DE3325204A1

DE3325204A1 - Heating element made of electrically conducting materials and deposited on a substrate made of electrically insulating materials, its manufacture and its use

Info

Publication number: DE3325204A1
Application number: DE19833325204
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. Cremer (FH), 4730 Ahlen; Karl-Heinz 4048 Rommerskirchen Hoffmann; Antonin Dipl.-Ing. Dr.techn. 8633 Rödental Novotny
Original assignee: Reimbold und Strick GmbH and Co
Current assignee: Reimbold und Strick GmbH and Co
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1985-01-24

Abstract

A sheet-type heating element made of electrically conducting materials and deposited on a substrate made of electrically insulating materials completely or partly covers at least one surface of the substrate as a thin conducting layer and is permanently joined to the substrate over the entire area of the covered regions in an at least incipiently sintered state. A description is also given of methods of manufacturing this heating element, which can be used both in the low-temperature and the high-temperature range.

Description

Auf einem Träger aus elektrisch isolierenden WerkstoffenOn a carrier made of electrically insulating materials

aufgebrachtes Heizelement aus elektrisch leitenden Werkstoffen, seine Herstellung und Verwendung Es ist bereits seit langem bekannt, die Erwärmung der verschiedensten Medien dadurch zu bewirken, daß Heizvorrichtungen verwendet werden, bei denen auf einen Träger aus elektrisch isolierenden Werkstoffen ein Heizelement in Form eines Heizdrahtes, einer Heizwendel, eines Heizbandes oder auch einer Heizfolie aufgebracht oder in den Träger eingelagert und mit diesem mechanisch verankert ist. Diese Heizvorrichtungen haben vor allem bei indirekter Beheizung beispielsweise eines Ofenraumes von vornherein den Nachteil einer ungünstigen, unregelmäßigen Wärmeübertragung auf die Wand des Ofens. Abgesehen von den keine konstante Temperaturverteilung über die Fläche gewährleistenden stab- und drahtförmigen Heizleiter sind aber selbst die in oxidierender Atmosphäre bis zu vergleichsweise hohen Temperaturen verwendbaren Heizstäbe aus beispielsweise Siliciumcarbid und Molybdändisilicid in ihrer Heizleistung wegen ihrer durch die Stabform bedingten verhältnismäßig geringen Oberfläche beschränkt. Die metallischen Heizleiter in Folienform dagegen, die beispielsweise aus Molybdän oder Wolfram bestehen und zur Erzielung höchster Temperaturen Verwendung finden, können lediglich in kleineren Ofenräumen unter Vakuum oder Schutzgasen eingesetzt werden. Diese aufgezeigten Nachteile der bisher bekannten Heizelemente erfordern demzufolge sowohl bei direkter als auch bei indirekter Beheizung des zu erwärmenden Mediums eine höhere Wärmeleistung, die zur Erzielung einer bestimmten Temperatur nur durch eine hohe Elementtemperatur erreicht werden kann, so daß die Querschnittsbelastung des Heizleiters entsprechend hoch ist. Hinzukommt aber noch, daß die gleichmäßige elektrische Beheizung größerer und vor allem sehr großer Flächen im Niedrigtemperaturbereich, beispielsweise die Raumheizung über Wand, Fußboden und /oder Decke bzw. auch die direkte Beheizung von Brücken oder Rollbahnen zur Schnee- und/oder Eisbeseitigung bisher noch nicht in technisch befriedigender Weise gelöst werden konnte.applied heating element made of electrically conductive materials, his Manufacture and use It has long been known the heating of the to effect a wide variety of media by using heating devices, in which a heating element is mounted on a carrier made of electrically insulating materials in the form of a heating wire, a heating coil, a heating tape or a heating foil applied or embedded in the carrier and mechanically anchored with this. These heating devices have, for example, especially in the case of indirect heating a furnace chamber has the disadvantage of an unfavorable, irregular heat transfer from the outset on the wall of the stove. Apart from the no constant temperature distribution over The rod-shaped and wire-shaped heating conductors that guarantee the surface are themselves which can be used in an oxidizing atmosphere up to comparatively high temperatures Heating rods made of, for example, silicon carbide and molybdenum disilicide in their heating capacity limited because of their relatively small surface due to the rod shape. The metallic heating conductors in foil form, on the other hand, made for example from molybdenum or tungsten and are used to achieve the highest temperatures, can only be used in smaller furnace rooms under vacuum or protective gases will. These identified disadvantages of the previously known heating elements require consequently both with direct and with indirect heating of the to be heated Medium has a higher heat output, which is necessary to achieve a certain temperature only achieved by a high element temperature can be so that the cross-sectional load of the heating conductor is correspondingly high. But there is also nor that the uniform electrical heating is greater and, above all, very large Areas in the low temperature range, for example room heating via walls or floors and / or ceiling or the direct heating of bridges or runways for Snow and / or ice removal so far not in a technically satisfactory manner could be solved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten, auf einem Träger aus elektrisch nichtleitenden, also isolierenden Werkstoffen aufgebrachten Heizelemente aus elektrisch leitenden Werkstoffen, insbesondere bei der Beheizung großer Flächen auszuschalten und Heizelemente verfügbar zu machen, die sowohl im Niedrigtemperaturbereich als auch im Hochtemperaturbereich verwendet werden können und vor allem bei speziellen Anwendungen weitere Vorteile gerade in diesen Anwendungsbereichen mit sich bringen.The invention is based on the disadvantages of the previous known, on a carrier made of electrically non-conductive, i.e. insulating materials applied heating elements made of electrically conductive materials, in particular at switch off the heating of large areas and make heating elements available, which are used both in the low-temperature range and in the high-temperature range and, especially for special applications, further advantages especially in bring these areas of application with them.

