DE2537342A1 - Elektrische heizvorrichtung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

D R.-IN G. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER

Patentanwalt· Dr. Finds· · Bohr - Staeger · 8 München 5 · MOIIerttrafle

8 MÖNCHEN 5, Müllerstraßo 31 Fernruf: (089) '266OiO

21. August 1975

Telegramme: Claims München **\ *i I 4 /t / Telex ι 523903 claim d

Mopp.N₀. 23826 - Dr.F/hö

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CASE No. F.27234

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LTD. London - Großbritannien

"Elektrische Heizvorrichtung"

PRIORITÄT:

22. August 197²* - Großbritannien - 36936/7^ 13. August 1975 - Großbritannien - 36936/74

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung.

Unter der Bezeichnung "elektrische Heizvorrichtung" wird eine Vorrichtung verstanden, welche Wärme erzeugt, wenn eine elektrische Potential differenz an sie angelegt wird. Die bekannten biegsamen elektrischen Heizvorrichtungen werden aus einem Textilstoff von gewirkten oder gewebten

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ORIGINAL INSPECTED

elektrisch nicht-leitenden Fasern hergestellt, denen ein Heizelement in Form von einer oder mehreren langen, kontinuierlichen Drahtlängen einverleibt ist, das einen genügend hohen elektrischen Widerstand aufweist, so daß Wärme erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom hindurchgeleitet wird. Bei Gebrauch wird eine elektrische Potentialdifferenz an die Enden Jedes Drahtes angelegt, welche gewöhnlich an einem Ende des Textilstoffes angeordnet sind. Wenn bei solchen Heizvorrichtungen ein Draht bricht, beispielsweise durch wiederholtes Biegen während des Gebrauches, wird die Wirksamkeit derselben beträchtlich verringert und die Heizvorrichtung kann selbst vollkommen ausfallen. Darüber hinaus ist das Wärme aus bringen der bekannten Textilheizvorrichtungen umgekehrt proportional zur Länge des Heizdrahtes. Dies macht es schwierig, lange biegsame Textilheizvorrichtungen zu erzeugen, welche ein hohes Wärmeausbringen besitzen. Darüber hinaus bilden sich bei den bekannten Textilheizvorrichtungen leicht überhitzte Stellen infolge der ungleichmäßigen Verteilung des Heizdrahtes innerhalb des Textilstoffes.

Die vorliegende Erfindung schlägt nunmehr eine elektrische Heizvorrichtung vor, durch die die Nachteile der bekannten biegsamen Textilheizvorrichtungen überwunden werden. Insbesondere wird durch' den Erfindungsgegenstand eine Heizvorrichtung vorgeschlagen, bei der keine Überhitzungsstellen entstehen und deren Wirksamkeit nicht wesentlich beeinflußt wird, wenn einige der Heizelemente brechen.

Die Erfindung betrifft also eine elektrische Heizvorrichtung, welche aus einem elektrisch leitfähigen gewebten Textilstoff besteht, der einen Schuß aufweist, welcher aus einem elektrisch leitfähigen Garn besteht,

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dessen elektrischer Widerstand derart ist, daß Wärme erzeugt wird, wenn eine elektrische Potentialdifferenz angelegt wird. Weiterhin enthält der Textilstoff eine Kette aus elektrisch nicht-le it fähigen Garnen mit mindestens zwei getrennt angeordneten Elektroden, welche sich durch die Länge des Textilstoffes in elektrischem Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Garn erstreckt.

Der Schuß des Textilstoffes kann aus elektrisch leitfähigen Garnen bestehen, welche durch ein oder mehrere elektrisch nicht-leitfähige Garne voneinander getrennt sind. Der Abstand zwischen den elektrisch leitfähigen Schußgarnen sollte Jedoch nicht zu groß sein, da andererseits die Tendenz besteht, daß heiße und kalte Stellen entstehen können. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sämtliche Schußgarne des Textilstoffes elektrisch leitend.

Das elektrisch leitende Garn zur Herstellung der Kette der Heizvorrichtung kann ein Garn aus Fasern oder einem kontinuierlichen Einzelfaden sein.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck "Faser" gebraucht wird, so werden darunter sowohl kontinuierliche Einzelfäden als auch Stapelfasern verstanden.

