EP1106033B1

EP1106033B1 - Widerstandsflächen-heizelement

Info

Publication number: EP1106033B1
Application number: EP99941575A
Authority: EP
Inventors: Manfred Elsässer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2003-02-12
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: AU5513999A; WO2000010365A1; DE59904286D1; AU747734B2; EP1106033A1; ES2193740T3; CA2340164A1; EA200100232A1; EA002670B1; US6426489B1; DE19836148A1; ATE232676T1; ZA200100940B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Widerstandsflächen-Heizelement.

Elektrische Widerstandsheizelemente werden vielseitig, z.B. zur Beheizung von Räumen, eingesetzt. Gegenüber Heizelementen mit stab-, röhren- oder spiralförmigen Widerständen erweisen sich solche mit Widerstandsflächen als besonders vorteilhaft, da bei ihnen die Wärme über die gesamte Fläche einer Widerstandsschicht abgegeben werden kann.

In einigen Bereichen, z.B. bei Altbauten, kann es notwendig sein, Widerstandsflächen-Heizungen mit hoher Leistung zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig muß ein solches Widerstandsflächen-Heizelement aber auch bei mechanischer Beschädigung und beim Auftreten von z.B. Spritzwasser in der Umgebung ohne Sicherheitsrisiken eingesetzt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Widerstandsflächen-Heizelement, im nachfolgenden nur als Heizelement bezeichnet, zu schaffen, das diesen Anforderungen genügt, das einen Betrieb mit Netzspannung erlaubt, zudem einfach elektrisch angeschlossen und installiert werden. kann, und bei dem mehrere elektrisch leitende Schichten vorgesehen sind, in denen Kontaktelektroden so ein- bzw. aufgebracht sind, daß beim Kontaktieren des Heizelementes an einer vorgegebenen Stelle nur eine ausgewählte Anzahl von Kontaktelektroden erreicht wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift OS 2449676 ist eine geerdete Widerstandsflächen-Heizung bekannt, welche über einen Fehlerstromschutzschalter (FI) geschützt werden kann. Sie besteht aus einer isolierenden Trägerfolie mit einem als Heizschicht dienenden, leitenden und an die elektrische Stromversorgung anzuschliessenden Überzug auf der einen Seite und einem weiteren, elektrisch leitenden Überzug als zu erdende Schicht auf der anderen Seite.

Wahlweise können die aussenliegenden, leitenden Schichten noch durch elektrisch isolierende Schichten abgedeckt sein.

Ein gravierender Nachteil dieser Art der Flächenheizung besteht darin, dass sich im Betriebszustand, d.h. bei eingeschalteter Stromversorgung, zwischen der Heizschicht und der geerdeten Schicht stets eine kapazitive Rückkopplung ergibt, die einen in Abhängigkeit von der Grösse der Heizfläche mehr oder weniger starken Kriechstrom an der geerdeten Schicht verursacht. Das bedeutet, dass ein geeigneter Fehlerstromschutzschalter in Hinblick auf die Grösse eines gegebenen Heizelements ausgewählt werden muss oder umgekehrt, dass die Grösse eines gewünschten Heizelementes an die Fehlerstromtoleranz eines gegebenen FI-Schutzschalters angepasst werden muss, um nicht eine vorzeitige und unerwünschte Auslösung des FI-Schutzschalters zu bewirken.

Eine ähnliche Art der Flächenheizung wird in der deutschen Auslegeschrift AS 1288702 beschrieben. Auch dort wird eine Widerstandsheizfläche durch eine Isolierschicht von einer zu erdenden, zweiten leitenden Schicht, insbesondere einer Metallschutzfolie, getrennt, wobei die zu erdende Schicht entweder selbst als Schmelzsicherung aus leicht schmelzbarem Metall ausgeführt ist oder eine Schmelzsicherung in den Stromkreislauf der Heizschicht und/oder der geerdeten Schicht eingebaut ist. Auch bei dieser Art der Flächenheizung können die aussenliegenden leitenden Schichten durch Isolierschichten abgedeckt sein. Als weiteres Schutzmittel kann auf der Rückseite der Heizfläche eine zusätzliche, als Schmelzsicherung ausgeführte, Metallfolie angebracht sein, die von der Heizfläche ebenfalls durch eine Isolierschicht abgegrenzt ist.

Diese Art der Ausführung einer Flächenheizung, die aus dem Jahre 1957 stammt, zielt insbesondere auf Massnahmen ab, die die elektrische Sicherheit des Gerätes für den Benutzer zum damaligen Zeitpunkt bestmöglich gewährleisten und bei allfälligen Kurzschlüssen eine ausreichend rasche Unterbrechung des Stromkreislaufes bewirken sollten. Dieses Problem der Sicherheitstechnik wird heutzutage durch die in der Zwischenzeit entwickelten Fehlerstromschutzschalter (FI) wesentlich eleganter und verlässlicher gelöst.

