EP0783829A1 - Elektrisches wärmeelement sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Elektrisches wärmeelement sowie verfahren zu dessen herstellung

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EP0783829A1
EP0783829A1 EP95927738A EP95927738A EP0783829A1 EP 0783829 A1 EP0783829 A1 EP 0783829A1 EP 95927738 A EP95927738 A EP 95927738A EP 95927738 A EP95927738 A EP 95927738A EP 0783829 A1 EP0783829 A1 EP 0783829A1
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EP
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heating
electrical
wire
element according
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Anton Putz
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A U A Putz & Co KG GmbH
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    • H05B2203/026—Heaters specially adapted for floor heating

Definitions

  • the invention relates to an electrical heating element, in particular in the form of a band-shaped, web-shaped or mat-shaped electrical heating element, with an electrical line arrangement provided therein, and an associated method for its production.
  • Heating mats Large-scale electrical heating systems using heating mats have become known, for example, from the magazine "Elektrizticiansverêt", vol. 52 (1977), No. 3.
  • This known heating mat comprises a resistance conductor with a plurality of wires, over which an insulating sleeve with a permanent heat resistance is attached There is a jacket made of heat-stabilizing PVC. These heating circuits are covered with a film made of thermoplastic plastic using the vacuum deep-drawing process. This fixes the heating conductors at the required intervals.
  • Heating mats with one- or two-sided PTC thermistor connections are provided. Such heating mats can be used, for example, as underfloor or open space heating.
  • the proportion and distribution of the graphite determine the electrical resistance. It increases with increasing temperature, ie the tape has a positive temperature k coefficient (PTC). For this reason, the heating tape uses its temperature-dependent resistance at every point in the pipeline (regardless of the position of the sensor of the thermostat) to adjust its heating output according to the local conditions.
  • PTC positive temperature k coefficient
  • the object of the present invention is to provide an electrical heating or heating element and a method for the production thereof, which can in principle be made flat in different size dimensions and which is also easy to manufacture in terms of production technology.
  • the heating element should have favorable electrical properties for use as a heating and heating element.
  • the at least one wire used is in the form of a knitted fabric.
  • the type and shape of this knitted fabric can be chosen completely differently. It can be manufactured, for example, on weaving, braiding or Raschel machines. Completely different types of weave of the stitches are also possible.
  • the mesh-shaped electrical wire conductor which is not provided with an insulating sheath (so that the meshes can form a variety of electrical contacts with one another), is incorporated in a shrinkable bandage or composite.
  • This additionally provided shrinkable composite material ensures that the individual wires, ie the individual wire meshes, are pressed against one another by the shrinkage provided according to the invention. This ensures a specific, comprehensive contracting of the individual wire-shaped meshes with one another, so that a largely regular current flow through this knitted fabric can be ensured (in the case of an irregular wire arrangement, the wire could otherwise be annealed or burned off at different points due to excessive current strengths, whereas in other places the wire in the form of a mesh may hardly be warms because the resistance at the various points is otherwise irregular.
  • a textile shrinkable thread is used as the mesh-shaped composite material.
  • the heating or heating element according to the invention thus consists of a knitted fabric in which at least one electrical wire conductor, at least one textile shrinkable thread has been knitted, woven, interwoven, etc. to form a common composite knitted fabric.
  • Appropriate material-dependent heating of the composite material results in the desired shrinkage of the flat, prefabricated heating or heating element in the form of a knitted fabric by about 20%. caused, whereby at the same time a solidification of the tape is achieved compared to the starting knitwear.
  • the individual meshes formed from the at least one electrical wire are now held in a desired connection to one another, in which the individual mesh loops of the wire have multiple contact with an adjacent wire loop.
  • the desired ohmic resistance value can be set comparatively easily differently in the electrical heating element according to the invention.
  • the electrical heating element produced in the form of a knitted strip can have an ohmic value of 19 ⁇ / m in the raw state. Depending on the tension (elongation), this value can vary in width and length. tion can be changed according to the desired requirements.
  • the ohmic value of the strip can then be set to a value of 1, for example, with the setting of a certain pressure and tension (in the transverse and / or longitudinal direction) and depending on the length of time in the heating furnace ⁇ / m to 50 ⁇ / m can be set.
  • the corresponding resistance value (Oh value) is stable and can no longer be changed (unless the heating element is subjected to high mechanical stress, for example kinking, etc.).
  • the heating or heating element according to the invention is characterized by another completely surprising effect.
  • an electrical ash-shaped heating element has a resistance value of 2.4 ⁇ / m and thus, for example, a two meter long band is divided into two sections each one meter long in the longitudinal direction, the resistance value increases to, for example, 3.7 ⁇ / m in each band.
  • the resistance value does not increase linearly with increasing band length. If a one-meter-long electrical heating element according to the invention has a resistance value of 2.5 ⁇ , for example, a 20-meter-long electrical heating element (with the same construction as in the first case) has a resistance value of only 30 ⁇ . One would expect a 20-meter long tape to have a resistance value that is 20 times as large, namely 50 ⁇ .