Das Garn kann aus einem Draht oder Drähten von einem geeigneten Durchmesser hergestellt sein, um den notwendigen elektrischen Widerstand zu ergeben. Vorzugsweise besteht das Garn aus einem elektrisch nicht-leitendem Material, wie beispielsweise einem synthetischen, thermoplastischen organischen Polymer, wobei die Fasern dann entsprechend behandelt werden, um sie elektrisch leitfähig zu machen.

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Typen von geeigneten elektrisch leitenden Garnen sind beispielsweise (a) diejenigen, welche aus Fasern von organischen Polymeren, wie beispielsweise Polyamiden und Polyestern hergestellt werden und auf denen elektrisch leitfähige Teilchen und ein Klebstoff aufgebracht sind, um die Teilchen an die Fasern, zu binden, und (b) Fasern, auf denen elektrisch leitende Teilchen oder eine Metallfolie aufgebracht und/oder in die äußere Oberfläche derselben eingebracht ist.

Die zweite Fasertype kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß die äußere Oberfläche der Fasern durch Wärme erweicht wird oder durch Aufbringen eines geeigneten Erweichungs- oder Quellmittels klebrig gemacht wird. Die so modifizierten Fasern werden dann mit einem Belag der elektrisch leitenden Teilchen versehen und schließlich wird die äußere Faseroberfläche wieder erhärtet, beispielsweise durch Abkühlen der Fasern oder durch Entfernen des Erweichungs- oder Quellmittels. Wenn die äußere Oberfläche der Fasern durch Wärmeeinwirkung erweicht wird, ist es wünschenswert, konjugierte Fasern zu verwenden, um hierdurch irgendeine Tendenz zu verringern, daß durch das Erwärmen die Eigenschaften der Fasern zerstört werden. In der deutschen Patentanmeldung P 22 30 559 ist ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitenden Fasern durch Aufbringen eines metallischen Films oder von Graphitteilchen auf eine konjugierte Faser beschrieben und die deutsche Patentanmeldung P 22 51 071 beschreibt ein geeignetes Verfahren zum Imprägnieren von konjugierten Fasern mit elektrisch leitenden Kohlenstoffteilchen. Die Art und/oder Ausdehnung der Behandlung der Fäden oder Fasern kann entsprechend geregelt werden, um den elektrischen Widerstand der Fäden oder Fasern zu verändern, wodurch ihre Wärmeentwicklungseigenschaften beeinflußt werden.

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Unter dem Ausdruck "konjugierte Faser" wird eine gesponnene Faser verstanden, welche aus mindestens zwei faserbildenden polymeren Komponenten besteht, die in bestimmten Zonen quer über dem Querschnitt der Faser angeordnet sind und die sich Im wesentlichen kontinuierlich entlang der Länge der Faser erstrecken und wobei eine der Komponenten eine Erweichungstemperatur besitzt, welche niedriger ist, als die Erweichungstemperatur bzw. die Erweichungstemperaturen der anderen Komponente oder Komponenten und die so angeordnet sind, daß sie mindestens einen Teil der Umfangsoberfläche der Faser bilden. Typen von konjugierten Fasern dieser Definition sind beispielsweise solche, bei denen eine Komponente mit niedriger Erweichungstemperatur (A) eine von zwei nebeneinander angeordneten Komponenten ist oder (B) eine Hülle um eine andere als Kern dienende Komponente bildet oder (C) einen oder mehr Lappen einer mehrlappigen Faser bildet.

Vorzugsweise 1st die Differenz zwischen den Erweichungstemperaturen der bei niedriger Temperatur erweichenden Komponente und der anderen Komponente oder der bei der nächstniedrigen Erweichungstemperatur erweichenden Komponente der anderen Komponenten in der konjugierten Faser beträchtlich, d.h. es besteht eine Temperaturdifferenz von mindestens 30⁰C. Unter "Erweichungstemperatur" wird die Temperatur verstanden, bei der eine Komponente zu erweichen beginnt.

