EP0783829B1 - Elektrisches wärmeelement sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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EP0783829B1
EP0783829B1 EP95927738A EP95927738A EP0783829B1 EP 0783829 B1 EP0783829 B1 EP 0783829B1 EP 95927738 A EP95927738 A EP 95927738A EP 95927738 A EP95927738 A EP 95927738A EP 0783829 B1 EP0783829 B1 EP 0783829B1
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thermal element
electric heating
wire
heating
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 or heating element, in particular in the form of a ribbon, web or mat electrical heating or heating element, with provided therein electrical line arrangement and an associated Process for its production.
  • Heating mats Large area electric heaters using Heating mats are, for example, from the magazine "Electricity utilization", Jg. 52 (1977), No. 3.
  • This known heating mat comprises a resistance conductor with several wires, over which an insulating sleeve with permanent heat resistance is appropriate. About that there is a jacket made of heat-stabilizing PVC.
  • This Heating circuits are made using a vacuum deep-drawing process Thermoplastic film covered. Thereby the heating conductors are fixed at the required intervals. There are heating mats with one or two sides PTC thermistor connections provided.
  • Such heating mats can be used, for example, as floor or open space heating can be used.
  • a trace heating of process pipelines with self-regulating Heating tapes is also from, for example Journal "3R international", vol. 24, issue 7, July 1985 known. It is a so-called self-regulating heating tape, which consists of a semiconducting There is a plastic band in which two run in parallel Copper strands are inserted at a distance of 5 to 15 mm. The semiconducting plastic is through a polyolefin or electrically isolated by a fluoropolymer. Depending on the area of application is the heating tape also with a metallic Protective braid and / or an additional plastic jacket Mistake. The semiconducting plastic tape forms the heating element. It consists of a graphite-filled, radiation crosslinked polyolefin, fluoropolymer or similar material.
  • the object of the present invention is an electrical Heating or heating element and a method for its production to create, which in principle in different Size dimensions are designed flat can, and which is also technically simple can be produced.
  • the heating element should be cheap electrical properties for use as heat and Have heating element.
  • the electrical heating or heating element namely lies the at least one wire used in the form of a knitted fabric.
  • Type and shape of this knitted fabric can be chosen completely differently. It is a manufacture for example on weaving, braiding or Rustling machines possible. They are also completely different Types of weave of stitches possible.
  • the mesh electrical wire conductor with no insulating sheath is provided (so that the stitches can form electrical contact) in one shrinkable bandage or composite is incorporated.
  • This additionally provided shrink-shaped composite material ensures that by the intended Shrinkage the individual wires i.e. the single ones Mesh wires are pressed together. This will make one certain extensive contacting of each wire-shaped Meshes guaranteed so that a largely regular current flow through this knitted fabric can be ensured (in the case of irregular Otherwise, wire arrangement could be in different places an annealing or burning of the wire due to excessive Amperages occur, whereas in other places the mesh-like wire may hardly be heated is because the resistance at the various points is otherwise irregular).
  • a textile shrinkable Thread used as a mesh-like composite material.
  • the heat or Heating element is in a preferred embodiment So from a knitted fabric in which at least one electrical Wire conductor, at least a textile shrinkable Thread knitted into a common composite knitwear, interwoven, interwoven, etc.
  • the invention possible that in the form of a knitted Band manufactured electrical heating element in the Raw state has an ohmic value of 19 ⁇ / m.
  • This value depending on the tension (stretch) in the width and length direction changed according to the desired requirements will.
  • the ohmic value of the tape for example can be set to a value from 1 ⁇ / m to 50 ⁇ / m.
  • the electrical heating element is then the corresponding resistance value (ohm value) stable and can no longer be changed (except the heating element is subjected to high mechanical stress, for example kinked etc.).
  • the heating or heating element according to the invention stands out but by another completely surprising effect out.
  • an electrical mesh Heating element has a resistance value of 2.4 ⁇ / m and becomes, for example, a two-meter-long band in two sections, each one meter long, in the longitudinal direction divided, the resistance value increases to, for example 3.7 ⁇ / m in each band.
  • the electrical heating or heating element according to the invention can be operated with both high and low voltage be worked with direct or alternating current voltage can be.
  • the knit binding on both sides is shown schematically shown by Figure 1, using the so-called first and second row A and B.
  • About the needles 4 is each of the textile thread 3 and the conductor wire 5 in parallel and continuously involved.