In der US-A-4,725,717 vom 16. Februar 1988 wird ein Flächenheizelement mit antistatischen Oberflächen beschrieben. Der das Heizelement umhüllenden Isolationsschicht werden in die Oberfäche eingebettete elektrisch leitende Materialien beigefügt und die Oberfläche wird geerdet, sodass etwaige statische Aufladungen abgeführt werden können. Personenschutz wird durch die mechanisch widerstandsfähige Isolationsschicht oder wahlweise durch eine Schutzleiterschicht gewährleistet. Es ist aber keine Schirmung des Schutzleiters vor kapazitiven Leckströmen vorgesehen.

In der US-A-5,577,158 vom 19. November 1996 wird ein Flächenheizelement beschrieben, das auf einer Isolationsschicht auf einem metallischen Substrat aufgebracht ist, welches Substrat geerdet ist. Kapazitive Leckströme werden dabei durch die geometrische Anordnung der Elektroden und die Wahl der Phasen einer Drehstromquelle vermieden bzw. gering gehalten, denn die Gesamtheit der Ströme einer Drehstromquelle bei symmetrischer Last heben einander auf. Dies gilt auch bei geeigneter Anordnung der Elektroden für die Leckströme. Auch in dieser Erfindung ist keine Massnahme zur Abschirmung der geerdeten Schicht vor Leckströmen vorgesehen.

In der US-A-5,361,183 vom 1. November 1994 wird ein thermoelektrisches Enteisungssystem für Flugzeug-Tragflügeloberflächen in Kombination mit einem Fehlerstromschutzschalter, in der Folge FI genannt, beschrieben. Im Gegensatz zu vorliegender Erfindung ist die hier eingesetzte Schirmschicht geerdet und nicht mit dem Neutralleiter verbunden. Damit der FI nicht auslöst, muss in diesem eine eigene Wicklung vorgesehen werden, über die der kapazitive Leckstrom fliest. Es ist daher ein spezieller FI und eine eigene Leitung zwischen FI und Schirmschicht notwendig.

Der gegenwärtigen Erfindung liegt hingegen die Erkenntnis zugrunde, daß durch im wesentlichen vollständiges Freihalten des Erdleiters (Schutzleiters) von kapazitiven Kriechströmen eine totale Unabhängigkeit zwischen der Art des FI-Fabrikats und der Grösse des Heizelementes erreicht werden kann. Dies hat sowohl für der. Einsatz in der Praxis als auch für die Zulassungs- bzw. Schutzklasse-Zertifizierungsverfahren nach den Normvorschriften der zuständigen technischen Prüfdienste ganz erhebliche Vorteile gegenüber den bekannten Flächenheizelementen. Es ist damit erstmals möglich, Gebäude oder andere Objekte mit elektrischen Flächenheizungen beliebiger Grösse auszustatten, ohne dabei auf den zumeist bereits vorhandenen FI-Schutzschalter speziell Rücksicht nehmen zu müssen. Auch kann im Gegensatz zu bestehenden Flächenheizungstypen eine Schutzklassenzertifizierung für die erfindungsgemässen Heizelemente grössenunabhängig vorgenommen und erteilt werden. Darüber hinaus würden kapazitive Fehlerströme am Erdleiter (Schutzleiter) auch wegen zusätzlicher Phasenverschiebungen im FI-Bereich unerwünschte Storparameter darstellen.

Die Überwindung der genannten Nachteile des Standes der Technik und die Erzielung der zuvor erwähnten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erfindungsgemäß durch ein Heizelement gemäss Anspruch 1 ermöglicht. Im Falle von z.B. einer mechanischen Beschädigung des Heizelementes kann durch den Schutzleiter ein Schutzschalter bzw. Fehlerstromschalter ausgelöst werden. Durch diese erste Leiterschicht, die als zusätzlicher Neutralleiter fungiert, wird eine kapazitive Kopplung zwischen der Widerstandsheizfläche und dem Schutzleiter grundsätzlich unterbunden. Der Neutralleiter schirmt den Schutzleiter kapazitiv gegenüber der Widerstandsheizfläche ab. Der flächige Neutralleiter und der darüber liegende flächige Schutzleiter liegen auf demselben Potential; es kann daher zwischen diesen beiden Flächenleitern auch unabhängig von der Grösse der - gegebenenfalls auch aus Einzelelementen zusammengesetzten - gesamten Heizfläche kein kapazitiver Fehlerstrom über den Schutzleiter fliessen.

Weitere Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 16 dargelegt.

Zur Inbetriebnahme des Heizelementes wird die eine Kontaktelektrode der Widerstandsschicht an den Neutralleiter und die andere an die Phase angeschlossen, wodurch ein Stromfluß in der Fläche der Widerstandsschicht erzeugt wird, welche sich dabei erwärmt und die Wärme an die Umgebung abgibt.