Die Kette des elektrisch leitenden Textilstoffes wird aus elektrisch nicht-leitenden Garnen gebildet und dient lediglich als isolierender Träger für die elektrisch leitenden Schußgarne. Vorzugsweise bestehen diese aus einem Material, das stabil ist gegenüber einer längeren Erhitzung

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und dabei nicht erschlafft. Es ist besonders zweckmäßig, wenn diese Garne aus Glas bestehen.

Die getrennt voneinander angeordneten Elektroden bestehen aus einem Material, das einen geringen elektrischen Widerstand besitzt, so daß, wenn sie mit einer elektrischen Stromquelle verbunden werden, keine oder nur eine geringe Potentialdifferenz auf ihrer Länge besteht. Vorzugsweise beträgt der Spannungsabfall entlang der Elektroden nicht mehr als lOi der an die Heizvorrichtung angelegten Potentialdifferenz, d.h. der Potentialdifferenz zwischen einer Elektrode und einer benachbarten Elektrode. Ihr Zweck ist der, einen elektrischen Strom den Schußfäden zuzuführen und diese sollten so biegsam wie möglich sein und sie können beispielsweise aus biegsamen Streifen, Maschen, Drähten oder Fasern aus Metallen bestehen. Die Elektroden können an dem Textilstoff derart angebracht sein, daß sie einen elektrischen. Kontakt mit.den Schußfäden bilden, indem sie beispielsweise entlang den Kanten des Textilstoffes angenäht sind, vorzugsweise jedoch einen Teil mit dem Textilstoff bilden, indem sie aus feinen Metalldrähten oder Garnen aus Metallfasern bestehen und einen Teil der Kette des elektrisch leitenden Textilstoffes bilden, indem beispielsweise die Textilstoffkanten aus den Kettfäden bestehen.

Durch Regelung des elektrischen Widerstandes der elektrisch leitenden Drähte und/oder durch Einstellen der Anzahl von Schüssen pro 25 mm des gewebten Textilstoffes ist es möglich, das effektive Wärmeausbringen pro Längeneinheit der Heizvorrichtung einzustellen.

Um die Verbindung der Elektroden mit einer geeigneten elektrischen Stromquelle zu erleichtern, können Metallschlaufen an

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einem Ende jeder Elektrode angeordnet sein. Diese Schlaufen können aus Kupfer oder Aluminium bestehen und sie können an den Elektroden angestapelt oder angebördelt sein oder sie können an den Elektroden mit Hilfe einer elektrisch leitenden Stoffzusammensetzung befestigt sein, welche beispielsweise aus einer Mischung eines sich auf einem Epoxyharz aufbauenden Klebstoffes und elektrisch leitendem Kohlenstoff besteht.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann leicht in Form eines kontinuierlichen Bandes oder Textilstoffes hergestellt sein, von dem eine Länge abgeschnitten werden kann, welche das gewünschte Wärme ausbringen unter den jeweiligen Arbeitsbedingungen besitzt.

Wenn es erwünscht ist, die Heizvorrichtung gegenüber ihrer Umgebung elektrisch zu isolieren, so kann sie in eine wärmeleitende und elektrisch nicht-leitende Hülle eingebettet sein, beispielsweise in eine solche aus Polyäthylen terephthalat oder wärmestabilem Kautschuk.

Ein sehr zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß eine Kette aus feinen metallischen Drähten und aus elektrisch nicht-leitenden Garnen gebildet wird, welche die Drähte in zwei oder mehr Gruppen trennen und durch Verweben eines elektrisch leitenden Garnes quer über die Kette. Um den elektrischen Kontakt zwischen den Drähten und dem Schuß des elektrisch leitenden Garnes zu verbessern, ist es zweckmäßig, daß die prozentuale lineare Heizschrumpfung des leitfähigen Garnes größer ist als diejenige des elektrisch nicht-leitfähigen Garnes der Kette und zweckmäßig sollte das letztere eine Schrumpfung 0 besitzen, so daß, wenn der gewebte Textilstoff eine Wärme-

