DE60224127T2 - Electrically conductive tissue - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der technischen Textilien und genauer gesagt auf elektrisch leitende Textilien. Sie findet zahlreiche Anwendungen insbesondere bei der Herstellung von LKW-Planen, biegsamen Bedachungselementen oder auch von Möbeln oder Inneneinrichtung. Sie betrifft insbesondere ein Heizgewebe, das Metall- und Kohlenstofffäden enthält, die eine Erwärmung durch "Niederspannung"-Versorgung gestatten, und das aufgrund seines Aufbaus sehr leicht in jedem geometrischen Muster und mit verschiedenen Flächenheizleistungen konfigurierbar ist.The The invention relates to the field of technical textiles and more specifically to electrically conductive textiles. she finds numerous applications, in particular in the production of truck tarpaulins, flexible roofing elements or even of furniture or interior. In particular, it relates to a heating fabric containing metal and carbon filaments, the a warming by "low voltage" supply, and that due to its construction very easy in any geometric Pattern and with different surface heating powers is configurable.
Stand der TechnikState of the art
Auf bekannte Weise bestehen elektrisch leitende Textilien aus einem Trägereinzelgewebe, das in der Kette und/oder im Schuss Kupferfäden oder allgemeiner Metallfäden enthält. Das Vorhandensein dieser Fäden verleiht der Struktur der Gewebe eine gewisse elektrische Leitfähigkeit, was zahlreiche Verwendungen gestattet, insbesondere die Bildung von Heizgeweben.On known manner consist of electrically conductive textiles from a Carrier single tissue containing in the warp and / or weft copper filaments or general metal filaments. The Presence of these threads gives the structure of the tissues a certain electrical conductivity, which allows numerous uses, especially education of heating fabrics.
Ziel der Erfindung ist es, ein Gewebe zu schaffen, das optimale und auf der Oberfläche des Gewebes kontinuierliche elektrische Eigenschaften besitzt.aim The invention is to provide a fabric that is optimal and on the surface the tissue has continuous electrical properties.
Es wurden bereits zahlreiche Lösungen vorgeschlagen, um einen solchen leitenden Faden in das Innere eines Gewebes zu integrieren.It have already been numerous solutions proposed to such a conductive thread in the interior of a Integrate tissue.
So
wurde in der Schrift
Diese Art von Gewebe besitzt jedoch eine gewisse Anzahl von Nachteilen. Wenn man nämlich Gewebe herstellen möchte, die eine ausreichende Breite besitzen, so ist es erforderlich, die Schussfäden einer relativ hohen Spannung auszusetzen, im Allgemeinen gleich der Wechselspannung von 220 Volt des Netzes. Die Verwendung einer solchen Spannung verursacht Probleme der elektrischen Sicherheit insbesondere hinsichtlich der Gefahren des Kontakts mit Personen. Diese hohe elektrische Spannung ist auch aufgrund der Mittelmäßigkeit der Verbindungen erforderlich, die zwischen den eine Elektrode bildenden Kettfäden und den leitenden Schussfäden bestehen.These However, type of fabric has a certain number of disadvantages. If you are tissue want to make which have a sufficient width, it is necessary that wefts a relatively high voltage, generally the same the AC voltage of 220 volts of the network. The use of a such tension causes problems of electrical safety especially with regard to the dangers of contact with persons. This high electrical voltage is also due to mediocrity the connections required, which form between the one electrode warp and the senior weft threads consist.
Ein
anderes Beispiel eines solchen Gewebes ist ferner in der Schrift
Außerdem ist die pro Flächeneinheit abgegebene Leistung bei einem Gewebe von gegebenen Abmessungen ausschließlich abhängig von der angelegten Spannung. Mit anderen Worten, es ist nicht möglich, die abgegebene Leistung in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung anzupassen.Besides that is the per unit area delivered power at a given tissue dimensions exclusively dependent on the applied voltage. In other words, it is not possible that delivered power depending on the desired Application to adapt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein leitendes Gewebe zu schaffen, das mit Versorgungsspannungen vom Typ "Niederspannung" verwendet werden kann, d. h. die im klassischen Bereich von 12 Volt bis 48 Volt liegt. Ein anderes Ziel ist es, eine große Modularität zu gestatten, so dass eine Energieabgabe pro Flächeneinheit gewährleistet wird, die durch den Benutzer auf sehr einfache Weise konfigurierbar ist.aim the present invention is to provide a conductive tissue, which can be used with "low voltage" supply voltages, i. H. the im classic range from 12 volts to 48 volts. Another goal is it, a big one modularity to allow so that an energy output per unit area ensured is configurable by the user in a very simple way is.
