WO2009135487A2 - Elektrisch leitendes polymerband und polymergewebe auf der basis von elektrisch leitenden polymerfasern, garnen, zwirnen und schnüren für flächenhafte heizelemente, heizgewebe und ähnliches und verfahren zur herstellung des flächenhaften heizelementes - Google Patents

Elektrisch leitendes polymerband und polymergewebe auf der basis von elektrisch leitenden polymerfasern, garnen, zwirnen und schnüren für flächenhafte heizelemente, heizgewebe und ähnliches und verfahren zur herstellung des flächenhaften heizelementes Download PDF

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Definitions

  • Heating element in particular for space heating, for clothing and in the medical field.
  • EP1374638 A2 describes electrically conductive flexible fibers which are arranged or laid as a line in an insulating material.
  • the cables can be routed differently in bands, surfaces or tubes, in parallel or in series.
  • WO 2004/098239 A1 describes a soft and flexible heater which uses electrically conductive threads or fibers as heating of media.
  • the conductive fibers are combined by a material with a negative temperature coefficient (NTC), forming the temperature sensor of the heating cable.
  • NTC negative temperature coefficient
  • One or more heating cables may be formed in heaters of various configurations, including tapes, pipes or plates, which provide uniform local thermal radiation and overheat protection. Such heaters can be connected in various combinations as parallel or series connection.
  • the heater may include a permanent temperature sensor with a positive temperature coefficient (PTC) to precisely control the temperature in the heater.
  • PTC positive temperature coefficient
  • Such temperature sensors can be made of electrically conductive fibers, Metal lines or fibers consist of optical filaments.
  • the electrically conductive threads / fibers may have a polymer base which serves as a thermal shutdown at a particular pre-set temperature.
  • methods for producing a planar heating element and a planar heating element are already known.
  • DE 10 2006 014 171 A1 describes an area heater with a conductive cellulose fleece, in which an area heater which is used for applications in the range of heating voltages of up to 1000 V yields achievable powers of up to 2 kw / m 2 and which is characterized in that the electrical resistance required for the heating is formed by an electrically conductive cellulose fleece.
  • Integrated metallic contacts secure the connection of the conductive cellulose fleece to a
  • Connection electrodes consists and in which the carrier layer and the cover layer mechanically loadable fabric or nonwoven webs, the carbon fiber web, the carrier layer and the cover layer are needled together, these layers with an order of a PVC paste existing
  • Plastisol made of a high-solid system (PUR) or made of a polymer and combined using a joining force to form a composite layer.
  • PUR high-solid system
  • a method for producing a flexible, web-shaped and mechanically strong Sheet with an integrated surface heating using a plastic with a wear-resistant surface which is inventively achieved in that on a layer composite, consisting of at least one mechanically loadable fiber web and a mechanically non-resilient mainly consisting of electrically conductive non-metallic fibers fiber web, in several Layers optionally a plastisol (PVC paste), a high-solid system (PUR system) or in the thermoplastic state, a polymer melt applied and with a plastic component before imoniagnier te layer composite by applying a joining force with the order of plastic to a heterogeneous A sheet is combined, wherein a part of the applied PVC paste, the PUR system or the polymer melt penetrates into the Kunststoffaservlies.
  • the invention is used in the manufacture of a flexible sheet-like and mechanically loadable sheet with an integrated, low-voltage heating to heat converting electrical energy predominantly for wear-resistant and optionally patterned surfaces in floor covering
  • DE 10 2005 010 540 A1 describes a current-conducting knitted or knitted fabric for heating purposes, which contains an electrically conductive, relatively high-resistance, flexible resistance material made of carbon threads with metal conductors for the electrical leads of a low-resistance material, wherein the carbon threads and the metal conductors in a synthetic Threads or knitted fabric or knit fabric knitted or knitted in mixture with natural fibers as carrier material.
  • the manufacturing processes of such products are complicated and problematic.
  • the invention provides a remedy in that it is designed in the form of a spacer fabric or knitted spacer fabric with a top and bottom side and intermediate layer and that the
  • the object of the invention is an electrically conductive
  • an electrically conductive polymer strip for heating elements a method for producing a planar heating element provided, wherein the yarn, the twist, the cords and the tapes and the fabric consists of electrically conductive fibers based on polymer.
  • the polymer fibers are advantageously processed into yarns and other textile processing stages.
  • groups of parallel yarns, twines or strands can be formed and each connected as a group can be connected in the band. All strands are each conductively connected to each other and thus form a band as a single electrical conductor.
  • the tapes can be used universally as a single arrangement or as groups. The electrical coupling is done in a mechanical way.
  • the fibers, yarns, threads, cords, tapes and the fabric are the basis for the production of flat and flexible heaters in the low temperature range and simultaneously
  • the Number of braided polymer fibers in the monofilaments, as well as the number of threads, yarns, threads and / or cords in the belt or fabric are structurally determined by the predetermined parameters of the heating tape or heating fabric. According to the intended functions of the
  • Heating element and the intended conditions of use are the allowable specific individual power of a unit of length of fibers, yarns, threads and cords and a given specific resistance of the fibers, yarns, threads and cords for a unit length of fibers, yarns, threads and cords and the given surface temperature considered the heating tape. Since all the fibers, yarns, threads and cords of the ribbon or fabric are bonded together, they form a single electrical conductor of predetermined dimensions and resistivity, relative to a unit of the length of the ribbon or fabric.
  • the heating elements are washable, stuck z. B. fibers in a fabric bag as metal or polymer, which is also washable.
  • a silver metal mesh is used, which acts antibacterial and thus can be used particularly advantageously in the medical field.
  • the heating elements are flexible, do not wear very strong and are inexpensive to produce.
  • an electrically conductive polymer tape is arranged and fixed conductively.
  • a planar heating element is created which in mass production z. B. can be made on looms and can also be available by the meter or in ready-made sizes.
  • the tapes can not only rectilinear but also as Meanders are laid. In the corner area is achieved by folding the direction change of the bands.
  • the overlying bands have the same heat development at these corners as on the rectilinear areas, since the band is directly and not mutually isolated and thus there is no double heating effect and the effective conductor area is not increased.
  • Individual bands can be arranged on a surface arranged via common conductors.
  • the polymer tape is a knitted tape, which may have different structures through the use of yarn, twine or cords, this according to the necessary conditions of use.
  • different woven tapes are described, which are adapted to appropriate practical applications, such.
  • the development according to claim 8 relates to a textile character of the polymer bands or polymer fabric created electrical contact solution, which has only a small height and thus serves the planar design.
  • a special planar solution is proposed for a heating wallpaper.
  • the development according to claim 10 are planar
  • the Schuleiterbahnen can be sewn or embroidered. This provides advantages in the Textilher position in the production of heated clothing.
  • the developments according to claim 12 and 13 represent solutions in which endless rollers can be produced, which can be cut and processed in the end use of the role in the appropriate length.
  • special previous solutions for the production of a planar polymer cable are utilized.
  • development according to claim 15 represents a solution for the production of a wall or floor heating.
  • the possible shielding consisting of a fabric of metal wires or a fabric of electrically conductive polymer fibers, filaments and / or stranded wire, can be connected to a reference potential, whereby the cable / heating element is freed from electromagnetic radiation and thus can significantly expand the field of application.
  • the operating voltage does not exceed 48 V, whereby the band for universal energy sources is available and the operating voltage does not exceed a man-friendly range.