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behandlung erfährt, das leitende Garn schrumpft und somit eine Spannung hervorruft, welche ihren Kontakt mit den Drähten verbessert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung in Form einer zusammengesetzten Textilstoff struktur in folgenden Arbeitsschritten: (a) Herstellen einer Kette bestehend aus metallischen Drähten und/oder Garnen und elektrisch nicht-leitenden Garnen, wobei die elektrisch nicht-leitenden Garne die Metalldrähte oder Garne in zwei oder mehr Gruppen unterteilen, (b) Weben eines elektrisch leitenden Garnes quer über die Kette, wobei das Garn einen elektrischen Widerstand besitzt, welcher ausreichend hoch ist, um eine Wärmeentwicklung zu ermöglichen, wenn eine elektrische Potentialdifferenz angelegt wird und welche eine prozentuale lineare Schrumpfung besitzt, welche höher ist als diejenige der elektrisch nicht-leitenden Garne der Kette und (c) nachfolgendes Erhitzen der sich ergebenden zusammengesetzten Textilstruktur, um eine Schrumpfung derselben zu ermöglichen.

Dieses besondere Verfahren kann dazu verwendet werden, elektrische Heizvorrichtungen gemäß der Erfindung in Form eines Bandes herzustellen, welches entlang seiner Kanten Elektroden aus Metalldrähten enthält oder die Form eines Textilstoffes, welches entlang seiner Kanten Elektroden aufweist, gegebenenfalls mit einer oder mehreren weiteren Elektroden, die parallel zu den Kanten und zwischen diesen angeordnet sind.

Der Erfindungsgegenstand ist in den folgenden Beispielen näher erläutert:

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BEISPIEL 1

Die Ketten eines etwa 5 cm breiten Bandwebstuhls werden wie folgt aufgebaut:

26 Kettfäden von denen jeder aus einem einzelnen Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,19 mm besteht (36 SWG). 100 Kettfäden von denen jeder aus 136 De ei te χ Glasfasergarnen besteht, die Z-förmig miteinander verzwirnt sind. 26 Kettfäden bestehend aus dem oben angegebenen einzelnen Kupferdraht.

Ein biegsames Band mit einem üblichen glatten Standardgewebeaufbau wurde hergestellt unter Verwendung einer Kette aus einem 1000 Decitex aufweisenden, aus ¹I3 verzwirnten Einzelfäden bestehenden elektrisch leitenden konjugierten

j Fadengarn mit einem elektrischen Widerstand von 10 Ohm/cm. Die konjugierten Einzelfäden besaßen.einen Kern aus Nylon und eine Hülle aus 75 Gew.-J Nylon 66 und 25 Gew.-2 Nylon das mit elektrisch leitenden Kohlenstoff teilchen imprägniert war. Das gewebte Band wurde auf eine Temperatur von 150°C 10 min lang erhitzt, um die Kettengarne zu schrumpfen und ihren elektrischen Kontakt mit den Kupferdrähten zu verbessern.

Eine Länge des so hergestellten Textilstoffes wurde zwischen zwei Bahnen aus Naturkautschuk angebracht und auf eine Temperatur von 150⁰C 10 min lang erhitzt, um so den Textilstoff zu schützen.

Wenn dieser Textilstoff oder der eingekapselte Textilstoff mit den Kupferdrähten an eine elektrische Stromquelle von 240 Volt angeschlossen wurde, so stieg die Temperatur desselben rasch auf über 100⁰C an.

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BEISPIEL 2

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 angegeben, wurde eine Kette aus Kupfergarn und Glasfasergarn hergestellt. Ein elektrisch leitender Nyloneinzelfaden von 21 Decitex, dessen äußere Oberfläche mit elektrisch leitenden Teilchen bedeckt oder imprägniert war (Type P 901 Einzelfaden von Dow Badische) wurde gesträhnt, um ein 756 Decitex aufweisendes aus 36 Einzelfäden bestehendes nicht-verzwirntes Garn mit einem Widerstand von 5,0 x.10 Ohm/cm zu ergeben. Ein Band, bestehend aus 15 Schußfäden pro 25 mm, wurde durch Verweben des Garns quer zur Kette hergestellt.

Das sich ergebende biegsame Band wurde 10 min auf 150 C erhitzt. Es besaß dann einen Widerstand von 35 Ohm/m Länge und wurde mit einer geeigneten Stromquelle verbunden, wodurch eine gleichmäßige Wärmeentwicklung auf der Oberfläche des Bandes innerhalb der Kupferelektroden entstand.