Die überraschende Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein auf einem Träger aus elektrisch isolierenden Werkstoffen aufgebrachtes Heizelement aus elektrisch leitenden Werkstoffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es mindestens eine Oberfläche des Trägers flächenförmig als dünne leitende Schicht ganz oder teilweise abdeckt und mit dem Träger in dem abgedeckten Bereich ganz flächig wenigstens im angesinterten Zustand bleibend verbunden ist.According to the invention, the surprising solution to this problem is a A heating element applied to a carrier made of electrically insulating materials electrically conductive material, which is characterized in that it is at least a surface of the carrier sheet-like as a thin conductive layer in whole or in part covers and with the carrier in the covered area over a large area at least in the sintered state is permanently connected.

Vorzugsweise ist das Heizelement mit einem elektrisch isolierenden Träger aus keramischen Werkstoffen oder Kunststoffen verbunden. Als Träger aus keramischen Werkstoffen eignen sich je nach der Verwendung des Heizelementes die verschiedensten keramischen Werkstoffe, wobei für Niedrigtemperaturanwendungen beispielsweise keramische Fliesen oder Spaltplatten, aber auch keramische Formkörper anderer Gestaltungsformen, nämlich beispielsweise gebogene Formkörper aber auch Rohre der verschiedensten Abmessungen in Frage kommen. Auch Kunststoffe können, soweit sie in der hier beschriebenen Weise als Träger des Heizelementes den geforderten Bedingungen sowohl der Herstellung als auch der Anwendung auf Grund ihrer thermischen Beständigkeit genügen, Verwendung finden, und zwar ebenfalls wie die keramischen Formkörper in der für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Form. Gleichermaßen eignen sich als Trägerwerkstoffe Gläser, vor allem auch Quarzglas und Quarzgut. Für Hochtemperaturanwendungen sind selbstverständlich feuerfeste Trägerwerkstoffe einzusetzen, und zwar neben Quarzglas und Quarzgut auch feuerfeste Keramikwerkstoffe, wie beispielsweise Korund, Zirkoniumsilicat und Zirkoniumoxid. Fordert die vorgesehene Verwendung des Heizelementes gemäß der Erfindung besonders hohe Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten, so ist den temperaturwechselbeständigen Keramikwerkstoffen, die in der Literatur so beschrieben werden, daß hier auf weitere Erläuterungen verzichtet werden kann, der Vorzug zu geben. Auch Siliciumkarbid stellt einen geeigneten Trägerwerkstoff bei Hochtemperaturanwendungen des Heizelementes dar, doch ist es bei Siliciumkarbid, einem lialbleiter, auf Grund seiner elektrischen Leitfähigkeit ebenso wie bei Trägern aus elektrisch leitenden Werkstoffen erforderlich, für die dem Heizelement zugewandte Trägeroberfläche eine elektrisch isolierende Zwischenschicht vorzusehen, mit der das Heizelement dann bleibend verbunden ist.The heating element is preferably provided with an electrically insulating one Carrier made of ceramic materials or plastics connected. As a carrier made of ceramic The most varied of materials are suitable depending on the use of the heating element ceramic materials, for example ceramic materials for low-temperature applications Tiles or split tiles, but also ceramic moldings of other shapes, namely, for example, curved shaped bodies but also tubes of various dimensions come into question. Plastics can also be used, provided they are used in the manner described here as a carrier of the heating element, the required conditions and production as well as the application due to their thermal resistance, use find, just like the ceramic moldings in the for the respective Form suitable for the intended use. They are equally suitable as carrier materials Glasses, especially quartz glass and quartz goods. For high temperature applications are of course, to use refractory carrier materials, in addition to quartz glass and fused quartz also refractory ceramic materials such as corundum, zirconium silicate and zirconia. Requires the intended use of the heating element according to Invention of particularly high heating and cooling speeds, it is resistant to temperature changes Ceramic materials that are described in the literature so that here on further Explanations can be dispensed with, giving preference. Silicon carbide also represents a suitable carrier material for high-temperature applications of the heating element but it is in the case of silicon carbide, a semi-conductor, because of its electrical properties Conductivity as well as required for supports made of electrically conductive materials, for the carrier surface facing the heating element has an electrical provide an insulating intermediate layer with which the heating element is then permanently connected is.

