EP3740030A2

EP3740030A2 - Flächenheizelement

Info

Publication number: EP3740030A2
Application number: EP20152880.9A
Authority: EP
Inventors: Michael Steidle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-11-18
Also published as: EP3740030A3; DE102019112528A1

Abstract

Ein Flächenheizelement mit einem flexiblen Träger (11), auf den eine Heizfläche (12) aufgebracht ist, wobei die Heizfläche (12) aus mindestens einer Heizpaste auf Acrylat- oder PU-Basis mit leitfähigen Füllstoffen gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flächenheizelement mit einem flexiblen Träger.
Solche Folienheizungen sind bereits bekannt. In der Regel weisen die bekannten Heizungen auf eine Folie aufgedruckte, mäanderförmige Leiterbahnen auf, die sich bei einem Stromfluss erwärmen. Diese flexiblen Heizfolien können beispielsweise zur Beheizung von Fahrzeuginnenräumen und/oder Fahrzeugsitzen eingesetzt werden. Durch den flexiblen Träger lassen sich die Heizungen leicht auch auf Formteile wie Innenverkleidungen von Fahrzeugen oder Sitzen aufbringen.
Auch zur Beheizung von Räumen wurden Folienheizungen in Form von Flächenheizungen schon eingesetzt. Die mit den bisherigen Heizungen dabei erzielbaren Temperaturen waren jedoch nicht zufriedenstellend.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächenheizelement vorzuschlagen, mit dem auch höhere Temperaturen erzielbar sind und das einfach in der Herstellung ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Flächenheizelement mit einem flexiblen Träger, auf den eine Heizfläche aufgebracht ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizfläche aus mindestens einer Heizpaste auf Acrylat- oder PU-Basis mit leitfähigen Füllstoffen gebildet ist.
Im Gegensatz zu bekannten Heizelementen mit mäanderförmigen Heizleiterbahnen weist das erfindungsgemäße Heizelement eine Heizfläche auf und kann daher höhere und gleichmäßigere Temperaturen erzielen als bekannte Folienheizelemente. Die Heizfläche kann dabei auf >= 80°C aufheizbar sein, sodass mit dem Flächenheizelement sogar Räume eines Gebäudes beheizbar sind. Ein weiterer Vorteil einer Heizfläche im Vergleich zu mäanderförmigen Heizleitern besteht darin, dass mechanische Verletzungen der Heizfläche nicht zu einem Totalausfall des Heizelements führen wie bei einem Durchtrennen von Heizleitern.
Die Heizfläche kann in beliebigen Formen und Größen hergestellt werden und somit optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall des Heizelements angepasst werden.
Die leitfähigen Füllstoffe der Heizpasten können vorzugsweise Ruße, Metallplättchen, Graphite und/oder Silber-Nanokugeln sein.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Heizfläche von mehreren Schichten von Heizpasten gebildet ist. Der mehrschichtige Aufbau sorgt für eine hohe Wärmespeicherkapazität. Gleichzeitig sind die Schichten flexibel und mechanisch sehr stabil, sodass auch ein starkes Biegen des Trägers nicht zum Ablösen der Pastenschichten führt.
Neben der Heizfläche können auf den Träger auch elektronische Bauelemente einer Ansteuerelektronik für die Heizfläche, Leiterbahnen, LEDs, Sensoren und/oder Kontakte aufgebracht sein. Alternativ können diese Elemente der Ansteuerelektronik natürlich auch separat und entfernt von der Heizfläche angeordnet werden. Neben der Heizfläche sind in diesem Fall nur Kontakte auf dem Träger aufgebracht.
Die elektronischen Bauelemente können dabei auf den Träger aufgedruckt, aufgeklebt, aufgelötet oder mit dem Träger vernietet oder verpresst sein. Die Bestückung des Trägers mit diesen Elementen kann auch mit Hilfe von Bestückungsautomaten erfolgen.
Der Träger kann vorzugsweise aus einem silikonierten Papier oder einer PE-Folie gefertigt sein. Diese Materialien weisen genügend Reißfestigkeit bei gleichzeitig hoher Flexibilität auf.
Die mindestens eine Heizpaste lässt sich vorteilhafterweise auf den Träger aufdrucken, wobei hierzu Standarddruckverfahren eingesetzt werden können.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Heizfläche und dem Träger eine Reflexionsschicht aufgebracht ist. Die Reflexionsschicht sorgt für eine gute Wärmeabstrahlung und schützt gleichzeitig den Träger vor Überhitzung. Die Reflexionsschicht kann dazu von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Metallplättchen gebildet sein.
Das Flächenheizelement kann durch einen externen Schalter ein- und ausgeschaltet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Heizfläche mittels eines auf dem Träger aufgebrachten, durch Wischen oder Druck betätigbaren Schalters zu aktivieren. Der Träger kann hierzu beispielsweise eine neben der Heizfläche liegende Schaltzone aufweisen, auf den der Schalter aufgebracht ist.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Schalter von zwei durch komprimierbare Abstandshalter voneinander getrennten elektrisch leitfähigen Schichten gebildet ist, wobei die Schichten Wasser basierte Dispersionen auf Polyurethanbasis mit eingefügten leitfähigen Elementen sind. Durch Druck lassen sich die Abstandshalter soweit komprimieren, dass die beiden leitfähigen Schichten in gegenseitigen Kontakt kommen und dadurch die Heizfläche mit Strom versorgt wird. Die Herstellung der Schichten aus wässrigen Dispersionen sorgt für eine umweltfreundliche Gestaltung des Heizelements, da auf Lösemittel verzichtet wird.
Zur Erleichterung des Aufbringens des Flächenheizelements auf einem Bauteil, beispielsweise eines Innenraumverkleidungsteils eines Fahrzeugs, kann es mit einer Klebeschicht versehen sein. Die Klebeschicht kann vorzugsweise aufgedruckt werden und aus einem thermoplastischen Klebstoff bestehen. Dieser reagiert unter Hitzeeinwirkung, sodass das Flächenheizelement thermisch mit einem Trägerteil verbunden werden kann.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Flächenheizelementen mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf ein erstes Flächenheizelement;
Fig. 2: eine Draufsicht auf ein zweites Flächenheizelement mit integrierten elektronischen Bauelementen;
Fig. 3: einen schematischen Schichtaufbau des Flächenheizelements aus Fig. 2 im Bereich eines Schalters.