Aufgrund des Aufbaus des erfindungsgemäßen Heizelementes kann dieses mit einfachen Mitteln kontaktiert werden. So kann das elektrische Kontaktieren bei dem erfindungsgemäßen Heizelement durch Einbringen von Kontaktelementen, z.B. von Kontaktnasen, erfolgen, die sich durch die Dicke des Heizelementes erstrecken. Wird eine solche Kontaktnase, die jeweils elektrisch entweder mit der Phase, dem Neutralleiter oder der Erdung der Stromzuführung verbunden ist, in das erfindungsgemäße Heizelement eingebracht, so kommt diese Nase ausschließlich mit den gewünschten Kontaktelektroden der jeweiligen Schicht in Verbindung. Ein Kurzschluß zwischen den einzelnen Kontaktelektroden kann somit vermieden werden.

Darüber hinaus erlaubt der Aufbau des erfindungsgemäßen Heizelementes auch eine kraft- oder formschlüssige Verbindung zwischen der Stromzuführung und den Kontaktelektroden. Eine derartige Verbindung kann durch Kontaktierungsmittel erzeugt werden, die die Kontaktelektroden in der Tiefe kontaktieren. Dabei können Klemmen verwendet werden, die an vorgegebenen Stellen von oben und unten über elektrisch leitende Kontaktzungen oder Kontaktzähne in das Heizelement eingreifen. Eine solche Kontaktierung in der Tiefe ist nur mit dem erfindungsgemäßen Heizelement möglich. Würden bei herkömmlichen Heizelementen ein zusätzlicher Schutzleiter und eine Abschirmung angebracht, so würde durch den Druck zur Einbringung des Kontaktelements und durch das Kontaktelement selber ein Kurzschluß zwischen den einzelnen Schichten erzeugt werden. Die Kontaktierung in der Tiefe bietet aber über den präzisen Anschluß vorbestimmter Kontaktelektroden hinaus den Vorteil, daß die formschlüssige Verbindung zwischen dem Heizelement und der Stromversorgung auch Zug- und Schubbelastungen standhalten kann.

Da das erfindungsgemäße Heizelement mit Netzspannung betrieben werden kann, ist der bauliche Aufwand für ein solches Heizelement gering. Transformatoren und andere große Bauteile, die für Niedrigspannungselemente notwendig wären, sind bei dem erfindungsgemäßen Heizelement entbehrlich. Durch diesen geringen konstruktiven Aufwand bieten sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Heizelement an.

Durch die Anordnung der Kontaktelektroden gemäss Anspruch 3 wird über die gesamte Länge des Heizelementes eine unmittelbare Berührung zwischen den Kontaktelektroden vermieden.

Gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 4 kann das gesamte Heizelement durch aussenliegende Isolierschichten wasserdicht eingeschlossen und dadurch eine Gefahr bei Berührung des Flächenheizelementes vermieden werden.

Durch die Isolation der Kontaktelektroden gemäss Anspruch 5 wird ein Hinausragen derselben aus dem Heizelement vermieden. Insbesondere beim Einsatz in feuchter Umgebung, z.B. bei Spritzwasser, ist die Isolierung des gesamten Heizelementes, insbesondere der Kontaktelektroden, von grosser Wichtigkeit, um die Sicherheit beim Einsatz des Heizelementes gewährleisten zu können. Bei dieser Ausführung des erfindungsgemässen Heizelementes ist eine geeignete Kontaktierung beispielsweise über Kontaktnasen oder Kontaktzähne möglich.

Bevorzugte Materialien für die Widerstandsmasse sind in Anspruch 5 beschrieben Der Einsatz eines elektrisch leitenden Polymers in der Widerstandsmasse bringt unter anderem den Vorteil, daß bei geeigneter Wahl des Polymers die Leistung des Heizelementes gegenüber der Leistung bei Verwendung von Ruß erhöht werden kann.

Die Ausführungsform gemäss Anspruch 7 hat neben fertigungstechnischen Vorteilen noch den weiteren Vorteil, daß z.B. bei Verwendung von elektrisch leitenden Polymeren das gesamte Heizelement eine hohe Flexibilität aufweist und aufgrund der Elastizität gegenüber mechanischen Belastungen und thermischen Schwankungen beständig ist, sowie ohne mechanische Beschädigung leicht gelagert, transportiert und installiert werden kann.

Gemäss der Ausführungsform nach Anspruch 9 enthält das Heizelement Öffnungen, die z.B. eine kreisrunde Form aufweisen können und eine Befestigung des Heizelementes z.B. an der Wand oder am Boden ermöglichen. Durch die Öffnungen kann ein Befestigungsteil, z.B. eine Schraube, hindurch geführt werden, ohne daß ein Kurzschluß der leitenden Schichten und der Widerstandsschicht erzeugt wird.

Der Aufbau des Heizelementes gemäss Anspruch 10 bietet an verschiedenen Stellen des Heizelementes Kontaktierungsmöglichkeiten. So kann z.B. entsprechend den Abmessungen des mit dem Heizelement zu bedeckenden Bereiches die geeignete Kontaktelektrode in der jeweiligen Schicht ausgewählt werden, von der aus der Weg zur Stromzuführungsleitung am geringsten ist.

In diesem Zusammenhang ist eine Ausführungsform gemäss Anspruch 11 bevorzugt, denn dadurch wird eine Erwärmung über die gesamte, von den Kontaktelektroden der Widerstandsschicht begrenzte Fläche der Teilbereiche erzielt.