  • the heating elements according to the invention can be designed to be comparatively large and, above all, comparatively long in order to still achieve optimal heating outputs since the resistance value does not increase linearly!
  • the electrical heating or heating element according to the invention can be operated with both high and low voltage, it being possible to work with direct or alternating current voltage.
  • Figure 1 a schematic representation of the detail
  • FIG. 2 a schematic representation of the band-shaped electrical heating element in the raw state
  • FIG. 3 a schematic representation of the electrical band-shaped heating element after the shrinking process
  • Figure 4 is a schematic cross-sectional view through the finished electrical tape-shaped heating element including a protective covering surrounding the tape.
  • a textile thread 3 made of polyimide with a thread diameter of N 16/1 and an electrical line wire 5, ie in the exemplary embodiment shown a thin resistance wire with a diameter of 0.12 mm, consisting of a copper-nickel alloy with an ohmic value of 35.37 ⁇ / m.
  • the knitting weave on both sides is shown schematically with reference to FIG. 1, namely with the so-called first and second rows A and B.
  • the needles 4 are used to knit the textile thread 3 and the conductor wire 5 in parallel and continuously.
  • row A the so-called "catch 6" is knitted on the rear needles 4 and the so-called “stitches 8" are knitted on the front needles.
  • a continuous knitted fabric in the described "Fang” knit weave creates the so-called “sticks” and thus the ribbed structure of the heating tape.
  • the knitted band-shaped resistance element produced on the basis of the data at the end of the table, it then comprises 305 meters of resistance wire and 305 meters of textile thread, in the present case polyimide thread, over one meter of strip length.
  • the tape coming from the knitting machine has a width of e.g. 7.5 cm. In its raw state, it has an ohmic value of 19 ⁇ / m.
  • the corresponding band-shaped electrical heating or heating element is fed batchwise or continuously through a heating or shrinking furnace, which in the The embodiment shown is heated to a temperature value depending on the textile thread used, so that the textile thread can shrink.
  • Aus ⁇ a shrink temperature of 330 * C is selected.
  • the band-shaped heating element can be held in the longitudinal and / or transverse direction by suitable measures and can be subjected to tension, so that corresponding tensile forces in the longitudinal and / or transverse direction are introduced onto the band-shaped electrical heating element .
  • a different resistance value of the finished band-shaped electrical heating element depending on this can be set.
  • the final resistance value also depends on the total time of the shrinking process, i.e. the length of time in the heating furnace.
  • the electrical band-shaped heating element which in the raw state has a width of, for example, 7.5 cm, has shrunk to a width of 5.5 cm.
  • the shrunk band-shaped heating or heating element has a certain stiffness, but it can nevertheless still bent, especially wound up into rolls.
  • the wires in the form of meshes are pressed against one another in such a way that there is multiple contact between the individual wire meshes and adjacent wire meshes. Due to the shrinkage forces the wire meshes (which cannot shrink compared to the textile thread) are held in a desired predefined contact position with one another. This ensures that the contact of the wires follows a certain scheme and system in order to ensure a comparatively regular current flow through the entire bandwidth in the current direction. This also prevents the wire from cooling or burning off at other points, or from the wire being scarcely warmed up at other points, in an irregular wire arrangement with irregular contacts and wires among one another , since the individual stitches may not be in contact with each other.
  • the shrunk heating or heating element in the exemplary embodiment shown with a width of, for example, 5.5 cm (compared to a width of probably 7.5 cm before shrinking) can be produced in any length and wound up into rolls . On site, it can be cut to any length by cutting.
  • the band can also be welded into a protective sheath shown in FIG. 4, for example made of PFT plastic material 9 (in FIG. 4, the longitudinal ends of the narrow plastic web at 11 are superimposed and in the longitudinal direction of the band-shaped electrical material) Heating element welded together).
  • This plastic sheathing also provides insulation protection, for applications in which a non-conductive insulating sheathing is required. The welding with the insulating sheathing is preferably carried out before winding the band-shaped heating and heating element to the final, ready-for-sale
  • a band-shaped resistance element which, after the shrinking process, has the data shown in the table, that is to say in particular has a resistance value of 2.4 ⁇ / m.
  • a one-meter-long band-shaped heating element in accordance with the manufacturing data shown in the table has, for example, a resistance value of 2.5 ⁇ .
  • a twenty-meter-long resistance element produced under the same conditions does not have an overall resistance value of 50 ⁇ , but only about 30 ⁇ .
  • the heating or heating element can be operated with both raw and low voltage and thus heated. Direct or alternating voltage can be applied.
  • the exemplary embodiment has been described for the case of a band-shaped resistance element.
  • film-like, in particular mat-like, heating elements can be produced in the same large area.
  • a heating and heating element comprising several layers, that is to say a plurality of mesh layers in the thickness direction, can also be produced and used.
