DE4238825A1 - Flachheizkörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachheizkörper und ein Herstel­ lungsverfahren für selbigen mit im Inneren angeordneten mäan­ derförmigen flexiblen elektrischen Heizleitern.

Aus der EP 0 025 959 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung ei­ ner Natursteinplatte für eine Flächenheizung bekannt, die auf einer Seite mäanderförmige Kanäle zur Aufnahme eines Heizroh­ res oder eines elektrischen Heizleiters aufweist.

Die kreisbogenförmigen Umlenkabschnitte zur Aufnahme des Heizrohres an den Endbereichen werden mittels eines kreis­ ringförmigen Schneidkopfes in die Steinplatte eingeschnitten. Nach dem Einlegen der Heizrohre wird der verbleibende hohle Raum mit einem Füllstoff, beispielsweise einem Kunstharz, ausgefüllt.

Durch eine besondere Gestaltung einer fortlaufenden Reihe von Ringnuten soll je Flächeneinheit der Platte eine möglichst große Länge eines Wärmeträgers untergebracht werden.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß eine aufwendige me­ chanische Bearbeitung des verhältnismäßig harten Naturstein­ werkstoffes erforderlich ist, wobei zum ausreichenden mecha­ nischen Fixieren der Wärmeträger, z. B. des Heizrohres, ein anschließendes Verfüllen der erzeugten Aussparungen erforder­ lich ist.

Durch die große Anzahl von Aussparungen, welche zur Aufnahme möglichst großer Längen des Heizrohres notwendig sind, ver­ ringert sich die Wärmekapazität der Flächenheizung.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß mit der Lösung nach EP 0 025 959 nur ebene Flächenheizer ausgebildet werden kön­ nen und damit die Anwendung der derart hergestellten Heizer eingeschränkt ist.

Auch ist es nicht möglich, für die Heizung erforderliche Be­ dien- und Anzeigeelemente in einem Arbeitsgang in die Flä­ chenheizung zu integrieren, so daß der Kostenaufwand bei der Herstellung weiter ansteigt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, einen Flachheizkörper durch Umgießen von auf einem Rahmen angeordneten elektrischen Heizleitern herzustellen. Die Produktivität eines derartigen Verfahrens ist sehr hoch und der Heizkörper weist hervorragende thermische und mechanische Eigenschaften auf, jedoch ist die sichtseitige Oberflächenqualität noch unzureichend.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Flachheizkör­ pers unter Verwendung von elektrischen Heizleitern, welcher in beliebiger Form einfach herstellbar ist, und der über eine hohe Wärmekapazität sowie eine allen Ansprüchen genügende sichtseitige Oberflächenbeschaffenheit verfügt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merk­ malen der unabhängigen Patentansprüche, wobei die Unteran­ sprüche mindestens zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestal­ tungen der Lehre der Erfindung darstellen.

Erfindungsgemäß wird ein quasi monolithischer Flachheizkörper in Sandwich-Struktur mit im Innern angeordneten flexiblen elektrischen Heizleitern vorgeschlagen, welcher sichtseitig aus einer Natursteinplatte besteht, die vorzugsweise mit einem Kunststeinmaterial, das die Heizleiter vollständig umschließt, vergossen ist, wobei in einem Arbeitsgang die endgültige Formgebung des Flachheizkörpers, die Integration der elektrischen Heizleiter und die Aufnahme von Bedien-, Anzeige- und Befestigungselementen erfolgt. Vorteilhafterweise bildet die sichtseitig angeordnete Natursteinplatte einen Teil der Gießform.

Der Flachheizkörper weist zweckmäßigerweise einen Thermosta­ ten auf, der in einem Bereich des Heizkörpers, welcher frei von Heizleitern ist und nicht in direktem Wärmekontakt zum Heizkörper steht, angeordnet ist.

Hierdurch wird in überraschender Weise eine sich aus der Um­ gebungstemperatur und der Flachheizkörpertemperatur ergebende Mischtemperatur erfaßt, so daß eine optimale Regelung unter Ausnutzung der Wärmekapazität des Heizkörpers bei gleichzei­ tigem energiesparenden Betrieb möglich ist.

Vorteilhafterweise sind in dem rückseitigen, der Sichtseite abgewandten, Bereich des Flachheizkörpers bereits bei der Herstellung Befestigungselemente, z. B. Buchsen, Stifte oder spezielle Halterungselemente integriert.

