EP2955975A1 - Flächenheizelement - Google Patents

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EP2955975A1
EP2955975A1 EP14172459.1A EP14172459A EP2955975A1 EP 2955975 A1 EP2955975 A1 EP 2955975A1 EP 14172459 A EP14172459 A EP 14172459A EP 2955975 A1 EP2955975 A1 EP 2955975A1
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EP
European Patent Office
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heating element
carbon fibers
carbon fiber
surface heating
carbon
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14172459.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Rademacker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karl Meyer AG
Original Assignee
Karl Meyer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Meyer AG filed Critical Karl Meyer AG
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Publication of EP2955975A1 publication Critical patent/EP2955975A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/145—Carbon only, e.g. carbon black, graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • H05B3/342—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs heaters used in textiles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Definitions

  • the invention relates to a surface heating element with a carbon fiber resistance heating element, wherein the carbon fibers are recycled in a pyrolysis process, the carbon fibers are cut before or after the pyrolysis, and the recycled and cut carbon fibers are processed into a carbon fiber nonwoven fabric.
  • the invention relates to the field of electrical heating systems, wherein heat is generated within a heating element or a heating mat via the electrical resistance.
  • Such heating systems are known in the art, which are arranged as honeycomb arranged carbon fiber nets in non-carbon fiber carrier fabrics.
  • the publication DE 10 2004 025 033 A1 discloses radiant heaters having a radiating body, wherein the heating element consists of graphite foils or graphite laminate plates.
  • the document DE 42 33 118 A1 to take a motor vehicle seat heater, in which a carbon fiber fabric is used as resistance heating and this is supplied via contact wires.
  • heating systems known in the prior art are heating wires which are laid in a meandering or linear manner on a surface and are contacted accordingly. In some cases, they are fabric-like arrangements made of carbon fibers which are configured as heating systems via multilayer contacts.
  • Heating zones arise, which bring about the heated area partly cool spots as well as hotspots with it.
  • the present invention has for its object to provide a surface heating, which makes it possible to provide an easy to integrate and also more energy efficient heating system using carbon fibers, which can be produced as inexpensively as possible, has a long life and also easy to use.
  • the surface heating element with a carbon fiber resistance heating element is characterized in that the carbon fibers are recycled in a pyrolysis process, the carbon fibers are cut before or after the pyrolysis, and the recycled and cut carbon fibers are processed into a carbon fiber nonwoven fabric without sizing.
  • this surface heating element is diverse and range from the heating of motor vehicle interiors on camping vehicles and caravans to roof coverings and wall paneling and car seat heaters. Furthermore, the use as a decorative element, especially behind pictures or wall elements is particularly interesting because the problems indicated in the prior art can not occur here, such as hot spots or cooling points that could change a heated element in its structure under certain circumstances.
  • the mean fiber length of the recycled carbon fibers used in the carbon fiber nonwoven fabric is 6/12 mm.
  • the invention resides in forming the carbon fiber nonwoven as the surface heating element, the nonwoven fabric being made of recycled carbon fibers previously subjected to pyrolysis, the recycled carbon fibers being cut to a length in the range of 6 to 12 mm before or after pyrolysis and were processed by a nonwoven laying process to corresponding nonwovens.
  • the carbon fibers in the carbon fiber nonwoven fabric have a length in the range of 6 to 12 mm.
  • the carbon fibers in the carbon fiber web have a density of from 1.4 g / cm 3 to 2.2 g / cm 3, particularly preferably 1.8 g / cm 3.
  • the density is 1.8 g / cm 3
  • the fiber diameter is about 6 microns and the fiber is simple.
  • the carbon fibers in the carbon fiber nonwoven fabric have a fiber diameter in the range of 4 to 8 microns, more preferably 6 microns.
  • the carbon fiber nonwoven fabric has a grammage of 10 to 40 g / m 2 , particularly preferably 30 g / m 2 .