Bei einer Ausführungsform gemäss Anspruch 12 kann der zu erwärmende Bereich der Breite des Heizelementes angepasst und bei einer Ausführungsform mit mehreren Kontaktelektrodenpaaren in der Widerstandsschicht zwischen dem Abstand eines Kontaktelektrodenpaares und der gesamten Breite des Heizelementes variiert werden.

Gemäss einer besonders zweckmässigen Ausführungsform nach Anspruch 13 werden durch die streifenförmigen Abstände zwischen den Teilbereichen der jeweiligen Schicht mögliche Schnittkanten geschaffen, an denen das Heizelement geteilt werden kann. Wird in einem solchen Bereich, der frei von Widerstandsmasse bzw. leitfähigem Material ist, das Heizelement durchtrennt, so entstehen hierdurch aufgrund der durchgehenden Kontaktelektroden erneut Kontaktierungsmöglichkeiten. Das erfindungsgemäße Heizelement kann somit je nach Bedarf auf beliebige Größen zugeschnitten werden, ohne daß die Vorteile der über den Teilbereich hinausstehenden Kontaktelektroden und die dadurch gegebene Kontaktierungsmöglichkeit verloren gehen.

Vorzugsweise sind dabei die Teilbereiche gemäss Anspruch 14 angeordnet sodass beim Zerteilen eines erfindungsgemäßen Heizelementes sichergestellt ist, daß an der Schnittkante keiner der Teilbereiche in der Widerstandsschicht oder in der ersten oder zweiten Leiterschicht offen, d.h. unisoliert vorliegt; somit ist eine gefahrlose Kontaktierung möglich.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren weiter erläutert.

Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizelementes
Figur 2: Draufsicht auf eine Ausführungsform des Heizelementes mit Teilbereichen
Figur 3: eine schematische Explosionsdarstellung eines Heizelementes mit Teilbereichen

In Figur 1 ist ein Heizelement 1 dargestellt, bei dem eine Widerstandsschicht 10 zwischen zwei sich entlang den Seiten der Widerstandsschicht 10 erstreckenden Kontaktelektroden 11, 12 angeordnet ist. Diese Widerstandsschicht 10 mit den Kontaktelektroden 11, 12 liegt zwischen zwei Isolierschichten 70, 40. Auf der oberen Isolierschicht 40 ist eine erste Leiterschicht 20 angeordnet, die auf einer Seite im Randbereich eine Kontaktelektrode 21 aufweist. Auf dieser ersten Leiterschicht 20 befindet sich eine weitere Isolierschicht 50, die die Leiterschicht 20 von der zweiten Leiterschicht 30 trennt. Die zweite Leiterschicht 30 weist ebenfalls an einer Seite eine Kontaktelektrode 31 auf. Auf der zweiten Leiterschicht ist eine weitere Isolierschicht 60 angeordnet.

Die Kontaktelektrode 21 der auf die Widerstandsschicht (10) folgenden, ersten Leiterschicht 20 überlagert sich exakt mit der Kontaktelektrode 12 der Widerstandsschicht. Hierdurch kann eine Kontaktierung durch Einbringen eines Kontaktelements, z.B. einer Kontaktnase oder Kontaktzunge durch diese beiden Kontaktelektroden erfolgen. Die Kontaktelektrode 21 der als zusätzlicher Neutralleiter ausgeführten ersten Leiterschicht 20 und die als Neutralleiter fungierende Kontaktelektrode 12 der Widerstandsschicht 10 werden an den Neutralleiter der Stromversorgung angeschlossen. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit ist die Kontaktelektrode 31 der als zu erdender Schutzleiter ausgeführten, zweiten Leiterschicht 30 zu den Kontaktelektroden 12 und 21 vorzugsweise seitlich versetzt angeordnet und liegt daher in der Projektion nicht deckungsgleich über diesen. In der dargestellten Ausführungsform liegt die Kontaktelektrode 31 gegenüber den Kontaktelektroden 21 und 12 seitlich nach links versetzt. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Kontaktelektrode 31 gegenüber den Kontaktelektroden 12, 21 nach rechts, d. h. in Richtung der zwei-ten Kontaktelektrode 11 der Widerstandsschicht 10, versetzt anzuordnen. Bei Durchstoßen eines Kontaktelements durch diese Kontaktelektrode 31 wird ausschließlich diese mit der Stromzuführung kontaktiert. Ein Kurzschluß mit den weiteren Kontaktelektroden 12 und 21 kann nicht auftreten. Durch die zweite Leiterschicht 30 kann das Heizelement somit schutzgeerdet werden, ohne dass dabei Kriechströme auftreten, wie zuvor ausführlich dargestellt.

Die zweite Kontaktelektrode 11 der Widerstandsschicht 10 wird erfindungsgemäß an die Phase der Stromversorgung angeschlossen.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ragen die Enden der Kontaktelektroden 11, 12, 21, 31 an einer Seite über die jeweiligen Schichten 10, 20, 30 hinaus. Die Kontaktierung der Kontaktelektroden, die in diesem überstehenden Bereich erfolgt, kann somit durch Kontaktelemente ausgeführt werden, die sich durch das Heizelement erstrecken, ohne einen Kurzschluß mit einer anderen Schicht zu erzeugen.