Um das Heizelement, das auf dem Träger aufgebracht und mit diesem bleibend verbunden ist, vor Oxidations-und/oder Korrosionseinflüssen zu schützen und seine Lebensdauer für lange Zeit ebenso sicherzustellen wie seine Wirksamkeit als Heizelement im Sinne der vorliegenden Erfindung, empfiehlt sich eine die Oberfläche des Trägers einschließlich des mit dieser bleibend verbundenen Heizelementes abdeckende Schutzschicht, die bei Hochtemperaturanwendungen aus keramischen Werkstoffen, wie beispielsweise einer Glasur bestehen kann, doch ist es auch möglich, als abdeckende Schutzschicht eine im jeweiligen Temperaturanwendungsbereich widerstandsfähige Schicht bzw. einen Lack auf der Basis natürlicher oder synthetischer Harze bzw. Kunststoffe vorzusehen, was vor allem bei Niedrigtemperaturanwendungen in Frage kommt.To the heating element that is applied to the carrier and with this is permanently connected to protect against the effects of oxidation and / or corrosion and to ensure its service life for a long time as well as its effectiveness as a heating element in the sense of the present invention, a surface is recommended of the support including the heating element permanently connected to it Protective layer that is used in high-temperature applications made of ceramic materials, such as for example a glaze can exist, but it is also possible as a covering Protective layer a layer that is resistant in the respective temperature range of application or a lacquer based on natural or synthetic resins or plastics to be provided, which is particularly suitable for low-temperature applications.

Als eizleiterwerkstoffe sind Metalle, metallische Verbindungen, Keramik-Metall-Verbundstoffe (Cermets) sowie metallische und nichtmetallische Halbleiterwerkstoffe, wie beispielsweise SiC, zu nennen. Erfindungsgemäß haben sich als Heizleiterwerkstoffe vor allem Silicium, Silicium-Kupfer, Ferrosilicium auch unterschiedlicher Eisengehalte, Mangan-Silicium und Molybdän-Silicium bewährt, wobei die Metalle Kupfer, Eisen, Mangan und Molyhdän auch in Form ihrer Silicide zum Einsatz kommen können. Um bestimmte Effekte in bezug auf die Aufheiz-und Abkühlgeschwindigkeiten zu erzielen, können die genannten Werkstoffe auch in Kombinationen zweier oder mehrerer Werkstoffe verwendet werden. Dies bringt im Rahmen der vorliegenden Erfindung besondere Vorteile bei Verwendung von Gemischen verschiedener elektrisch leitender Werkstoffe, da es in diesen Fällen gelingt, einen erwünschten Gesamtwiderstand des Werkstoffgemisches zu erzielen, der gegenüber einem einzelnen Werkstoff für das Heizelement bei bestimmten Anwendungen günstigere Eigenschaften aufweist. Es hat sich nämlich beispielsweise gezeigt, daß bei Verwendung einer Mischung von Silicium mit Kupfer der Widerstand des Heizelementes gegenüber dem aus reinem Silicium erheblich reduziert werden kann.The primary conductor materials are metals, metallic compounds, and ceramic-metal composites (Cermets) and metallic and non-metallic semiconductor materials, such as SiC, to name a few. According to the invention, silicon, in particular, has proven itself as heating conductor materials Silicon-copper, ferrosilicon also with different iron contents, manganese-silicon and molybdenum-silicon, the metals copper, iron, manganese and molybdenum can also be used in the form of their silicides. Regarding certain effects The materials mentioned can be used to achieve the heating and cooling speeds can also be used in combinations of two or more materials. This brings in the Within the scope of the present invention, particular advantages when used of mixtures of different electrically conductive materials, as in these cases succeeds in achieving a desired overall resistance of the material mixture, compared to a single material for the heating element in certain applications has more favorable properties. It has been shown, for example, that if a mixture of silicon with copper is used, the resistance of the heating element compared to that made of pure silicon can be reduced considerably.

Eine Reduzierung des Widerstandes des als elektrisch leitende Schicht mit dem Träger bleibend verbundenen Heizelementes gelingt erfindungsgemäß aber auch durch thermische Nachbehandlung des Heizelementes, sofern dies einen entsprechend wärmebeständigen Träger aufweist, beispielsweise durch Brennen, insbesondere bei den in der Keramikindustrie üblichen Temperaturen im Bereich zwischen 950 OC und 1250 "C. Diese thermische Nachbehandlung ist vor allem möglich bei den wenig oxidationsfreudigen Leiterwerkstoffen, wie beispielsweise Silicium.A reduction in the resistance of the electrically conductive layer However, according to the invention, the heating element permanently connected to the carrier is also successful by thermal post-treatment of the heating element, provided that this is the case Has heat-resistant carrier, for example by firing, in particular at the usual temperatures in the ceramic industry in the range between 950 OC and 1250 "C. This thermal aftertreatment is especially possible for those who are not very prone to oxidation Conductor materials such as silicon.