  • band-shaped electrical heating element has a mechanical separation or insulation in its central region (that is to say the electrical wires are possibly interrupted here), the electrically formed ones not being connected Band halves are bridged at one of their ends by means of an electrical bridging so that the electrical connection can be made at the opposite end of the bridging.
  • the positive pole is then connected to the one half of the strip and the negative pole, for example, to the so-called “cold spots” adjacent to one another on the other half of the strip.
  • the electrical heating or heating element in particular the band, web or mat-shaped or similarly formed electrical heating or heating element, which consists of a knitted fabric, is on the one hand using one or more wires and on the other hand using one or more Textile threads (3) formed, as can be seen from the above-mentioned embodiments.
  • the heating or heating element according to the invention is characterized in that the textile thread (3) or the textile threads (3) consists or consist of a shrinkable material, and that the heating or heating element by shrinking the electrical resistance wire (5 ) or the electrical resistance wires (5) and the knitted fabric or the textile threads (3).
  • stitch knitted e.g. manufactured on knitting, weaving, electrical braiding or Raschel heating element machines in the raw state
  • Any number of 39 stitches e.g. more than
  • Tractive force across any, as long as desired, as long as the final state is non-destructive, non-destructive

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Description

Elektrisches Wärmeelement sowie Verfahren zu dessen Her¬ stellung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Wärmeelement, insbesondere in Form eines band-, bahn- oder mattenförmi- gen elektrischen Wärmeelementes, mit darin vorgesehener elektrischer Leitungsanordnung sowie ein zugehöriges Ver¬ fahren zu dessen Herstellung.
Elektrische Großflächenheizungen unter Verwendung von Heizmatten sind beispielsweise aus der Zeitschrift „Elektrizitätsverwertung", Jg. 52 (1977), Nr. 3, bekannt geworden. Diese bekannte Heizmatte umfaßt einen Wider- Standsleiter mit mehreren Drähten, worüber eine Isolier¬ hülle mit einer Dauerwärmebeständigkeit angebracht ist. Darüber liegt ein Mantel aus wärmestabilisierendem PVC. Diese Heizkreise werden im Vakuum-Tiefziehverfahren mit einer Folie aus thermoplastischem Kunststoff überzogen. Dadurch sind die Heizleiter in den erforderlichen Abstän¬ den fixiert. Es werden Heizmatten mit ein- oder zweiseiti¬ gen Kaltleiteranschlüssen vorgesehen. Derartige Heizmatten können beispielsweise als Fußboden¬ oder Freiflächenheizung eingesetzt werden.
Eine Begleitheizung von Prozeßrohrleitungen mit selbst- regelnden Heizbände4rn ist beispielsweise auch aus der Zeitschrift „3R international", Jg. 24, Heft 7, Juli 1985 bekannt geworden. Es handelt sich dabei um ein sogenanntes selbstregelndes Heizband, welches aus einem halbleitendem Kunststoffband besteht, in das zwei parallel geführte Kupferlitzen im Abstand von 5 bis 15 mm eingelegt sind. Der halbleitende Kunststoff ist durch ein Polyolefin oder durch ein Fluorpolymer elektrisch isoliert. Je nach Ein¬ satzbereich ist das Heizband zusätzlich mit einem metal¬ lischen Schutzgeflecht und/oder einem zusätzlichem Kunst- stoffmantel versehen. Das halbleitende Kunststoffband bil¬ det das Heizelement. Es besteht aus einem graphitgefüll¬ ten, strahlungsvernetzten Polyolefin, Fluorpolymer oder ähnlichem Werkstoff. Anteil und Verteilung des Graphits bestimmen den elektrischen Widerstand. Er steigt mit zu- nehmender Temperatur stark an, d.h. das Band hat einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) . Daher regelt das Heizband über seinen temperaturabhängigen Widerstand an jeder Stelle der Rohrleitung (unabhängig von der Lage des Fühlers des Thermostaten) seine abgegebene Heizleistung entsprechend den örtlichen Gegebenheiten nach.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein elektrisches Wärme- oder Heizelement sowie ein Verfahren zu dessen Her¬ stellung zu schaffen, welches vom Prinzip her in unter- schiedlichen Größenabmessungen flächig gestaltet werden kann, und welches dabei auch produktionstechnisch einfach herstellbar ist. Das Wärmeelement soll dabei günstige elektrische Eigenschaften zur Verwendung als Wärme- und Aufheizelement aufweisen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Heiz- oder Wärmeelementes entsprechend den im Anspruch 1 und bezüg¬ lich des Verfahrens zu seiner Herstellung entsprechend den im Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Wärme- oder Heiz¬ element wird ein völlig neuartiger Weg beschritten.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Wärme- oder Heiz¬ element liegt nämlich der zumindest eine verwendete Draht in Form einer Maschenware vor. Art und Form dieser Masch¬ enware kann völlig unterschiedlich gewählt werden. Es ist eine Herstellung beispielsweise auf Web-, Flecht- oder Raschelmaschinen möglich. Ebenso sind völlig unterschied¬ liche Bindungsarten der Maschen möglich.