  • row A the rear needles 4 the so-called "catch 6" and on the front Needles the so-called "stitches 8" knitted.
  • the tape coming from the knitting machine has a width from e.g. 7.5 cm. In the raw state it has an ohmic value of 19 ⁇ / m.
  • the corresponding band-shaped electrical heating or heating element is carried out batchwise or continuously run a heating or shrinking furnace, which in the shown embodiment depending on the used Textile thread is heated to a temperature value, so that the textile thread can shrink. In the embodiment shown becomes a shrink temperature of 330 ° C chosen.
  • Width of, for example, 7.5 cm electrical band-shaped heating element shrunk to a width of 5.5 cm.
  • the heating element in the raw state depending on the strengths of the resistance wire and the textile thread is comparatively soft (similar to other textile fabrics too), on the other hand, has shrunk band-shaped heating or heating element a certain Stiffness, but it can still be bent, especially wound up into rolls.
  • the shrinking process makes them mesh-like existing wires pressed together so that a multiple contact between the individual wire meshes to neighboring ones Wire mesh exists. Due to the shrinkage forces the wire mesh (which is the opposite of the textile Thread can not shrink) in a desired predefined Contact position held to each other. This is ensures that the touch of the wires is a certain Scheme and system follow to a comparatively regular one Current flow through the entire bandwidth to ensure in the current direction. This will also avoided that otherwise with an irregular wire arrangement with irregular contacts and wires with each other possibly due to excessive currents in some places cooling or burning of the Wire can take place, or that in other places Wire hardly warms up since the individual stitches are underneath May not be in contact with each other.
  • the shrunk in the shown Embodiment band-shaped heating or heating element with a width of, for example, 5.5 cm (opposite a width of probably 7.5 cm before shrinking) Manufactured in any length and wound into rolls will. It can be cut in any suburb Length can be cut to length.
  • the belt can also be used still in a protective cover shown in Figure 4, for example welded from PFT plastic material 9 are (in Figure 4 are those running in the longitudinal direction Ends of the narrow plastic sheet at 11 superimposed and in the longitudinal direction of the band-shaped electrical Heating element welded together).
  • This plastic wrap also offers insulation protection for Applications in which a non-conductive insulating jacket is required. The welding with the insulating covering is preferably carried out before winding the band-shaped Heating and heating element to the final ready for sale Bales.
  • the heating or heating element can be used both with Raw as well as operated with low voltage and thus heated will. Direct or alternating voltage can be applied will.
  • the embodiment is in the case of a band-shaped Resistance element has been described. It can but just as large a sheet-like, especially mat-like Heating elements are manufactured. A limitation the size in the longitudinal or transverse direction is not given.
  • 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 is apparent from the above 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 or the knitted fabric comprising 3 textile threads.
  • Execution example possible areas Wire mesh diameter 0.12 mm any, as far as processable e.g. 0.01-1 mm (...

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Wärme- oder Heizelement, insbesondere in Form eines band-, bahn- oder mattenförmigen elektrischen Wärme- oder Heizelementes, mit darin vorgesehener elektrischer Leitungsanordnung sowie ein zugehöriges Verfahren 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 Widerstandsleiter mit mehreren Drähten, worüber eine Isolierhülle 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 Abständen fixiert. Es werden Heizmatten mit ein- oder zweiseitigen Kaltleiteranschlüssen vorgesehen.
Derartige Heizmatten können beispielsweise als Fußboden- oder Freiflächenheizung eingesetzt werden.
Eine Begleitheizung von Prozeßrohrleitungen mit selbstregelnden Heizbändern 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 Einsatzbereich ist das Heizband zusätzlich mit einem metallischen Schutzgeflecht und/oder einem zusätzlichem Kunststoffmantel versehen. Das halbleitende Kunststoffband bildet das Heizelement. Es besteht aus einem graphitgefüllten, strahlungsvernetzten Polyolefin, Fluorpolymer oder ähnlichem Werkstoff. Anteil und Verteilung des Graphits bestimmen den elektrischen Widerstand. Er steigt mit zunehmender 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 Herstellung zu schaffen, welches vom Prinzip her in unterschiedlichen 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 bezüglich 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 Heizelement wird ein völlig neuartiger Weg beschritten.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Wärme- oder Heizelement liegt nämlich der zumindest eine verwendete Draht in Form einer Maschenware vor. Art und Form dieser Maschenware kann völlig unterschiedlich gewählt werden. Es ist eine Herstellung beispielsweise auf Web-, Flecht- oder Raschelmaschinen möglich. Ebenso sind völlig unterschiedliche Bindungsarten der Maschen möglich.