  • FIG. 1.1 shows the section of a yarn consisting of individual electrically conductive fibers
  • FIG. 2.1 shows the section of a yarn with a fiber core of electrically non-conductive polymer fibers, natural fibers or monofilament fibers and a coating or coating of an electrically conductive material
  • 2.2 shows the cross-section of a yarn according to FIG. 2.1
  • FIG. 3.1 shows the section of a fiber with a fiber core of electrically nonconductive polymer fibers and a first coating composition of a silver polymer mixture and a second coating of silver
  • Fig. 3.2 shows the cross-section of a yarn according to Fig. 3.1
  • Fig. 4.1 shows a side view of a section of plain twine
  • Fig. 4.2 shows a side view of a section of a double twine
  • Fig. 4.3 shows a side view of a section of a triple twine
  • FIG. 4.4 shows the side view of a section of a quadruple twine
  • FIG. 5.1 shows the spatial representation of a section of a twine or a twine made of modified polymer fibers and yarn or twine
  • FIG. 4.4 shows the side view of a section of a quadruple twine
  • FIG. 5.1 shows the spatial representation of a section of a twine or a twine made of modified polymer fibers and yarn or twine
  • FIG. 4.4 shows the side view of a section of a quadruple twine
  • FIG. 5.1 shows the spatial representation of a section of a twine or a twine made of modified polymer fibers and yarn or twine
  • FIG. 5.2 shows the cross section of FIG. 5.1
  • Fig. 6.1 is a plan view of a portion of a knitted tape
  • Fig. 6.2 is a cross-section of a knitted tape made of yarn
  • Fig. 6.3 is a cross-section of a knitted tape made of yarn and twine
  • Fig. 6.4 is a cross-section of a knitted tape made of cords
  • Fig. 7 is a plan view of a Section of a woven band, with a central region with electrically non-conductive warp threads and edge regions with electrically conductive warp threads,
  • FIG. 9 is a plan view of a portion of a longitudinally and transversely elastic woven tape with good air permeability
  • FIG. 10.1 shows the top view of a section of a textile contact as a special knit band
  • FIG. 10.2 shows the basic representation of the contact formation between knit bands and woven bands
  • FIG. 11 shows the electrical construction of a heating wallpaper with electrical contact representations and without carrier material for a continuous production
  • FIG. 12.2 shows a sheet-like heating element with a woven tape or fabric with holes for a motor vehicle seat heating
  • FIG. 12.3 shows a sheet-like heating element with printed or embroidered conductor tracks
  • FIG. 13 shows a sheet-like heating element with carrier material for a continuous production
  • Fig. 14 shows a variant of a planar heating element in Endlosfer tion
  • Fig. 15 shows the cross section of a planar polymer cable with shielding
  • Fig. 16 is a schematic representation of a planar heating element with insulating layers and shielding.
  • yarns 2 are used, which consist of individual fibers 1.
  • These fibers 1 of the yarns 2 of the polymer tape or polymer fabric 7 may consist of electrically conductive carbon fibers Ia with a proportion of 92 to 99% carbon and / or electrically conductive, modified polymer carbon fibers Ib and / or electrically conductive modified polymer silver carbon fibers Ic and / or electrically nonconductive polymer fibers Id or natural fibers Id or monofilament fibers Id and / or electrically conductive, metal-modified polymer fibers If and / or electrically non-conductive polymer fibers Id or natural fibers Id or monofilament fibers Id with a coating composition of a carbon-dust polymer mixture Ie with up to 30% carbon dust and the remainder polyamide and / or a coating composition of a silver-carbon dust polymer mixture Ie
  • the electrically nonconductive polymer fibers Id or natural fibers Id or monofilament fibers Id can also be formed as elastic fibers Ii.
  • Various yarns and fibers 2 are shown in FIGS. 1.1 to 3.2
  • the yarns 2 may be made into twines IF to nF.
  • a simple twist IF of yarn 2 is z. B. of two electrically conductive, metal-modifizier th polymer fibers If.
  • a yarn 2F of two yarns 2 consists z. B. from two electrically conductive, metal-modifizier th polymer fibers If or polymer fibers If simple or
  • a triple thread 3F consists of a yarn 2 of three electrically conductive, metal-modifizier th polymer fibers If or polymer fibers If simple or polymer If fibers as twofold 2F or multiple fibers Id.
  • a fourfold yarn 4F consists of a yarn 2 from four electrically conductive, metal-modified polymer fibers If or polymer fibers If simple or polymer fibers If as twisted triple 3F.
  • Even stronger electrically conductive cords 3 or twines 3 than twines IF to 4F may consist of yarns 2 of fibers Ia, Ib, Ic and / or If braided by means of fibers Ic, If or twine IF, 2F, 3F to nF, see FIGS. 5.1 and 5.2.
  • An electrically conductive knit tape 4 or electrically conductive knitted fabric 4 consists of yarn 2 with fibers Ib, Ic, Id and / or twisted yarn IF, 2F, 3F as the warp yarn 5 and the same yarns 2 as weft yarn 6.
  • knitting yarns 4a made of yarn 2
  • the different structure of the tapes 4 can be seen from the figures 6.2 to 6.4. These different structures are selected according to the fields of application.
  • a further variant is the electrically conductive weaving tapes 7, see Figure 7.
  • These weaving tapes 7 consist of warp threads 5 of yarn 2 and the yarn 2 of electrically non-conductive polymer fibers Id or natural fibers Id or monofilament Id exist.
  • right and left on the edge of the woven tapes 7 warp threads 5 of yarn 2 or twisted yarn 3F, 4F or cords 3 of electrically conductive fibers Ia, Ib, Ic, If are arranged.
  • the weft threads 6 consist alternately of yarn 2 of electrically non-conducting fibers Id and of yarn 2 of electrically conductive fibers Ia, Ib, Ic, If.
  • These electrically conductive, elastic woven tapes 8 consist of warp threads 5 made of elastic fibers Ii and electrically conductive fibers Ia, Ib, Ic, If, yarns 2 or twisted yarns 3F, 4F or cords 3.
  • the edges of the weaving tapes 8 are made of stretchable or non-stretchable selvedges 9 made of electrically non-conductive fibers Id.
  • the weft threads 6 meander always oscillate between two adjacent warp threads 5 and consist of electrically non-conductive fibers Id and electrically non-conductive yarns 2, 3F, 4F or cords 3.
  • Warp threads 5 made of elastic fibers Ii and electrically non-conducting fibers Id, yarns 2 or twisted 3F, 4F or cords 3 and the weft threads 6 made of electrically conductive fibers Ia, Ib, Ic, If and from electrically conductive yarns 2, twisting 3F, 4F or cords 3 exist.
  • the expansion in width can be up to 7% and in length up to 70%. In a structure of the woven tapes 8 without elastic fibers Ii is no elasticity of the woven tapes 8 give.
  • the elastic woven tapes 8 as shown in Figure 9, which in the longitudinal direction (up to 70%) and in the transverse direction (up to 30%) have greater elasticity and are well air-permeable through many air meshes, these consist of electrically non-conductive Warp threads 5 and elastic fibers Ii and additionally of electrically conductive warp threads 5 of electrically conductive yarns 2 and twisted 3F, 4F or cords 3, said electrically conductive warp threads 5 meander between adjacent electrically non-conductive warp threads 5.
  • These woven tapes 8 have weft threads 6 and right and left as edge stretchable selvages 9 of non-conductive fibers Id.
  • an electrically conductive textile contact 10 is provided in the form of a knitted tape 4, which according to the constructive solution at certain intervals reinforcing points with a very good electrical
  • the textile contact 10 is sewn by means of electrically non-conductive yarn 2 or twine 2F, 3F on the carrier material as knit tape 4 or woven tape 7, 8, see Figure 10.1 and 10.2.
  • the impact bands 4 have been developed mainly to solve contact problems.
  • a special application of the polymer tape or the polymer fabric 7 is the heating wallpaper 11.
  • the heating wallpaper 11 is formed so that right and left at the edge electrically conductive warp threads 5 are arranged band-shaped and between these band-shaped warp threads 5 electrically conductive fibers Ia, Ib, Ic, If lie as weft threads 6.