Die Natursteinplatte, welche den Bodenteil einer Gießform bildet, weist einseitig bzw. rückseitig eine Vielzahl von Sacklochbohrungen auf, die dem Fixieren von Befestigungs- und Umlenkstiften dienen. Mit Hilfe dieser Befestigungs- und Umlenkstifte wird der elektrische Heizleiter auf der Natursteinplatte mäanderförmig befestigt.

Hierdurch ist die Lage der Heizleiter, die im nächsten Verfahrensschritt umgossen werden, bestimmt.

Mit Hilfe eines Rahmens, welcher am Außenumfang bzw. den Seitenflächen der Natursteinplatte angebracht wird, entsteht die endgültige Gießform. In diese Form wird dann das flüssige Kunststeinmaterial eingegeben, so daß ein vollständiges gewünschtes Ausfüllen der Gießform erfolgt.

Für die spätere Aufnahme des Thermostaten wird ein Formkörper in die Gießform an definierter Stelle eingelegt. Dieser Körper bildet also ebenfalls einen Teil der Gießform.

Nachstehend soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstel­ lung des Flachheizkörpers unter Verwendung von elektrischen Heizleitern beschrieben werden.

Wie bereits vorerwähnt, besteht der quasi monolithische Flachheizkörper aus geschichtetem Natur- und Kunststeinmaterial, wobei das Kunststeinmaterial im Innern angeordnete elektrische Heizleiter aufweist.

Die rückseitige Formgebung des Flachheizkörpers erfolgt erfindungsgemäß durch ein Formspritz-, Gieß- oder Preßverfahren, wobei durch die gewählte Fertigungsform mit einer Natursteinbasisplatte, die später sichtseitig angeordnet ist und einem Rahmen eine innige und wärmetechnisch günstige Verbindung zwischen Natur- und Kunststein gegeben ist.

Vorteilhafterweise werden die elektrischen Heizleiter mit Hilfe der Befestigungselemente auf der Natursteinplatte vorfixiert und anschließend mit der Kunststeinmasse rückseitig umspritzt, umgossen oder umpreßt.

Die sichtseitige Oberfläche des Natursteins bleibt dabei erhalten.

Alternativ können die Heizleiter auf einem Gitterrahmen gewickelt, der Gitterrahmen mit der Natursteinplatte über Stifte verbunden und anschließend vergossen werden. In einer Ausführungsform entfallen diese Verbindungsstifte zwischen Natursteinplatte und Gitterrahmen, d. h. der Gitterrahmen wird in die Gießform lediglich eingelegt und später umgossen. Der Gitterrahmen kann hierfür an einem Formendeckel befestigt und in die Form abgesenkt werden.

Nach dem Auflegen oder Aufwickeln des elektrischen Heizlei­ ters auf dem Gitterrahmen sowie der Anordnung weiterer Elemente und ggf. einer elektrischen Vorprüfung, wird dann in einem Arbeitsgang das vorerwähnte Spritzen, Gießen oder Pressen mittels des flüssigen oder pastösen Kunststeinmaterials vorgenommen.

Bei dieser Ausführungsvariante kann insbesondere bei großen Stückzahlen eine weitere Erhöhung der Produktivität erfolgen.

Wenn das Formgebungsverfahren mittels Rütteltisch oder Va­ kuumunterstützung durchgeführt wird, ergibt sich eine beson­ ders gute Verbindung zwischen dem Naturstein und dem Kunststeingußmaterial.

Mittels des vorstehend geschilderten Verfahrens ist es also möglich, einen quasi monolithischen Flachheizkörper aus einer Natursteinplatte mit Kunststein- oder ähnlichem Material im Sinne einer Sandwich-Struktur herzustellen, welcher die Vorteile einer anspruchsvollen hohen Oberflächenqualität, z. B. von Marmor mit einer optimalen Technologie der Befestigung der Heizleiter verbindet.

Die Sandwich-Ausbildung mit von außen unzugänglichen Heizleitern gewährt eine hohe Berührungssicherheit bei gleichzeitiger geringer Störanfälligkeit der Gesamtanordnung.

