DE29924210U1 - Soft multi-conductor heating element - Google Patents
Soft multi-conductor heating elementInfo
- Publication number
- DE29924210U1 DE29924210U1 DE29924210U DE29924210U DE29924210U1 DE 29924210 U1 DE29924210 U1 DE 29924210U1 DE 29924210 U DE29924210 U DE 29924210U DE 29924210 U DE29924210 U DE 29924210U DE 29924210 U1 DE29924210 U1 DE 29924210U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heating element
- conductive
- threads
- heating
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims description 253
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 69
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 69
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 68
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims description 30
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 25
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 13
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 claims 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 77
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 35
- 244000309464 bull Species 0.000 description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 20
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 17
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 13
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 9
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 8
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 8
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 7
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 7
- 238000009958 sewing Methods 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 6
- -1 metallic wires Substances 0.000 description 6
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 6
- 229920000914 Metallic fiber Polymers 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000009956 embroidering Methods 0.000 description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 5
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 5
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 5
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 3
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 3
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 3
- 239000004758 synthetic textile Substances 0.000 description 3
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 3
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 2
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 2
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 2
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 229920003020 cross-linked polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004703 cross-linked polyethylene Substances 0.000 description 1
- 150000001913 cyanates Chemical class 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 235000013550 pizza Nutrition 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 231100000075 skin burn Toxicity 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 231100000925 very toxic Toxicity 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/54—Heating elements having the shape of rods or tubes flexible
- H05B3/58—Heating hoses; Heating collars
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
- H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
- H05B3/342—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs heaters used in textiles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
- H05B2203/003—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using serpentine layout
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
- H05B2203/004—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using zigzag layout
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
- H05B2203/005—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using multiple resistive elements or resistive zones isolated from each other
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/011—Heaters using laterally extending conductive material as connecting means
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/026—Heaters specially adapted for floor heating
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/029—Heaters specially adapted for seat warmers
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/036—Heaters specially adapted for garment heating
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
Description
Der Erfindung zugrundeliegender allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art underlying the invention
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft weiche und flexible elektrische Heizelemente, und insbesondere Heizelemente, welche einen weichen und festen, Metall oder Kohlenstoff enthaltenden, elektrisch leitfahigen Kern und Fäden/Fasern aufweisen.The present invention relates to soft and flexible electrical heating elements, and in particular to heating elements having a soft and rigid metal or carbon containing electrically conductive core and threads/fibers.
Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the state of the art
Heizelemente haben sehr viele Anwendungen in Haushaltsgeräten, zu Bauzwecken, bei industriellen Verfahren usw. Ihre physikalischen Eigenschaften, wie zum Beispiel Dicke, Form,.. Größe, Festigkeit, Flexibilität und andere Eigenschaften beeinflussen ihre Verwendbarkeit in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen.Heating elements have a wide range of applications in household appliances, construction, industrial processes, etc. Their physical properties, such as thickness, shape, size, strength, flexibility and other properties affect their usability in a variety of applications.
Eine Vielzahl von Typen von dünnen und flexiblen Heizelementen ist vorgeschlagen worden. Zum Beispiel offenbart das U.S.-Patent 4,764,665 von Orban et al. ein elektrisch beheizbares Gewebe zur Verwendung in Handschuhen und im Flugzeugbau verwendeten Folien und Flugzeugteilen. Bei diesem Patent wird das Gewebe metallisiert nachdem es in eine handschuhförmige Struktur gebracht worden ist, und zwar nach einem Webvorgang oder nach der Anordnung in einem nicht gewobenen Format. Busleitungen aus Kupfer werden verwendet zur Einführung eines elektrischen Stroms in die metallisierten Textilien. Da es aus einem kompakten Stück Gewebe mit einer metallisierten Beschichtung hergestellt ist, ermöglicht dieses Heizelement jedoch keine Flexibilität bei der Auswahl der gewünsch-A variety of types of thin and flexible heating elements have been proposed. For example, U.S. Patent 4,764,665 to Orban et al. discloses an electrically heated fabric for use in gloves and aircraft foils and parts. In this patent, the fabric is metallized after it has been formed into a glove-shaped structure, either after a weaving process or after being arranged in a non-woven format. Copper bus wires are used to introduce an electrical current into the metallized fabric. However, because it is made from a compact piece of fabric with a metallized coating, this heating element does not allow flexibility in selecting the desired
LW4G-10019 ,· ,·*,LW4G-10019 ,· ,·*,
-2--2-
ten Leistungsdichte.ten power density.
Die Metallisierung der ausgeformten Heizelemente führt zu einem Verlust von beträchtlichen Größenordnungen bei der Skalierung, und nur eine kleine Anzahl von Ausführungsformen kann realisiert werden, wodurch das Anwendungspotential dieser Erfindung beträchtlich eingeschränkt wird. Die '665-Anordnung ist weiterhin nichtleitend bei einer hermetisch dichten Abdichtung durch die Heizelementflächen (im Inneren befinden sich keine Lücken), was zu einem Kurzschluß bei Durchlöcherung des Körpers des Heizelements und Eintritt von Flüssigkeit führen kann. Dieses Element kann bei höheren Temperaturen aufgrund von Beschädigungen, welche dem Polyaramid, Polyester oder dem in der Erfindung beschrieben metallisierten Baumwollgewebe zugefügt werden, nicht verwendet werden.Metallization of the molded heater elements results in a significant loss of scale and only a small number of embodiments can be realized, significantly limiting the application potential of this invention. The '665 assembly is also non-conductive with a hermetically sealed seal through the heater faces (there are no gaps inside), which can lead to a short circuit if the heater body is punctured and liquid enters. This element cannot be used at higher temperatures due to damage caused to the polyaramid, polyester or metallized cotton fabric described in the invention.