  • At the band-shaped warp threads 5 opposite effective bands 4 are arranged with textile contacts 10 at certain intervals. Thus, there are always repetitive sections, as can be seen from Figure 11. This allows continuous production and cutting to any length.
  • FIGS. 12.1 to 12.3 show examples of different heating surfaces according to the invention.
  • weave bands 7, 8 are applied, which have at the opposite ends of effective bands 4 as contact bands.
  • the woven tapes 7, 8 have air meshes or holes 14 or apertures 14.
  • On the topmost covering layer of these heating surfaces can be an epoxy resin lacquer layer or
  • Polymer layer may be applied.
  • the illustrated variant in Figure 12.2 provides z. B. is a seat heating for a motor vehicle.
  • printed conductors of electrically conductive yarns 2, cords 3 or twines 2F to nF are sewn or embroidered on a textile carrier material and the printed conductors are combined at their beginnings and their ends and connected to knitted tapes 4 as contact bands.
  • electrically conductive active bands 4 or electrically conductive strand 15 can be applied on the carrier material 13 in the longitudinal direction on the right and left at the edge and in the middle. Between the lying on the edge bands 4 or the strand 15 and in the Center lying bands 4 are provided by points with a textile contact 10 or a metallic contact 16 meandering arranged electrically conductive yarns 2, cords 3 or twines 2F to nF or impact tapes 4. These heating surfaces can be manufactured as endless belts and are very easy to separate in the required length.
  • the variant of a heating surface shown in Figure 14 on a preferably textile substrate 13 has in the longitudinal direction respectively right and left on the edge electrically conductive tapes 4 or electrically conductive wire 15. At intervals electrically conductive tapes 4 or tapes 7, 8 lying between the edge Knitted bands 4 connected by textile contacts 10 or metallic contacts 16. Also in this case, an endless production and the processing of the role is possible.
  • Planar polymer cables 19, as shown in Figure 15, have the following structure.
  • An electrically conductive, multiple active tape 4 is provided with an insulating layer 18, in which a shield 17 may be embedded from a metal mesh or an electrically conductive polymer mesh.
  • These polymer cables 19 are used in a wide variety of applications of the polymer bands and the fabric 7 their use.
  • the polymer bands, polymer mesh 7 or heating surfaces are applied to DC or AC voltage.
  • An operating voltage of maximum 48V is advantageous here.
  • the heating surfaces as shown in Figure 16, but be equipped with shields.
  • the structure can be executed in the following. Impact bands 4 and / or woven bands 7, 8, possibly on carrier material 13, are provided on a planar insulation layer 18 applied, applied and covered with an insulating layer 18. A shield 17 with a further insulation layer 18 can follow this insulation layer 18.

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es ein elektrisch leitendes Polymerband oder Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymerfasern, Garnen, Zwirnen und Schnϋren fur vorzugsweise flachenhafte Heizelemente bzw. ein Heizgewebe, ein Verfahren zur Herstellung eines flachenhaften Heizelementes mittels der Polymerfasern, Garnen, Zwirnen, Schnϋren, Polymerbänder und Polymergewebe insbesondere fϋr Raumheizungen, fϋr Kleidung und im medizinischen Bereich unter kostengϋnstigen Bedingungen zu schaffen. Einzelne Fasern (1) der Game (2) des Polymerbandes bzw. Polymergewebes (7) bestehen aus elektrisch leitfahigen Kohlenstofffasern (1a) und/oder elektrisch leitfahigen, modifizier ten Polymerkohlenstofffasern (1b) und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymersilberkohlenstofffasern (1c) und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern (1d) oder Naturfasern (1d) oder Monofilamentfasern (1d) und/oder aus elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern (1f) und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern (1d) oder Naturfasern (1d) oder Monofilamentfasern (1d) mit einer Beschichtungsmasse aus einer Kohlenstaub-Polymer-Mischung (1e) und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber-Kohlenstaub-Polymer-Mischung (1e) und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber-Polymer-Mischung (1g) und/oder einer Silberbeschichtung (1h), wobei die elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern (1d) oder Naturfasern (1d) oder Monofilamentfasern (1d) als elastische Fasern (1i) ausgebildet sein können. Beim Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes werden auf einem nicht leitenden textilen Trägermaterial (13) elektrisch leitende Fasern (1a, 1b, 1c, 1e, 1f, 1g, 1h) oder Wirkbänder (4) oder Webbänder (7, 8) angeordnet und befestigt, wobei die Wirkbänder (4) und Webbänder (7, 8) durch Webtechnik, Wirktechnik oder Nähtechnik vorgefertigt werden. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt in der Herstellung flachenhafter Heizelemente insbesondere zur Raumheizung, für Kleidung und im medizinischen Bereich.

Description

Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymer fasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für flächenhafte Heizelemente, Heizgewebe und ähnliches und Verfahren zur Herstellung des flächenhaften Heizelementes
Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymer fasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für flächenhafte Heizelemente, Heizgewebe und ähnliches und Verfahren zur Herstellung des flächenhaften
Heizelementes insbesondere zur Raumheizung, für Kleidung und im medizinischen Bereich.
Es sind bereits Heizelemente aus leitenden Polymer fasern bekannt. So werden in der EP1374638 A2 elektrisch leitende flexible Fasern beschrieben die in einem isolierenden Material als Leitung angeordnet oder verlegt sind. Die Leitungen können unterschiedlich in Bändern, Flächen oder Rohren, parallel oder in Reihe verlegt werden.
Weiterhin wird in der WO 2004/098239 Al eine weiche und flexible Heizung beschrieben, welche elektrisch leitende Fäden oder Fasern als Heizung von Medien verwendet. Die leitenden Fasern werden durch ein Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) zusammengefasst , bilden den Temperatur sensor des Heizkabels. Ein oder mehr Heizkabel können in Heizungen von verschiedenen Konfigurationen einschließlich Bänder, Rohren oder Platten gebildet werden, welche eine gleichmäßige lokale Wärmestrahlung und einen Überhitzungsschutz zur Verfügung stellen. Solche Heizungen können in verschiedenen Kombinationen als Parallel- oder Reihenschaltung verbunden werden. Die Heizung kann einen ständigen Temperatur sensor mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) enthalten, um die Temperatur in der Heizung genau zu kontrollieren. Solche Temperatur sensoren können aus elektrisch leitenden Fasern, Metallleitungen oder Fasern optischer Glühfäden bestehen. Ja nach Bedarf können die elektrisch leitenden Fäden/Fasern eine Polymer -Basis haben, welche als thermische Abschaltung bei einer bestimmten vor eingestellten Temperatur dienen. Ebenso sind bereits Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes sowie ein flächenhaftes Heizelement bekannt. So wird in der DE 10 2006 014 171 Al ein Flächenheizer mit leitfähigem Cellulosevlies beschrieben, bei welchem ein Flächenheizer, der für Anwendungen im Bereich von Heizspannungen bis zu 1000 V zur Anwendung kommt, erzielbare Leistungen bis 2 kw/m2 liefert und der dadurch gekennzeichnet ist, dass der für die Heizung erforderliche elektrische Widerstand durch ein elektrisch leitfähiges Cellulosevlies gebildet wird. Eingearbeitete metallische Kontakte sichern den Anschluss des leitfähigen Cellulosevlieses an eine
Spannungsquelle. Beidseitig aufgebrachte Polymer folien geben mechanischen und elektrischen Schutz und verhindern das Eindringen von Feuchte in das Cellulosevlies.