In der Figur 1 sind weiterhin Öffnungen 14, 24, 34 in den Schichten 10, 20, 30 dargestellt. Diese Öffnungen 14, 24, 34 sind in den jeweiligen Schichten 10, 20, 30 so angeordnet, daß sie sich in Projektion aufeinander decken. Zur Befestigung des Heizelementes 1 an einer Wand oder einem Fußboden kann z. B. eine Schraube durch diese Öffnungen hindurchgeführt werden. Die Schraube tritt dabei lediglich mit den Isolierschichten 40, 50, 60, 70 in Kontakt, nicht jedoch mit den elektrisch leitenden Schichten 20, 30 und der Widerstandsschicht 10. Hierdurch wird ein Kurzschluß zwischen den Schichten 10, 20, 30 vermieden, sodass eine zuverlässige sichere Befestigungsmöglichkeit für das erfindungsgemäße Heizelement gegeben ist.

In der Figur 1 sind die Kontaktelektroden an den jeweiligen Schichten an der Kante angeordnet. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Kontaktelektroden so anzuordnen, daß diese in einem Abstand von der Kante im Randbereich der jeweiligen Schicht liegt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Heizelementes ist zum einen die einfache und zuverlässige Kontaktierungsmöglichkeit durch die Anordnung der Kontaktelektroden zueinander und die Möglichkeit dieses Heizelement mit 220 V Wechselspannung betreiben zu können. Bei der Beaufschlagung des Heizelementes mit Netzspannung muß eine Erdung des Elementes möglich sein. Diese wird durch die zweite Leiterschicht erzeugt. Hierbei wird die Kontaktelektrode 31 der zweiten Leiterschicht an die Schutzieitung der Stromversorgung angeschlossen.

Zur Abschirmung dieses Schutzleiters von der Widerstandsschicht und den darin liegenden Kontaktelektroden ist die erste Leiterschicht 20 vorgesehen. Diese wird an den Nullleiter der Stromversorgung angeschlossen und dabei gleichzeitig mit der einen Kontaktelektrode der Widerstandsschicht kontaktiert.

In Figur 2 ist die Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelementes dargestellt. Zum besseren Verständnis ist die Isolierschicht 60 bei dieser Figur nicht wiedergegeben. Die zweite Leiterschicht 30 weist in der dargestellten Ausführungsform zwei Kontaktelektroden 31, 31' auf. Diese Kontaktelektroden sind jeweils einem Kontaktelektrodenpaar 11, 12 bzw. 11', 12' der Widerstandsschicht 10 zugeordnet. Weiterhin ist jedem Kontaktelektrodenpaar jeweils eine Kontaktelektrode 21 bzw. 21' der ersten Leiterschicht 20 zugeordnet. Die Kontaktelektroden 12, 21 bzw. 12', 21' decken sich vollständig. Die Kontaktelektroden 31 bzw. 31' hingegen sind zu diesen sich deckenden Kontaktelektroden 12, 21, 12', 21' seitlich versetzt angeordnet. Der Abstand zwischen den Elektroden 31 und 12, 21 ist gering gegenüber dem Abstand zwischen den Kontaktelektroden 11 und 12 der Widerstandsschicht. In dem Bereich zwischen den Kontaktelektroden 11, 12 erfolgt der beim Anlegen der Spannung erzeugte Stromfluß, so daß dieser Bereich erwärmt wird. Die Kontaktelektrode 11 ist in Projektion zu der Kontaktelektrode 31', die dem nächsten Kontaktelektrodenpaar 11', 12' zugeordnet ist, beabstandet. Auch dieser Abstand ist gegenüber dem Abstand zwischen dem Elektrodenpaar 11, 12 bzw. 11', 12' gering.

Über die Länge des Heizelementes 1 sind Teilbereiche 13, 23, 33 vorgesehen, in denen in den Leiterschichten 20, 30 leitfähiges Material und in der Widerstandsschicht 10 Widerstandsmasse vorliegt. Die Teilbereiche 13, 23, 33 der einzelnen Schichten decken sich in Projektion aufeinander. Zwischen diesen Teilbereichen sind Abstände gegeben, in denen weder Widerstandsmasse noch elektrisch leitendes Material vorliegt. Diese Abstände erstrecken sich streifenförmig über die gesamte Breite des Heizelementes. Die Abmessung des Streifens ist im Gegensatz zu der Abmessung der Teilbereiche 13, 23, 33 gering. Die Abstände dienen als mögliche Schnittkanten S beim Zerteilen des erfindungsgemäßen Heizelementes. In diesen Abständen liegen lediglich die Isolierschichten sowie die sich durch die gesamte Länge des Heizelementes erstreckenden Kontaktelektroden vor.