Erfindungsgemäß ist aber ferner vorgesehen, daß der ma- schenförmige elektrische Drahtleiter, der mit keiner iso- lierenden Umhüllung versehen ist (damit die Maschen einen vielfältigen elektrischen Kontakt miteinander bilden kön¬ nen) , in einem schrumpffähigen Verband bzw. Verbund einge¬ arbeitet sind.
Dieses zusätzlich vorgesehene schrumpfför ige Verbundmate¬ rial gewährleistet, daß durch die erfindungsgemäß vorgese¬ hene Schrumpfung die einzelnen Drähte, d.h. die einzelnen Maschendrähte aneinandergepreßt werden. Dadurch wird eine bestimmte umfassende Kontraktierung der einzelnen draht- förmigen Maschen miteinander gewährleistet, so daß ein weitgehend regelmäßiger Stromfluß durch diese Maschenware hindurch sichergestellt werden kann (bei unregelmäßiger Drahtanordnung könnte ansonsten an verschiedenen Stellen ein Ausglühen oder Abbrennen des Drahtes aufgrund zu hoher Stromstärken erfolgen, wohingegen an anderen Stellen der maschenförmig vorliegende Draht unter Umständen kaum er- wärmt, da der Widerstand an den verschiedenen Punkten ansonsten unregelmäßig ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als maschenförmiges Verbundmaterial ein textiler schrumpf¬ fähiger Faden verwendet. Das erfindungsgemäße Wärme- oder Heizelement besteht in einer bevorzugten Ausführungsform also aus einer Maschenware, in welcher zumindest ein elek¬ trischer Drahtleiter, zumindest ein textiler schrumpffähi- ger Faden zu einer gemeinsamen Verbund-Maschenware ver¬ strickt, verwebt, verflechtet etc. wurde.
Durch entsprechende materialabhängige Erwärmung des Ver¬ bundmaterials (bei einem textilen schrumpffähigen Faden aus Polyimid auf beispielsweise über 300*, insbesondere 330*C) wird die gewünschte Schrumpfung des flächigen vor¬ gefertigten und in Form einer Maschenware vorliegenden Wärme- oder Heizelement um etwa 20% verursacht, wodurch gleichzeitig eine Verfestigung des Bandes gegenüber der Ausgangs-Maschenware erzielt wird. In diesem geschrumpften Gesamtverband sind nunmehr die einzelnen aus dem zumindest einen elektrischen Draht gebildeten Maschen in einer ge¬ wünschten Verbindung zueinander gehalten, in der die ein¬ zelnen Maschenschlaufen des Drahtes vielfältigen Kontakt zu einer benachbarten Drahtschlaufe aufweisen.
Als besonders überraschend kann jedoch vermerkt werden, daß bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Wärmeelement der gewünschte ohmsche Widerstandswert vergleichsweise problemlos unterschiedlich eingestellt werden kann.
So ist es beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungs¬ form der Erfindung möglich, daß das in Form eines ge¬ strickten Bandes hergestellte elektrische Wärmeelement im Rohzustand einen Ohmwert von 19 Ω/m aufweist. Dieser Wert kann sich je nach Zug (Dehnung) in Breite und Längsrich- tung entsprechend den gewünschten Anforderungen verändert werden. Während des SchrumpfVorganges unter Wärmeeinwir¬ kung (in der Regel in einem Ofen) kann unter Einstellung eines bestimmten Druckes und Zuges (in Quer- und/oder Längsrichtung) sowie in Abhängigkeit der Verweildauer im Erhitzungsofen der Ohmwert des Bandes dann beispielsweise auf einen Wert von 1 Ω/m bis 50 Ω/m eingestellt werden. Nach dem Erhitzen und Schrumpfen des elektrischen Wärme¬ elementes ist dann der entsprechende Widerstandswert (Oh - wert) stabil und kann nicht mehr verändert werden (außer das Wärmeelement wird stark mechanisch beansprucht, bei¬ spielsweise geknickt etc.).
Das erfindungsgemäße Wärme- oder Heizelement zeichnet sich aber durch einen weiteren völlig überraschenden Effekt aus.
Weist beispielsweise ein elektrisches aschenförmiges Wärmeelement einen Widerstandswert von 2,4 Ω/m auf und wird damit beispielsweise ein zwei Meter langes Band in zwei jeweils einen Meter lange Teilstücke in Längsrichtung geteilt, so erhöht sich der Widerstandswert auf beispiels¬ weise 3,7 Ω/m in jedem Band.
Weiterhin ist überraschend, daß sich mit zunehmender Band¬ länge der Widerstandswert (Ohmwert) nicht linear erhöht. Weist ein ein Meter langes erfindungsgemäßes elektrisches Wärmeelement beispielsweise einen Widerstandswert von 2,5 Ω auf, so ergibt demgegenüber ein zwanzig Meter langes elektrisches Wärmeelement (bei ansonsten gleichem Aufbau wie im erstgenannten Fall) einen Widerstandswert von le¬ diglich 30 Ω. Erwarten würde man bei einem zwanzig Meter langem Band einen zwanzigmal so großen Widerstandswert, nämlich 50 Ω.