Ein anderes Ziel ist es, ein beschichtetes Gewebe zu schaffen, dessen Beschichtung die Verbindungseigenschaften zwischen den leitenden Fäden nicht stört.One Another object is to provide a coated fabric whose Coating the connection properties between the conductive Threads are not disturbs.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Erfindung betrifft deshalb ein Gewebe, das Elektrizitätsleitungseigenschaften besitzt.The The invention therefore relates to a fabric, the electrical conduction properties has.
Ein solches Gewebe ist in Anspruch 1 definiert.One Such tissue is defined in claim 1.
Mit anderen Worten, dieses Gewebe besitzt regelmäßig angeordnete Bänder von Kohlenstofffäden, die eine Energieabgabe gewährleisten, wenn sie von einem elektrischen Strom durchflossen sind. Diese Bänder von Kohlenstofffäden sind miteinander durch Bänder von leitenden Fäden, wie Metallfäden, verbunden, wobei die Bänder von Metallfäden als Versorgungs- und Stromzuführungsfäden zu den Kohlenstofffäden dienen. Diese Bänder von Versorgungsfäden sind viel stärker voneinander beabstandet als die Bänder von Kohlenstofffäden.With In other words, this tissue has regularly arranged bands of Carbon fibers, which guarantee an energy release, if they are traversed by an electric current. These bands of Carbon fibers are connected by bands of conductive threads, like metal threads, connected, the bands of metal threads serve as supply and power supply filaments to the carbon filaments. These ribbons of supply threads are much stronger spaced apart from each other as the bands of carbon filaments.
Indem zwei Werkstoffe von sehr verschiedener Leitfähigkeit verwendet werden, d. h. Kohlenstofffäden, die einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand als die Metallfäden besitzen, findet der wesentliche Spannungsabfall an den Anschlüssen der Kohlenstofffäden statt, die also eine Energieabführung gewährleisten, die wesentlich höher als diejenige ist, die in den metallischen Querfäden stattfindet.By using two materials of very different conductivity, ie carbon filaments, which have a much higher specific Wi Resistant than the metal filaments, the substantial voltage drop takes place at the terminals of the carbon threads, which thus ensure an energy dissipation, which is substantially higher than that which takes place in the metallic transverse threads.
Die Verwebung der einzelnen Fäden des Bandes aus Kohlenstofffäden mit den Metallfäden des Bandes von Versorgungsfäden gewährleistet einen relativ großen Kontakt zwischen diesen verschiedenen Fäden und damit eine Verbindung, die den Durchgang eines starken Stroms zulässt, und damit die Verwendung von Gewebe in Verbindung mit Niederspannungsstromversorgungen vom Typ 12 Volt bis 48 Volt.The Interweaving of the individual threads of the band of carbon filaments with the metal threads of the Bandes of supply threads guaranteed a relatively large one Contact between these different threads and thus a connection, which allows the passage of a strong current, and thus the use tissue in conjunction with low voltage power supplies from Type 12 volts to 48 volts.
Außerdem verleiht die Verteilung der Metallfäden und der Kohlenstofffäden auf der gesamten Oberfläche des erfindungsgemäßen Gewebes diesem eine Matrixstruktur, dank derer es möglich ist, jede beliebige Gewebelänge oder -breite mit Spannung zu versorgen.In addition, lends the distribution of metal threads and the carbon filaments on the entire surface the fabric of the invention this one matrix structure, thanks to which it is possible any length of tissue or width with voltage supply.