Einen Halbleiterwerkstoff als elektrisches Widerstandsmaterial auszuwählen, empfiehlt sich insbesondere in den Anwendungsfällen des Heizelementes gemäß der Erfindung, bei denen Sicherheit gegenüber Überhitzung gewährleistet werden soll; denn wenn sich der Widerstandstemperaturbeiwert des verwendeten Halbleiters bereits im Niedrigtemperaturbereich von beispielsweise maximal 50 OC stark erhöht, wird die Heizleistung mit der Temperaturerhöhung reduziert und geht gegen Null, d.h. das Heizelement wird selbsttätig abgeschaltet und damit jegliche Überhitzung vermieden.Select a semiconductor material as an electrical resistance material, is particularly recommended in the applications of the heating element according to Invention in which security against overheating is to be guaranteed; because if the resistance temperature coefficient of the semiconductor used is already is greatly increased in the low temperature range of, for example, a maximum of 50 OC the heating power reduces with the increase in temperature and approaches zero, i.e. the heating element is switched off automatically, thus avoiding any overheating.

Eine besonders bevorzugte Anwendung des Heizelementes gemäß der Erfindung besteht bei Verwendung von Keramikfliesen als Träger, und zwar vor allem wegen der Möglichkeit, plattenförmige, und zwar bevorzugt bereits einseitig glasierte Träger der unterschiedlichsten Abmessungenr beispielsweise auch 60 cm x 60 cm-Platten, mit dem Heizelement flächenförmig als dünne leitende Schicht ganz oder teilweise abzudecken und mit diesem Träger in den abgedeckten Bereichen ganz flächig wenigstens im angesinterten Zustand bleibend zu verbinden.A particularly preferred application of the heating element according to the invention exists when using ceramic tiles as a carrier, mainly because of the Possibility of plate-shaped supports, preferably already glazed on one side of various dimensions, for example 60 cm x 60 cm panels, with the heating element in planar form as a thin conductive layer in whole or in part to cover and with this carrier in the covered areas at least over a large area to be connected permanently in the sintered state.

Hierbei kann die Fläche, die der das Dekor darstellenden Glasurseite der Keramikfliesen abgewandt ist, beschichtet werden, um derartig beschichtete und zu einem Wand-, Fußboden- oder Deckenbelag zusammengefügte Fliesen dafür einzusetzen, sowohl den Untergrund der Fliesen als auch die Fliesen selbst aufzuheizen und damit den Zweck einer Elektrospeicherheizung zu erfüllen. Da es erfindungsgemäß aber keine Schwierigkeiten bereitet, den Werkstoff des Heizelementes auch auf einen getrockneten, noch nicht gebrannten keramischen Träger, einen geschrühten keramischen Träger und auf jede Oberfläche eines gebrannten, aber noch nicht glasierten keramischen Trägers, im Spezialfall also auch auf die in den genannten Aggregatzuständen vorliegenden keramischen Fliesen aufzubringen, kann zusätzlich zu der im Endzustand nichtglasierten Unterseite auch die Oberseite des keramischen Trägers mit dem Werkstoff des flächigen Heizelementes ganz oder teilweise abgedeckt und in den abgedeckten Bereichen ganzflächig bleibend verbunden werden, um dann - in einem zeitlichen und/oder räumlichen Nacheinander - die Deckglasur aufzubringen. Dieses an der Dekorseite der Fliese befindliche Heizelement ist geeignet, kurzfristig eine trägheitslose Zusatzheizung zu bewirken, um beispiels- weise in den Morgenstunden Räume schnell aufzuheizen, während nach dem Abschalten dieser Zusatzheizung dann die normale, aber trägere Speicherheizung wirksam bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, in den noch nicht zu kalten Monaten des Jahres darauf zu verzichten, die normale Speicherheizung zu lange in Betrieb zu halten oder zu stark aufzuheizen.The surface of the glaze side representing the decor can be used here facing away from the ceramic tiles, are coated in order to be coated in this way and Use tiles that are joined together to form a wall, floor or ceiling covering heat up both the substrate of the tiles and the tiles themselves and thus to fulfill the purpose of an electric storage heater. Since there is no Difficulties arise, the material of the heating element on a dried, not yet fired ceramic carrier, a fired ceramic carrier and on every surface of a fired, but not yet glazed ceramic carrier, in special cases also to those present in the states of aggregation mentioned Ceramic tiles can be applied in addition to the non-glazed in the final state Bottom also the top of the ceramic carrier with the material of the flat Heating element completely or partially covered and in the covered areas over the whole area be permanently connected to then - in a temporal and / or spatial succession - to apply the cover glaze. This heating element located on the decor side of the tile is suitable for short-term inertia-free additional heating, for example to way to heat up rooms quickly in the morning, while after switching them off Additional heating then the normal but slower storage heater remains in effect. on In this way it is possible to use it in the not yet too cold months of the year to refrain from keeping the normal storage heater in operation for too long or to heat up strongly.