Ein anderes Beispiel für den Stand der Technik ist das U.S.-Patent 4,713,531 von Fennekels et al. Fennekels et al. offenbaren einen dünnlagigen Textilaufbau, welcher mit Widerstandselementen kombiniert ist. Diese Widerstandselemente umfassen metallische Fasern oder Filamente, mit einer Denierzahl wie die von natürlichen oder synthetischen Textilfasern und einer Gesamtquerschnittsdicke von 8-24 Mikrometer. Der '531-Aufbau leidet an den folgenden Nachteilen: Da es sich um ein dünnlagiges Produkt handelt, ist es bei einer hermetischen Abdichtung durch den Körper des Heizelements (wenn darin keine Lücken vorgesehen sind) nichtleitend, es ist nur eine Abdichtung des Umfangs möglich, was zu einem Kurzschluß aufgrund einer Durchlöcherung des Körpers des Heizelements und Eintritt von Flüssigkeit führen kann; Garne, welche metallische Fasern umfassen, zeigen keine Gleichförmigkeit des elektrischen Widerstands pro gegebener Länge, und bei ihrem Strecken, Stauchen, oder beidem kommt es zu sehr großen Variationen im Widerstand, wodurch die Verwendung dieser Technologie bei Ausführungsformen, welche einen genau festgelegten Aufbau haben und wo eine unkontrollierte Leistungsabgabe und Temperaturschwankungen nicht akzeptierbar sind, begrenzt ist; die Garne sind sehr schwer: von 1 bis 7 Gramm pro Meter Garnlänge; die Verwendung von Silberfasern macht diese Garne sehr teuer; einzelne Leiter haben eine große Querschnittsdicke, wobei ein jeder eineAnother example of the prior art is U.S. Patent 4,713,531 to Fennekels et al. Fennekels et al. disclose a thin-layer textile construction combined with resistive elements. These resistive elements comprise metallic fibers or filaments having a denier like that of natural or synthetic textile fibers and a total cross-sectional thickness of 8-24 microns. The '531 construction suffers from the following disadvantages: Because it is a thin-layer product, if hermetically sealed by the body of the heater (if no gaps are provided therein), it is non-conductive, only a perimeter seal is possible, which can lead to a short circuit due to perforation of the body of the heater and ingress of liquid; Yarns comprising metallic fibres do not show uniformity of electrical resistance per given length and very large variations in resistance occur when they are stretched, compressed or both, which limits the use of this technology in embodiments which have a well-defined structure and where uncontrolled power output and temperature variations are unacceptable; the yarns are very heavy: from 1 to 7 grams per meter of yarn length; the use of silver fibres makes these yarns very expensive; individual conductors have a large cross-sectional thickness, each having a
LW4G-10019 * &Igr;*..* &iacgr; ·* · . S ? ,·LW4G-10019 * &Igr;*..* &iacgr; ·* · . S? ,·
-3--3-
äußere Umhüllung aus geflochtenem Textil- oder Elastomer-Material aufweist.outer covering made of braided textile or elastomer material.
Ein anderes Beispiel für den Stand der Technik ist das U. S.-Patent 4,538,054 von de la Bretoniere. Das Heizelement des '054-Patents von de la Bretoniere leidet unter folgenden Nachteilen: Seine Herstellung ist komplex, da es das Weben von Metall oder Kohlenstoffasern in ein nichtleitendes Gewebe in einem genau festgelegten Muster erfordert; die Verwendung des Metalldrahts kann aufgrund des Faltens und Zerbrechens zu einem Bruch führen, und es beeinflußt die Weichheit, das Gewicht und die Flexibilität des fertiggestellten Heizelements; es kann nicht in verschiedenen Formen hergestellt werden, sondern es ist nur eine rechteckförmige Form möglich; es ist nur eine Abdichtung des Umfangs möglich (im Innern gibt es keine Lücken), was zu einem Kurzschluß aufgrund einer Durchlöcherung des Körpers des Heizelements und des Eintritts einer Flüssigkeit führen kann; das Verfahren des Miteinanderverwebens von Drähten und Fasern führt nicht zu einem festen Heizelement; die einzelnen Drähte können leicht verschoben werden, was die Haltbarkeit des Heizelements beeinflußt; die Gewebebasis des Heizelements ist entflammbar und kann aufgrund eines Kurzschlusses entzündet werden; es ist nicht geeignet, für Anwendungen bei hohen Temperaturen aufgrund der Zerstörung der isolierenden, gewobenen Fasern bei Temperaturen, welche 120 0C übersteigen.Another example of the prior art is U.S. Patent 4,538,054 to de la Bretoniere. The heating element of de la Bretoniere's '054 patent suffers from the following disadvantages: Its manufacture is complex because it requires weaving metal or carbon fibers into a non-conductive fabric in a precise pattern; the use of the metal wire can lead to breakage due to folding and breaking, and it affects the softness, weight, and flexibility of the finished heating element; it cannot be manufactured in various shapes, but only a rectangular shape is possible; only perimeter sealing is possible (there are no gaps inside), which can lead to short circuiting due to piercing of the body of the heating element and entry of a liquid; the process of weaving wires and fibers together does not result in a solid heating element; the individual wires can easily become displaced, affecting the durability of the heating element; the fabric base of the heating element is flammable and can ignite due to a short circuit; it is not suitable for high temperature applications due to the destruction of the insulating woven fibers at temperatures exceeding 120 0 C.
Ein von Ohgushi (U.S. 4,983,814) vorgeschlagenes Heizelement basiert auf einem proprietären elektroleitenden faserigen Heizelement, welches hergestellt wird durch Beschichten einer elektrisch nichtleitenden Kernfaser mit elektrisch leitendem Polyurethan-Harz, wobei kohlenstoffhaltige Teile darin dispergiert sind. Ohgushi's Herstellverfahren scheint komplex zu sein; es verwendet Lösungsmittel, Zyanate und andere toxische Substanzen. Das resultierende Heizelement hat ein Temperaturlimit von 1.000 0C und führt zu einem faltbaren, aber nicht weichen Heizelement. Zusätzlich.wird sich das bei Ohgushi's Erfindung verwendete Polyurethan dann, wenn es auf hohe Temperaturen erhitzt wird, zersetzen, was zur Freisetzung sehr giftiger Substanzen führt, wie zum Beispiel Produkten aus Isozyanid. Als Konsequenz daraus muß das Heizelement hermetisch abgedichtet sein, damit Menschen nicht einem toxischem Ausgasen ausgesetzt werden. Oghushi behauptet,A heating element proposed by Ohgushi (US 4,983,814) is based on a proprietary electroconductive fibrous heating element which is made by coating an electrically non-conductive core fiber with electrically conductive polyurethane resin having carbonaceous particles dispersed therein. Ohgushi's manufacturing process appears to be complex; it uses solvents, cyanates and other toxic substances. The resulting heating element has a temperature limit of 1,000 0 C and results in a pliable but not flexible heating element. In addition, the polyurethane used in Ohgushi's invention will decompose when heated to high temperatures, resulting in the release of very toxic substances, such as isocyanide products. As a consequence, the heating element must be hermetically sealed so that humans are not exposed to toxic off-gassing. Oghushi claims,
LW4G-10019 .V«. *i I **&[ LW4G-10019 .V«. *i I **&[
-4--4-
daß seine Erfindung eine Temperaturselbstbeschränkungseigenschaft aufweist, jedoch fuhrt die "Aktivierung" dieses Merkmals zu einer Zerstörung des Heizelements. Er schlägt die Verwendung eines nichtleitenden Polymer-Kerns mit einem niedrigen Schmelzpunkt für sein leitendes, aus einem Gewebe bestehendes Heizelement vor, welches vor dem Schmelzen der leitenden Schicht schmelzen sollte, welche den Polyurethan-Binder mit einem Schmelzpunkt von 1000 0C verwendet. Auf diese Weise arbeitet das Heizelement gemäß Ohgushi's Erfindung als Einheit mit Thermoabschaltung (Thermal Cut Off- TCO), welches eine niedrige Selbstzerstörungstemperatur aufweist, was seine Anwendung beschränkt. that his invention has a temperature self-limiting property, however, "activation" of this feature results in destruction of the heating element. He proposes the use of a non-conductive polymer core with a low melting point for his conductive fabric heating element, which should melt before melting the conductive layer, which uses the polyurethane binder with a melting point of 1000 0 C. In this way, the heating element according to Ohgushi's invention operates as a Thermal Cut Off (TCO) unit, which has a low self-destruction temperature, which limits its application.