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, daß der maschenförmige elektrische Drahtleiter, der mit keiner isolierenden Umhüllung versehen ist (damit die Maschen einen vielfältigen elektrischen Kontakt miteinander bilden können), in einem schrumpffähigen Verband bzw. Verbund eingearbeitet ist.
Dieses zusätzlich vorgesehene schrumpfförmige Verbundmaterial gewährleistet, daß durch die vorgesehene Schrumpfung die einzelnen Drähte, d.h. die einzelnen Maschendrähte aneinandergepreßt werden. Dadurch wird eine bestimmte umfassende Kontaktierung der einzelnen drahtförmigen 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 erwärmt wird, da der Widerstand an den verschiedenen Punkten ansonsten unregelmäßig ist).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als maschenförmiges Verbundmaterial ein textiler schrumpffähiger Faden verwendet. Das erfindungsgemäße Wärme- oder Heizelement besteht in einer bevorzugten Ausführungsform also aus einer Maschenware, in welcher zumindest ein elektrischer Drahtleiter, zumindest ein textiler schrumpffähiger Faden zu einer gemeinsamen Verbund-Maschenware verstrickt, verwebt, verflechtet etc. wurde.
Durch entsprechende materialabhängige Erwärmung des Verbundmaterials (bei einem textilen schrumpffähigen Faden aus Polyimid auf beispielsweise über 300°C, insbesondere 330°C) wird die gewünschte Schrumpfung des flächigen vorgefertigten 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 gewünschten Verbindung zueinander gehalten, in der die einzelnen 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 Ausführungsform der Erfindung möglich, daß das in Form eines gestrickten Bandes hergestellte elektrische Wärmeelement im Rohzustand einen Ohmwert von 19 Ω/m aufweist. Dieser Wert kann je nach Zug (Dehnung) in Breite und Längsrichtung entsprechend den gewünschten Anforderungen verändert werden. Während des Schrumpfvorganges unter Wärmeeinwirkung (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 Wärmeelementes ist dann der entsprechende Widerstandswert (Ohmwert) stabil und kann nicht mehr verändert werden (außer das Wärmeelement wird stark mechanisch beansprucht, beispielsweise geknickt etc.).
Das erfindungsgemäße Wärme- oder Heizelement zeichnet sich aber durch einen weiteren völlig überraschenden Effekt aus.
Weist beispielsweise ein elektrisches maschenförmiges 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 beispielsweise 3,7 Ω/m in jedem Band.
Weiterhin ist überraschend, daß sich mit zunehmender Bandlänge 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 lediglich 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 vergleichsweise 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 gearbeitet 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 bandförmigen elektrischen Wärmeelementes im Rohzustand;
Figur 3 :
eine schematische Darstellung des elektrischen 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 bandförmige Wärmeelement 1 wird beispielsweise auf einer Strickmaschine 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 Fadendurchmesser von Nm 16/1 und einem elektrischen Leitungsdraht 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 vorderen 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.
Das gemäß den anhand der am Ende beigefügten Tabelle ersichtlichen Daten hergestellte gestrickte bandförmige Widerstandselement 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 Wärmeelement wird chargenweise oder kontinuierlich durch einen Erhitzungs- oder Schrumpfungsofen geführt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel in Abhängkeit des verwendeten Textilienfadens auf einen Temperaturwert erhitzt wird, damit der textile Faden schrumpfen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel 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 gehalten und auf Zug beansprucht werden, um also entsprechende Zugkräfte in Längs- und/oder Querrichtung auf das bandförmige elektrische Wärmeelement einzuleiten. In Abhängigkeit dieser unterschiedlichen Zugkräfte kann ein davon abhängiger unterschiedlicher Widerstandswert des fertigen bandförmigen elektrischen Wärmeelementes eingestellt 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 geschrumpft.