Zur Herstellung des Heizelementes gemäß der Erfindung eignen sich verschiedene Verfahren. So kann der Träger mit dem Werkstoff des Heizelementes durch Flamm- oder Plasmaspritzen beschichtet werden, wobei der angesinterte Zustand und damit die bleibende Verbindung mit dem Träger direkt erzielt werden kann. Die Herstellung des Heizelementes kann aber auch durch Formgebung der dünnen Schicht des Werkstoffes des Heizelementes in kaltem Zustand erfolgen, worauf dann eine Wärmebehandlung und Fixierung auf dem Träger in der für den jeweiligen Werkstoff üblichen Weise stattfindet. Bei diesem zuletzt genannten Verfahren kann der Werkstoff des Heizelementes in Pulverform auf den Träger aufgebracht werden, beispielsweise pulverelektrostatisch, wobei zur besseren Anfangshaftung, wenn erwünscht, auch eine Mischung dieses Pulvers mit einem Bindemittel aufgetragen werden kann.For the production of the heating element according to the invention are suitable different procedures. So the carrier can with the material of the heating element through Flame or plasma spraying are coated, the sintered state and so that the permanent connection with the wearer can be achieved directly. The production of the heating element can also be done by shaping the thin layer of the material of the heating element take place in the cold state, followed by a heat treatment and Fixation on the carrier takes place in the manner customary for the respective material. In this last-mentioned method, the material of the heating element can be in powder form be applied to the carrier, for example powder electrostatic, with for better initial adhesion, if desired, a mixture of this powder with one Binder can be applied.

Der Werkstoff des Heizelementes kann aber auch in Form eines Schlickers oder aber als Paste auf den Träger aufgebracht werden, wobei es unter Umständen von Vorteil sein kann, ein beim Brand verkokendes organisches Bindemittel, das außer Kohlenstoff und Wasserstoff keine weiteren Elemente aufweist, mitzuverwenden, das nicht nur die Anfangshaftung des Werkstoffes des Heizelementes auf dem Träger verbessert, sondern zusätzlich beim Brand Kohlenstoff liefert, der sich mit dem beispielsweise als Werkstoff des Heizeiementes verwendeten Silicium zu elektrisch leitendem Siliciumkarbid verbindet. Allerdings ist es in diesem Falle erforderlich, das Heizelement durch Brennen in einer zur Erhaltung seiner Leitfähigkeit geeigneten Atmosphäre, beispielsweise durch Brennen in reduzierender Atmosphäre, mit dem Träger bleibend zu verbinden. Anschließend wird dann die zusätzliche, Oxidation und/oder Korrosion des Heizelementes verhindernde Schutzschicht auf die mit dem Heizelement bleibend verbundene Trägerfläche aufgebracht und in an sich bekannter Weise gehärtet. Je nach späterem Einsatz des in dieser Weise erhaltenen Endproduktes können die Schutzschichten aus keramischen Werkstoffen oder aus einem Material auf der Basis natürlicher oder synthetischer Harze bzw. Kunststoffe bestehen.The material of the heating element can, however, also be in the form of a slip or be applied as a paste to the carrier, in which case it may It can be advantageous to use an organic binding agent that cokes in the event of a fire Carbon and hydrogen have no other elements to use, the not only improves the initial adhesion of the material of the heating element on the carrier, but also provides carbon in the event of a fire, which is, for example, with the as Material of the heating element used silicon too electrically conductive silicon carbide connects. However, in this case it is necessary the heating element by firing in a suitable location to maintain its conductivity Atmosphere, for example by burning in a reducing atmosphere, with the carrier to stay connected. Then the additional, oxidation and / or Protective layer that prevents corrosion of the heating element on the one with the heating element permanently connected carrier surface applied and cured in a known manner. Depending on the subsequent use of the end product obtained in this way, the Protective layers made of ceramic materials or of a material on the base consist of natural or synthetic resins or plastics.

Die zur Stromzuführung zum Heizelement erforderlichen elektrischen Anschlüsse können beliebig während oder nach der Fertigstellung des Heizelementes mit diesem und dem Träger verbunden werden, beispielsweise durch Verschrauben, durch Schweißen oder durch Löten, wodurch sowohl die Verbindung der einzelnen auf den Trägern befindlichen Heizelemente untereinander beim Zusammenfügen der Träger, beispielsweise beim Zusammenfügen keramischer Fliesen oder keramischer Rohrabschnitte, als auch der direkte Anschluß an den elektrischen Strom und damit die Steuerung der Heizung durch An- und Ausschalten des Stromes möglich wird.The electrical required to supply power to the heating element Connections can be made at will during or after the completion of the heating element be connected to this and the carrier, for example by screwing Welding or soldering, creating both the connection of each to the Supports located heating elements with each other when joining the support, for example when joining ceramic tiles or ceramic pipe sections, as well the direct connection to the electric current and thus the control of the heating by turning the power on and off.

Das Heizelement gemäß der Erfindung, das bevorzugt mittels dieser Verfahren hergestellt wurde, kann sowohl im Niedrigtemperaturbereich als auch im Hochtemperaturbereich verwendet werden, wobei der Fachmann auf Grund seines Fachwissens ohne Mühe nicht nur die geeigneten Werkstoffe für das Heizelement sondern auch für den Träger und die weiteren Schichten, insbesondere auch die Schutzschichten auswählen kann.The heating element according to the invention, preferably by means of this Process can be used both in the low temperature range and in the High temperature range can be used, whereby the person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge without effort not only the suitable materials for the heating element but also for select the carrier and the further layers, in particular also the protective layers can.