Wie sich aus der Figur 2 ergibt können unterschiedliche Bereiche des Heizelementes 1 an die Stromversorgung angeschlossen und dadurch erwärmt werden. So ist zum einen eine Kontaktierung der Kontakttelektroden 11', 12 in der Widerstandsschicht mit weiterem Anschluß der Leiterschichten 20, 30 über die Kontaktelektroden 21, 31 möglich. Bei einer solchen Kontaktierung wird das Heizelement über seine gesamte Breite und die über die Länge verteilten Teilbereiche erwärmt. Der Abstand zwischen den Teilbereichen wird vorzugsweise gering gehalten, um den Verlust an Fläche, über die Wärme abgegeben wird, zu minimieren.

In Figur 3 ist eine Explosionsdarstellung eines Heizelementes 1 mit Teilbereichen 13, 23, 33 gezeigt. In dieser Darstellung ist die Lage der Kontaktelektroden in den einzeinen Schichten und insbesondere die relative Lage der Kontaktelektroden der einzelnen Schichten zueinander ersichtlich. Die Isolierschichten 40, 50, 60, 70 sind in Figur 3 nicht dargestellt.

Die Isolierschichten sind jedoch so dimensioniert, daß sie sich in Längs- und Breitenrichtung über die Flächen 10, 20, 30 hinaus erstrecken und vorzugsweise die über die Enden der Schichten hinausragenden Kontaktelektroden abdecken.

Die Größe des erfindungsgemäßen Heizelementes ist variabel. Es können Breiten von z. B. 250 mm, 500 mm, 625 mm, 1000 mm, 1250 mm oder 1,5 m realisiert werden. Der Abstand zwischen den jeweils ein Kontaktelektrodenpaar bildenden Kontaktelektroden der Widerstandsschicht kann ebenfalls variiert werden. Es können z.B. Abstände von z.B. 10 cm vorgesehen sein. Auch eine feinere Unterteilung, d.h. ein geringerer Abstand zwischen den Elektroden des Kontaktelektrodenpaares, ist möglich. Durch eine solche feinere Unterteilung wird bei einer Ausführungsform wie diese in Figur 2 und 3 dargestellt ist, die Möglichkeit gegeben, das Heizelement auf eine beliebige Breite zuzuschneiden. Zu diesem Zweck wird das Heizelement an einer Stelle S', die zwischen einer Kontaktelektrode 11 der Widerstandsschicht und der Kontaktelektrode 31' der zweiten Leiterschicht liegt, durchtrennt. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform würden sich dadurch zwei separate Heizelemente ergeben, die unmittelbar eingesetzt werden können.

Das erfindungsgemäße Heizelement weist somit den weiteren Vorteil auf, daß dieses mehrere Kontaktierungsmöglichkeiten über die Breite, durch das Vorliegen mehrerer Kontaktelektrodenpaare, und über die Länge, durch die Abstände zwischen den Teilbereichen, liefern kann.

Als Material für die Widerstandsschicht können außer Ruß und Heizlack aus elektrisch leitendem Polymer auch andere Widerstandsmassen verwendet werden, die eine ausreichende Flexibilität aufweisen. Weiterhin kann die Widerstandsschicht auch aus einem Trägermaterial bestehen, das mit einer Widerstandsmasse beschichtet ist. Als Trägermaterial können Kunststoffgewebe, Glasfasermatten, Vliese und dergleichen verwendet werden. Es kann aber auch jede andere innen- oder aussenliegende Isolierschicht als Trägerschicht für die jeweils angrenzende(n) bzw. anliegende(n) Leiterschicht(en) ausgeführt sein.

Die Leiterschichten werden erfindungsgemäß vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt, wie die Widerstandsschicht. Hierbei ist insbesondere die Verwendung von elektrisch leitenden Polymeren bevorzugt. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Leiterschichten aus einem anderen Material herzustellen. So können z.B. Aluminiumfolien verwendet werden.

Die Dicke der einzelnen Schichten des Heizelementes kann je nach Einsatzgebiet unterschiedlich gewählt werden. Die äußeren Isolierschichten dienen neben der elektrischen Isolierung auch dem Schutz gegen mechanische Beschädigungen und können beispielsweise eine Dicke von 50-200 µm, vorzugsweise 100 µm aufweisen. Die zwischen der Widerstandsschicht und der ersten Leiterschicht liegende Isolierschicht kann z.B. eine Dicke von 50-100 µm, vorzugsweise 75 µm, aufweisen und für die zwischen erster und zweiter Leiterschicht angeordnete Isolierschicht kann eine geringere Dicke von beispielsweise 10 - 50 µm, vorzugsweise 30 µm gewählt werden.

Die Dicke der Widerstandsschicht variiert insbesondere abhängig von dem verwendeten Material. Besteht die Widerstandsschicht aus einem Material, das z. B. unmittelbar auf die Isolierschicht aufgedruckt wird, so kann die Dicke gering, z. B. 10 µm sein. Eine größere Dicke weist die Widerstandsschicht in Fällen auf, in denen diese ein Trägermaterial umfaßt. Hier können Dicken von z. B. 3000 µm gewählt werden.