Weiterhin wird in der DE 44 47 407 C2 ein flexibles
Flächenheizelement und ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Flächenheizelementes beschrieben, welches aus einer Träger schicht , einer Deckschicht, einer aus vorzugsweise mit einem Polymer vor imprägnier ten Kohlenstofffasern bestehenden Faserbahn und mit an gegenüberliegenden Seiten angebrachten
Anschlusselektroden besteht und bei welchem die Träger schicht und die Deckschicht mechanisch belastbare Gewebe- oder Vliesbahnen sind, die Kohlefaserbahn, die Träger schicht und die Deckschicht miteinander vernadelt sind, diese Schichten mit einem Auftrag aus einem aus PVC -Paste bestehenden
Plastisol, aus einem High- Solid- System (PUR) oder aus einem Polymer versehen und unter Aufwendung einer Fügekraft zu einem Schichtverbund vereinigt sind.
In der DE 44 47 408 Al wird ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, bahnenförmigen und mechanisch belastbaren Flächengebildes mit einer integrierten Flächenheizung unter Verwendung eines Kunststoffes mit einer verschleißfesten Oberfläche beschrieben, welches erfindungsgemäß dadurch gelöst wird, dass auf einen Schichtverbund, bestehend aus mindestens einer mechanisch belastbaren Faserbahn und einer mechanisch nicht belastbaren vorwiegend aus elektrisch leitenden, nichtmetallischen Fasern bestehenden Faserbahn, in mehreren Schichten wahlweise ein Plastisol (PVC-Paste) , ein High- Solid- System (PUR-System) oder im thermoplastischen Zustand eine Polymer schmelze aufgetragen und der mit einer Kunststoffkomponente vor imprägnier te Schichtverbund unter Aufwendung einer Fügekraft mit dem Auftrag aus Kunststoff zu einem heterogenen Flächengebilde vereint wird, wobei ein Teil der aufgetragenen PVC-Paste, des PUR-Systems oder der Polymer schmelze in das Kunststoffaservlies eindringt. Die Erfindung wird bei der Herstellung eines flexiblen bahnenförmigen und mechanisch belastbaren Flächengebildes mit einer integrierten, elektrische Energie in Wärme umwandelnden Niederspannungsheizung vorwiegend für verschleißfeste und wahlweise gemusterte Oberflächen bei Fußbodenbelägen eingesetzt .
Die DE 10 2005 010 540 Al beschreibt ein stromleitfähiges Gewirk oder Gestrick für Heizzwecke, welches ein elektrisch leitendes, relativ hochohmiges, flexibles Widerstandsmaterial aus Carbonfäden mit Metallleitern für die elektrischen Zuleitungen aus einem niederohmigen Material enthält, wobei die Carbonfäden und die Metallleiter in ein aus synthetischen Fäden oder auch in Mischung mit Naturfasern als Trägermaterial bestehendes Gewirk oder Gestrick mit eingewirkt oder eingestrickt sind. Die Herstellungsverfahren solcher Produkte sind kompliziert und problembehaftet. Die Erfindung schafft Abhilfe dadurch, dass es in Form eines Abstandsgestrickes oder Abstandsgewirkes mit einer Ober- und Unterseite und Zwischenlage ausgebildet ist und dass die
Carbonfäden durch entsprechend eingestellte und angepasste maschinelle Faktoren, wie Fadenleitorgane, eine ausreichende Querkraftstabilität besitzen, so dass sie bei der Herstellung keine relevanten Schädigungen erfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es ein elektrisch leitendes
Polymerband oder Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymer fasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für vorzugsweise flächenhafte Heizelemente bzw. ein Heizgewebe, ein Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes mittels der Polymer fasern, Garnen, Zwirnen, Schnüren, Polymerbänder und Polymergewebe insbesondere für Raumheizungen, für Kleidung und im medizinischen Bereich unter kostengünstigen Bedingungen zu schaffen.
Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass ein elektrisch leitendes Polymerband für Heizelemente, ein Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes geschaffen, wobei das Garn, der Zwirn, die Schnüre und die Bänder und das Gewebe aus elektrisch leitenden Fasern auf Polymerbasis besteht.
Innerhalb der Polymer fasern oder auf deren Oberfläche können elektrisch leitende Materialien oder Mischungen aufgebracht sein. Die Polymer fasern sind vorteilhaft zu Garnen und weiteren textilen Verarbeitungsstufen verarbeitet. Dabei können Gruppen von parallel verlaufenden Garnen, Zwirnen oder Litzen gebildet werden und jeweils als Gruppe angeordnet im Band verbunden werden. Alle Litzen sind dabei jeweils leitend miteinander verbunden und bilden damit als Band einen einzigen elektrischen Leiter. Die Bänder sind universell als Einzelanordnung oder als Gruppen einsetzbar. Die elektrische Kopplung erfolgt auf mechanische Weise.
Die Fasern, Garne, Zwirne, Schnüre, Bänder und das Gewebe sind Grundlage zur Herstellung flacher und biegsamer Heizungen im Nieder temperaturbereich sowie gleichzeitig
Grundlage für die Herstellung elektrischer Wärmekabel. Die Anzahl der geflochtenen Polymer fasern in den Einzelfäden, sowie die Anzahl der Fäden, Garne, Zwirne und/oder Schnüre im Band oder Gewebe werden konstruktiv von den vorgegebenen Parametern des Heizbandes oder Heizgewebes bestimmt. Entsprechend den vorgesehenen Funktionen des
Heizungselementes sowie den vorgesehenen Einsatzbedingungen werden die zulässige spezifische Einzelleistung einer Einheit der Länge der Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre sowie ein vorgegebener spezifischer Widerstand der Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre für eine Längeneinheit der Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre und die vorgegebenen Oberflächentemperatur des Heizbandes berücksichtigt. Da alle Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre des Bandes oder Gewebes miteinander verbunden sind, bilden diese einen einzigen elektrischen Leiter mit vorgegebenen Abmaßen und einem spezifischen Widerstand, bezogen auf eine Einheit der Länge des Bandes oder Gewebes . Die Heizelemente sind waschbar, stecken z. B. in einem Gewebesack als Metall oder Polymer fasern, der ebenfalls waschbar ist. Vorteilhaft wird ein Silbermetallgewebe verwendet, welches antibakteriell wirkt und somit besonders vorteilhaft im medizinischen Bereich eingesetzt werden kann. Die Heizelemente sind flexibel, tragen nicht sehr stark auf und sind kostengünstig herstellbar .