Das U.S.-Patent 4,149,066 von Niibe et al. beschreibt ein dünnlagiges, dünnes, flexibles Heizelement, welches aus einer elektroleitenden Farbe auf einer dünnen Lage aus Gewebe hergestellt ist. Dieses Verfahren hat die folgenden Nachteile: Die Farbe neigt bei starkem Falten, Stoßen oder Durchlöchern zu Brüchen; das Element ist nur um seinen Umfang hermetisch versiegelt, so daß es ihm an einem ausreichenden Widerstand gegen Abnutzung und Feuchtigkeit fehlt; aufgrund der Zerstörung des ihm zugrundeliegenden Gewebes und der thermischen Zersetzung des polymerisierten Binders in der Farbe kann solch ein Element nicht bei hohen Temperaturen verwendet werden; der Aufbau umfaßt sieben Schichten, was zu einem Verlust an Flexibilität und zu einem Mangel an Weichheit führt.U.S. Patent 4,149,066 to Niibe et al. describes a thin-layer, thin, flexible heating element made of an electroconductive paint on a thin layer of fabric. This method has the following disadvantages: the paint is prone to cracking when severely folded, impacted, or punctured; the element is hermetically sealed only around its periphery, so it lacks adequate resistance to abrasion and moisture; such an element cannot be used at high temperatures due to destruction of the underlying fabric and thermal decomposition of the polymerized binder in the paint; the construction comprises seven layers, resulting in a loss of flexibility and a lack of softness.
Das U.S. 5,851,610 von John Weiss beschreibt einen Heizdraht, welcher mit einem ersten Leiter zur Wärmeerzeugung und einem zweiten Leiter für Meßzwecke ausgebildet ist. Der erste Leiter und der zweite Leiter sind als koaxiale Spiralen mit einem Isolationsmateriäl gewunden, welches die beiden Leiter elektrisch isoliert. Die beiden Spiralen sind in entgegengesetzen Sinn zueinander gewunden, um sicherzustellen, daß die zweiten Windungen sich überkreuzen, jedoch auf unterschiedlichen Ebenen, und zwar mehrere Male pro Zoll (2,54 cm). Der beschriebene Aufbau führt zu einem Kabel, welches zweifach isoliert sein muß: erstens, um das Heizkabel herum, und zweitens, um das Meßkabel herum. Die doppelte Isolation führt dazu, daß das Heizelement sehr dick ist, steif und schwer, was nachteilig ist für Anwender von weichen und flexiblen Produkten, wie zum BeispielU.S. 5,851,610 to John Weiss describes a heating wire constructed with a first conductor for heat generation and a second conductor for sensing purposes. The first conductor and the second conductor are wound as coaxial spirals with an insulating material that electrically isolates the two conductors. The two spirals are wound in opposite directions to each other to ensure that the second turns cross each other, but at different levels, several times per inch (2.54 cm). The described construction results in a cable that must be insulated twice: first, around the heating cable, and second, around the sensing cable. The double insulation results in the heating element being very thick, stiff and heavy, which is disadvantageous for users of soft and flexible products, such as
LW4G-10019 «%·«, * ·'.·-» ! _·LW4G-10019 «%·«, * ·'.·-» ! _·
-5--5-
Decken und Polster. Der beschriebene Kabelaufbau kann keine große Wärmeabstrahlungsfläche pro Länge des Heizelements bereitstellen, wie es bei einem Streifen oder dünnlagigen Heizelement möglich wäre. Der Abschluß der elektrischen Leiter ist aufgrund des notwendigen Entblößens zweier Isolationsschichten sehr kompliziert. Zusätzlich kann es im Falle einer Überhitzung eines sehr kleinen Oberflächenbereichs einer Decke oder eines Polsters (zum Beispiel mehrere Quadratzoll) dazu kommen, daß die Meßleitung bei der Erfassung sehr kleiner Änderungen im gesamten elektrischen Widerstand des langen Heizelements versagt. Ein solches Heizkabel hat im Falle des Versagens der Steuerungseinrichtung keine TCO-Eigenschaften.Blankets and cushions. The cable construction described cannot provide a large heat radiating area per length of heating element, as would be possible with a strip or thin-layer heating element. Termination of the electrical conductors is very complicated due to the need to expose two layers of insulation. In addition, if a very small surface area of a blanket or cushion (for example, several square inches) is overheated, the measuring lead may fail to detect very small changes in the total electrical resistance of the long heating element. Such a heating cable has no TCO properties in the event of failure of the control device.
Ein anderes Beispiel aus dem Stand der Technik ist das U.S.-Patent 4,309,596 von George C. Crowley, welches ein flexibles selbstbeschränkendes Heizkabel beschreibt, welches zwei leitende Drähte umfaßt, die durch ein Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) getrennt sind. Solche Heizdrähte sind auf Bündeln von nichtleitenden Fasern angebracht, welche mit leitendem Kohlenstoff bedeckt sind. Dieses Verfahren hat die folgenden Nachteile: (a) die Drähte sind durch das steife PTC-Material umhüllt und getrennt, was das Heizelement verdickt und verhärtet; (b) der Abstand zwischen den Drähten ist aufgrund der Natur des PTC-Materials sehr beschränkt, welches einen hohen elektrischen Widerstand aufweist; dies verhindert die Herstellung von Heizelementen mit einer großen Heizabstrahlungsoberfläche; (c) das Heizelement ist auf nur ein vorbestimmtes Niveau einer vorbestimmten Höchsttemperatur beschränkt, deshalb ist es dem Heizelement nicht möglich, dieses Temperaturniveau zu umgehen, wenn eine schnelle Erhitzung bei der höchstmöglichen Temperatur benötigt wird.Another example of the prior art is U.S. Patent 4,309,596 to George C. Crowley, which describes a flexible self-limiting heating cable comprising two conductive wires separated by a positive temperature coefficient (PTC) material. Such heating wires are mounted on bundles of non-conductive fibers covered with conductive carbon. This method has the following disadvantages: (a) the wires are sheathed and separated by the rigid PTC material, which thickens and hardens the heating element; (b) the spacing between the wires is very limited due to the nature of the PTC material, which has a high electrical resistance; this prevents the manufacture of heating elements with a large heat radiating surface; (c) the heating element is limited to only one predetermined level of a predetermined maximum temperature, therefore it is not possible for the heating element to bypass this temperature level when rapid heating at the highest possible temperature is required.