Mit anderen Worten, die Versorgungsfäden sind auf der ganzen Breite des Gewebes ausreichend zahlreich, um zwei Elektroden für jeden beliebigen Gewebezuschnitt zu bilden.With in other words, the supply threads are on the whole width of the fabric sufficiently numerous to two Electrodes for to form any tissue blank.
Aufgrund der Verwebung der Metallfäden und der Kohlenstofffäden ist der auf die Kontaktzone zwischen diesen verschiedenen Fäden ausgeübte Druck groß genug, um dem Druck des Kunststoffs standzuhalten, der bei der Beschichtung des Gewebes verwendet wird.by virtue of the interweaving of metal threads and the carbon filaments is the pressure exerted on the contact zone between these different threads big enough, to withstand the pressure of the plastic during coating of the tissue is used.
In der Praxis können die verwendeten Metallfäden Fäden auf der Basis von Nickellegierung, Aluminiumfäden, Fäden aus rostfreiem Stahl oder auch mit einer Goldschicht bedeckte Fäden sein.In the practice can the metal threads used Threads on the base of nickel alloy, aluminum filaments, stainless steel filaments or also be covered with a gold layer threads.
Man bevorzugt beispielsweise die Verwendung von Legierungen von Nickel wegen seiner guten Verträglichkeit mit der Technik der Verbindung, die im Allgemeinen mit Kupferlegierungen vorgenommen wird. Angesichts der sehr geringen Anzahl von metallischen Versorgungsfäden erhöht die Verwendung von relativ teuren Werkstoffen die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Gewebes fast unwesentlich. Man gibt deshalb den sehr guten Leitungseigenschaften von gewissen relativ kostspieligen Metallen den Vorzug.you For example, it is preferable to use alloys of nickel because of its good compatibility with the technique of the compound, which generally works with copper alloys is made. Given the very small number of metallic supply threads elevated the use of relatively expensive materials the manufacturing cost the fabric of the invention almost negligible. One gives therefore the very good line characteristics of certain relatively expensive metals.
Die zwischen den Metallfäden verwendeten nicht leitenden Fäden können ferner vorteilhafterweise Polyesterfäden sein, die wegen ihres guten mechanischen Verhaltens verwendet werden.The between the metal threads used non-conductive threads can Furthermore advantageously be polyester threads, because of their good mechanical behavior can be used.
Andere Metalle können auch verwendet werden, wenn ihr spezifischer Widerstand, verglichen mit dem der Kohlenstoff-Heizfäden, ausreichend niedrig ist, und unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen den Abständen d und D zwischen den verschiedenen Bändern aus Kohlenstofffäden und metallischen Versorgungsfäden.Other Metals can also used, if their specific resistance, compared with the carbon filaments, is sufficiently low, and taking into account the relationship between the distances d and D between the different bands of carbon filaments and metallic supply threads.
Bei einer besonderen Ausführungsform können Verkleidungsschichten, beispielsweise Beschichtungen, die die beiden Seiten des Gewebes bedecken, verschieden sein.at a particular embodiment can Cladding layers, such as coatings, which are the two Cover pages of the fabric, be different.
Auf diese Weise gewährleistet man eine Energieabfuhr, die von einer Seite des Gewebes zur anderen verschieden ist, was es gestattet, den Wärmefluss in einer bevorzugten Richtung zu richten. Praktisch wählt man Beschichtungsschichten, die verschiedene thermische Eigenschaften besitzen, indem beispielsweise Füllstoffe in verschiedenen Anteilen von einer Seite zur anderen verwendet werden.On guaranteed this way you get an energy drain that goes from one side of the fabric to the other what is different is what allows the heat flow in a preferred one To direct direction. Practically chooses one coating layers, the different thermal properties possess, for example, fillers used in different proportions from one side to the other become.
Vorteilhafterweise kann der Abstand d zwischen den Bändern von Kohlenstofffäden zwischen 1 und 10 Zentimeter betragen, wobei der Abstand zwischen den Bändern von Metallfäden zwischen 20 Zentimetern und 2 Metern beträgt.advantageously, the distance d between the bands of carbon filaments may be between 1 and 10 centimeters, with the distance between the bands of metal filaments between 20 centimeters and 2 meters.