Weiterhin werden in ein nicht elektrisch leitendes textiles
Trägermaterial elektrisch leitende Polymer fasern, Einzelfäden und/oder Litze eingearbeitet und es entsteht somit eine flächenhafte Anordnung elektrischer Leiter und/oder Leiterbahnen. Auf dieser Anordnung der leitenden Polymer fasern auf dem textilen Trägermaterial wird ein elektrisch leitendes Polymerband angeordnet und leitend befestigt. Dadurch wird ein flächenhaftes Heizelement geschaffen welches in Massenproduktion z. B. auf Webmaschinen hergestellt werden kann und auch als Meterware oder in konfektionierten Größen zur Verfügen stehen kann. Dabei können die Bänder nicht nur geradlinig sonder auch als Mäander verlegt werden. Im Eckbereich wird durch Falten die Richtungsänderung der Bänder erreicht. Die dabei übereinander liegenden Bänder haben an diesen Eckbereichen die gleiche Wärmeentwicklung wie auf den geradlinigen Bereichen, da das Band direkt und nicht gegeneinander isoliert aufeinander liegt und es somit nicht zu einer doppelten Heizwirkung kommt und das die wirksame Leiterfläche nicht vergrößert ist. Einzelne Bänder können auf einer Fläche angeordnet über gemeinsame Leiter versorgt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung für das Polymerband oder Polymergewebe sind in den Ansprüchen 2 bis 16 dargestellt. Das Polymerband oder Polymergewebe erfährt eine Weiterbildung nach Anspruch 2, indem das Garn zu Zwirn nach verschiedenster Struktur verarbeitet und eingesetzt wird. Hierdurch kann insbesondere auf die Festigkeit des Polymerbandes bzw. des Polymergewebes Einfluss genommen werden. Indirekt wird damit auch die Heizleistung beeinflusst. Nach Anspruch 3 können elektrisch leitende Schnüre oder Bindfaden aus den
Grundmaterialien hergestellt werden, die einer wesentlich stärkeren mechanischen Belastung standhalten können. Nach Anspruch 4 ist das Polymerband ein Wirkband, welches durch den Einsatz von Garn, Zwirn oder Schnüren unterschiedliche Strukturen besitzen kann, dies entsprechend der notwendigen Einsatzbedingungen. Bei den Weiterbildungen nach Anspruch 5 bis 7 sind unterschiedliche Webbänder beschrieben, die entsprechenden praktischen Einsatzfällen angepasst sind, wie z. B. elastische Heizbänder. Die Weiterbildung nach Anspruch 8 betrifft eine dem textilen Charakter der Polymerbänder bzw. Polymergewebe geschaffene elektrische Kontaktlösung, die nur eine geringe Bauhöhe besitzt und somit der flächenhaften Gestaltung dient. Nach Anspruch 9 wird eine spezielle flächenhafte Lösung für eine Heiztapete vorgeschlagen. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 10 werden flächenhafte
Heizelemente vorgeschlagen, die spezielle Einsatzbedingungen, wie z. B. eine Sitzheizung für Kraftfahrzeugsitze, erfüllen. Nach Anspruch 11 können die Heizleiterbahnen aufgenäht oder aufgestickt sein. Dies ergibt Vorteile in der Textilher Stellung bei der Herstellung beheizbarer Kleidung. Die Weiterbildungen nach Anspruch 12 und 13 stellen Lösungen dar, bei denen Endlosrollen herstellbar sind, die beim Endeinsatz von der Rolle in entsprechender Länge abschneidbar und verarbeitbar sind. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 14 sind spezielle vorhergehende Lösungen für die Herstellung eines flächenhaften Polymerkabels ausgenutzt. Die
Weiterbildung nach Anspruch 15 stellt eine Lösung für die Herstellung einer Wand- oder Fußbodenheizung dar. Die mögliche Abschirmung, wie auch schon in Anspruch 14 erwähnt, bestehend aus einem Gewebe aus Metalldrähten oder einem Gewebe aus elektrisch leitenden Polymer fasern, Einzelfäden und/oder Litze, kann mit einem Bezugspotential verbunden werden, wodurch das Kabel/Heizelement von elektromagnetischer Strahlung befreit wird und sich somit das Einsatzgebiet erheblich erweitern lässt. Nach Anspruch 16 ist das Polymerband bzw. Polymergewebe für eine beliebige
Spannungsart, also für Gleichspannung oder Wechselspannung geeignet, wobei die Betriebsspannung 48 V nicht übersteigt, wodurch das Band für universelle Energiequellen nutzbar wird und die Betriebsspannung einen für den Menschen ungefährlichen Bereich nicht übersteigt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1.1 den Abschnitt eines Garns bestehend aus einzelnen elektrisch leitenden Fasern,
Fig. 1.2 der Querschnitt eines Garns nach Fig.1.1, Fig. 2.1 den Abschnitt eines Garns mit einem Faserkern aus elektrisch nichtleitenden Polymer fasern, Naturfasern oder Monofilamentfasern und einer Umhüllung bzw. Beschichtung aus einem elektrisch leitendem Material, Fig. 2.2 der Querschnitt eines Garns nach Fig. 2.1, Fig. 3.1 den Abschnitt einer Faser mit einem Faserkern aus elektrisch nicht leitenden Polymer fasern und einer ersten Beschichtungsmasse aus einer Silber - Polymermischung und einer zweiten Beschichtung aus Silber,
Fig. 3.2 der Querschnitt eines Garns nach Fig. 3.1, Fig. 4.1 die Seitenansicht eines Abschnitts einfachen Zwirns, Fig. 4.2 die Seitenansicht eines Abschnitts eines zweifachen Zwirns , Fig. 4.3 die Seitenansicht eines Abschnitts eines dreifachen Zwirns ,
Fig. 4.4 die Seitenansicht eines Abschnitts eines vierfachen Zwirns , Fig. 5.1 die räumliche Darstellung eines Abschnitts einer Schnur oder eines Bindfadens aus modifizierten Polymer fasern und Garn oder Zwirn,
Fig. 5.2 der Querschnitt von Fig. 5.1,
Fig. 6.1 die Draufsicht auf eines Abschnitt eines Wirkbandes, Fig. 6.2 der Querschnitt eines Wirkbandes aus Garn, Fig. 6.3 der Querschnitt eines Wirkbandes aus Garn und Zwirn, Fig. 6.4 der Querschnitt eines Wirkbandes aus Schnüren, Fig. 7 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines Webbandes, mit einem mittleren Bereich mit elektrisch nicht leitenden Kettfäden und Randbereichen mit elektrisch leitenden Kettfäden,
Fig. 8 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines elastischen Webbandes mit mäander förmigen Kettfäden, der gleiche Aufbau ist auch bei einem unelastischen Webband möglich, Fig. 9 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines in Längs- und Querrichtung elastischen Webbandes mit guter Luftdurchlässigkeit,
Fig. 10.1 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines Textilkontakts als Spezielles Wirkband, Fig. 10.2 die prinzipielle Darstellung der Kontaktbildung zwischen Wirkbändern und Webbändern, Fig. 11 den elektrischen Aufbau einer Heiztapete mit elektrischen Kontaktdarstellungen und ohne Trägermaterial für eine Endlosfertigung,
Fig. 12.1 ein flächenhaftes Heizelement mit einem elastischen Webband,
Fig. 12.2 ein flächenhaftes Heizelement mit einem Webband oder Gewebe mit Löchern für eine Kraftfahrzeugsitzheizung, Fig. 12.3 ein flächenhaftes Heizelement mit aufgenähten oder aufgestickten Leiterbahnen, Fig. 13 ein flächenhaftes Heizelement mit Trägermaterial für eine Endlosfertigung,
Fig. 14 eine Variante eines flächenhaften Heizelements in Endlosfer tigung , Fig. 15 der Querschnitt eines flächenhaften Polymerkabels mit Abschirmung und
Fig. 16 die schematische Darstellung eines flächenhaften Heizelements mit Isolierschichten und Abschirmung. Zur Herstellung der elektrisch leitenden Polymerbänder oder des Polymergewebes 7 werden Garne 2 benutzt, die aus einzelnen Fasern 1 bestehen. Diese Fasern 1 der Garne 2 des Polymerbandes bzw. Polymergewebes 7 können dabei aus elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern Ia mit einem Anteil von 92 bis 99 % Kohlenstoff und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymerkohlenstofffasern Ib und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymer silberkohlenstofffasern Ic und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern Id oder Naturfasern Id oder Monofilamentfasern Id und/oder aus elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern If und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern Id oder Naturfasern Id oder Monofilamentfasern Id mit einer Beschichtungsmasse aus einer Kohlenstoffstaub- Polymer -Mischung Ie mit bis zu 30 % Kohlenstoffstaub und der Rest Polyamid und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber -Kohlenstaub- Polymer -Mischung Ie mit bis zu 25 % Kohlenstoffstaub und bis zu 5 % Silber und der Rest Polyamid und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber - Polymer - Mischung Ig, bestehend aus 5 bis 70 % Silber und der Rest aus Polyamid 6.6. und/oder einer Silberbeschichtung oder einer anderen Metallbeschichtung aus elektrisch gut leitendem Metall Ih mit bis zu 99 % Silber bestehen. Die elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern Id oder Naturfasern Id oder Monofilamentfasern Id können auch als elastische Fasern Ii ausgebildet sein. Verschiedene Garne und Fasern 2 sind in den Figuren 1.1 bis 3.2 dargestellt
Die Garne 2 können zu Zwirn IF bis nF verarbeitet sein. Ein einfacher Zwirn IF aus Garn 2 besteht z. B. aus zwei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern If. Ein Zwirn 2F aus zwei Garnen 2 besteht z. B. aus zwei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern If oder aus Polymer fasern If einfach oder
Polymer fasern If als Zwirn- zweifach 2F. Ein dreifach Zwirn 3F besteht aus einem Garn 2 aus drei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern If oder aus Polymer fasern If einfach oder Polymer fasern If als Zwirn- zweifach 2F oder Mehrfachfasern Id. Ein vierfach Zwirn 4F besteht aus einem Garn 2 aus vier elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern If oder aus Polymer fasern If einfach oder Polymer fasern If als Zwirndreifach 3F. Analog gibt es Zwirn nF, der aus einem Garn 2 aus n-fach elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten
Polymer fasern If besteht. Entsprechender Zwirn IF bis 4F sind in den Figuren 4.1 bis 4.4 dargestellt.