Die vorliegende Erfindung versucht die Nachteile des Standes der Technik zu umgehen und beschreibt die Herstellung eines Heizelements, welches Fäden oder Fasern enthält, die aus metallischen Mikrofasern bestehen, aus metallischen Drähten, aus metallbeschichteten , kohlenstoff enthaltenden oder kohlenstoffbeschichteten Fäden/Fasern, welche wirtschaftlich herzustellen sind, welche keine Gefahren für die Umwelt darstellen und welche zu einem weichen, flexiblen, widerstandsfähigen, dünnen und leichten Heizelementkern führen,The present invention attempts to circumvent the disadvantages of the prior art and describes the manufacture of a heating element containing threads or fibers consisting of metallic microfibers, metallic wires, metal-coated, carbon-containing or carbon-coated threads/fibers, which are economical to manufacture, which pose no environmental hazards and which result in a soft, flexible, durable, thin and lightweight heating element core.
LW4G-10019 ' e's*% *\ &idigr;LW4G-10019 ' e 's*% *\ &idigr;
-6--6-
welcher selbst für kleine und komplexe Aufbauten geeignet ist, wie zum Beispiel handgehaltene Artikel. Ein wesentlicher Vorteil der vorgeschlagenen Erfindung beruht darauf, daß sie die Herstellung von Heizelementen unterschiedlicher Formen und Größen ermöglicht, mit vorbestimmten elektrischen Eigenschaften; daß sie ein haltbares Heizelement bereitstellt, welches beständig ist gegenüber Knicken und Abrieb, und dessen elektrophysikalische Eigenschaften nicht beeinflußt werden durch die Anwendung von Druck, scharfen Falten, kleinen Durchlöcherungen, Löchern und Stauchen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beruht darauf, daß synthetische Textilfaden, welche mit Metall oder Kohlenstoff beschichtet sind, verwendet werden, die eine thermische Abschaltfunktion (Thermal Cut Off - TCO) zeigen, die ein Überhitzen oder die Gefahr einer Brandentwicklung verhindern.which is suitable even for small and complex structures, such as hand-held articles. A significant advantage of the proposed invention is that it enables the manufacture of heating elements of different shapes and sizes, with predetermined electrical properties; that it provides a durable heating element which is resistant to kinking and abrasion, and whose electrophysical properties are not affected by the application of pressure, sharp folds, small perforations, holes and compression. A preferred embodiment of the invention is based on the use of synthetic textile threads coated with metal or carbon which exhibit a thermal cut off function (TCO) which prevents overheating or the risk of fire development.
Das erste Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein im wesentlichen sicheres und zuverlässiges Heizelement bereitzustellen, welches zuverlässig funktionieren kann, nachdem es einem starken Falten, Knicken, kleinen Durchlöcherungen, Löchern oder Stauchen unterzogen worden ist, wodurch Probleme gelöst werden, welche mit herkömmlichen flexiblen metallischen Heizdrähten verbunden sind. Um dieses erste Ziel zu erreichen, besteht das elektrische Heizelement gemäß der vorliegenden Erfindung aus isolierten elektrisch leitenden Fäden/Fasern oder metallischen Drähten. Die leitenden Fäden/Fasern können aus Kohlenstoff bestehen, metallischen Mikrofasern, textlien Fäden, welche mit Metall beschichtet sind, Kohlenstoff, leitender Tinte, oder aus deren Kombinationen. Das vorgeschlagene Heizelement kann auch metallische Drähte und ihre Legierungen umfassen. Die leitenden Fäden/Fasern besitzen die folgenden Eigenschaften: (a) hohe Stärke; (b) ein hohes Festigkeits-zu-Gewichtsverhältnis; (c) Weichheit; (d) Flexibilität; (e) einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Der in der vorliegenden Erfindung beschriebene Kern des Heizelements besteht aus elektrisch leitenden Streifen, Manschetten, dünnen La-The first object of the present invention is to provide a substantially safe and reliable heating element which can reliably function after being subjected to severe folding, kinking, small perforations, holes or compression, thereby solving problems associated with conventional flexible metallic heating wires. To achieve this first object, the electric heating element according to the present invention consists of insulated electrically conductive threads/fibers or metallic wires. The conductive threads/fibers may consist of carbon, metallic microfibers, textile threads coated with metal, carbon, conductive ink, or combinations thereof. The proposed heating element may also comprise metallic wires and their alloys. The conductive threads/fibers have the following properties: (a) high strength; (b) a high strength-to-weight ratio; (c) softness; (d) flexibility; (e) a low thermal expansion coefficient. The core of the heating element described in the present invention consists of electrically conductive strips, sleeves, thin layers
LW4G-10019 >*;**' * ! !.***! I ?*LW4G-10019 >*;**' * ! !.***! I ?*
-7--7-
gen, Kabeln, Seilen aus Bündeln von Fäden/Fasern, welche eine gesteuerte Wärmemenge über die gesamte Heizkernoberfläche abstrahlen.cables, ropes made of bundles of threads/fibers, which radiate a controlled amount of heat over the entire heater core surface.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, maximale Flexibilität und Weichheit des Heizelements zu erzielen. Um das zweite Ziel zu erreichen, umfaßt das erfindungsgemäße elektrische Heizelement dünne (0,01 bis 3,0 mm, aber bevorzugterweise innerhalb des Bereichs von 0,05 bis 1,0 mm liegende) individuell isolierte leitende Fäden/Fasern aus metallischen Drähten, welche verwoben oder verseilt sind in durchgängige oder elektrisch miteinander verbundene Streifen, Manschetten/Rohre, Kabel, dünne Lagen oder Bündel. Diese Anordnung kann so angeordnet und isoliert sein, daß Lücken zwischen den elektrisch leitenden Medien auftreten. Ein anderer bevorzugter Aufbau besteht aus extrudiertem, weichem Isolationsmaterial, wie, ohne darauf beschränkt zu sein, insbesondere PVC, Polyurethan, hitzebeständigem Gummi, kreuzvernetztem PVC oder Polyethylen, welches um eine Vielzahl von leitenden Fäden/Fasern oder elektrischen Leitern aus Draht angebracht ist, vorausgesetzt, daß die elektrischen Leiter voneinander durch das Isolationsmaterial getrennt sind.A second object of the present invention is to achieve maximum flexibility and softness of the heating element. To achieve the second object, the electric heating element of the invention comprises thin (0.01 to 3.0 mm, but preferably within the range of 0.05 to 1.0 mm) individually insulated conductive threads/fibers of metallic wires which are woven or stranded into continuous or electrically interconnected strips, sleeves/tubes, cables, thin sheets or bundles. This arrangement can be arranged and insulated so that gaps occur between the electrically conductive media. Another preferred construction consists of extruded soft insulating material such as, but not limited to, PVC, polyurethane, heat-resistant rubber, cross-linked PVC or polyethylene, which is applied around a plurality of conductive threads/fibers or electrical conductors of wire, provided that the electrical conductors are separated from each other by the insulating material.