  • the material is thinner than previously known material nonwovens and can thus be more easily integrated.
  • the carbon fiber nonwoven fabric has a thickness of 0.1 to 0.4 mm, in particular 0.31 mm.
  • the use of a carbon fiber fabric made of recycled carbon fibers also has the great advantage that the thickness is significantly reduced.
  • the contacting can be done in the claimed surface heating element by copper contacts, which are applied to the fabric.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flächenheizelement mit einem Widerstandsheizelement aus Kohlenstofffasern, wobei die Kohlenstofffasern in einem Pyrolyseverfahren recycelt sind, die Kohlenstofffasern vor oder nach der Pyrolyse geschnitten sind, und die recycelten und geschnittenen Kohlenstofffasern zu einem Kohlenstofffaservlies ohne Schlichte verarbeitet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Flächenheizelement mit einem Widerstandsheizelement aus Kohlenstofffasern, wobei die Kohlenstofffasern in einem Pyrolyseverfahren recycelt sind, die Kohlenstofffasern vor oder nach der Pyrolyse geschnitten sind, und die recycelten und geschnittenen Kohlenstofffasern zu einem Kohlenstofffaservlies ohne Schlichte verarbeitet sind.
  • Die Erfindung betrifft das Gebiet von elektrischen Heizsystemen, wobei über den elektrischen Widerstand Wärme innerhalb eines Heizelementes oder einer Heizmatte erzeugt wird.
  • Derartige Heizsysteme sind im Stand der Technik bekannt, wobei diese als wabenartig angeordnete Kohlenstofffasernetze in nicht-kohlenstofffaser Trägergeweben angeordnet sind.
  • In der industriellen Produktion hat sich die zuvor genannte gewebeartige Konstruktion aus Kohlenstofffasernetzen durchgesetzt, weitere oder ähnliche Systeme sind jedoch im Stand der Technik bekannt:
    • Aus der Druckschrift DE 10 2007 048 024 A1 ist eine Patientenheizauflage bekannt, deren heizendes Element ein Carbonvlies ist.
  • Die Druckschrift DE 10 2004 025 033 A1 offenbart Strahlungsheizungen mit einem Strahlungskörper, wobei das Heizelement aus Graphitfolien oder Graphitlaminatplatten besteht.
  • Weiter ist aus der Druckschrift DE 10 2008 047 291 A1 eine elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums bekannt, bei der ein elektrisch leitfähiges Garn verwendet wird und die Heizvorrichtung in einer textilen Schicht des Innenraums integriert ist.
  • Ferner ist aus der Druckschrift DE 201 11 067 U1 ein Autositzheizelement bekannt, bei dem als Heizelement in ein Kunststofffadengewirk eingebundene Kohlenstofffasern verwendet werden, die mittels Metallleitern kontaktiert sind.
  • Weiter ist der Druckschrift DE 196 47 935 A1 eine elektrische Innenwandheizung für Wohnwagen zu entnehmen, wobei eine elektrische Widerstandsheizung über das vorhandene 12 Volt Boardnetz betrieben wird und die Widerstandsheizung Kohlenstofffasern umfasst.
  • Aus der Druckschrift DE 42 21 455 A1 ist ein Heizelement bekannt, wobei Kohlenstofffasern als Widerstandsheizung verwendet werden.
  • Ferner ist der Druckschrift DE 42 33 118 A1 eine Kraftfahrzeugsitzheizung zu entnehmen, bei der ein Kohlenstofffasergewebe als Widerstandsheizung eingesetzt wird und dieses über Kontaktdrähte versorgt wird.
  • Teilweise handelt es sich bei denen im Stand der Technik bekannten Heizsysteme um Heizdrähte, die meanderförmig oder linear auf einer Fläche verlegt und entsprechend kontaktiert werden, teilweise sind es gewebeartige Anordnungen aus Kohlenstofffasern, die über vielschichtige Kontaktierungen entsprechend als Heizsysteme ausgestaltet werden.