Mittels des erfindungsgemäßen Spritzens, Gießens oder Pres­ sens der Rück- und Seitenflächen sind Strukturierungen zur wirksamen Vergrößerung der rückseitigen Strahlungsfläche sowie die Integration von Halterungen für spezielle Verwendungen des Heizkörpers, z. B. als Wärmeplatte für Speisen, realisierbar.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbei­ spiele. Hierbei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Flachheizkörper mit bereits integrierten elektrischen Heizlei­ tern

Fig. 2 den Raum zur Aufnahme des Thermostaten und der äußeren elektrischen Anschlußelemente

Fig. 3 den auf die Natursteinplatte rückseitig aufgelegten Gitterrahmen einschließlich des aufgeflochtenen Heizleiters

Fig. 4 eine Teilschnittdarstellung mit Umlenk­ elementen bzw. Nuten zur Aufnahme des Heiz­ leiters auf dem Gitterrahmen.

Gemäß Fig. 1 ist innerhalb des Flachheizkörpers, welcher rückseitig beispielsweise aus Polymerbeton besteht, ein mäanderförmiger Heizleiter 2 integral angeordnet. Eine dünne Natursteinplatte 20 bildet die Sichtseite des Heizkörpers.

In der Ausnehmung 3, welche in einem Bereich frei von Heiz­ elementen 2 angeordnet ist, findet der Thermostat 4 sowie die äußeren elektrischen Anschlußelemente (nicht gezeigt) Platz. Zur Funktionsanzeige kann im Bereich der Ausnehmung 3 eine Kontrollampe 5 vorgesehen sein. Für die Thermostatachse sowie die Kontrollampe 5 sind in der Natursteinplatte 20 Durchgangsbohrungen 6, 8 vorgesehen. Befestigungselemente 7 sind an verschiedenen Stellen der Rückseite des Flachheizkörpers vorgesehen, so daß eine spätere Befestigung in beliebiger Lage erfolgen kann.

Ein vergrößerter Ausschnitt der Ausnehmung 3 ist in Fig. 2 dargestellt, wobei in einer Durchgangsbohrung 8 ein Anzei­ gelement, z. B. eine Glimmlampe angeordnet ist. Die Durchgangsbohrung 6 dient der Aufnahme der Betätigungsachse des Thermostaten 4. Im übrigen entsprechen die Bezugszeichen denen der Fig. 1.

Aus den Fig. 1 und 2 ist deutlich zu erkennen, daß im Bereich der Ausnehmung 3 zur Aufnahme des Thermostaten 4 keine Heiz­ leitermäander vorgesehen sind, so daß sich hier die gewün­ schte Mischtemperatur aus Umgebungstemperatur und Heizkör­ pertemperatur ausbilden bzw. einstellen kann. Durch diese Ausbildung werden z. B. Temperaturschwankungen, die bei der Raumlüftung entstehen, durch die gespeicherte Wärme des Heiz­ körpers überbrückt, so daß bei kurzer, effektiver Raumlüftung ein unerwünschtes Einschalten des Thermostaten 4 bzw. des Flachheizkörpers ausgeschlossen ist.

Dadurch, daß der Thermostat 4 von den Innenwänden bzw. -flä­ chen der Aussparung 3 beabstandet ist, besteht kein direkter Wärmekontakt zwischen dem wärmeempfindlichen Teil des Thermo­ staten 4, z. B. einem Bimetall und dem Flachheizkörper. Der zwischen dem Thermostaten 4 und dem Heizkörper bzw. der Kunststeinschicht 1 befindliche Luftzwischenraum verbessert das vorerwähnte Ansprech- und Regelverhalten, so daß trotz der Anordnung des Thermostaten 4 in dem Heizkörper eine Quasi-Raumtemperatur erfaßt wird.

Die Ausnehmung 3 ist rückseitig von einem nicht gezeigten Deckel verschlossen, der einerseits den Thermostaten 4 anpreßt, so daß hier auf separate Befestigungsmittel verzichtet werden kann und andererseits dem Herausführen der äußeren Anschlußelemente sowie der Abdichtung dient.

Vorteilhafterweise wird ein mit dem elektrischen Heizleiter 2 in Serie geschalteter Temperaturwächter zur Erfassung von Übertemperaturen (nicht gezeigt), z. B. mittig bzw. im Schwer­ punkt des Flachheizkörpers angeordnet. Alternativ kann beim Vergießen ein metallischer Draht oder ein metallisches Band eingelegt werden, wobei ein freies Ende des Bandes in die Aussparung 3 reicht und dort mit dem Temperaturwächter kontak­ tiert wird.