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine gleichmäßige Verteilung von Wärme bereitzustellen, ohne daß eine Überhitzung oder heiße Stellen auftreten, wodurch die Probleme der Überisolation und Energieeffizienz gelöst werden. Um dieses Ziel zu erreichen, sind (a) die leitenden Fäden in den Heizelementen voneinander durch nichtleitende Fasern/Garne oder isolierende Polymere getrennt, (b) kann eine Seite des Heizelements eine metallische Folie oder ein metallisiertes Material enthalten, um eine gleichmäßige Wärmeverteilung und Wärmereflexion bereitzustellen. Es ist auch zu bevorzugen, daß die weichen Heizelemente gemäß der vorliegenden Erfindung ohne dicke kissenförmige Isolation ausgeführt sind, welche den Wärmetransport an die Oberfläche der Heizeinheit verlangsamt.A third object of the present invention is to provide an even distribution of heat without overheating or hot spots, thereby solving the problems of over-insulation and energy efficiency. To achieve this object, (a) the conductive threads in the heating elements are separated from each other by non-conductive fibers/yarns or insulating polymers, (b) one side of the heating element may contain a metallic foil or metallized material to provide an even heat distribution and heat reflection. It is also preferable that the soft heating elements according to the present invention are designed without thick pillow-shaped insulation which slows the heat transport to the surface of the heating unit.
Ein viertes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, dafür Sorge zu tragen, daß die Variation in der Heizleistungsdichte leicht erfolgen kann, wodurch das Problem der HerstellungA fourth object of the present invention is to ensure that the variation in the heating power density can be easily achieved, thereby solving the problem of manufacturing
&phgr;ϕ ϕ
&phgr;
&phgr; * &phgr;
• &phgr;φφ
ϕ * ϕ
•ϕ
• · &phgr; ·
• · · ·· ϕ ϕ
• · φ ·
· ·
• &phgr; &phgr;• φφ
• φ φ
■ &phgr; &phgr;
■ φ
&phgr;" &phgr;ϕ ϕ
ϕ"ϕ
• &phgr;&phgr;
•ϕ
&phgr; ·ϕ ϕ
φ ·
&phgr;&phgr;
&phgr;
&phgr;&phgr;
&phgr;
&phgr; ΦΦΦ· ϕ ϕ
φ Φ Φ Φ Φ Φ ·
*&phgr;&phgr;&phgr;
*φφ
. · · * •ϕ
. · · *
LW4G-10019 * i5***^ &Igr; &Ggr; *5 J \ LW4G-10019 * i 5 ***^ &Igr;&Ggr; * 5 J \
verschiedener Heizvorrichtungen mit unterschiedlichen Anforderungen an die elektrische Leistungsdichte gelöst wird. Um das vierte Ziel zu erreichen, werden die elektroleitenden Fäden/Garne, Fasern oder metallischen Drähte zuerst mittels Polymer isoliert, dann werden mehrere dünne Kabel hergestellt, welche dann zwischen einem gewobenen oder nicht gewobenen Textilmaterial laminiert werden, oder zwischengewoben werden mit nichtleitenden Fäden in Streifen, Manschetten/Röhren oder dünne Lagen mit vorbestimmter Breite, Webdichte und Dicke. Es ist zu bevorzugen, daß die Streifen und Manschetten/Röhren oder dünnen Lagen aus einer Kombination von Fäden/Fasern mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand bestehen und/oder elektrisch nichtleitende hochfeste Polymer- oder inorganische Fasern (wie zum Beispiel flammhemmende Keramiken oder Glasfasern) enthalten.different heating devices with different electrical power density requirements. To achieve the fourth objective, the electroconductive threads/yarns, fibers or metallic wires are first insulated by polymer, then several thin cables are prepared, which are then laminated between a woven or nonwoven textile material, or interwoven with nonconductive threads in strips, sleeves/tubes or thin sheets with predetermined width, weave density and thickness. It is preferable that the strips and sleeves/tubes or thin sheets consist of a combination of threads/fibers with different electrical resistance and/or contain electrically nonconductive high-strength polymer or inorganic fibers (such as flame-retardant ceramics or glass fibers).
Ein fünftes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Temperaturkontrolle mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen. Um das fünfte Ziel zu erreichen, wird zumindest eine der folgenden Maßnahmen durchgeführt: (A) zumindest ein Thermostat wird von dem. Heizelement umwickelt oder an dem Ort angebracht, wo der Heizelementkern mehrfach gefaltet ist; (B) zumindest einer der leitenden Fäden oder Drähte, welche durch die gesamte Länge des Heizelements laufen, wird mit einer elektronischen Vorrichtung verbunden, welche durch eine Änderung des elektrischen Widerstands betrieben wird, die durch die Gesamttemperaturänderung im Sensor hervorgerufen wird.A fifth object of the present invention is to provide a temperature control with high reliability. To achieve the fifth object, at least one of the following is performed: (A) at least one thermostat is wrapped around the heating element or attached to the location where the heating element core is folded multiple times; (B) at least one of the conductive threads or wires running through the entire length of the heating element is connected to an electronic device which is operated by a change in electrical resistance caused by the overall temperature change in the sensor.
Das sechste Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein hohes Niveau an Sicherheit bereitzustellen, wodurch die Feuergefahr minimiert wird. Um das sechste Ziel zu erreichen werden folgende Maßnahmen ergriffen: (A) mehrere dünne leitende Kabel werden durch feste und flammhemmende Fäden/Fasern verstärkt und (B) das leitende Medium der Heizkabel kann Metall oder Kohlenstoff enthalten, welche textile Polymerfaden/Fasern enthalten, die einen Schmelzpunkt zwischen 120 0C bis 300 0C aufweisen. Das Schmelzen der leitenden Fäden/Fasern führt zu einem Zusammenbruch der elektrischen Kontinuität im Heizsystem. Dadurch können die vorgeschlagenen Heizelemente alsThe sixth aim of the present invention is to provide a high level of safety, thereby minimising the risk of fire. To achieve the sixth aim, the following measures are taken: (A) several thin conductive cables are reinforced by strong and flame-retardant threads/fibres and (B) the conductive medium of the heating cables may contain metal or carbon, which may contain textile polymer threads/fibres having a melting point between 120 0 C to 300 0 C. The melting of the conductive threads/fibres leads to a breakdown of the electrical continuity in the heating system. As a result, the proposed heating elements can be used as
LW4G-10019 *-i?l?V! IS s : IVLW4G-10019 *- i? l ? V! IS s : IV
Hochtemperatursicherung oder TCO (Thermal-Cut-Off)-Vorrichtung dienen.High temperature fuse or TCO (thermal cut-off) device.