BEISPIEL 3

Ein 3fach-Garn mit 7 Windungen pro 25 nun wurde aus einem 28's wc-Garn aus einer 50:50 gewichtsprozentigen Mischung von 6 dpf 100 mm konjugierter Polyesterstapelfaser hergestellt, die mit elektrisch leitenden Kohlenstoffteilchen imprägniert war und 6,7 dpf IOO-15O mm Stapelfaser Nylon 66 bestand. Das 3fach-Garn besaß einen Widerstand von 7,0 χ 10 Ohm/cm.

Durch Verweben des erwähnten elektrisch leitenden Garnes mit einer Frequenz von l6 Schußfolgen pro 25 mm quer zu einer Kette bestehend aus 2 Metallelektroden, die 44 mm voneinander entfernt waren und getrennt waren durch 16 gleichmäßig verteilte Glasfasergarne, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, wurde ein Band hergestellt.

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Dieses Band besaß einen Widerstand von 1500 Ohm/m und wenn es mit einer Stromquelle von 240 Volt verbunden wurde, so erhitzte es sich auf eine Temperatur von 70⁰C.

PATENTANSPRÜCHE

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Claims (12)

1. 2B37342

   PATENTANSPRÜCHE

   Ij Elektrische Heizvorrichtung bestehend aus einem elektrisch leitenden gewebten Textilstoff mit einem Schuß bestehend aus elektrisch leitendem Garn, dessen elektrischer Widerstand derart ist, daß eine Wärmeentwicklung auftritt, wenn eine elektrische Potentialdifferenz angelegt wird und einer Kette aus elektrisch nicht-leitenden Garnen und mindestens zwei im Abstand angebrachter Elektroden, welche sich entlang der Länge des Textilstoffes im elektrischen Kontakt mit dem elektrisch leitenden Garn erstrecken.
2. 2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schuß vollkommen aus elektrisch leitendem Garn gebildet wird.
3. 3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Garn aus einem Draht gebildet wird.
4. Ij. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Garn aus Pasern aus einem organischen Polymer besteht, auf das elektrisch leitende Teilchen aufgebracht sind, sowie ein Klebstoff, um die Teilchen an die Fasern zu binden.
5. 5. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Garn aus Fasern aus einem organischen Polymer gebildet wird, an dessen äußerer Oberfläche elektrisch leitende Teilchen oder ein Metallfilm angebracht oder in sie eingebracht sind.

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6. 6. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Garn aus konjugierten Pasern besteht.
7. 7. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstand der Elektroden derart ist, daß, wenn eine elektrische Potentialdifferenz angelegt wird, der Abfall in der Potentialdifferenz entlang den Elektrode^ nicht größer ist als 10£ der an die Heizvorrichtung angelegten Potentialdifferenz.
8. 8. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus feinen Metalldrähten bestehen.
9. 9. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus metallischen Drähten oder Garnen aus metallischen Pasern einen Teil der Kette des Textilstoffes bilden.
10. 10. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbänder an einem Ende jeder Elektrode befestigt sind.
11. 11. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine wärmeleitende, elektrisch nicht-leitende Hülle eingebettet ist.
12. 12. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:

    609810/0330

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    (a) Herstellen einer Kette bestehend aus Metalldrähten und/oder Garnen und elektrisch nicht-leitenden Garnen, wobei die elektrisch nicht-leitenden Garne die Metalldrähte und/oder Garne in zwei oder mehr Gruppen unterteilen, (b) Verweben eines elektrisch leitenden Garne-s quer zur Kette, wobei das Garn einen elektrischen Widerstand besitzt, welcher ausreichend hoch ist, um die Entwicklung von Wärme zu ermöglichen, wenn eine elektrische Potentialdifferenz angelegt wird und das eine prozentuale lineare Schrumpfung besitzt, die höher ist als die des elektrisch nicht-leitenden Garnes der Kette und (c) Erhitzen der sich ergebenden zusammengesetzten Textilstruktur, um eine Schrumpfung derselben zu ermöglichen.

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