Mit der Fig. 3 wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Nutzung des Gitterrahmens 9 illustriert. Wie erkennbar, ist der elektrische Heizleiter 2 auf den Gitterrahmen 9 aufge­ flochten, wobei durch die scheibenförmigen Umlenkelemente 10 eine Mäanderform des elektrischen Heizleiters 2 realisiert wird.

Mittels der Nuten 11 auf den Streben des Gitterrahmens 9 er­ folgt ein weiteres Fixieren des Heizleiters 2 durch das Ein­ drücken desselben in die Nuten 11.

Die Ausbildung der Nuten 11 wird durch die Darstellung nach Fig. 4 besonders deutlich, wobei auch hier das vollständige Umschließen des Gitterrahmens 9 einschließlich des Heizlei­ ters 2 durch den die Rückseite des Flachheizkörpers bildenden Kunststein 1 sichtbar ist.

Der Gitterrahmen 9 kann mittels integrierter Stifte 19, die in zugehörige Sacklochbohrungen der Natursteinplatte 20 einrasten, für den Vergußprozeß fixiert werden.

In einer Ausführungsform der Erfindung können zwei Reihen von Umlenkelementen 10, die jeweils auf einem mit entsprechenden Stiften 19 versehenen Trägerstreifen ausgebildet sind, verwendet werden. Diese Trägerstreifen werden zum Beispiel links und rechts auf der Rückseite der Natursteinplatte fixiert. Anschließend wird auf die Trägerstreifen der elektrische Heizleiter 2 aufgewickelt. Ebenso können in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung an definierten Stellen, vorteilhafterweise im links- und rechtsseiten Randbereich der Natursteinplatte 20, eine Vielzahl von Befestigungs- und Umlenkstifte vorgesehen sein. Diese Befestigungs- und Umlenkstifte werden in entsprechende Sacklochbohrungen der Natursteinplatte 20 eingesteckt und dienen mit ihrem freien, gegebenenfalls hakenförmig ausgeformten Ende zum Fixieren der elektrischen Heizleiter 2. In beiden letztgenannten Fällen ist die Verwendung eines kompletten, vorgefertigen Gitterrahmens 9 nicht notwendig.

Bei der Nutzung von Gitterrahmen 9 können ein oder mehrere Standard-Gitterrahmen 9 mit vorgebbarer elektrischer Leistung der enthaltenen Heizleiter 2 vorgesehen werden, welche in unterschiedlich dimensionierte Form-Rahmen einlegbar und mit unterschiedlichen Natursteinplatten 20 verbindbar sind. Neben der Anpassung an unterschiedliche räumlich/ geometrische Verhältnisse, ist auch eine leichtere elektrische Anpassung durch Reihen- oder Parallelschaltung der derart gebildeten Heizleitergruppen möglich.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein flexibler isolierter elektrischer Heizleiter mit einem Widerstand von 5 n je m Länge benutzt, wobei ca. 13 m Heizleiter auf dem Gitterrahmen 9 aufgeflochten sind, so daß sich eine Heiz­ leistung von ca. 800 W ergibt.

Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt beispielsweise dadurch, daß ein speziell ausgebildeter Form- Rahmen, welcher über eine Erhebung zur späteren Aufnahme von Befestigungselementen bzw. der Bedien- und Anzeigeelemente verfügt, verwendet wird, wobei Anschlußenden des Heizleiters 2 in einen abgedeckten Bereich, der formmassefrei bleibt, einmünden.

In diesem abgedeckten Bereich kann dann die spätere Montage des Thermostaten sowie der elektrische Außenanschluß erfol­ gen.

Alternativ kann die elektrische Kontaktierung und der An­ schluß des Thermostaten bereits vor dem Umgießen erfolgen, so daß nur der elektrische Außenanschluß sowie die Betätigungs­ achse des Thermostaten herausgeführt ist.

Nach dem Aufwickeln des Heizleiters wird der Form-Rahmen mit einer plastischen Masse eines Kunststeins, z. B. Polymerbeton, gegebenenfalls unter Anwendung von Druck, Unterdruck oder mechanischen Schwingungen aufgefüllt. Der den Form-Boden bildende Naturstein geht dabei eine innige Verbindung mit dem Kunststeingußmaterial ein.