Noch stärkere elektrisch leitfähige Schnüre 3 oder Bindfäden 3 als Zwirn IF bis 4F können aus Garnen 2 aus Fasern Ia, Ib, Ic und/oder If bestehen, die mittels Fasern Ic, If oder Zwirnen IF, 2F, 3F bis nF umflochten sind, siehe Figur 5.1 und 5.2.
Bei den elektrisch leitenden Polymerbändern oder
Polymergewebe 7 gibt es unterschiedlichste Varianten im Aufbau dieser Bänder. Ein elektrisch leitendes Wirkband 4 oder elektrisch leitendes Wirkgewebe 4 besteht aus Garn 2 mit Fasern Ib, Ic, Id und/oder Zwirn IF, 2F, 3F als Kettfaden 5 und gleiche Garne 2 als Schussfaden 6. Hierbei gibt es Wirkbänder 4a aus Garn 2, Wirkbänder 4b aus Garn 2 und Zwirn IF, 2F, 3F, 4F, nF und Wirkbänder 4c aus Schnüren 3. Der unterschiedliche Aufbau der Wirkbänder 4 ist aus den Figuren 6.2 bis 6.4 erkennbar. Diese unterschiedlichen Strukturen werden entsprechend der Einsatzgebiete ausgewählt.
Eine weitere Variante stellen die elektrisch leitenden Webbänder 7 dar, siehe Figur 7. Diese Webbänder 7 bestehen aus Kettfäden 5 aus Garn 2 und das Garn 2 aus elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern Id oder Naturfasern Id oder Monofilamentfasern Id bestehen. Jeweils rechts und links am Rand der Webbänder 7 sind Kettfäden 5 aus Garn 2 oder Zwirn 3F, 4F oder Schnüren 3 aus elektrisch leitenden Fasern Ia, Ib, Ic, If angeordnet. Die Schussfäden 6 bestehen abwechselnd aus Garn 2 aus elektrisch nichtleitenden Fasern Id und aus Garn 2 aus elektrisch leitenden Fasern Ia, Ib, Ic, If.
Eine Variante der Webbänder 7, wie in Figur 8 dargestellt, stellen die elastischen Webbänder 8 dar . Diese elektrisch leitenden, elastischen Webbänder 8 bestehen aus Kettfäden 5 aus elastischen Fasern Ii und elektrisch leitenden Fasern Ia, Ib, Ic, If, Garnen 2 oder Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3. Die Ränder der Webbänder 8 bestehen aus dehnbaren oder nichtdehnbaren Webkanten 9 aus elektrisch nichtleitenden Fasern Id. Die Schussfäden 6 pendeln mäander förmig immer zwischen zwei benachbarten Kettfäden 5 und bestehen aus elektrisch nichtleitenden Fasern Id und aus elektrisch nichtleitenden Garnen 2, Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3. Es kann auch alles umgekehrt ausgeführt sein, dass die Kettfäden 5 aus elastischen Fasern Ii und elektrisch nichtleitenden Fasern Id, Garnen 2 oder Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3 und die Schussfäden 6 aus elektrisch leitenden Fasern Ia, Ib, Ic, If und aus elektrisch leitenden Garnen 2, Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3 bestehen. Durch den Aufbau der Webbänder 8 kann die Ausdehnung in der Breite bis zu 7 % und in der Länge bis zu 70 % erfolgen. Bei einem Aufbau der Webbänder 8 ohne elastische Fasern Ii ist keine Elastizität der Webbänder 8 geben .
Bei einer weiteren Variante der elastischen Webbänder 8, wie in Figur 9 dargestellt, die in Längsrichtung (bis zu 70 %) und in Querrichtung (bis zu 30 %) eine größere Elastizität besitzen und durch viele Luftmaschen gut luftdurchlässig sind, bestehen diese aus elektrisch nichtleitenden Kettfäden 5 und aus elastischen Fasern Ii und zusätzlich aus elektrisch leitenden Kettfäden 5 aus elektrisch leitenden Garnen 2 und Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3, wobei diese elektrisch leitenden Kettfäden 5 mäander förmig zwischen benachbarten elektrisch nichtleitenden Kettfäden 5 pendeln. Diese Webbänder 8 besitzen Schussfäden 6 und rechts und links als Rand dehnbare Webkanten 9 aus nichtleitenden Fasern Id.
Für den elektrischen Kontakt am Polymerband oder Polymergewebe 7 ist ein elektrisch leitender Textilkontakt 10 in Form eines Wirkbandes 4 vorgesehen, welches entsprechend der konstruktiven Lösung in bestimmten Abständen Verstärkungspunkte mit einer sehr guten elektrischen
Leitfähigkeit besitzt. An diesen Punkten kann zusätzlich eine elektrisch leitende Paste aufgetragen sein oder es kann eine galvanische Beschichtung mit Silber vorhanden sein. Für Silber können auch andere guten elektrische Leiterwerkstoffe verwendet werden. Der Textilkontakt 10 ist mittels elektrisch nichtleitendem Garn 2 oder Zwirn 2F, 3F auf dem Trägermaterial als Wirkband 4 oder Webband 7, 8 aufgenäht, siehe Figur 10.1 und 10.2. Die Wirkbänder 4 sind hauptsächlich zur Lösung von Kontaktproblemen entwickelt worden. Ein spezieller Anwendungsfall des Polymerbandes oder des Polymergewebes 7 ist die Heiztapete 11. Die Heiztapete 11 ist so ausgebildet ist, dass rechts und links am Rand elektrisch leitende Kettfäden 5 bandförmig angeordnet sind und zwischen diesen bandförmigen Kettfäden 5 elektrischleitende Fasern Ia, Ib, Ic, If als Schussfäden 6 liegen. An den bandförmigen Kettfäden 5 sind in bestimmten Abständen gegenüberliegend Wirkbänder 4 mit Textilkontakten 10 angeordnet. Somit ergeben sich immer wiederholende Abschnitte, wie aus Figur 11 zu ersehen ist. Dadurch ist eine Endlosfertigung und ein Zuschneiden auf beliebige Länge möglich.
In den Figuren 12.1 bis 12.3 sind Beispiele verschiedener erfindungsgemäßer Heizflächen dargestellt. Auf einem vorzugsweise textilen Trägermaterial 13 sind Webbänder 7, 8 aufgetragen, die an den entgegengesetzten Enden Wirkbänder 4 als Kontaktbänder besitzen. Die Webbänder 7, 8 besitzen je nach Ausführungsart Luftmaschen oder Löcher 14 oder Durchbrüche 14. Auf die oberste Deckschicht dieser Heizflächen kann eine Epoxydharzlackschicht oder
Polymerschicht aufgebracht sein. Die dargestellte Variante in Figur 12.2 stellt z. B. eine Sitzheizung für ein Kraftfahrzeug dar .