Gerade der zuletzt genannte Effekt bietet den wesentlichen Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Wärmeelemente ver¬ gleichsweise großflächig und vor allem vergleichsweise lang gestaltet sein können, um dabei immer noch optimale Heizleistungen zu erzielen, da der Widerstandswert nicht linear ansteigt!
Das erfindungsgemäße elektrische Wärme- oder Heizelement kann sowohl mit Hoch- wie auch Niederspannung betrieben werden, wobei mit Gleich- oder Wechselstromspannung ge- arbeitet werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen im einzelnen erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:
Figur 1 : eine schematische Detaildarstellung des
Maschenverlaufs eines erfindungsgemäßen elektrischen Wärmebandes;
Figur 2 : eine schematische Darstellung des bandför¬ migen elektrischen Wärmeelementes im Roh¬ zustand;
Figur 3 : eine schematische Darstellung des elek- trischen bandförmigen Wärmeelementes nach dem Schrumpfungsvorgang; und
Figur 4 : eine schematische Querschnittsdarstellung durch das fertige elektrische bandförmige Wärmeelement einschließlich einer das Band umgebenden Schutzumhüllung.
Das anhand der Zeichnungen erläuterte elektrische bandför¬ mige Wärmeelement 1 wird beispielsweise auf einer Strick- maschine mit einer Teilung 8 (ne 8 = 8 Nadel auf 1 engl. Zoll) in der Strickverbindung beidseitiger Fang gestrickt. Dabei wird ein textiler Faden 3 aus Polyimid mit einem Fa¬ dendurchmesser von N 16/1 und einem elektrischen Lei¬ tungsdraht 5, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel einem dünnen Widerstandsdraht mit 0,12 mm Durchmesser bestehend aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einem Ohmwert von 35,37 Ω/m gestrickt.
Die Strickbindung beidseitiger Fang ist schematisch anhand von Figur 1 dargestellt, und zwar anhand der sogenannten ersten und zweiten Reihe A bzw. B. Über die Nadeln 4 wird jeweils der textile Faden 3 und der Leiterdraht 5 parallel und fortlaufend verstrickt. In der Reihe A werden auf den hinteren Nadeln 4 der sogenannte „Fang 6" und auf den vor¬ deren Nadeln die sogenannten „Maschen 8" gestrickt.
In der zweiten Reihe B werden auf den hinteren Nadeln 4 wiederum die „Maschen 8" und auf den vorderen Nadeln 4 der „Fang 6" gestrickt.
Durch ein fortlaufendes Gestrick in der beschriebenen Strickbindung „Fang" entstehen die sogenannten „Stäbchen" und dadurch die gerippte Struktur des Heizbandes.
Gemäß dem anhand der am Ende beigefügten Tabelle ersicht- liehen Daten hergestellten gestrickten bandförmigen Wider¬ standselement umfaßt danach auf einem Meter Bandlänge 305 Meter Widestandsdraht und 305 Meter Textilienfaden, im vorliegenden Fall Polyimid-Faden.
Das von der Strickmaschine kommende Band hat eine Breite von z.B. 7,5 cm. Es weist im Rohzustand einen Ohmwert von 19 Ω/m auf.
Das entsprechende bandförmige elektrische Heiz- oder Wär- meelement wird chargenweise oder kontinuierlich durch einen Erhitzungs- oder Schrumpfungsofen geführt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel in Abhängkeit des verwende¬ ten Textilienfadens auf einen Temperaturwert erhitzt wird, damit der textile Faden schrumpfen kann. Im gezeigten Aus¬ führungsbeispiel wird eine Schrumpftemperatur von 330*C gewählt.
Während des Schrumpfungsvorganges im Erhitzungs- oder Schrumpfungsofen kann das bandförmige Wärmeelement durch geeignete Maßnahmen in Längs- und/oder Querrichtung ge- halten und auf Zug beansprucht werden, um also entspre¬ chende Zugkräfte in Längs- und/oder Querrichtung auf das bandförmige elektrische Wärmeelement einzuleiten. In Ab¬ hängigkeit dieser unterschiedlichen Zugkräfte kann ein davon abhängiger unterschiedlicher Widerstandswert des fertigen bandförmigen elektrischen Wärmeelementes einge¬ stellt werden. Der endgültige Widerstandswert hängt zudem auch von der Gesamtzeit des Schrumpfungsvorganges, also der Verweildauer im Erhitzungsofen ab.
Durch den Schrumpfungsvorgang ist das im Rohzustand eine Breite von beispielsweise 7,5 cm aufweisende elektrische bandförmige Wärmeelement auf eine Breite von 5,5 cm ge¬ schrumpft.