Die Dicke der ersten Leiterschicht liegt typischerweise im Bereich von beispielsweise 10 - 50 µm und die der zweiten Leiterschicht im Bereich von 50 - 100 µm.

Die einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Heizelementes können durch herkömmliche Verfahren miteinander verbunden werden. Bevorzugt werden die Widerstandsschicht und die Leiterschichten bzw. die jeweiligen Teilbereiche in diesen Schichten in Form eines Heizlackfilms, der elektrisch leitendes Polymer umfaßt, auf jeweils eine Isolierschicht aufgetragen. Diese mit dem leitenden Material bedeckten Isolierschichten werden entweder während des Beschichtungsvorganges oder im Anschluß daran mit Kontaktelektroden versehen. Vorzugsweise werden Metallbänder, z.B. Lahnbänder aus Kupfer, als Kontaktelektroden verwendet. Die so erzeugten Laminate werden anschließend miteinander verbunden. Hierbei kann das Material der Widerstandsschicht bzw. der elektrisch leitenden Schichten selber als Haftmittel dienen. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die einzelnen Schichten oder vorgefertigten Laminate durch Einbringen von Kunststoffolien z. B. Polyesterfolien und anschließender thermischer Behandlung miteinander zu verbinden.

Die Kontaktelektroden können in die Widerstandsschicht bzw. Leiterschicht eingearbeitet oder auf dieser befestigt sein. Als Haftmittel können entweder das Material der Schicht oder andere bekannte leitende Kontaktkleber verwendet werden.

Die Isolierschichten können aus bekannten Isoliermaterialien bestehen, z. B. aus Polyester und können in Form von Folien eingesetzt werden.

Der Betrag, um den die Kontaktelektroden über zumindest eine Seite der jeweiligen Schicht (Widerstandsschicht bzw. Leiterschicht) hervorsteht, kann beispielsweise 5 mm betragen. Der Abstand zwischen den Teilbereichen, die mit Widerstandsmasse bzw. elektrisch leitendem Material beschichtet sind, kann z. B. 10 mm betragen. Wird das Heizelement in der Mitte dieses Abstandes, d. h. 5 mm vom nächsten Teilbereich entfernt durchtrennt, entstehen zwei Heizelementteile, die jeweils mehrere Kontaktierungsmöglichkeiten an der Schnittkante aufweisen.

Die Länge der Teilbereiche kann z. B. 200 mm betragen. Die Teilbereiche können auch in sich unterteilt sein. Hierzu werden in gewissen Abständen in Längs- und/oder Breitenrichtung in Abständen von z.B. 10 mm schmale Streifen von beispielsweise 3 mm vorgesehen, die frei von Widerstandsmasse bzw. elektrisch leitendem Material sind. Durch diese Streifen wird ein Verschweißen der Isolierschichten an diesen Stellen ermöglicht und somit die Festigkeit des gesamten Heizelementes, d. h. insbesondere die Haftung der einzelnen Schichten, verbessert.

Um das erfindungsgemäße Heizelement wasserdicht zu halten, kann beim Zerteilen des Heizelementes zugleich eine thermische Behandlung der Schnittkante vorgenommen werden, wodurch die Kontaktelektroden in die Isolierschichten eingeschweißt werden.

Durch geeignete Wahl der Materialien der Widerstandsschicht und Leiterschichten sowie durch die bei dem erfindungsgemäßen Heizelement verwendbaren geringen Dicken der einzelnen Schichten, ist es möglich, ein Heizelement beliebiger Größe herzustellen. Aufgrund der Flexibilität des gesamten Heizelementes kann dieses als Endlosprodukt hergestellt werden. Dieses Endlosprodukt kann auf Rollen aufgehaspelt und nach Bedarf abgerollt werden. Zur Herstellung eines solchen Endlosmaterials können herkömmliche Laminierungsvorrichtungen eingesetzt werden, bei denen die Schichten zu einer Multilayerstruktur verarbeitet werden. Bei einem Endlosprodukt wird vorzugsweise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelementes gewählt, das die Widerstandsmasse und das leitende Material nur in Teilbereichen aufweist und bei dem mehrere Elektrodenpaare in der Widerstandsschicht vorgesehen sind, wobei den Elektrodenpaaren jeweils eine Kontaktelektrode in der ersten und zweiten Leiterschicht zugeordnet ist.

Durch die Abstände zwischen den Teilbereichen, bzw. die Abstände zwischen der Kontaktelektrode der Widerstands-> schicht und einer in Projektion seitlich dazu versetzten Kontaktelektrode der ersten oder zweiten Leiterschicht werden Schnittkanten definiert, entlang derer das erfindungsgemäße Heizelement zerteilt werden kann. Somit ist es möglich, das Heizelement vor Ort in die gewünschte Größe zu schneiden und mit der Stromzuführung zu kontaktieren. Hierbei werden aufgrund der Vielzahl von Kontaktelektrodenpaaren in der Widerstandsschicht mehrere Kontaktmöglichkeiten über die Breite des Heizelementes gegeben, die abhängig von der Position der Stromzuführung und der zu erwärmenden Fläche ausgewählt werden können.

Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, ein Heizelement zu schaffen, bei dem mehr als zwei Leiterschichten vorgesehen sind.

Die Position der Kontaktelektroden und der Teilbereiche bzw. der Widerstandsschicht und Leiterschicht wird vorzugsweise auf der obersten und untersten Isolierschicht gekennzeichnet, so daß der Benutzer die möglichen Kontaktstellen leicht erkennen kann.

Claims

Widerstandsflächen-Heizelement (1), das zumindest eine Widerstandsschicht (10), zwei Leiterschichten (20, 30), sowie zwischen den jeweiligen Schichten (10, 20, 30) angeordnete Isolierschichten (40, 50) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Widerstandsschicht (10) folgende, erste Leiterschicht (20) als mit der Widerstandsschicht (10) über an den beiden Schichten (10, 20) vorgesehene Kontaktelektroden (12, 21) verbundener Neutralleiter und die nachfolgende, zweite Leiterschicht (30) als über eine Kontaktelektrode (31) zu erdender Schutzleiter ausgeführt sind.
Heizelement gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (10) an einer zweiten Seite im Randbereich eine weitere Kontaktelektrode (11) und die erste und zweite Leiterschicht (20, 30) im Randbereich jeweils die Kontaktelektrode (21, 31) aufweisen,
die Kontaktelektroden (11, 12, 21, 31) in Längsrichtung an zumindest einer Seite über die jeweiligen Schichten (10, 20, 30) hinausragen, und
die eine Kontaktelektrode (12) der Widerstandsschicht (10) sich mit der Kontaktelektrode (21) der ersten Leiterschicht (20) in der Projektion deckt, während die Kontaktelektrode (31) der zweiten Leiterschicht (30) zu der einen Kontaktelektrode (12) der Widerstandsschicht (10) bzw. zur Kontaktelektrode (21) der ersten Leiterschicht (20) versetzt angeordnet ist.
Heizelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektroden (11, 12, 21, 31) in horizontaler und/oder vertikaler Richtung im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Heizelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den übrigen Schichten abgewandten Seite der zweiten Leiterschicht (30) und der Widerstandsschicht (10) jeweils eine weitere Isolierschicht (60, 70) angebracht ist.
Heizelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Leiterschichten (20, 30) bzw. die Widerstandsschicht (10) hinausragenden Enden der Kontaktelektroden (11, 12, 21, 31) jeweils von den diese umgebenden Isolierschichten (40, 50, 60, 70) bedeckt sind.
Heizelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (10) als Widerstandsmasse Ruß oder ein elektrisch leitendes Polymer umfaßt.
Heizelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (10), die erste und die zweite Leiterschicht (20, 30) aus dem gleichen Material bestehen.
Heizelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Isolierschichten als Trägerschicht für die jeweils angrenzende(n) Leiterschicht(en) dient.
Heizelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Widerstandsschicht (10) und in der ersten und zweiten Leiterschicht (20, 30) Öffnungen (14, 24, 34) in der Fläche vorgesehen sind, wobei sich diese Öffnungen (14, 24, 34) in der Projektion aufeinander decken.
Heizelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (10) sowie die zwei Leiterschichten (20, 30) jeweils in Teilbereichen (23, 33) ein leitfähiges Material aufweisen, wobei die Widerstandsschicht (10) mindestens zwei Kontaktelektrodenpaare (11, 12, 11', 12') und die erste und zweite Leiterschicht (20, 30) jeweils mindestens ein jeweils einem Kontaktelektrodenpaar der Widerstandsschicht (10) zugeordnetes Kontaktelektrodenpaar (21, 21', 31, 31') aufweisen, die sich in Längsrichtung in der jeweiligen Schicht (10, 20, 30) erstrecken und an mindestens einem Ende über die mit leitfähigem Material bzw. mit Widerstandsmasse versehenen Teilbereiche (13, 22, 32) hinausragen.
Heizelement gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kontaktelektrodenpaare (11, 11', 12, 12', 21, 21', 31, 31') über die gesamte Länge des Heizelementes (1) erstrecken.
Heizelement gemäß einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mit Widerstandsmasse bzw. leitfähigem Material versehenen Teilbereiche (13, 23, 33) über die gesamte Breite des Heizelementes (1) erstrecken.
Heizelement gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Teilbereichen (13, 23, 33) der jeweiligen Schicht (10, 20, 30) liegenden, streifenförmigen Abstände frei von Widerstandsmasse bzw. leitfähigem Material sind.
Heizelement gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Teilbereiche (13, 23, 33) der einzelnen Schichten (10, 20, 30) in Projektion aufeinander decken.
Heizelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke aussenliegender Isolierschichten 50-200 µm und diejenige innenliegender Isolierschichten 10-100 µm beträgt.
Heizelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der leitenden Schichten 10-3000 µm beträgt, wobei die Schichtdicke der ersten Leiterschicht (20) vorzugsweise 10-50 µm und diejenige der zweiten Leiterschicht (30) vorzugsweise 50-100 µm beträgt.