Fig. 1 zeigt ein Flächenheizelement 10 mit einem flexiblen Träger 11, der beispielsweise eine Kunststofffolie oder ein silikoniertes Papier sein kann.
Auf dem Träger 11 ist eine Heizfläche 12 aufgebracht. Diese ist aus mindestens einer Heizpaste gebildet, wobei die Heizpaste beispielsweise ein Acrylat- oder PU-System mit leitfähigen Additiven sein kann. Als Additive kommen insbesondere Partikel aus Kupfer, Aluminium, Graphit, Silber oder Rußpartikel in Frage. Die Heizpaste weist damit einen geringen elektrischen Widerstand auf.
Unter der Heizfläche 12 ist eine Reflexionsschicht 17 vorgesehen, die beispielsweise von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Aluminium-Partikeln gebildet sein kann.
Seitlich der Heizfläche 12 sind Kontaktierungsflächen 13, 14 auf der Reflexionsschicht 17 angeordnet, die aus einer wasserbasierten, elektrisch leitfähigen Dispersion gebildet sein können. Hierfür kommen insbesondere Acryl-Polymere mit Kupfer- und/oder Silberpartikeln als Additive in Frage. Damit erhalten die Kontaktierungsflächen 13, 14 eine sehr gute Haftung auf dem Träger 11 und weisen eine gute Abschirmwirkung auf. Sie dienen dem Anschluss von elektrischen Kabeln 15, 16, um die Heizfläche 12 mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbinden zu können.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Flächenheizelements 10' gezeigt. Auf einem flexiblen Träger 11' ist hier direkt eine zweigeteilte Heizfläche 12' angeordnet. Jede Hälfte 12a' und 12b' der Heizfläche 12' ist seitlich von Kontaktflächen 13a', 13b' berandet, die dem Anschluss von zu einer Stromquelle (nicht gezeigt) führenden Kabeln 15a, 15b, 16a, 16b dienen. Es ist außerdem ein Thermistor 18 vorgesehen, der über gedruckte Leiterbahnen 19 mit einem Stecker 20 sowie LEDs 21, 22, die zwei unterschiedliche Heizstufen anzeigen, verbunden. Der Stecker 20 und die LEDs 21, 22 sind auf einer Erweiterungszunge 11a' des Trägers 11' aufgebracht. Auf der Zunge 11a' ist außerdem ein durch Druck oder Wischen betätigbarer Schalter 23 angeordnet, sodass hier das Heizelement 10' in unmittelbarer Nähe zur Heizfläche 12' ein- und ausgeschaltet werden kann.
Fig. 3 verdeutlicht den Schichtaufbau des Heizelements 10' aus Fig. 2 im Bereich des Schalters 23. Auf dem Träger 11' ist zunächst eine Schicht 24 aus einer transparenten Polyurethandispersion aufgebracht. Anschließend folgt eine Reflexionsschicht 17', die von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Aluminiumpartikeln gebildet sein kann. Darüber ist eine weitere Schicht 25 aus einer transparenten Polyurethandispersion vorgesehen, bevor der eigentliche Schalter 23, der aus drei Schichten 26, 27 und 28 besteht, folgt. Die erste Schicht 26 ist eine erste leitfähige Schicht aus einer elektrisch leitfähigen Acryl-Polymer-Dispersion, die Kupfer- und Silberpartikel als Additive enthalten kann. Darüber folgt eine Abstandsschicht 27 aus Silikon oder aus einer Polyurethandispersion und anschließend eine zweite leitfähige Schicht 28, die beispielsweise aus einer wässrigen Polyurethadispersion mit Graphit hergestellt sein kann. Die Schichten 26 und 28 könnten jedoch auch aus dem gleichen Material gefertigt sein.
Oberhalb der Schicht 28 und damit des Schalters 23 ist eine Schutzschicht 29 angeordnet, auf die beispielsweise eine Klebeschicht 30 aus thermoplastischem Kunststoffgranulat oder -pulver oder aus einer Klebepaste aufgebracht sein kann. Mit Hilfe der Klebeschicht 30 lässt sich das Heizelement 10' auf ein weiteres Bauteil, beispielsweise ein Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs aufkaschieren.
Sämtliche Schichten 24, 17' und 25 - 30 können mittels Druckverfahren aufgebracht werden.