Im Niedrigtemperaturbereich kann das erfindungsgemäß mit einem Träger aus elektrisch isolierenden Werkstoffen bleibend verbundene Heizelement aus elektrisch leitenden Werkstoffen beispielsweise zur Beheizung von Wänden, Fußböden und Decken in geschlossenen Räumen, Labortischen, Warmhalteplatten sowie von Rohrleitungen, Garageneinfahrten, Treppen, Brücken und Rollbahnen verwendet werden, während es sich im Hochtemperaturbereich insbesondere für die Beheizung von-Industrieöfen kleinerer Bauart, Speicheröfen, Bratröhren, Kochplatten sowie Vorrichtungen zum Erwärmen von Gasen und Flüssigkeiten eignet. Bei diesen Anwendungen treten die ganz erheblichen Vorteile des Heizelementes gemäß der Erfindung gegenüber den Heizelementen, wie sie aus dem Stande der Technik bekannt und zur Anwendung gekommen sind, besonders deutlich in Erscheinung.In the low temperature range, this can be done according to the invention with a carrier made of electrically insulating materials permanently connected heating element made of electrically conductive materials, for example for heating walls, floors and ceilings in closed rooms, laboratory tables, hot plates and pipelines, Garage driveways, stairs, bridges and taxiways can be used while there in the high temperature range, especially for heating smaller industrial furnaces Type of construction, storage stoves, roasting tubes, hotplates and devices for heating Suitable for gases and liquids. In these applications the very significant ones occur Advantages of the heating element according to the invention over the heating elements, such as they are known from the prior art and have been used, especially clearly in appearance.

Als besondere Vorteile sind die folgenden zu nennen: Die Entwicklung und gleichmäßige Verteilung der Wärme aus der zugeführten elektrischen Energie ist bei dem Heizelement gemäß der Erfindung überraschend günstig, was nicht nur auf die große äußere Oberfläche, sondern mit Sicherheit auch auf die wenigstens im angesinterten Zustand der mit dem Träger in den abgedeckten Bereichen ganzflächig verbundenen Heizleiterschicht zurückzuführen sein dürfte. Dadurch werden in vergleichsweise kurzen Zeiten die erwünschten Temperaturen bei einem verhältnismäßig geringen Aufwand an elektrischer Energie erreicht.The following are special advantages: Development and uniform distribution of the heat from the supplied electrical energy in the heating element according to the invention surprisingly cheap, which not only on the large outer surface, but certainly also on the at least in the sintered State of the entire surface connected to the carrier in the covered areas Heat conductor layer is likely to be due. This will be in comparatively short times the desired temperatures with relatively little effort of electrical energy.

Als besonders günstig ist zu erwähnen, daß das Heizelement gegenüber mechanischen Einflüssen und damit verbundenen Beschädigungen nur in äußerst geringem Umfange empfindlich ist und sich gerade in diesem Punkt vorteilhaft von den bekannten Heizelementen unterscheidet, insbesondere bei Berücksichtigung der Tatsache, wie leicht Heizstäbe in unerwünschter Weise beschädigt werden können und wie leicht ein drahtförmiges Heizelement zugleich auch mit seinem Träger zerstört wird und damit ein Ausfall der gesamten Beheizungsanlage verbunden ist. Demgegenüber behält das Heizelement gemäß der Erfindung auch bei teilweiser Beschädigung grundsätzlich seine Heizfunktion.It should be mentioned as particularly favorable that the heating element is opposite mechanical influences and the associated damage only to a very minor extent Scope is sensitive and is precisely in this Point advantageous differs from the known heating elements, especially when taken into account how easily heating rods can be damaged in an undesirable manner and how easily a wire-shaped heating element is destroyed at the same time as its support and a failure of the entire heating system is associated with it. In contrast basically retains the heating element according to the invention even in the event of partial damage its heating function.

Als weitere Vorteile sind die hinsichtlich der Formgebung des Trägers wesentlich größeren Möglichkeiten beim Heizelement gemäß der Erfindung gegenüber denen des Standes der Technik zu erwähnen.Further advantages are those with regard to the shape of the carrier compared to significantly greater possibilities with the heating element according to the invention to mention those of the prior art.

Hinzu kommt noch, daß durch Änderungen sowohl des Werkstoffs der elektrisch leitenden Schicht als auch der Schichtdicken auf dem Träger unterschiedliche Widerstände des Heizelementes vergleichsweise einfach erreicht werden können, die mit der Abgabe örtlich unterschiedlicher Wärmemengen verbunden sind und die Ausbildung eines konstanten Temperaturprofils über die gesamte Fläche des Trägers ermöglichen.In addition, changes in both the material and the electrical conductive layer and the layer thicknesses on the carrier have different resistances of the heating element can be achieved comparatively easily with the delivery Locally different amounts of heat are connected and the formation of a constant Allow temperature profile over the entire surface of the carrier.