Ein siebtes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Sorge zu tragen für eine Erleichterung bei der Herstellung des Heizelementkerns, wodurch ein Problem bei der Imprägnierung des gesamten Gewebes mit stabilisierenden Materialien oder Füllmaterialien vermieden wird, wodurch ein Zuschneiden auf ein gewünschtes Muster ermöglicht wird. Um das siebte Ziel zu erreichen, werden alle Streifen, Manschetten/Röhren, dünne Lagen, Seile und Fäden vor der Herstellung des Heizelements in eine gewünschte stabile Gestalt gebracht.A seventh object of the present invention is to provide for facilitation in the manufacture of the heating element core, thereby avoiding a problem in impregnating the entire fabric with stabilizing materials or fillers, thereby enabling cutting to a desired pattern. To achieve the seventh object, all strips, sleeves/tubes, thin sheets, ropes and threads are formed into a desired stable shape before manufacturing the heating element.
Ein achtes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Temperaturselbstbegrenzungseigenschaften für den Kern des Heizelements bereitzustellen, falls dies durch den Aufbau des Heizelements vorgegeben wird, wodurch sich die Notwendigkeit von Thermostaten erübrigt. Um das achte Ziel zu erreichen, wird Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) in den ausgesuchten Zonen des Heizelementkerns verwendet.An eighth object of the present invention is to provide temperature self-limiting properties for the core of the heater element, if dictated by the design of the heater element, thereby eliminating the need for thermostats. To achieve the eighth object, material having a positive temperature coefficient (PTC) is used in the selected zones of the heater element core.
Bei einer Ausführungsform umfaßt die vorliegende Erfindung ein Heizelement mit weichen, stabilen und leichten elektrisch leitenden Fäden/Garnen, welche als leitendes Medium agieren. Das Heizelement ist weiterhin sehr widerstandsfähig gegen Löcher, Schnitte, kleine Durchlöcherungen, starke Falten und Stauchen. Es kann in verschiedenen Formen und Größen hergestellt werden und es kann ausgelegt werden für einen großen Bereich von Parametern, wie zum Beispiel Eingabespannung, gewünschten Temperaturbereich, gewünschte Leistungsdichte, Art des Stromes (Wechselstrom und Gleichstrom) und das Verfahren der elektrischen Verbindung (parallel oder in Reihe). Ein Heizelement umfaßt bevorzugterweise nichtleitende Fasern/Garne und Fäden/Garne aus elektrisch leitendem Metall oder Kohlenstoff, die dazwischengewoben sind, daraufgestickt sind, dazwischen laminiert sind oder in Streifen, Seilen, Manschetten/Röhren, dünnen Lagen oder Bündel von Fäden ausgebildet sind.In one embodiment, the present invention comprises a heating element having soft, strong and lightweight electrically conductive threads/yarns acting as a conductive medium. The heating element is also very resistant to holes, cuts, small perforations, severe folding and crushing. It can be manufactured in various shapes and sizes and it can be designed for a wide range of parameters such as input voltage, desired temperature range, desired power density, type of current (AC and DC) and method of electrical connection (parallel or series). A heating element preferably comprises non-conductive fibers/yarns and threads/yarns of electrically conductive metal or carbon woven therebetween, embroidered thereon, laminated therebetween or formed into strips, ropes, sleeves/tubes, thin sheets or bundles of threads.
Die ausgesuchten Zonen des Heizelementkerns können hochleitende metallbeschichtete Fäden enthalten, um redundante Schaltkreise im Heizelement bereitzustellen. Der Heiz-The selected zones of the heating element core may contain highly conductive metal-coated filaments to provide redundant circuitry in the heating element. The heating
LW4G-10019 / : V: ♦LW4G-10019 / : V: ♦
-10--10-
elementkern kann ein Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) umfassen, um Temperatur-Selbstbegrenzungseigenschaften bereitzustellen. Der Heizelementkern wird ausgebildet durch Falten oder Zusammenfügen des leitenden Mediums in einem vorbestimmten Muster. Die Elektroden werden an dem Heizelementkern angebracht und elektrisch parallel oder in Reihe verbunden. Der weiche Heizelementkern wird versiegelt, um einen Aufbau zu bilden, welcher zumindest eine elektrische Isolationsschicht umfaßt, welche jeden Streifen, jedes Seil, jede Manschette/Röhre, jede dünne Lage oder jedes Fadenbündel umhüllt.The heating element core may comprise a material having a positive temperature coefficient (PTC) to provide temperature self-limiting properties. The heating element core is formed by folding or piecing the conductive medium in a predetermined pattern. The electrodes are attached to the heating element core and electrically connected in parallel or in series. The soft heating element core is sealed to form an assembly comprising at least one electrically insulating layer encasing each strip, rope, sleeve/tube, sheet or filament bundle.
Die ausgesuchten Bereiche des Heizelementkerns können auch elektrisch leitende Fäden oder Drähte umfassen, um eine Messung des Widerstandes/der Stromänderung zu ermöglichen, welche durch die Änderung der Wärme erzeugt werden. Der Heizelementkern wird durch Falten oder Zusammenfügen der individuell isolierenden leitenden Medien in einem vorbestimmten Muster gebildet. Die Elektroden werden mit dem Heizelementkern verbunden und sind elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet. Im Falle der Verwendung eines Wechselstroms können die individuellen isolierenden Kabel in dem Heizelementkern auf so eine Weise verbunden sein, daß ein elektromagnetisches Feld (EMF) minimiert wird. Im Folgenden werden einige Verfahren zum Reduzieren/Eliminieren von EMF bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung aufgezählt:The selected areas of the heater core may also include electrically conductive threads or wires to enable measurement of the resistance/current change produced by the change in heat. The heater core is formed by folding or joining the individual insulating conductive media in a predetermined pattern. The electrodes are connected to the heater core and are electrically connected in parallel or in series. In the case of using an alternating current, the individual insulating wires in the heater core may be connected in such a way that an electromagnetic field (EMF) is minimized. The following are some methods for reducing/eliminating EMF in preferred embodiments of the invention:
(a) Verwenden eines Spannungsabwärtstransformators;(a) using a voltage step-down transformer;
(b) Verwenden eines Spannungsabwärtstransformators und Gleichwandlers;(b) using a voltage step-down transformer and DC/DC converter;
(c) Verwenden eines Wechselstromgleichrichters mit einem Filterkondensator;(c) using an AC rectifier with a filter capacitor;
(d) Bereitstellen zweier gleichzeitig entgegengesetzt gerichteter Stromflüsse in den
einzelnen isolierten Kabeln des Heizelementkerns.(d) Providing two simultaneous oppositely directed current flows in the
individual insulated cables of the heating element core.