  • Nachteilig an den bisher bekannten Lösungen ist deren Dickenaufbau, der bei gewebeartigen Ausführungen oftmals nicht in ein Produkt integrierbar ist, da dessen Stärke bedingt durch die Notwendigkeit an vorzusehenden Kohlenstofffasergewebe deutlich erhöht wird.
  • Ferner ist weiter problematisch an den bisherigen Ausführungen im Stand der Technik, dass bei Bruch von einzelnen Fasern oftmals unterschiedliche
  • Heizzonen entstehen, die über die beheizte Fläche teilweise kühle Stellen als auch Hotspots mit sich bringen.
  • Ebenso leidet die Lebensdauer bei den bisher bekannten Kohlenstofffasern und -geweben erheblich unter Fehlstellen, die auf Grund von langjähriger Strapazierung entstehen.
  • Weiter ist der notwendige Energieeinsatz bei den derzeit bekannten Heizsystemen mit Kohlenstofffasern äußerst ineffizient und muss im Zuge von Energieeinsparungsmaßnahmen deutlich erhöht werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächenheizelement aufzuzeigen, das es ermöglicht, ein leicht zu integrierendes und zudem energieeffizienteres Heizsystem unter Nutzung von Kohlenstofffasern anzugeben, das möglichst kostengünstig hergestellt werden kann, eine lange Lebensdauer aufweist und zudem einfach in der Handhabung ist.
  • Gelöst werden diese Aufgaben mit einem Flächenheizelement nach Anspruch 1.
  • Bevorzugte und besondere Ausführungsformen sind den weiter folgenden Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Das Flächenheizelement mit einem Widerstandsheizelement aus Kohlenstofffasern ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern in einem Pyrolyseverfahren recycelt sind, die Kohlenstofffasern vor oder nach der Pyrolyse geschnitten sind, und die recycelten und geschnittenen Kohlenstofffasern zu einem Kohlenstofffaservlies ohne Schlichte verarbeitet sind.
  • Durch die Verwendung eines Kohlenstofffaservlieses aus recycelten Kohlenstofffasern, die zuvor einer Pyrolyse zugeführt worden sind, wird die Leistung des Flächenheizelementes um bis zu 50 % gesteigert, was zu einer erheblichen Energieeinsparung führt, dies scheint durch die erhöhte Leitfähigkeit der pyrolisierten Kohlenstofffasern erklärbar zu sein.
  • Die Anwendungsgebiete dieses Flächenheizelementes sind vielfältig und reichen von der Beheizung von Kraftfahrzeuginnenräumen über Campingfahrzeuge und Wohnwagen bis hin zu Dacheindeckungen sowie Wandverkleidung als auch Autositzheizungen. Ferner ist die Verwendung als dekoratives Element, insbesondere hinter Bildern oder Wandelementen besonders interessant, da die im Stand der Technik aufgezeigten Probleme hier nicht auftreten können, wie beispielsweise Hotspots oder Kühlstellen, die ein beheiztes Element unter Umständen in dessen Struktur verändern könnten.
  • Ein weiterer Anwendungsfall für die hier beanspruchte Merkmalskombination ist die Ausgestaltung als Tapete, wobei das aus den in einer Pyrolyse recycelten Kohlenstofffasern hergestellte Kohlenstofffaservlies direkt als Tapete oder zumindest als Untertapete verwendbar ist. Bei direkter Ausgestaltung als Tapete sind die entsprechenden Sicherheitsregeln der Elektrik zu beachten.
  • Die Energieeinsparung von bis zu 50 % gegenüber bisher bekannten Flächenheizelementen soll an dieser Stelle nochmals deutlich in den Vordergrund gestellt werden, da heutzutage und auch zukünftig der Energieverbrauch deutlich in den Fokus gerückt ist.
  • Die mittlere Faserlänge der in dem Kohlenstofffaservlies verwendeten recycelten Kohlenstofffasern beträgt 6 / 12 mm.