Durch die Beigabe von z. B. Farbstoffen oder Naturstein-Füll­ mitteln, sind eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten des Flachheizkörpers, insbesondere für den sichtbaren Randbereich gegeben.

Nach erfolgter Aushärtung des Polyinerbetons kann der Flachheizkörper dem Form-Rahmen entnommen werden, wobei durch die gewählte Herstellungsart und das verwendete Material sich Nacharbeiten auf ein Mindestmaß reduzieren und eine ausgezeichnete Oberflächenqualität auf der Sichtseite ergibt.

Im Falle der Verwendung des Gitterrahmens wird dieser mit vorher aufgeflochtenem Heizleiter und ggf. mit äußeren Befestigungselementen auf der Natursteinplatte, d. h. dem Form-Boden fixiert und, wie vorstehend beschrieben, umspritzt bzw. umgossen oder umpreßt.

Mit dem Einsetzen des Thermostaten 4 und dem elektrischen An­ schluß desselben und dem Verschluß der Aussparung 3 ist die Heizung fertiggestellt und betriebsbereit.

Mittels der Erfindung ist also zusammenfassend die Schaffung eines neuartigen Flachheizkörpers in Sandwich-Struktur möglich, der durch das spezielle Herstellungsverfahren über eine hohe Wärmekapazität verfügt, da keine Hohlräume oder nachträglich zu verfüllende Aussparungen für die Heizleiter vorhanden sind. Im Sinne der Erfindung kann anstelle der Natursteinplatte auch ein anderes Material für die Sichtseite des Heizkörpers verwendet werden.

Da der verwendete Kunststein im Verhältnis zu Naturstein eine geringere Masse besitzt und nur der Sichtbereich aus hochwertigem Naturstein besteht, kann der Flachheizkörper an Wänden geringer Tragfestigkeit befestigt werden. Auch ist durch die Massereduzierung eine leichtere Montage des Heizkörpers möglich.

Claims (9)

1. Flachheizkörper mit im Innern angeordneten mäander­ förmigen flexiblen elektrischen Heizleitern, gekennzeichnet durch eine in einem Formspritz-, Gieß- oder Pressverfahren gebil­ dete quasi monolithische Sandwich-Struktur beliebiger Form, welcher die flexiblen elektrischen Heizleiter (2) vollständig umschließt.

2. Flachheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandwich-Struktur aus Kunststein (1), vorzugsweise Polymerbeton und einer Natursteinplatte (20) besteht.

3. Flachheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststein (1) eine Aussparung (3) in einem Bereich, welcher frei von mäanderförmig angeordneten elektrischen Heizleitern (2) ist, zur Aufnahme eines Thermostaten (4) aufweist, wobei der Thermostat (4) nicht in direktem Wärmekontakt zum Kunststein (1) steht.

4. Flachheizkörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststein (1) in einem rückseitigen Bereich integrierte Befestigungs- bzw. Halterungselemente (7) aufweist.

5. Flachheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststein (1) einen vorgefertigten Gitterrahmen (9) mit aufgeflochtenen flexiblen elektrischen Heizleitern (2) allseitig umschließt, welcher auf der Rückseite der Natursteinplatte (20) fixiert ist.

6. Flachheizkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterrahmen (9) aus Kunststein, vorzugsweise Poly­ merbeton, besteht.

7. Flachheizkörper nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterrahmen (9) über integrierte scheibenförmige Um­ lenkelemente (10) und Nuten (11) zur Aufnahme des elektrischen Heizleiters (2) sowie über äußere Befestigungs­ elemente (7) verfügt.

8. Flachheizkörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizleiter (2) auf unmittelbar in Sacklochbohrungen der Natursteinplatte (20) fixierten Befestigungs- und Umlenkstiften geflochten sind.

9. Verfahren zur Herstellung eines Flachheizkörpers mit im Innern angeordneten mäanderförmigen elektrischen Heiz­ leitern, gekennzeichnet durch eine Formgebung mittels Formspritzen, -gießen oder -pressen einer Kunststeinmasse, wobei die elektrischen Heizleiter sowie erforderliche Befestigungselemente in ein und demselben Arbeitsgang von der Kunststeinmasse umschlossen werden und als Form-Boden eine Natursteinplatte verwendet wird, welche eine innige Verbindung mit der Kunststeinmasse zur Bildung einer Sandwich-Struktur eingeht.