LW4G-10019 '.%··..: : .·. &idigr; &igr; &ngr;LW4G-10019 '.%··..: : .·. &idigr;&igr;&ngr;
- 11-- 11-
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizelementkerns, welcher elektrisch in Reihe geschaltet ist.Fig. 1 shows a plan view of a preferred embodiment of a heating element core according to the invention, which is electrically connected in series.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Heizelementkörperkern, welcher parallel geschaltet ist, unter Verwendung eines Mehrfach-Niveauleistungsausgabe-Heizungsschaltkreis-Aufbaus und optionalen, lokalen Flächenbehandlungsbereichen. Figure 2 shows a top view of a heater body core connected in parallel using a multiple level power output heater circuit configuration and optional local area treatment regions.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Heizelementkern, welcher parallel geschaltet ist und aus verschiedenen elektrisch leitenden Fäden besteht, welche auf ein elektrisch nichtleitendes Substrat gewoben sind, dazwischen laminiert sind, oder daraufgestickt sind. Optionale örtliche Oberflächenbehandlungsschritte und Material mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) können bei dieser Ausführungsform verwendet werden.Fig. 3 shows a top view of a heating element core connected in parallel and consisting of various electrically conductive threads woven onto, laminated between, or embroidered onto an electrically non-conductive substrate. Optional local surface treatment steps and positive temperature coefficient (PTC) material can be used in this embodiment.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Temperaturmeßvorrichtung, welche so aufgebaut ist, daß sie die Anzahl von Thermostaten in einem Heizelement beschränkt und eine praktischere Anordnung der übrigen Thermostate ermöglicht.Fig. 4 shows a plan view of a temperature measuring device which is designed to limit the number of thermostats in a heating element and to enable a more practical arrangement of the remaining thermostats.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf ein Heizelement, welches leitende textile Materialien und Materialien mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) verwendet, um einen breiten, PTC-geregelten, Heizungsschaltkreis zu ergeben. Diese Heizvorrichtung stellt eine Kombination verschiedener Heizbereiche bereit.Fig. 5 shows a plan view of a heating element which uses conductive textile materials and materials with a positive temperature coefficient (PTC) to provide a wide PTC-controlled heating circuit. This heating device provides a combination of different heating regions.
Fig. 6 zeigt eine isometrische Ansicht eines mit Widerhaken versehenen Steckverbinders, welcher verwendet wird, um ein textiles fadenförmiges, bündeiförmiges, büschelförmiges oder seilförmiges Heizkabel mit einer Stromzufuhr oder einem anderen Heizkabel zu verbinden.Fig. 6 shows an isometric view of a barbed connector used to connect a textile thread, bundle, tuft or rope heating cable to a power supply or another heating cable.
Fig. 7 zeigt eine isometrische Ansicht verschiedener Ausführungsformen vonFig. 7 shows an isometric view of various embodiments of
• ···♦•···♦
LW4G-10019 .*' ·"· · · :.·" ! "LW4G-10019 .*' ·"· · · :.·" ! "
- 12-- 12-
Heizmanschetten, welche Heizelemente verwenden.Heating sleeves that use heating elements.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf infrarot leuchtende aufgestickte Zeichen, welche so ausgelegt sind, daß sie mittels Nachtsichtgeräten sichtbar sind.Fig. 8 shows a plan view of infrared luminous embroidered characters designed to be visible using night vision devices.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf ein streifenförmiges Heizelement, welches auf Jalousienlamellen angebracht ist, um die umgebende Luft zu erhitzen.Fig. 9 shows a plan view of a strip-shaped heating element which is mounted on blind slats to heat the surrounding air.
Fig. 10a zeigt eine Draufsicht auf einen Heizungselementstreifen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher zickzackförmig ausgelegt ist, elektrisch in Reihe geschaltet ist, und einen Thermostaten auf der Faltnaht aufgesetzt hat.Fig. 10a shows a plan view of a heating element strip according to a preferred embodiment of the present invention, which is designed in a zigzag shape, is electrically connected in series, and has a thermostat placed on the fold seam.
Fig. 10b zeigt eine alternative Anordnung der in Fig. 11a gezeigten Heizelementstreifen, wobei Lücken zwischen seinen Abschnitten verwendet werden.Fig. 10b shows an alternative arrangement of the heating element strips shown in Fig. 11a, using gaps between its sections.
Fig. 1 la zeigt einen Querschnitt durch einen gewobenen Streifen mit individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder metallischen Drähten, welche mit nichtleitenden Fäden zwischenverwoben sind.Fig. 1 la shows a cross-section through a woven strip with individually insulated conductive threads/fibers or metallic wires interwoven with non-conductive threads.
Fig. 11b zeigt einen Querschnitt des Heizelementkerns, wobei die individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Met all drähte zwischen zwei Schichten eines Substrats aus nichtleitendem Material laminiert sind.Fig. 11b shows a cross-section of the heating element core, with the individually insulated conductive threads/fibers or metal wires laminated between two layers of a substrate of non-conductive material.
Fig. lic zeigt einen Querschnitt eines Heizkabels mit einer Vielzahl von Leitern, wobei ein nichtleitendes Polymer um die nicht isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Metalldrähte extrudiert ist. Bei diesem Aufbau werden optional verstärkende Fäden/Fasern verwendet.Fig. lic shows a cross-section of a heating cable with a plurality of conductors, with a non-conductive polymer extruded around the uninsulated conductive threads/fibers or metal wires. Reinforcing threads/fibers are optionally used in this construction.
Fig. 12a zeigt einen Querschnitt durch einen Thermostaten, welcher an einen Ort der Wärmekonzentration in Form einer Mehrfachfalte in der Länge des Heizelementstreifens angebracht ist.Fig. 12a shows a cross-section through a thermostat which is attached to a location of heat concentration in the form of a multiple fold in the length of the heating element strip.
LW4G-10019 * &phgr;" l·*. * &Igr; &idigr; #." · ; ; VLW4G-10019 * φ" l·*. * &Igr;&idigr;#."·;; v
Fig. 12b zeigt eine Draufsicht auf einen Thermostaten, welcher an einem Ort der Wärmekonzentration in Form einer Falte bei der Änderung der Heizstreifenrichtung angebracht ist.Fig. 12b shows a plan view of a thermostat which is attached at a location of heat concentration in the form of a fold when changing the heating strip direction.