Dank dieser als nicht begrenzendes Beispiel angegebenen Abmessungen ist es möglich, das Gewebe zuzuschneiden, indem die Möglichkeit einer Versorgung unabhängig von der allgemeinen Form des Zuschnitts beibehalten wird, sofern sie größer als die Abmessung D zwischen Metalldrahtstreifen ist.thanks this is a non-limiting example dimensions it is possible to cut the tissue by the possibility of a supply independently from the general shape of the blank, provided that she bigger than that Dimension D between metal wire strips is.
In der Praxis kann die Versorgung erhalten werden, indem verschiedene Bänder von Versorgungsfäden abwechselnd mit einem der Anschlüsse der Stromversorgungsquelle verbunden werden.In In practice, the care can be obtained by different bands of supply threads alternately with one of the ports of the Power source to be connected.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann das Gewebe an seinen Kanten an der Stelle der Enden der Bänder von Metallfäden Zonen aufweisen, in denen die Beschichtungsschichten entfernt sind. Indem man senkrecht zu den Bändern von Metallfäden auf deren Höhe einen Schnitt ausführt, genügt es auf diese Weise, die Beschichtungsschichten abzuziehen, indem man sie auf den Metallfäden verschiebt, indem man sie aus dem Gewebe herauszieht. Man geht so auf dieselbe Weise vor, wie man einen umhüllten Metallfaden abisoliert, indem man die Endzone des Bandes vom Metallfaden abzieht.According to one Another feature of the invention, the tissue at its edges the location of the ends of the bands of metal threads Have zones in which the coating layers are removed. By being perpendicular to the ribbons of metal threads at their height Perform a cut, it is enough this way to peel off the coating layers by using them on the metal threads, by pulling them out of the tissue. You go to the same thing How to wrap one Stripped metal thread by placing the end zone of the tape from the metal thread withdraws.
Infolgedessen kann die Gesamtheit der auf diese Weise abisolierten Metallfäden zusammengefasst werden, um dann in Versorgungsanschlüsse gesteckt zu werden, die an den Kanten des Gewebes angeordnet sind.Consequently can summarized the totality of stripped metal strands in this way then be plugged into supply outlets that are arranged at the edges of the fabric.
Diese Versorgungsanschlüsse können je nach der Versorgungsspannung, die man an das Gewebe anlegen möchte, am Ende aller Metallfäden oder eines Teils von ihnen angeordnet sein.These supply connections can depending on the supply voltage that you want to apply to the tissue, on End of all metal threads or a part of them.
Indem man die Anzahl von Bändern von Metallfäden, die zwischen zwei elektrischen Versorgungsanschlüssen vorhanden sind, ändert, ändert man die abgegebene Leistung pro Flächeneinheit, was eine Anpassung des Gewebes an verschiedene Anwendungen gestattet.By doing one the number of bands of metal threads, which are present between two electrical supply connections changes, one changes the power delivered per unit area, what allows adaptation of the tissue to different applications.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Art der Ausführung der Erfindung sowie die Vorteile, die sich daraus ergeben, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung. In dieser zeigen:The Type of execution of the invention and the advantages that result from this result from the following description of an embodiment with reference on the enclosed drawing. In this show:
Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention
Wie bereits erwähnt wurde, betrifft die Erfindung eine Heiztextilie, die durch Verwebung hergestellt ist und die zwei verschiedene Typen von leitenden Fäden in Kett- und Schussrichtung enthält.As already mentioned The invention relates to a heating textile obtained by interweaving manufactured and the two different types of conductive filaments in warp and shot direction contains.
