mit wärmebeständigen Kunststoff- oder berechnet man die Anzahl Flächenelemente, die be-Gummimischungen isolierte Heizkabel 1 ist als end- nötigt werden, gemäß der Tabelle, wickelt die entlos in Schleifen liegender Schuß durch das Gewebe sprechende Länge von der Rolle ab und verlegt sie geführt (Fig. 1). Die Kettdrähte 2 sind blanke Me- in der geforderten Fläche. Sodann stellt man die Vertalldrähte. Sie geben dem Gewebe die Festigkeit und 50 bindung mit den Zuführungen, wiederum gemäß dei werden nach der Verlegung schutzgeerdet. Der Schuß Tabelle, her und erzielt so die gewünschte Heizleiist so ausgeführt, daß jeweils nach einer bestimmten stung pro Flächeneinheit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Flächenheizelement zur Beheizung von Flächen beliebiger Größe, das aus einem selbsttragenden, in beliebiger Länge mittels herkömmlicher Textiltechnik herstellbaren Gewebe mit Ketten aus Blindadern besteht, als dessen endlos in Schleifen liegender Schuß ein isolierter Heizleiter eingeführt ist, wobei durch wahlweise Parallel- oder Hintereinanderschaltung einzelner Stränge des Heizleiters die Flächenheizleistung des Heizelementes beliebig bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette des Gewebes aus mechanisch festen, blanken, metallischen Drähten (2) besteht und das Gewebe in an sich bekannter Weise in Flächenabschnitte bestimmten elektrischen Widerstandes mit jeweils eigenen Anschlußstellen (3) aufgeteilt ist, die durch den an wenigstens einer Seitenkante des Gewebes in bestimmten Abständen schlaufenförmig herausgeführten Heizleiter (1) selbst gebildet sind.

2. Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadmrh gekennzeichnet, daß die Kettdrähte (2) auf Schutzleiter potential gelegt sind.

3. Flächenheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettdrähte (2) zur gleichmäßigen Verteilung der Wärme über die gesamte Heizfläche im Querschnitt wesentlich größer bemessen sind, als für deren mechanische Festigkeit erforderlich ist.

4. Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für dreiphasige Stromzufuhr mittige Anschlußstellen zusätzlich zu den seitlichen Anschlußstellen (3) vorgesehen sind.