Während das Wärmeelement im Rohzustand in Abhängigkeit von den verwendeten Stärken des Widerstandsdrahtes und des textilen Fadens vergleichsweise weich ist (ähnlich wie andere textile Gewebe auch) , weist demgegenüber das ge¬ schrumpfte bandförmige Wärme- oder Heizelement eine gewis- se Steifigkeit auf, es kann aber gleichwohl noch gebogen, insbesondere zu Rollen aufgewickelt werden.
Durch den Schrumpfungsvorgang werden die maschenförmig vorliegenden Drähte so aneinander gepreßt, daß ein Viel- fachkontakt zwischen den einzelnen Drahtmaschen zu benach¬ barten Drahtmaschen besteht. Durch die Schrumpfungskräfte werden die Drahtmaschen (die ja gegenüber dem textilen Faden nicht schrumpfen können) in einer gewünschten vor¬ definierten Kontaktlage zueinander gehalten. Dadurch ist gewährleistet, daß die Berührung der Drähte einem Gewissen Schema und System folgen, um einen vergleichsweise regel¬ mäßigen Stromdurchfluß durch die gesamte Bandbreite hin¬ durch in Stromrichtung zu gewährleisten. Dadurch wird auch vermieden, daß ansonsten bei einer unregelmäßigen Draht¬ anordnung mit unregelmäßigen Kontakten und Drähte unter- einander unter Umständen aufgrund zu großer Stromstärken an einzelnen Stellen ein Auskühlen oder Abbrennen des Drahtes erfolgen kann, bzw. daß an anderen Stellen der Draht sich kaum erwärmt, da die einzelnen Maschen unter Umständen keinen Kontakt zueinander haben.
Je nach Einsatzfall kann das geschrumpfte im gezeigten Ausführungsbeispiel bandförmige Wärme- oder Heizelement mit einer Breite von beispielsweise 5,5 cm (gegenüber einer Breite von wahrscheinlich 7,5 cm vor dem Verschrump- fen) in beliebiger Länge hergestellt und zu Rollen aufge¬ wickelt werden. Vorort kann es durch Schneiden in beliebi¬ ger Länge abgelängt werden. Bei Bedarf kann das Band fer¬ ner noch in eine in Figur 4 gezeigte SchutzUmhüllung bei¬ spielsweise aus PFT-Kunststoffmaterial 9 eingeschweißt werden (in Figur 4 sind die in Längsrichtung verlaufenden Enden der schmalen Kunststoffbahn bei 11 übereinanderge- legt und in Längsrichtung des bandförmigen elektrischen Heizelementes miteinander verschweißt) . Diese Kunststoff¬ umhüllung bietet gleichzeitig einen Isolierschutz, für Einsatzfälle, in denen eine nichtleitende Isolierumhüllung gefordert ist. Das Einschweißen mit der Isolierumhüllung erfolgt bevorzugt vor dem Aufwickeln des bandförmigen Wärme- und Heizelementes zu den endgültigen verkaufsfertigen
Ballen.
Wie aus der weiteren am Ende wiedergegebenen Tabelle er- sichtlich ist, können durch entsprechende Wahl der Materi¬ aldichte, Querschnittsbereiche und Zusammensetzung des elektrischen Widerstandsdrahtes sowie des textilen Fadens, der verwandten Maschenart und -dichte, also insbesondere unter Verwendung der unterschiedlichen Strickbindungen und im Hinblick auf die unterschiedlich einstellbaren- Zugkräf¬ te in Quer- und Längsrichtung des bandförmigen Wider¬ standselementes vor und während dem Schrumpfvorgang unter¬ schiedliche Widerstandswerte eingestellt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein bandförmiges Widerstandselement beschrieben, welches nach dem Schrump¬ fungsvorgang die aus der Tabelle ersichtlichen Daten auf¬ weist, also insbesondere einen Widerstandswert von 2,4 Ω/m aufweist.
Wird ein derartiges eine Breite von 5,5 cm aufweisendes Band in Längsrichtung in zwei gleichlange bandförmige Wärmeelemente mit einer Breite von jeweils nur 2,75 cm getrennt, so erhöht sich in überraschender Weise der Wi¬ derstandswert jedes Bandes auf 3,7 Ω/m.
Noch überraschender ist jedoch, daß sich mit zunehmender Bandlänge der Widerstandswert nicht linear erhöht. Ein ein Meter langes bandförmiges Wärmeelement entsprechend den aus der Tabelle ersichtlichen Herstellungsdaten weist beispielsweise einen Widerstandswert von 2,5 Ω auf. Ein unter den gleichen Bedingungen hergestelltes zwanzig Meter langes Widerstandselement weist demgegenüber aber nicht insgesamt einen Widerstandswert von 50 Ω, sondern ledig¬ lich von ca. 30 Ω auf.
Nur zu Testzwecken wurde beispielsweise versucht bei einem derartig hergestellten bandförmigen Wärmeelement nachträg- lieh das textile Material wieder zu entfernen (durch Ab¬ trennen) . Dadurch ergab sich, daß der Widerstandswert des Bandes, welches im fertigen Zustand vor dem Entfernen des textilen Materials noch einen Widerstandsweru von 2,4 Ω/m aufgewiesen hatte, plötzlich einen Widerstandswert von 45 Ω/m hat. Daraus ist ersichtlich, daß das schrumpfförmige textile ebenfalls in Maschenform vorliegende Material entscheidenden Einfluß auf den aktuellen Widerstand des maschenförmigen Drahtes hat.