Als besonders hervortretender Vorteil ist die Möglichkeit der Verbindung von ihre Wärme an zu beheizende Räume abgebenden großdimensionierten Wand-, Decken- und Bodenflächen aus mit der Heizleiterschicht bleibend verbundenen großflächigen keramischen Platten zu nennen, die eine ansprechende und repräsentative Gestaltung auch sehr großer Räume, wie beispielsweise Empfangshallen, Konferenzräume u.ä. erlauben mit einer nicht sichtbaren, dem Bewohner bzw. Besucher nicht auffallenden und somit auch nicht störenden Heizung.A particularly prominent advantage is the possibility of connection of the large-scale wall, ceiling and ceiling panels that give off their heat and floor areas made of large areas that are permanently connected to the heat conductor layer Ceramic plates that have an appealing and representative design also very large rooms, such as reception halls, conference rooms, etc. allow with an invisible one that is not noticeable to the resident or visitor and thus also not annoying heating.

Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß der Träger aus elektrisch isolierenden Werkstoffen entweder in der Gesamtfläche oder aber nur teilweise flächenförmig mit dem Heizelement als dünne leitende Schicht abgedeckt und mit dem Träger in den abgedeckten Bereichen ganz flächig bleibend verbunden werden kann, indem die Heizleiterschicht beispielsweise spiralförmig, mäanderförmig oder streifenförmig, auch rund oder in Form von beliebig angeordneten, sich berührenden Streifen gestaltet wird.Finally, it should be pointed out that the carrier is made electrically insulating materials either in the total area or only partially flat covered with the heating element as a thin conductive layer and with the carrier in the Covered areas can be permanently connected over the entire surface by the heating conductor layer for example spiral, meander-shaped or strip-shaped, also round or in Shape of randomly arranged, touching strips is designed.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele, die die Herstellung von Heizelementen gemäß der Erfindung beschreiben, näher erläutert: Beispiel I Eine industriell hergestellte, nichtglasierte Steinzeugplatte wurde als elektrisch isolierender Träger verwendet. Auf diesen Träger wurde im Plasmaspritzverfahren eine Molybdändisilicid-Schicht in einer Dicke von unter 0,1 mm aufgebracht. Diese Platte mit den Abmessungen 11,5 cm x 20 cm hatte einen elektrischen Widerstand von 0,8 Ohm. Beim Anlegen einer Spannung von 20 Volt erwärmte sich die dem Heizelement abgewandte Oberfläche der Platte innerhalb weniger Minuten auf 350 OC, und zwar bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 50 OC bis 100 "C/min.The invention is illustrated by the following examples which illustrate the preparation of heating elements according to the invention, explained in more detail: Example I A industrially manufactured, unglazed stoneware slab was used as an electrically insulating one Carrier used. A molybdenum disilicide layer was plasma sprayed onto this carrier applied in a thickness of less than 0.1 mm. This plate with the dimensions 11.5 cm x 20 cm had an electrical resistance of 0.8 ohms. When applying voltage of 20 volts, the surface of the plate facing away from the heating element heated up inside a few minutes to 350 OC at a heating rate of 50 OC up to 100 "C / min.

Beispiel II Auf der Rückseite einer glasierten, keramischen Fußbodenplatte mit den Abmessungen 60 cm x 60 cm wurde durch eine Flammspritzbeschichtung die elektrisch leitende Schicht, bestehend aus 80 Gewichtsteilen metallischem Silicium und 20 Gewichtsteilen Kupfer, ganzflächig aufgebracht in einer Schichtdicke von ca. 0,1 mm.Example II On the back of a glazed ceramic floor panel with the dimensions 60 cm x 60 cm, the electrical conductive layer consisting of 80 parts by weight of metallic silicon and 20 parts by weight Copper, applied over the entire surface in a layer thickness of approx. 0.1 mm.

An auf gegenüberliegenden Plattenkanten aufgeklemmten Kupferleisten wurde der Strom der elektrisch leitenden Beschichtung zugeführt, und zwar mit einer Spannung von 20 Volt und einer Stromstärke von 195 mA. Die Kupferleisten dienten in der Hauptsache als Kontakt und der gleichmäßigen Stromverteilung über die Kantenlänge. Der Flächenwiderstand wurde mit 255 Ohm gemessen.On copper strips clamped on opposite plate edges the current was fed to the electrically conductive coating with a Voltage of 20 volts and a current of 195 mA. The copper strips served Mainly as a contact and the even distribution of current over the length of the edge. The sheet resistance was measured at 255 ohms.

Auf der glasierten Plattenfläche, also der der beschichteten Plattenfläche im Abstand von 8 mm gegenüberliegenden Fläche wurden folgende Temperaturen gemessen: nach 5 Minuten 25,6 OC nach 7 Minuten 26,4 OC nach 10 Minuten 28,6 OC nach 15 Minuten 30,3 OC nach 20 Minuten 31,7 OC nach 25 Minuten 32,3 OC Die Umgebungstemperatur der Platte vor dem Aufheizen betrug 18,1 "C.On the glazed plate surface, i.e. that of the coated plate surface The following temperatures were measured at a distance of 8 mm from the opposite surface: after 5 minutes 25.6 ° C. after 7 minutes 26.4 ° C. after 10 minutes 28.6 ° C. after 15 minutes 30.3 OC after 20 minutes 31.7 OC after 25 minutes 32.3 OC The ambient temperature the plate before heating was 18.1 "C.