Wie
in Beispiel von
Bei
dem dargestellten Beispiel besitzen die Kohlenstofffäden einen
Titer von 200 tex und umfassen 200 Fasern pro Faden. Jedes Band
(
Bei
dem Beispiel von
Die
Bänder
(
Angesichts
dessen, dass der spezifische Widerstand von Nickel etwa hundertmal
kleiner als der von Kohlenstoff ist, ist der längs der Versorgungsfäden eines
Bandes (
Dieser letztgenannte Spannungsabfall ist es, der die Erwärmung der Kupferfäden und die gewünschte Energieabfuhr bewirkt.This The latter voltage drop is the heating of the copper threads and the desired one Energy removal causes.
Die
für den
Rest des Gewebes verwendeten Fäden
(
Die oben angegebenen Werte und Werkstoffe dienen lediglich als Beispiel, die Erfindung deckt, natürlich zahlreiche Ausführungsvarianten, die sich davon entfernen.The The above values and materials are for example only, the invention covers, of course numerous variants, who move away from it.
Die
Verwebung der Metallfäden
(
Diese
große
Kontaktfläche
lässt den
Durchgang eines relativ hohen Stroms zu, wie er bei Niederspannungsversorgungen
vom Typ
In
Wenn
die erfindungsgemäße Textilie
beispielsweise als obere Bedeckung eines Gebäudes verwendet wird und dazu
bestimmt ist, eine kontrollierte Schneeschmelze zu gewährleisten,
bevorzugt man den Wärmefluss
zur Oberseite des Gewebes hin. In diesem Fall besitzt die auf der
Oberseite des Gewebes gelegene Beschichtungsschicht (
Ferner kann die verwendete Beschichtung so beschaffen sein, dass ihre Wärmeleiteigenschaften sich auch auf der Fläche einer Gewebeseite selbst ändern. Indem man auf diese Weise diese Wärmeleitfähigkeit moduliert, kann man den Wärmestrom, der zwischen den die Kohlenstofffäden umfassenden Zonen und den zwischen diesen Bändern von Kohlenstofffäden gelegenen Räumen abgegeben wird, vereinheitlichen.Further For example, the coating used may be such that its thermal conduction properties also on the surface to change a fabric side itself. By modulating this thermal conductivity, one can the heat flow, between the zones comprising the carbon filaments and the between these bands of Carbon fibers located rooms is made unify.
Ein
anderes Merkmal der Erfindung betrifft die Einfachheit, mit der
das erfindungsgemäße Gewebe
mit der Stromversorgung verbunden werden kann. Die
So
besitzt das Gewebe (
Dann
nimmt man einen kleinen Schnitt (
Dann übt der Techniker
einen Zug auf die durch die Schnitte (
Natürlich wählt der
Techniker entsprechend der Konfiguration des Gewebes und der Versorgungsspannung
die Bänder
(
So können verschiedene Versorgungskonfigurationen verwendet werden.So can different supply configurations are used.
So
kann, wie in
In
der anderen Konfiguration, die in
Infolgedessen
ist die pro Flächeneinheit
abgegebene Wärme
gleich einem Viertel derjenigen, die in dem Fall der Konfiguration
der Versorgungsquelle (
Demselben
Gedankengang folgt die Konfiguration der in
Das
Verdrahtungsschema der verschiedenen Metallbänder (
Diese Verdrahtung kann auch im Inneren des Gewebes selbst veränderlich sein, um die Energieabfuhr in manchen besondern Zonen zu konzentrieren.These Wiring can also be changeable inside the fabric itself to concentrate energy dissipation in some particular zones.
Auf
dieselbe Weise kann diese Verdrahtung in Abhängigkeit von der Nennspannung
der verwendeten Quellen (
So kann beispielsweise bei einer abzugebenden Leistung von etwa 100 Watt pro Quadratmeter eine Versorgungsspannung von 12 Volt ausreichend sein. Dabei handelt es sich um Anwendungen, die eine leichte Erwärmung des Gewebes zur Entfernung der Kondensation gestatten, die auf diesem auftritt, wenn es zur Bindung von Zelldächern oder anderen entsprechenden Konstruktionen verwendet wird.For example, with a power output of about 100 watts per square meter, a supply voltage of 12 volts may be sufficient. These are applications which allow for a slight warming of the tissue to remove the condensation that occurs thereon when used to bond to cell roofs or other equivalent constructions.