  • Die Erfindung liegt insbesondere weiter darin, als Flächenheizelement das Kohlenstofffaservlies auszubilden, wobei das Vlies aus recycelten Kohlenstofffasern besteht, die zuvor einer Pyrolyse zugeführt worden sind, wobei die recycelten Kohlenstofffasern vor oder nach der Pyrolyse auf eine Länge im Bereich von 6 bis 12 mm geschnitten wurden und mit einem Vlieslegeverfahren zu entsprechenden Vliesen verarbeitet wurden.
  • Die Kohlenstofffasern in dem Kohlenstofffaservlies weisen eine Länge im Bereich von 6 bis 12 mm auf.
  • Die Kohlenstofffasern in dem Kohlenstofffaservlies weisen eine Dichte von im Bereich von 1,4 g/cm3 bis 2,2 g/cm3, besonders bevorzugt 1,8g/cm3 auf.
  • Diese Kohlenstofffaservliese können in sämtliche Bauteile integriert werden. Die Dichte beträgt 1,8 g/cm3, der Faserdurchmesser beträgt ca. 6 µm und die Faser ist schlichtefrei.
  • Die Kohlenstofffasern in dem Kohlenstofffaservlies weisen einen Faserdurchmesser im Bereich von 4 bis 8 µm, besonders bevorzugt 6 µm auf.
  • Das Kohlenstofffaservlies weist eine Grammatur von 10 bis 40 g/m2, besonders bevorzugt 30 g/m2 auf.
  • Dadurch, dass das Vlies schlichtefrei ist, verfügt dieses über eine deutlich bessere Leitfähigkeit im Gegensatz zu den bekannten Vliesen im Stand der Technik. Hierdurch wird die Energieeffizienz deutlich erhöht. Es liegt eine Effizienzsteigerung von etwa 50 % zum Stand der Technik vor, die durch die Schlichtefreiheit und die Oberflächenstruktur bedingt durch den Pyrolyseprozess realisiert wird.
  • Zudem ist das Material dünner als bisher bekannte Materialvliese und kann somit leichter integriert werden. Das Kohlenstofffaservlies weist eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm, insbesondere 0,31 mm auf. Die Verwendung eines aus recycelten Kohlenstofffasern hergestellten Kohlenstofffaservlieses bringt zudem den hohen Vorteil, dass die Dicke erheblich reduziert wird.
  • Die Kontaktierung kann bei dem beanspruchten Flächenheizelement durch Kupferkontakte erfolgen, die auf das Gewebe aufgebracht sind.

Claims (6)

  1. Flächenheizelement mit einem Widerstandsheizelement aus Kohlenstofffasern,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kohlenstofffasern in einem Pyrolyseverfahren recycelt sind, die Kohlenstofffasern vor oder nach der Pyrolyse geschnitten sind, und
    die recycelten und geschnittenen Kohlenstofffasern zu einem Kohlenstofffaservlies ohne Schlichte verarbeitet sind.
  2. Flächenheizelement nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kohlenstofffasern in dem Kohlenstofffaservlies eine Länge im Bereich von 6 bis 12 mm aufweisen.
  3. Flächenheizelement nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kohlenstofffasern in dem Kohlenstofffaservlies eine Dichte von im Bereich von 1,4 g/cm3 bis 2,2 g/cm3, besonders bevorzugt 1,8g/cm3 aufweisen.
  4. Flächenheizelement nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kohlenstofffasern in dem Kohlenstofffaservlies einen Faserdurchmesser im Bereich von 4 bis 8 µm, besonders bevorzugt 6 µm aufweisen.
  5. Flächenheizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kohlenstofffaservlies eine Grammatur von 10 bis 40 g/m2, besonders bevorzugt 30 g/m2 aufweist.
  6. Flächenheizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kohlenstofffaservlies eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm, insbesondere 0,31 mm aufweist.
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