Bei der in Figur 12.3 dargestellten Variante sind auf einem textilen Trägermaterial 13 Leiterbahnen aus elektrisch leitenden Garnen 2, Schnüren 3 oder Zwirnen 2F bis nF aufgenäht oder aufgestickt und die Leiterbahnen sind an ihren Anfängen und ihren Enden zusammengefasst und mit Wirkbändern 4 als Kontaktbänder verbunden.
Wie in Figur 13 dargestellt, können auf dem Trägermaterial 13 in Längsrichtung jeweils rechts und links am Rand und in der Mitte elektrisch leitende Wirkbänder 4 oder elektrisch leitende Litze 15 aufgetragen sein. Zwischen den am Rand liegenden Wirkbändern 4 oder der Litze 15 und den in der Mitte liegenden Wirkbändern 4 sind von Punkten mit einem Textilkontakt 10 oder einem metallischen Kontakt 16 mäander förmig angeordnete elektrisch leitende Garne 2, Schnüre 3 oder Zwirne 2F bis nF oder Wirkbänder 4 vorgesehen. Diese Heizflächen können als Endlosbänder hergestellt werden und sind in der geforderten Länge sehr leicht trennbar .
Die in Figur 14 dargestellte Variante einer Heizfläche auf einem vorzugsweise textilen Trägermaterial 13 besitzt in Längsrichtung jeweils rechts und links am Rand elektrisch leitende Wirkbänder 4 oder elektrisch leitende Litze 15. In Abständen sind elektrisch leitende Wirkbänder 4 oder Webbänder 7, 8 zwischen den am Rand liegenden Wirkbändern 4 mittels Textilkontakten 10 oder metallischen Kontakten 16 verbunden. Auch in diesem Fall ist eine Endlosfertigung und die Verarbeitung von der Rolle möglich.
Flächenhafte Polymerkabel 19, wie in Figur 15 dargestellt, besitzen folgenden Aufbau. Ein elektrisch leitendes, mehrfaches Wirkband 4 ist mit einer Isolationsschicht 18 versehen, in der eine Abschirmung 17 aus einem Metallgeflecht oder einem elektrisch leitendem Polymergeflecht eingebettet sein kann. Diese Polymerkabel 19 finden in den verschiedensten Anwendungsfällen der Polymerbänder und des Gewebes 7 ihren Einsatz.
Die Polymerbänder, Polymergewebe 7 oder Heizflächen werden an Gleichspannung oder Wechselspannung angelegt. Vorteilhaft ist hierbei eine Betriebsspannung von maximal 48V. Somit sind Menschen bei Havarien oder Schäden an der Anlage nicht gefährdet. Es ist jedoch auch ein Einsatz von bis zu 400 V denkbar . Hierzu sollten die Heizflächen, wie in Figur 16 dargestellt, jedoch mit Abschirmungen ausgerüstet sein. Der Aufbau kann hierbei folgend ausgeführt sein. Auf einer flächenhaften Isolationsschicht 18 sind Wirkbänder 4 und/oder Webbänder 7, 8, diese eventuell auf Trägermaterial 13 aufgetragen, aufgelegt und mit einer Isolationsschicht 18 abgedeckt. Über dieser Isolationsschicht 18 kann noch eine Abschirmung 17 mit einer weiteren Isolationsschicht 18 folgen .
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes werden auf einem nicht leitenden textilen Trägermaterial 13 elektrisch leitende Fasern Ia, Ib, Ic, Ie, If, Ig, Ih oder Wirkbänder 4 oder Webbänder 7, 8 angeordnet und befestigt, wobei die Wirkbänder 4 und Webbänder 7, 8 durch Webtechnik, Wirktechnik oder Nähtechnik vorgefertigt werden. Die Befestigung auf dem Trägermaterial 13 kann auf unterschiedlichste Art durch kleben, einweben, aufnähen, sticken oder anderweitige bekannte Verfahren erfolgen.
Zusammenstellung der Bezugszeichen
I - Faser
Ia - Kohlenstofffaser
Ib - Polymerkohlenstofffaser Ic - Polymer silberkohlenstofffaser
Id - Polymer faser , Naturfaser, Monofilamentfaser
Ie - Kohlenstoff - Polymer -Mischung, Kohlenstoff - Silber -
Polymer -Mischung
If - metallisch-modifizier te Polymerfaser Ig - Silber - Polymer -Mischung, metallisch-modifizier te
Polymer -Mischung
Ih - Silberbeschichtung, Metallbeschichtung
Ii - elastische Faser
IF, 2F, 3F, 4F, nF - Zwirn 2 - Garn
3 - Schnüre, Bindfaden
4 - Wirkband, Wirkgewebe 4a - Wirkband aus Garn
4b - Wirkband aus Garn und Zwirn 4c - Wirkband aus Schnur
5 - Kettfaden
6 - Schussfaden
7 - Webband, Gewebe, Polymergewebe
8 - elastisches Webband 9 - Webkante aus Polymer faser , Naturfaser 10 - Textilkontakt
II - Heiztapete
12 - Heizelement
12a - Heizelement mit Wirkbändern und elastischen Webbändern 12b - Heizelement mit Webbändern, Heizelement aus Gewebe
12c - Heizelement genäht oder gestickt
13 - Trägermaterial
14 - Loch, Durchbruch
15 - Litze 16 - metallischer Kontakt 17 - Abschirmung - Isolationsschicht - Polymerkabel

Claims

Patentansprüche :
1. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymer fasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für flächenhafte Heizelemente, Heizgewebe und ähnliches , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass einzelne Fasern (1) der Garne (2) des Polymerbandes bzw. Polymergewebes (7) aus elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern (Ia) und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymerkohlenstofffasern (Ib) und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten
Polymer silberkohlenstofffasern (Ic) und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern (Id) oder Naturfasern (Id) oder Monofilamentfasern (Id) und/oder aus elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern (If) und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern (Id) oder Naturfasern (Id) oder Monofilamentfasern (Id) mit einer Beschichtungsmasse aus einer Kohlenstaub- Polymer -Mischung (Ie) und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber- Kohlenstaub- Polymer -Mischung (Ie) und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber - Polymer -Mischung (Ig) und/oder einer Silberbeschichtung (Ih) bestehen, wobei die elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern (Id) oder Naturfasern (Id) oder Monofilamentfasern (Id) als elastische Fasern (Ii) ausgebildet sein können.
2. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Zwirn (IF) aus Garn (2) aus zwei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern (If) , oder Zwirn (2F) aus zwei Garnen (2) , aus zwei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern (If) oder aus Polymer fasern (If) einfach oder Polymer fasern (If) als Zwirnzweifach (2F) , oder Zwirn (3F) aus einem Garn (2) aus drei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern (If) oder aus Polymer fasern (If) einfach oder Polymer fasern (If) als Zwirn- zweifach (2F) oder Mehrfachfasern (Id) , oder Zwirn (4F) aus einem Garn (2) aus vier elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten
Polymer fasern (If) oder aus Polymer fasern (If) einfach oder Polymer fasern (If) als Zwirn-dreifach (3F) oder Zwirn (nF) aus einem Garn (2) aus n-fach elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizier ten Polymer fasern (If) bestehen.
3. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass aus Garnen (2) aus Fasern (Ia, Ib, Ic, If) elektrisch leitfähige Schnüre (3) oder Bindfäden (3) bestehen, die mittels Fasern (Ic, If) oder Zwirnen (IF, 2F, 3F bis nF) umflochten sind.
4. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass elektrisch leitende Wirkbänder (4) oder elektrisch leitendes Wirkgewebe (4) mit Garn (2) aus Fasern (Ib, Ic, Id) und/oder Zwirn (IF, 2F, 3F) als Kettfaden (5) und gleiche Garne (2) als Schussfaden (6) bestehen, wobei Wirkbänder (4a) aus Garn (2) , Wirkbänder (4b) aus Garn (2) und Zwirn (IF, 2F, 3F, 4F, nF) und Wirkbänder (4c) aus Schnüren (3) eine unterschiedliche Struktur entsprechend der eingesetzten Materialien besitzen.
5. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass elektrisch leitende Webbänder (7) aus Kettfäden (5) aus Garn (2) aus elektrisch nichtleitfähigen Polymer fasern (Id) oder Naturfasern (Id) oder Monofilamentfasern (Id) bestehen und diese Webbänder (7) jeweils rechts und links am Rand Kettfäden (5) aus Garn (2) oder Zwirn (3F, 4F) oder Schnüren (3) aus elektrisch leitenden Fasern (Ia, Ib, Ic, If) besitzen und aus Schussfäden (6) abwechselnd aus Garn (2) aus elektrisch nichtleitenden Fasern (Id) und aus Garn (2) aus elektrisch leitenden Fasern (Ia, Ib, Ic, If) bestehen.
6. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass elektrisch leitende, elastische Webbänder (8) aus Kettfäden (5) aus elastischen Fasern (Ii) und elektrisch leitenden Fasern (Ia, Ib, Ic, If) , Garnen (2) oder Zwirnen (3F, 4F) oder Schnüren (3) bestehen, die Ränder der Webbänder (8) aus dehnbaren oder nichtdehnbaren Webkanten (9) aus elektrisch nichtleitenden Fasern (Id) bestehen und Schussfäden (6) vorhanden sind, die mäander förmig immer zwischen zwei benachbarten Kettfäden (5) pendeln und aus elektrisch nichtleitenden Fasern (Id) und aus elektrisch nichtleitenden Garnen (2) , Zwirnen (3F, 4F) oder Schnüren (3) bestehen oder die Kettfäden (5) aus elastischen Fasern (Ii) und elektrisch nichtleitenden Fasern (Id) , Garnen (2) oder Zwirnen (3F, 4F) oder Schnüren (3) und die Schussfäden (6) aus elektrisch leitenden Fasern (Ia, Ib, Ic, If) und aus elektrisch leitenden Garnen (2) , Zwirnen (3F, 4F) oder Schnüren (3) bestehen.
7. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass elektrisch leitende, elastische Webbänder (8) , die in Längsrichtung und in Querrichtung elastisch sind und durch viele Luftmaschen gut luftdurchlässig sind, aus elektrisch nichtleitenden Kettfäden (5) und aus elastischen Fasern (Ii) und zusätzlich aus elektrisch leitenden Kettfäden (5) aus elektrisch leitenden Garnen (2) und Zwirnen (3F, 4F) oder Schnüren (3) bestehen, wobei diese elektrisch leitenden Kettfäden (5) mäander förmig zwischen benachbarten elektrisch nichtleitenden Kettfäden (5) pendeln und diese Webbänder (8) Schussfäden (6) und rechts und links als Rand dehnbare Webkanten (9) aus nichtleitenden Fasern (Id) besitzen.
8. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für den elektrischen Kontakt am Polymerband oder
Polymergewebe (7) als elektrisch leitender Textilkontakt (10) ein Wirkband (4) vorgesehen ist, welches entsprechend der konstruktiven Lösung in bestimmten Abständen Verstärkungspunkte mit einer sehr guten elektrischen Leitfähigkeit besitzt und an diesen Punkten zusätzlich eine elektrisch leitende Paste aufgetragen sein kann oder eine galvanische Beschichtung mit Silber oder anderen elektrisch gut leitenden Metallen vorhanden ist und der Textilkontakt
(10) mittels elektrisch nichtleitendem Garn (2) oder Zwirn (2F, 3F) auf dem Trägermaterial als Wirkband (4) oder Webband (7, 8) aufgenäht ist.
9. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Polymerband oder Polymergewebe (7) als Heiztapete
(11) ausgebildet ist, indem rechts und links am Rand elektrisch leitende Kettfäden (5) bandförmig angeordnet sind und zwischen diesen bandförmigen Kettfäden (5) elektrischleitende Fasern (Ia, Ib, Ic, If) als Schussfäden (6) liegen und an den bandförmigen Kettfäden (5) in bestimmten Abständen gegenüberliegend Wirkbänder (4) mit Textilkontakten (10) angeordnet sind.
10. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf einem vorzugsweise textilen Trägermaterial (13) Webbänder (7, 8) aufgetragen sind, die an den entgegengesetzten Enden Wirkbänder (4) als Kontaktbänder besitzen und die Webbänder (7, 8) je nach Ausführungsart Luftmaschen oder Löcher (14) oder Durchbrüche (14) besitzen und somit ein flächenhaftes Heizelement (12) bilden, wobei als oberste Deckschicht eine Epoxydharzlackschicht oder Polymerschicht aufgebracht sein kann.
11. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf einem textilen Trägermaterial (13) Leiterbahnen aus elektrisch leitenden Garnen (2) , Schnüren (3) oder Zwirnen (2F bis nF) aufgenäht oder aufgestickt sind und die Leiterbahnen an ihren Anfängen und ihren Enden zusammengefasst sind und mit Wirkbändern (4) als
Kontaktbänder verbunden sind und somit ein flächenhaftes Heizelement bilden.
12. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf einem vorzugsweise textilen Trägermaterial (13) in Längsrichtung jeweils rechts und links am Rand und in der Mitte elektrisch leitende Wirkbänder (4) oder elektrisch leitende Litze (15) aufgetragen sind/ist und zwischen den am Rand liegenden Wirkbändern (4) oder der Litze (15) zur in der Mitte liegenden Wirkbändern (4) von Punkten mit einem Textilkontakt (10) oder einem metallischen Kontakt (16) mäander förmig angeordnete elektrisch leitende Garne (2) , Schnüre (3) oder Zwirne (2F bis nF) oder Wirkbänder (4) vorgesehen sind.
13. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf einem vorzugsweise textilen Trägermaterial (13) in Längsrichtung jeweils rechts und links am Rand elektrisch leitende Wirkbänder (4) oder elektrisch leitende Litze (15) aufgetragen sind/ist und in Abständen elektrisch leitende Wirkbänder (4) oder Webbänder (7, 8) zwischen den am Rand liegenden Wirkbändern (4) mittels Textilkontakten (10) oder metallischen Kontakten (16) aufgetragen und verbunden sind.
14. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein elektrisch leitendes, mehrfaches Wirkband (4) mit einer Isolationsschicht (18) versehen ist, in der eine Abschirmung (17) aus einem Metallgeflecht oder einem elektrisch leitendem Polymergeflecht eingebettet sein kann, und somit ein flächenhaftes Polymerkabel (19) bildet.
15. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf einer flächenhaften Isolationsschicht (18)
Wirkbänder (4) , Webbänder (7, 8) , diese eventuell auf Trägermaterial (13) aufgetragen, aufgelegt und mit einer Isolationsschicht (18) abgedeckt sind, wobei über dieser Isolationsschicht (18) noch eine Abschirmung (17) mit einer weiteren Isolationsschicht (18) folgen kann, die somit ein flächenhaftes Heizelement bilden.
16. Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Polymerband oder Polymergewebe (7) an Gleichspannung oder Wechselspannung angelegt ist, wobei die Betriebsspannung bei Ausführungen ohne Isolation (18) und Abschirmung (17) 48 V nicht übersteigt und bei Ausführungen mit Isolierung (18) und Abschirmung (18) bis 400 V möglich ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf einem nicht leitenden textilen Trägermaterial (13) elektrisch leitende Fasern (Ia, Ib, Ic, Ie, If, Ig, Ih) oder Wirkbänder (4) oder Webbänder (7, 8) angeordnet und befestigt werden, wobei die Wirkbänder (4) und Webbänder (7, 8) durch Webtechnik vorgefertigt werden.
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