Bei einem Verdrahtungsschema vervierfacht eine Versorgung mit 24 Volt die pro Flächeneinheit abgegebene Leistung. So kann das Gewebe mit einer Abgabe von 400 Watt pro Quadratmeter zur Bildung von Dächern oder höheren Abdeckungen verwendet werden, die Schnee tragen können. In diesem Fall gestattet die Beheizung ein leichtes Schmelzen des Schnees. Dieses Schmelzen findet kontrolliert statt, so dass man bei der Schneeschmelze Wasseransammlungen vermeidet, und zwar dank einer Steuerung der Zonen, in denen der Schnee als erstes schmilzt.at a wiring scheme quadruples a 24 volt supply the delivered per unit area Power. So can the fabric with a output of 400 watts per square meter for the formation of roofs or higher Covers are used that can carry snow. In In this case, the heating allows a slight melting of the snow. This melting takes place in a controlled manner, so that at the Snow melt avoids water retention thanks to a control system the zones where the snow melts first.
Wenn dasselbe Konfigurationsschema mit einer Versorgungsquelle von 48 Volt verwendet wird, was also einer Abgabe von 1600 Watt pro Quadratmeter entspricht, kann das Gewebe zu Heizzwecken verwendet werden, beispielsweise zur Bildung von Heizwänden oder -decken.If the same configuration scheme with a 48 supply source Volt is used, which means a supply of 1600 watts per square meter corresponds, the fabric can be used for heating purposes, for example for the formation of heating walls or ceilings.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass das erfindungsgemäße Gewebe zahlreiche Vorteile besitzt, und zwar insbesondere:
- – die Möglichkeit, absolut sicher mit Niederspannungsversorgungen vom Typ 12 bis 48 Volt gespeist zu werden;
- – eine sehr hohe Modularität aufgrund seiner Matrixstruktur, die es gestattet, die gewünschten Eigenschaften unabhängig von der Form der Gewebezuschnitte zu erhalten;
- – einfache Herstellung der Verbindungen mit den elektrischen Versorgungsquellen.
- - the possibility to be supplied absolutely safely with 12 to 48 volt low voltage power supplies;
- A very high modularity due to its matrix structure, which makes it possible to obtain the desired properties independently of the shape of the tissue blanks;
- - Easy production of connections to the electrical supply sources.
Industrielle AnwendungenIndustrial applications
Das erfindungsgemäße Gewebe besitzt dank einerseits seiner Matrixstruktur und andererseits seiner sehr einfachen Anschließbarkeit zahlreiche Anwendungen.The fabric according to the invention thanks to its matrix structure and its own very easy connectivity numerous applications.
So kann dieses Gewebe für zahlreiche Heizanwendungen in Gebäudeaußenwänden sowie in Innenwänden wie Trennwänden oder anderen verwendet werden. Es kann auch zu Heizzwecken in allen Arten von Artikeln verwendet werden, die mit einer Textilie verkleidet sein können. Beispielsweise kann es sich um im Wohnbereich verwendeten Zubehörteilen wie Vorhängen handeln.So can this tissue for numerous heating applications in building exterior walls as well as interior walls such as partitions or others. It can also be used for heating purposes in all kinds used by articles that are covered with a textile could be. For example, it can be used in the living area accessories like curtains act.
Dank seiner hervorragenden elektrischen Eigenschaften kann dieses Gewebe auch zu antistatischen Zwecken insbesondere in Bereichen verwendet werden, in denen es erforderlich ist, Staub abzuziehen, wie im Bergbau, in Auto- oder Eisenbahntunnels oder in der elektronischen Industrie.thanks Its excellent electrical properties make this fabric also used for antistatic purposes, especially in areas where it is necessary to remove dust, as in mining, in car or railway tunnels or in the electronic industry.
Es kann auch zur Ausrüstung von Gebäuden verwendet werden, um ihnen Eigenschaften eines Faraday'schen Käfigs zu verleihen.It can also to the equipment used by buildings to give them the characteristics of a Faraday cage.
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