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 geschrumpfte bandförmige Wärme- oder Heizelement eine gewisse 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 Vielfachkontakt zwischen den einzelnen Drahtmaschen zu benachbarten Drahtmaschen besteht. Durch die Schrumpfungskräfte werden die Drahtmaschen (die ja gegenüber dem textilen Faden nicht schrumpfen können) in einer gewünschten vordefinierten Kontaktlage zueinander gehalten. Dadurch ist gewährleistet, daß die Berührung der Drähte einem gewissen Schema und System folgen, um einen vergleichsweise regelmäßigen Stromdurchfluß durch die gesamte Bandbreite hindurch in Stromrichtung zu gewährleisten. Dadurch wird auch vermieden, daß ansonsten bei einer unregelmäßigen Drahtanordnung mit unregelmäßigen Kontakten und Drähte untereinander 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 Verschrumpfen) in beliebiger Länge hergestellt und zu Rollen aufgewickelt werden. Vorort kann es durch Schneiden in beliebiger Länge abgelängt werden. Bei Bedarf kann das Band ferner noch in eine in Figur 4 gezeigte Schutzumhüllung beispielsweise aus PFT-Kunststoffmaterial 9 eingeschweißt werden (in Figur 4 sind die in Längsrichtung verlaufenden Enden der schmalen Kunststoffbahn bei 11 übereinandergelegt und in Längsrichtung des bandförmigen elektrischen Heizelementes miteinander verschweißt). Diese Kunststoffumhüllung 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 ersichtlich ist, können durch entsprechende Wahl der Materialdichte, Querschnittsbereiche und Zusammeiisetzung 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 Zugkräfte in Quer- und Längsrichtung des bandförmigen Widerstandselementes vor und während dem Schrumpfvorgang unterschiedliche Widerstandswerte eingestellt werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein bandförmiges Widerstandselement beschrieben, welches nach dem Schrumpfungsvorgang die aus der Tabelle ersichtlichen Daten aufweist, 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 Widerstandswert 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 lediglich von ca. 30 Ω auf.
Nur zu Testzwecken wurde beispielsweise versucht bei einem derartig hergestellten bandförmigen Wärmeelement nachträglich das textile Material wieder zu entfernen (durch Abtrennen). Dadurch ergab sich, daß der Widerstandswert des Bandes, welches im fertigen Zustand vor dem Entfernen des textilen Materials noch einen Widerstandswert 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.
Das Wärme- bzw. Heizelement kann im Einsatz sowohl mit Roh-, wie mit Niederspannung betrieben und damit erwärmt werden. Dabei kann Gleich- oder Wechselspannung angelegt werden.
Das Ausführungsbeispiel ist für den Fall eines bandförmigen Widerstandselementes beschrieben worden. Es können aber genauso großflächige folienartige, insbesondere mattenartige Wärmeelemente hergestellt werden. Eine Begrenzung der Größe in Längs- oder Querrichtung ist nicht gegeben.
Unter Umständen kann auch ein mehrere Lagen, also mehrere Maschenlagen in Dickenrichtung umfassendes Heiz- und Wärmeelement hergestellt und verwendet werden.
Schließlich ist auch eine Ausführungsform denkbar, in welcher das bandförmige elektrische Wärmeelement in seinem mittleren Bereich eine mechanische Trennung oder eine Isolierung aufweist (also hier gegebenenfalls die elektrischen 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 anderen Bandhälfte beispielsweise der negative Pol an den dort nebeneinanderliegenden sogenannten "Kaltstellen" angeschlossen.
Das elektrische Wärme- oder Heizelement, insbesondere das band-, bahn- oder mattenförmige oder ähnlich gebildete elektrische Wärme- oder Heizelement, welches aus einer Maschenware 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. bestehen, und daß das Wärme- oder Heizelement durch Schrumpfung der den elektrischen Widerstandsdraht 5 oder die elektrischen Widerstandsdrähte 5 und den oder die Textilfäden 3 umfassenden Maschenware hergestellt ist.
