DE29924478U1

DE29924478U1 - Flat heater on fleece/fabric base is set to desired electrical resistance by defined addition of hydrocarbon additive to fibre glass fleece, fitted with connecting electrodes matching hydrocarbons

Info

Publication number: DE29924478U1
Application number: DE29924478U
Authority: DE
Original assignee: Sika Werke GmbH
Current assignee: Sika Werke GmbH
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2009-03-17

Abstract

The heater is flexible, self-extinguishing to incombustible, with a homogeneous radiated heating power, no greater than 200-300 microns thick with a fleece bas with a foil on one or both sides of a material that is difficult to burn or self-extinguishing. The fleece is set to a desired electrical resistance by defined addition of a hydrocarbon additive in a fibre glass fleece and then fitted with connecting electrodes matching the hydrocarbon constituents and structure, pref. in the form of copper strips. An independent claim is also included for a flat heat conductor.

Description

Flächerfnelzer auf Vlies- oder GewebebasisFleece or fabric based surface scourers

Die Erfindung betrifft eine Widerstandsflächenheizung auf Basis eines elektrisch leitenden Vliesmaterials auf Glas- / Kohlefaserbasis, welches mit selbstverlöschenden oder unbrennbaren Schutzfolien ein- oder beidseitig nach bekannten Verfahren kaschiert bzw. beschichtet wird und damit einen hohen Brennwiderstand, gleichmäßige Abstrahlung und Erwärmung, niedriges Gewicht, geringe Dicke, hohe Variabilität, universelle Ersetzbarkeit, hohe chemische und Feuchtigkeitsbeständigkeit sowie eine hohe Reproduzierbarkeit, hohe Flexibilität und geringen verfahrenstechnischen Aufwand für deren Herstellung aufweist.The invention relates to a resistance surface heating system based on an electrically conductive nonwoven material based on glass/carbon fiber, which is laminated or coated with self-extinguishing or non-flammable protective films on one or both sides according to known methods and thus has a high burning resistance, uniform radiation and heating, low weight, low thickness, high variability, universal replaceability, high chemical and moisture resistance as well as high reproducibility, high flexibility and low process engineering effort for their production.

Es ist seit langem bekannt, Flächenheizungen in Folienform herzustellen. Zum einen werden diese mittels Widerstandsdrähten oder mit elektrisch leitfähigen Lacken in flächiger oder strukturierter Form hergestellt. Seitlich installierte Elektroden ermöglichen den Stromzufluß, die Abstände werden dem Widerstand und der Heizleitung entsprechend angepaßt. Auch elektromagnetische Strahlung zur Erwärmung über Resonatoren und angeregte Schwingungen in Räumen wird vielfach beschrieben. Hierzu läßt sich nachlesen in den Patenten: WP 79573(12.1.1970), DE 4430582, DE 2327060, DE 3017422, DE 2815146, DE 2512694, DD 286012, US 4590348, US 4434345, US 2370161 DE 19626794A1.It has long been known to produce surface heating in foil form. On the one hand, these are produced using resistance wires or electrically conductive paints in a flat or structured form. Electrodes installed on the side enable the flow of current, the distances are adjusted accordingly to the resistance and the heating cable. Electromagnetic radiation for heating via resonators and excited vibrations in rooms has also been described many times. You can read more about this in the patents: WP 79573 (12.1.1970), DE 4430582, DE 2327060, DE 3017422, DE 2815146, DE 2512694, DD 286012, US 4590348, US 4434345, US 2370161 DE 19626794A1.

Dabei wird unterschieden zwischen Konvektionserwärmung, Strahlungswärmeabgabe und dem Resonanzprinzip der Übertragung von Energie durch Anregung über Schwingungen.A distinction is made between convection heating, radiant heat emission and the resonance principle of the transfer of energy through excitation via vibrations.