Claims

Flächenheizelement mit einem flexiblen Träger (11, 11'), auf den eine Heizfläche (12, 12') aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') aus mindestens einer Heizpaste auf Acrylat- oder PU-Basis mit leitfähigen Füllstoffen gebildet ist.
Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe Ruße, Metallplättchen, Graphite und/oder Silber-Nanokugeln sind.
Flächenheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') von mehreren Schichten von Heizpasten gebildet ist.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Träger (11, 11') elektronische Bauelemente einer Ansteuerelektronik für die Heizfläche (12, 12'), Leiterbahnen (19), LEDs (21, 22), Sensoren (18) und/oder Kontakte aufgebracht sind.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauelemente (19 - 23) auf den Träger (11, 11') aufgedruckt, aufgeklebt, aufgelötet oder mit dem Träger (11, 11') vernietet oder verpresst sind.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11, 11') aus einem silikonierten Papier oder einer PE-Folie gefertigt ist.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizpaste auf den Träger (11, 11') aufgedruckt ist.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') auf >= 80°C aufheizbar ist.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Heizfläche (12, 12') und dem Träger (11, 11') eine Reflexionsschicht (17, 17') aufgebracht ist.
Flächenheizelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (17, 17') von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Metallplättchen gebildet ist.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') mittels eines durch Wischen oder Druck betätigbaren Schalters (23) aktivierbar ist.
Flächenheizelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (23) von zwei durch komprimierbare Abstandshalter (27) voneinander getrennten elektrisch leitfähigen Schichten (26, 28) gebildet ist, wobei die Schichten (26, 28) Wasser basierte Dispersionen auf Polyurethanbasis mit eingefügten leitfähigen Elementen sind.
Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Klebeschicht versehen ist.