Beispiel III Gemäß dem in Beispiel II beschriebenen Verfahren wurde eine nichtglasierte keramische Platte mit den Abmessungen 20 cm x 20 cm (Stärke 6 mm) mit Ferrosilicium mit einem Fe-Gehalt von 45 % einseitig in einer Schichtdicke von ca. 0,1 mm ganzflächig beschichtet.Example III Following the procedure described in Example II was made a non-glazed ceramic plate measuring 20 cm x 20 cm (thickness 6 mm) with ferrosilicon with an Fe content of 45% on one side in one layer thickness 0.1 mm coated over the entire surface.

Gemäß Beispiel II erfolgte die Stromzuführung wiederum über zwei Kupferleisten, und zwar mit einer Spannung von 20 Volt und einer Stromstärke von 5 A. Der Flächenwiderstand wurde mit 8 Ohm gemessen.According to Example II, the power was again supplied via two copper strips, with a voltage of 20 volts and a current of 5 A. The sheet resistance was measured with 8 ohms.

Auf der der beschichteten Plattenfläche gegenüberlieger.-den Fläche wurde bei einer Umgebungstemperatur vor dem Aufheizen von 18,1 OC folgende Temperaturentwicklung gemessen: nach 1 Minute 55 OC nach 2 Minuten 82,9 OC nach 3 Minuten 120,6 OC.On the surface opposite the coated plate surface the following temperature development occurred at an ambient temperature of 18.1 OC before heating measured: after 1 minute 55 ° C. after 2 minutes 82.9 ° C. after 3 minutes 120.6 ° C.

Bei der unmittelbaren Wärmemessung auf der elektrisch leitenden Schicht dieses Heizelementes stieg innerhalb von sieben Minuten die beim Aufheizen gemessene Ar.;arcstemperatur von 19,7 OC auf 240 OC.With the direct heat measurement on the electrically conductive layer of this heating element, the measured value during heating increased within seven minutes Ar .; arc temperature from 19.7 OC to 240 OC.

Claims

Claims on a carrier made of electrically insulating materials applied heating element made of electrically conductive materials, characterized in that, that there is at least one surface of the carrier sheet-like as a thin conductive layer completely or partially covered and with the carrier in the covered areas entirely flat is permanently connected at least in the sintered-on state.

2. Heating element according to claim 1, characterized in that it is with an electrically insulating carrier made of ceramic materials or plastics connected is.

3. Heating element according to claim 1, characterized in that it is with is connected to a carrier made of an electrically conductive material, whose surface facing the heating element has an electrically insulating layer having.

4. Heating element according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the carrier is plate, arcuate or tubular.

5. Heating element according to claims 1 to 4, characterized in that that it, applied to the carrier and connected to it, with ceramic materials or with a layer or varnish based on natural or synthetic Resins or plastics is coated.

6. Heating element according to claims 1 to 5, characterized in that that it is made of silicon, silicon-copper, ferrosilicon and different iron contents, Manganese-silicon and / or molybdenum-silicon, also in the form of the silicides mentioned Metals Cu, Fe, Mn and Mo consists.

7. Heating element according to claims 1 to 5, characterized in that that it consists of semiconducting materials.

8. Process for the production of the permanently bonded to the carrier Heating element according to Claims 1 to 7, characterized in that the carrier coated with the material of the heating element by flame or plasma spraying will.

9. Process for the production of the permanently bonded to the carrier Heating element according to Claims 1 to 7, characterized in that the material the heating element in powder form, optionally mixed with a binder, is applied to the carrier.

10. Process for the production of the permanently bonded to the carrier Heating element according to Claims 1 to 7, characterized in that the material of the heating element as a slip or as a paste, optionally with one in the event of fire coking, containing no other elements apart from carbon and hydrogen organic binder, applied to the carrier and in a to maintain its Conductivity is burned in a suitable atmosphere.

11. Process for the production of the permanently connected to the carrier Heating element according to claims 1 to 8, characterized in that with the Heating element permanently connected surface of the carrier with an anti-oxidation and / or Corrosion-resistant, hardenable after application in a manner known per se Protective layer made of ceramic materials or a material based on natural or synthetic resins or

Plastics is coated.

12. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that that the material of the heating element on a dried, not yet fired ceramic carrier, a fired ceramic carrier, a fired ceramic Support or on the unglazed underside of a glazed ceramic support is applied and this carrier then, if necessary, in the ceramic industry can be processed further in the usual way.

13. Use of the with a carrier made of electrically insulating materials Permanently connected heating element made of electrically conductive materials according to the Claims 1 to 12 in the low temperature range for heating Walls, Floors or ceilings in closed rooms, laboratory tables, hot plates as well of pipelines, garage entrances, stairs, bridges and taxiways.

14. Use of the with a carrier made of electrically insulating materials Permanently connected heating element made of electrically conductive materials according to the Claims 1 to 12 in the high temperature range for heating industrial ovens, storage ovens, Roasting tubes, hot plates and devices for heating gases and liquids.