Daß Wärme- bzw. Heizelement kann im Einsatz sowohl mit Roh- wie der Niederspannung betrieben und damit erwärmt werden. Dabei kann Gleich- oder Wechselspannung angelegt werden.
Das Ausführungsbeispiel ist für den Fall eines bandförmi- gen Widerstandselementes beschrieben worden. Es können aber genauso großflächige folienartige, insbesondere mat¬ tenartige Wärmeelemente hergestellt werden. Eine Begren¬ zung der Größe in Längs- oder Querrichtung ist nicht gege¬ ben.
Unter Umständen kann auch eine mehrere Lagen, also mehrere Maschenlagen in Dickenrichtung umfassendes Heiz- und Wär¬ meelement hergestellt und verwendet werden.
Schließlich ist auch eine Ausführungsform denkbar, in wel¬ cher das bandförmige elektrische Wärmeelement in seinem mittleren Bereich eine mechanische Trennung oder eine Iso¬ lierung aufweist (also hier gegebenenfalls die elektri¬ schen Drähte unterbrochen sind) , wobei die so gebildeten elektrisch nicht in Verbindung stehenden Bandhälften an einem ihrer Enden mittels einer elektrischen Überbrückung so überbrückt sind, daß am gegenüberliegende Ende der Überbrückung der elektrische Anschluß erfolgen kann. An der einen Bandhälfte wird dann der positive und an der an- deren Bandhälfte beispielsweise der negative Pol an den dort nebeneinanderliegenden sogenannten „Kaltstellen" an¬ geschlossen. Das elektrische Wärme- oder Heizelement, insbesondere das band-, bahn- oder mattenförmige oder ähnlich gebildete elektrische Wärme- oder Heizelement, welches aus einer Ma¬ schenware besteht, ist zum einen unter Verwendung eines oder mehrerer Drähte und zum anderen unter Verwendung eines oder mehrerer Textilfäden (3) gebildet, wie aus den oben genannten Ausführungsbeispielen hervorgeht. Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße Wärme- oder Heizelement dadurch aus, daß der Textilfaden (3) oder die Textilfäden (3) aus einem schrumpffähigen Material besteht bzw. beste¬ hen, und daß das Wärme- oder Heizelement durch Schrumpfung der den elektrischen Widerstandsdraht (5) oder die elek¬ trischen Widerstandsdrähte (5) und den oder die Textilfä¬ den (3) umfassenden Maschenware hergestellt ist.
Tabelle
Ausführungs- mögliche Bereiche
Beispiel
Durchmesser 0,12 mm beliebig, soweit verar¬ beitbar z.B. 0,01 -1 mm
Maschendraht (... 0,02-0,5 mm)
Material Cu-Ni-Legierung unterschiedlich (auch andere Widerstands¬ drähte sind verwend¬ bar)
Eigenschaft 35,36 Ω/m materialabhängig unterschiedlich
Durchmesser Nm 16/1 beliebig, solange ver¬ arbeitbar textiler Faden
Material Polyimid allg. schrumpffähig
Eigenschaft schrumpffähig bei materialabhängig
T _> 330*C beliebig
Bandbreite 7,5 cm beliebig
Maschenart gestrickt beliebig (z.B. herge¬ stellt auf Strick-, Web-, elektrisches Flecht- oder Raschel¬ Wärmeelement maschinen im Rohzustand
Strickbindung beidseitiger Fang beliebig
Teilung der 8 (Nm 8 = 8 beliebig
Strickmaschine Nadeln auf 1 engl. Zoll
Materialdichte 305 m Draht/m beliebig
305 m Polyimid- faden/m Tabelle
Ausführungs- mögliche Bereiche
Beispiel
Anzahl der 39 Maschen beliebig, z.B. mehr als
Maschenreihen auf 10 cm 2 und weniger als 100 elektrisches Maschen auf 10 cm Wärmeelement
Anzahl der Stäb¬ 5 beliebig, z.B. mehr als im Rohzustand chen 2 und weniger als 100 Stäbchen
Widerstandswert 19 Ω/m beliebig
geschrumpft bei 330* materialabhängig belie¬ elektrisches Schrumpftempe¬ big
Wärmeelement ratur im geschrumpf¬
Zugkraft quer beliebig, solange beliebig, solange zer¬ ten Endzustand zerstörungsfrei störungsfrei
Zugkraft längs beliebig, solange beliebig, solange zer¬ zerstörungsfrei störungsfrei
Verweildauer im ca. 5 sek. wählbar
Schrumpfofen
Bandbreite nach 5,5 cm abhängig vom dem Schrumpfen Schrumpfungsgrad, in der Regel mehr als 10% vorzugsweise mehr als 20% des Ausgangsproduktes
Widerstandswert 2,4 Ω/m in weiten Bereichen von Band mit 1 m beliebig, z.B. 0,5 Ω/m
Länge bis 50 Ω/m Tabelle
Ausführungsbei¬ mögliche Bereiche spiel
Widerstandswert 3,7 Ω/m von 1 m langem
Band nach Längs¬ elektrisches teilung in zwei
Wärmeelement Bänder im geschrumpf¬
Widerstandswert 30 Ω ten Endzustand von Band mit
20m Länge
Widerstandswert 45 Ω/m nach teilweisem entfernen des textilen Materials

Claims

Ansprüche:
1. Elektrisches Wärme- oder Heizelement, insbesondere band-, bahn- oder mattenförmiges oder ähnliches elektri¬ sches Wärme- oder Heizelemente, welches eine drahtförmige elektrische Leiteranordnung umfaßt, dadurch gekennzeich- net, daß der Draht (5) der Leiteranordnung maschenformig verläuft und der Draht (5) zur Herstellung von Kontaktie- rungspunkten zwischen den einzelnen Maschen unisoliert ist, und daß neben der maschenförmigen Drahtanordnung zumindest eine weitere Trägerkomponente vorgesehen ist, die die einzelnen Maschen des Drahtes (5) in vordefinier¬ ter eine Mehrfachkontaktgebung zwischen den einzelnen Maschen sicherstellenden Lage hält.
2. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Trägerkomponente aus einem schrumpffähigen Material besteht und im ge¬ schrumpften Zustand die maschenförmigen Drähte (5) in vor¬ definierter Kontaktlage der einzelnen Maschen zueinander hält.
3. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Trägerma- terial aus einem textilen Faden (3) besteht, der mit dem elektrischen Draht (5) gemeinsam unter Bildung einer Ma¬ schenware hergestellt ist.
4. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zumin¬ dest eine elektrische Draht (5) und der zumindest eine textile Faden (3) nach Art einer Strickbindung, einer Web¬ bindung, einer Flechtbindung und/oder einer sogenannten Raschelbindung hergestellt ist.
5. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Strickbindung mit beidseitige Fang gestrickt ist.
6. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro Ma¬ schenreihe mehr als fünf Stäbchen, vorzugsweise mehr als 10 Stäbchen, insbesondere mehr als 20, vorzugsweise 30 Stäbchen pro 10 cm Breite vorgesehen sind.
7. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß pro Ma¬ schenreihe weniger als 300, vorzugsweise weniger als 200, 100 bzw. 80, 60 oder 45 Stäbchen vorgesehen sind.
8. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß pro 10 cm 10 bis 80 Maschenreihen, vorzugsweise 30 bis 60 Maschen- reihen, insbesondere 35 bis 45 Maschenreihen vorgesehen sind.
9. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der textile Faden (3) aus schrumpffähigen Polyimid besteht, welches vorzugsweise ab einer Temperatur von mehr als 300*, ins- besondere um 330*C schrumpfbar ist.
10. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der insbe- sondere aus Polyimid bestehende textile Faden (3) einen Querschnitt von etwa Nm 16/1 aufweist.
11. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der leit- fähige Draht (5) einen Durchmesser von 0,91 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,05 bis 0,04 oder 0,06 bis 0,03, insbesondere um 0,1 bis 0,15 aufweist.
12. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elek¬ trisch leitfähige Draht (5) aus einer Kupfer-Nickel-Legie¬ rung besteht.
13. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wi¬ derstandswert in Stromdurchflußrichtung bei einem längeren elektrischen Wärme- bzw. Heizelement gegenüber einem kür¬ zeren unterproportional ansteigt.
14. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärme- und Heizelementes mit einer X-fachen größeren Länge verglichen mit einem ansonsten gleich hergestellten kürzeren Wärme- oder Hei- zelement einen um den Wert „X * F" ansteigt, wobei der Faktor F Werte unter 0,9 vorzugsweise unter 0,8, unter 0,7, insbesondere unter oder gleich 0,6 aufweist.
15. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Wärme- und Heizelementes, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme¬ oder Heizelement durch Strecken, Weben, Flechten oder durch Herstellung auf einer Raschelmaschine oder der¬ gleichen durch Verarbeiten von einem oder me reren elek¬ trischen Leitungsdrähten und einem oder mehrenen textilen schrumpffähigen Fäden hergestellt wird, wobei Leitungs- drahte ohne SchutzUmhüllung verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme- oder Heizelement auf eine Schrumpftempera¬ tur erwärmt wird, bei welcher die textilen Fäden schrump- fen.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der SchrumpfVorgang so durchgeführt wird, daß eine Schrumpfung in Längs- und/oder Querrichtung von zumindest 10% vorzugsweise zumindest 20% erreicht wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schrumpfungsvorganges auf das Wärme- und Heizelement Zugkräfte in Längs- und/oder Querrichtung zur Einstellung unterschiedlicher Wider¬ standswerte ausgeübt werden.
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