Ein Nachteil all dieser Heizungen ist die Verwendung von organischen Trägermaterialien, Lacken und Bindemitteln, welche brennbar, feuchtigkeitsempfindlich, verletzbar und kompliziert in ihrer Herstellung sind. Insbesondere ist eine völlig gleichmäßige Erwärmung der widerstandsaufweisenden Komponenten bzw. der Substrate und Schutzfolien nicht immer gewährleistet, was zu lokalen Überhitzungen und Totalausfällen führen kann, wobei die Höhe der angelegten Spannung unerheblich für das Auftreten dieser Nachteile ist. Es ist bisher nicht gelungen, eine homogene, flexible Trägerfläche gleichzeitig als Strom- und Widerstandsschicht und damit wärmeerzeugende Fläche herzustellen, was das Ziel der Erfindung ist.A disadvantage of all these heaters is the use of organic carrier materials, paints and binding agents, which are flammable, sensitive to moisture, vulnerable and complicated to manufacture. In particular, completely uniform heating of the resistive components or substrates and protective films is not always guaranteed, which can lead to local overheating and total failure, whereby the level of the applied voltage is irrelevant for the occurrence of these disadvantages. It has not yet been possible to produce a homogeneous, flexible carrier surface that simultaneously serves as a current and resistance layer and thus a heat-generating surface, which is the aim of the invention.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine mit Spannung im Bereich von 6 bis 230 V über ihren Widerstand erhitzbare Flächenheizung zu schaffen, deren innere Struktur überwiegend nichtorganisch und damit unbrennbar, zugleich außerdem nicht empfindlich gegen Beschädigungen, Feuchtigkeit und Verformungen aufgebaut ist, um einen hohen, durch die gleichmäßige Erwärmung der Fläche gesicherten Wirkungsgrad zu gewährleisten, wobei zugleich eine den optimalen Bereich der Strahlungswärmeabgabe gewährleistende Oberflächenstruktur angestrebt wurde.The invention was therefore based on the object of creating a surface heating system that can be heated via its resistance with a voltage in the range of 6 to 230 V, the internal structure of which is predominantly non-organic and thus non-flammable, and at the same time is not sensitive to damage, moisture and deformation, in order to ensure a high level of efficiency ensured by the uniform heating of the surface, while at the same time aiming for a surface structure that ensures the optimal range of radiant heat emission.

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Wie nun überraschender Weise gefunden werden konnte, lassen sich die gesuchten Parameter durch Verwendung einer Glas- / Kohlefaser - Vliesfläche optimal erreichen. Naheliegend und an sich bekannt ist die Leitfähigkeit von Kohlefaserstrukturen, speziell auch in Vliesstoffen, wie sie zur Faserverstärkung mit Harzen für Leichtbaukonstruktionen in Anwendung befindlich sind.As has now been surprisingly discovered, the desired parameters can be optimally achieved by using a glass/carbon fiber nonwoven surface. The conductivity of carbon fiber structures is obvious and well known, especially in nonwovens, such as those used for fiber reinforcement with resins for lightweight constructions.

Schwierig gestaltet sich zum einen die Kontaktierung mit einem Stromleiter, zum anderen weisen Kohlefasern einen zu geringen Widerstand auf, so daß kein wirtschaftlich sinnvoller Aufbau eines Flächenheizers möglich ist. Durch Einsatz mit Glasfasern abgemagerter Kohlefaservliese und gleichzeitiger Einsatz von Spezialelektrodenbändern, deren für die Befestigung haftklebend ausgerüstete Rückseite im Klebstoff Metallpartikel mit einem Durchmesser > 130-150 % von der Kleberschichtdicke enthält, lassen sich in nicht voraussehbarer Weise übergangswiderstandslose Kontaktierungen herstellen, die dauerhaft den gestellten Forderungen standhalten, was insofern vom Fachmann nicht funktionstüchtig postulierbar war, da insbesondere bei Zugabe elektrisch nichtleitender Bestandteile (Glasfaser) erhebliche Elektrodenkontaktierungsprobleme und Stromdurchführungsbehinderungen zu erwarten waren. Die erfindungsgemäße Lösung ist insoweit neu und wenig naheliegend, als die Übertragung von Strom in eine ungeordnete, ungeglättete, sehr rauhe Oberflächenstruktur bei allen relevanten Spannungswerten ohne eine Eigenerwärmung der Kupferelektroden zufolge zu erwartender Übergangswiderstände erreicht werden konnte, was jedoch nur in erfindungsgemäßer Koppelung der dargestellten Elektrodenkonfiguration auf der leitfähigen Vliesstruktur ermöglicht wird.On the one hand, contact with a current conductor is difficult, and on the other hand, carbon fibers have too low a resistance, so that no economically viable construction of a surface heater is possible. By using carbon fiber fleeces with glass fibers and at the same time using special electrode tapes, the back of which is equipped with a pressure-sensitive adhesive for attachment and contains metal particles with a diameter > 130-150% of the adhesive layer thickness, contacts with no contact resistance can be made in an unforeseeable way that can permanently withstand the requirements. This could not be postulated by the expert as functional, since considerable electrode contact problems and current feedthrough obstructions were to be expected, particularly when electrically non-conductive components (glass fiber) were added. The solution according to the invention is novel and not very obvious in that the transmission of current into a disordered, unsmoothed, very rough surface structure could be achieved at all relevant voltage values without self-heating of the copper electrodes due to expected contact resistances, which, however, is only possible in the inventive coupling of the electrode configuration shown on the conductive fleece structure.