Ausführungs-Beispiel mögliche Bereiche
Maschendraht Durchmesser 0,12 mm beliebig, soweit verarbeitbar z.B. 0,01-1 mm (... 0,02-0,5 mm)
Material Cu-Ni-Legierung unterschiedlich (auch andere Widerstandsdrähte sind verwendbar)
Eigenschaft 35,36 Ω/m materialabhängig unterschiedlich
textiler Faden Durchmesser Nm 16/1 beliebig, solange verarbeitbar
Material Polyimid allg. schrumpffähig
Eigenschaft schrumpffähig bei T ≥ 330°C materialabhängig beliebig
elektrisches Wärmeelement im Rohzustand Bandbreite 7,5 cm beliebig
Maschenart gestrickt beliebig (z.B. hergestellt auf Strick-, Web-, Flecht- oder Raschelmaschinen
Strickbindung beidseitiger Fang beliebig
Teilung der Strickmaschine 8 (Nm 8 = 8 Nadeln auf 1 engl. Zoll beliebig
Materialdichte 305 m Draht/m
305 m Polyimidfaden/m		 beliebig
elektrisches Wärmeelement im Rohzustand Anzahl der Maschenreihen 39 Maschen auf 10 cm beliebig, z.B. mehr als 2 und weniger als 100 Maschen auf 10 cm
Anzahl der Stäbchen 5 beliebig, z.B. mehr als 2 und weniger als 100 Stäbchen
Widerstandswert 19 Ω/m beliebig
elektrisches Wärmeelement im geschrumpften Endzustand geschrumpft bei Schrumpftemperatur 330° materialabhängig beliebig
Zugkraft quer beliebig, solange zerstörungsfrei beliebig, solange zerstörungsfrei
Zugkraft längs beliebig, solange zerstörungsfrei beliebig, solange zerstörungsfrei
Verweildauer im Schrumpfofen ca. 5 sek. wählbar
Bandbreite nach dem Schrumpfen 5,5 cm abhängig vom Schrumpfungsgrad, in der Regel mehr als 10% vorzugsweise mehr als 20% des Ausgangsproduktes
Widerstandswert von Band mit Im Länge 2,4 Ω/m in weiten Bereichen beliebig, z.B. 0,5 Ω/m bis 50 Ω/m
Ausführungsbeispiel mögliche Bereiche
elektrisches Wärmeelement im geschrumpften Endzustand Widerstandswert von 1m langem Band nach Längsteilung in zwei Bänder 3,7 Ω/m -----
Widerstandswert von Band mit 20m Länge 30 Ω -----
Widerstandswert nach teilweisem entfernen des textilen Materials 45 Ω/m -----

Claims (18)

  1. Elektrisches Wärme- oder Heizelement, insbesondere band-, bahn- oder mattenförmiges oder ähnliches elektrisches Wärme- oder Heizelement, welches eine drahtförmige elektrische Leiteranordnung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (5) der Leiteranordnung maschenförmig verläuft und der Draht (5) zur Herstellung von Kontaktierungspunkten 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 einer definierten, 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 geschrumpften Zustand die maschenförmigen Drähte (5) in vordefinierter Kontaktlage der einzelnen Maschen zueinander hält.
  3. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Trägermaterial aus einem textilen Faden (3) besteht, der mit dem elektrischen Draht (5) gemeinsam unter Bildung einer Maschenware hergestellt ist.
  4. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine elektrische Draht (5) und der zumindest eine textile Faden (3) nach Art einer Strickbindung, einer Webbindung, einer Flechtbindung und/oder einer sogenannten Raschelbindung hergestellt ist.
  5. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Strickbindung mit beidseitigem Fang gestrickt ist.
  6. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß pro Maschenreihe 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 Maschenreihe 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 Maschenreihen, 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 schrumpffähigem Polyimid besteht, welches vorzugsweise ab einer Temperatur von mehr als 300°C, insbesondere um 330°C schrumpfbar ist.
  10. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der insbesondere 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 leitfähige Draht (5) einen Durchmesser von 0,01 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,02 bis 0,5 mm, insbesondere um 0,1 bis 0,15 aufweist.
  12. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Draht (5) aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht.
  13. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert in Stromdurchflußrichtung unterproportional längenabhängig ansteigt.
  14. Elektrisches Wärme- oder Heizelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärme- oder Heizelement mit einer X-fachen größeren Länge, verglichen mit einem ansonsten gleich hergestellten kürzeren Wärme- oder Heizelement, einen Widerstandswert "X * F" aufweist, 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- oder Heizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme- oder Heizelement durch Strecken, Weben, Flechten oder durch Herstellung auf einer Raschelmaschine oder durch Verarbeiten von einem oder mehreren elektrischen Leitungsdrähten und einem oder mehrenen textilen schrumpffähigen Fäden hergestellt wird, wobei Leitungsdrähte ohne Schutzumhüllung verwendet werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme- oder Heizelement auf eine Schrumpftemperatur erwärmt wird, bei welcher die textilen Fäden schrumpfen.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, 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- oder Heizelement Zugkräfte in Längs- und/oder Querrichtung zur Einstellung unterschiedlicher Widerstandswerte ausgeübt werden.
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