Eine Verbesserung des Wirkungsgrades wird durch den hohen Schwarzanteil der Kohlefaserstruktur, gekoppelt mit einer diesen Effekt noch erhöhenden schwarzen Deckfolie erzielt, womit die Wärmeemission im optimalen IR-Strahlungsbereich zwischen 8-14 pm gewährleistet ist.An improvement in efficiency is achieved by the high black content of the carbon fiber structure, coupled with a black cover film that further increases this effect, thus ensuring heat emission in the optimal IR radiation range between 8-14 pm.

Die Anwendung von Flächenheizern wird zunehmend erweitert, da ihr hoher Wirkungsgrad, gekoppelt mit geringem Platzbedarf, den Einsatz hinter Tapeten, Paneelen, unter Teppichen, in Sitzen, Spiegeln, Flachheizkörpern und ähnlichen Anwendungen großflächiger beheizter Applikationen erlaubt. Der Einsatz ist dabei in jedweder Form der Stromeinleitung möglich, wobei vorzugsweise Niederspannung bis ca. 42 V mit Gleich- oder Wechselstrom vorgesehen ist. Auch nicht ebene Flächen können infolge der hohen Flexibilität mit der Heizfolie beklebt werden.The use of surface heaters is becoming increasingly widespread, as their high efficiency, coupled with their small space requirements, allows them to be used behind wallpaper, panels, under carpets, in seats, mirrors, panel radiators and similar large-area heated applications. They can be used in any form of power supply, with low voltage up to approx. 42 V with direct or alternating current being preferred. The heating foil can also be applied to non-flat surfaces due to its high flexibility.

Vorteil des Materials ist die geringe Dicke, ein relativ einfaches Verfahren zur Herstellung der. Heizelemente, welche lediglich aus 2 oder max. 3 Schichten bestehen und damit den hohen Aufwand einer Lackbeschichtung, verbunden mit den Schwierigkeiten einer erforderlichen hohen Gleichmäßigkeit, umgeht.
Die durch das Vlies gegebene Luftdurchlässigkeit erlaubt zugleich atmungsaktive, stabile Flächenheizungen herzustellen, was bei vielen Anwendungen von Vorteil und erwünscht ist, bisher aber nicht möglich war.The advantage of the material is its low thickness, a relatively simple process for producing the heating elements, which consist of only 2 or max. 3 layers, thus avoiding the high cost of a lacquer coating, combined with the difficulties of achieving the required high level of uniformity.
The air permeability provided by the fleece also allows the production of breathable, stable surface heating systems, which is advantageous and desirable in many applications, but was not possible until now.

Auch ist die Struktur der Vliese von Vorteil gegenüber Folien, weil im Falle von Beschädigungen die Stromdurchführung nicht beeinträchtigt wird. Das geringe Gewicht, die verfahrensbedingte einfache Herstellung und die einfache Installation, die mit allen derzeit bekannten Befestigungsverfahren bis zum Verkleben mit wassergelösten Bindemitteln- möglich ist sowie der geringe Platzbedarf, die Vorzüge der Unbrennbarkeit, welche das Einsatzgebiet erheblich erweitern, und die geringen Kosten von Material und Installation weisen umfassende Vorteile zu allen bisher bekannten Heiztechnologien auf.The structure of the fleece is also an advantage over foils because the flow of electricity is not affected in the event of damage. The low weight, the process-related simple production and the simple installation, which is possible with all currently known fastening methods up to gluing with water-soluble binding agents, as well as the small space requirement, the advantages of non-flammability, which significantly expand the area of application, and the low costs of material and installation show comprehensive advantages over all previously known heating technologies.

Die Flächenheizfolie wird an folgenden Beispielen näher beschrieben.The surface heating foil is described in more detail using the following examples.

example 1

) Ein Kohlefaser - Glasfaser - Vlies mit einem definierten) A carbon fibre - glass fibre - fleece with a defined

Oberflächenwiderstand, beispielsweise von 8 bis 10 &OHgr;, wird im Abstand von 500 mm mit nickelgefüllten, selbstklebend beschichteten Kupferbändern von 10-15 mm Streifenbreite, in denen die Nickelpartikel einen Durchmesser von > 130-150 % der Klebstoffschichtdicke aufweisen, zugleich mit einer selbstverlöschend rezeptierten PVC weich Folie - schwarz eingefärbt, mittels eines Zweikomponenten-Polyurethanklebstoffes so kaschiert, daß die einlaufenden Kupferstreifen in den Verbund einlaminiert werden. Die Flächenheizer können wahlweise mit Wechsel- oder Gleichstrom betrieben werden.Surface resistance, for example from 8 to 10 Ω, is laminated at a distance of 500 mm with nickel-filled, self-adhesive coated copper strips of 10-15 mm strip width, in which the nickel particles have a diameter of > 130-150% of the adhesive layer thickness, at the same time with a self-extinguishing formulated soft PVC film - colored black, using a two-component polyurethane adhesive so that the incoming copper strips are laminated into the composite. The surface heaters can be operated either with alternating or direct current.

Example 2

Ein leitfähiges Vlies gemäß Beispiel 1 wird in gleicher Form ohne die beschriebenen Elektroden mit Schutzfolie kaschiert und die Kontaktierung auf der Rückseite mit den gemäß Beispiel 1 dargestellten Elektroden bei der Installation so vorgenommen, so daß bei entsprechend vorgesehener Spannung abgestimmt auf den Widerstand des Vlieses eine exakt berechnete Heizleistung erzielt wird.A conductive fleece according to Example 1 is laminated with protective film in the same form without the electrodes described and the contact on the back with the electrodes shown in Example 1 is made during installation in such a way that with a correspondingly provided voltage matched to the resistance of the fleece, an exactly calculated heating output is achieved.

Example 3

Ein Vlies auf Basis von Glasfaser, gemischt mit Widerstandsdrähten mit einem Drahtdurchmesser von 30-100 pm auf Basis von Edelstahl, Konstantan oder ähnlichen Metall - Legierungen mit einem elektrischen Widerstand von ca. 1 - 0,5 &OHgr; / mm² / m wird nach Beispiel 1 oder 2 mit Elektroden und Schutzfolien versehen, um einen Flächenheizleiter zu erhalten.A fleece based on glass fiber, mixed with resistance wires with a wire diameter of 30-100 pm based on stainless steel, constantan or similar metal alloys with an electrical resistance of approx. 1 - 0.5 &OHgr; / mm ² / m is provided with electrodes and protective films according to example 1 or 2 in order to obtain a surface heating conductor.

Example 4

Ein Glasfasergewebe mit eingewebten Kohlefasern wird gemäß Beispiel 1 oder 2 zu Flächenheizern verarbeitet.A glass fiber fabric with woven carbon fibers is processed into surface heaters according to example 1 or 2.

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Claims

Non-flammable to self-extinguishing flexible, preferably low-voltage surface heaters with a homogeneous heat output that radiates evenly over the surface, with a max. layer thickness of 200-300 micrometers based on nonwovens, laminated on one or both sides against flame-retardant or self-extinguishing films, the nonwoven fabric of which is adjusted to a desired electrical resistance by defined additions of carbon fiber admixtures in glass fiber fleece and then equipped, characterized in that the carbon fiber fleece is contacted by means of connection electrodes, preferably copper strips, which are defined and matched to the carbon fiber portions and structure, one side of which is coated with a pressure-sensitive or hot-seal adhesive which contains a metal powder, preferably silver or nickel in a uniform grain size for contacting the carbon fiber, which projects 30-50% beyond the adhesive layer by being laminated into the composite and onto the fleece with the protective film.