Fig. 13a zeigt eine isometrische Ansicht des Heizelements, welches aus einer Manschette/ Röhre besteht, welche aus individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Metalldrähten und nichtleitenden Fäden/Fasern besteht. Optionale verstärkende Fasern werden bei diesem Aufbau verwendet.Fig. 13a shows an isometric view of the heating element, which consists of a sleeve/tube made of individually insulated conductive threads/fibers or metal wires and non-conductive threads/fibers. Optional reinforcing fibers are used in this construction.
Fig. 13b zeigt eine isometrische Ansicht des Heizelements, welches aus einer Manschette/ Röhre besteht, die durch Extrusion aus einem nichtleitenden Polymer um nicht isolierte leitende Fäden/Fasern oder Metalldrähte hergestellt worden ist. Optionale verstärkende Fäden/Fasern werden bei diesem Aufbau verwendet.Fig. 13b shows an isometric view of the heating element, which consists of a sleeve/tube made by extrusion of a non-conductive polymer around non-insulated conductive threads/fibers or metal wires. Optional reinforcing threads/fibers are used in this construction.
Die Erfindung besteht aus einem weichen Heizelementkern, welcher hergestellt wird durch Verbinden von individuell isolierten leitenden Metall und/oder Kohlenstoff enthaltenden Fäden/Drähten mit nichtleitenden Garnen/Fasern oder Polymeren. Der Kern ist aufgebaut als Streifen, Manschetten, Röhren, dünne Lagen oder Seile. Der Heizelementkern kann elektrisch leitende metallische Mikrofasern enthalten, metallbeschichtete und/oder Kohlenstoff enthaltende Fäden, welche kombiniert sind mit nichtleitenden Garnen/Fasern oder Polymeren in verschiedenen Zusammensetzungen und/oder Webmustern, um den elektrischen Widerstand des Heizelementkerns zu verbessern. Zu Zwecken der Erläuterung der Erfindung soll der Ausdruck "Faden" Nähfaden, Strickfaden und Webfaden oder Garn und andere Strukturen umfassen, welche aus individuellen Fasern oder aus Kombinationen von Fasern bestehen, wobei eine jede individuelle Faser dünn genug ist, um sie so weich, flexibel und zuverlässig zu machen wie einen synthetischen Polymerfaden, wie zum Beispiel Polyesterornylon. Zu Erläuterungszwecken soll der Ausdruck "individuell isolierteThe invention consists of a soft heating element core which is made by bonding individually insulated conductive metal and/or carbon-containing threads/wires to non-conductive yarns/fibers or polymers. The core is constructed as strips, sleeves, tubes, thin sheets or ropes. The heating element core may contain electrically conductive metallic microfibers, metal-coated and/or carbon-containing threads combined with non-conductive yarns/fibers or polymers in various compositions and/or weave patterns to improve the electrical resistance of the heating element core. For purposes of explaining the invention, the term "thread" shall include sewing thread, knitting thread and weaving thread or yarn and other structures consisting of individual fibers or combinations of fibers, each individual fiber being thin enough to make it as soft, flexible and reliable as a synthetic polymer thread such as polyester or nylon. For purposes of explaining the invention, the term "individually insulated
LW4G-10019 *· .·*..: : .'.: : .·LW4G-10019 *· .·*..: : .'.: : .·
-14--14-
leitende Fäden/ Fasern oder Metalldrähte" dünne Kabel umfassen, welche aus nichtleitendenden und/oder leitenden Fäden/Fasern oder Metalldrähten bestehen, die in einem kontinuierlichem Bündel verdrillt oder verdreht sind, welches dann durch ein nichtleitendes Polymer isoliert wird.Conductive threads/fibres or metal wires" means thin cables consisting of non-conductive and/or conductive threads/fibres or metal wires twisted or twisted in a continuous bundle which is then insulated by a non-conductive polymer.
Der Ausdruck "Metallmikrofasern" soll Metallfasern umfassen, welche eine Deniergröße von synthetischen textlien Fasern aufweisen. Der Durchmesser einer jeden Metallmikrofaser ist kleiner als die kleinste kommerziell verfügbare Metalldrahtschieblehre. The term "metal microfibers" is intended to include metal fibers having a denier size of synthetic textile fibers. The diameter of each metal microfiber is smaller than the smallest commercially available metal wire caliper.
Der Ausdruck "Metalldraht" soll ein Metallbündel umfassen mit einem Durchmesser größer als der einer Metallfaser oder Mikrofaser. Ein Metalldraht kann Kupfer, Eisen, Chrom, Nickel oder ihre Kombinationen umfassen.The term "metal wire" is intended to include a bundle of metal having a diameter greater than that of a metal fiber or microfiber. A metal wire may comprise copper, iron, chromium, nickel, or their combinations.
Der Heizelementkern, welcher in dieser Erfindung beschrieben ist, kann eine der folgenden Fäden/Fasern, Metalldrähte oder ihre Kombination umfassen:The heating element core described in this invention may comprise any of the following threads/fibers, metal wires or their combination:
1. Metallbeschichtete synthetische Polymerfäden mit ähnlichen oder variierenden elektrischen Eigenschaften.1. Metal-coated synthetic polymer filaments with similar or varying electrical properties.
2. Metallbeschiehtete inorganische Fäden (hergestellt aus Keramik oder Glasfasern) mit ähnlichen oder variierenden elektrischen Eigenschaften.2. Metal-coated inorganic filaments (made of ceramics or glass fibers) with similar or varying electrical properties.
3. Kohlenstoffbeschichtete inorganische Fäden (hergestellt aus Keramik oder Glasfasern) mit ähnlichen oder variierenden elektrischen Eigenschaften.3. Carbon-coated inorganic filaments (made of ceramics or glass fibers) with similar or varying electrical properties.
4. Fäden mit ähnlichen oder variierenden elektrischen Eigenschaften, welche mit leitender Tinte imprägniert sind.4. Threads with similar or varying electrical properties impregnated with conductive ink.
5. Metallfäden, welche aus Metallmikrofasern hergestellt sind mit ähnlichen oder variierenden elektrischen Eigenschaften.5. Metallic threads made from metallic microfibers with similar or varying electrical properties.
6. Metalldrähte mit ähnlichen oder variierenden elektrischen Eigenschaften.6. Metallic wires with similar or varying electrical properties.
LW4G-10019LW4G-10019
-15--15-
7. Fäden/Drähte, wie unter 1 bis 6 erläutert, zusätzlich mit nichtleitenden synthetischen Polymerfasern.7. Threads/wires as described under 1 to 6, additionally containing non-conductive synthetic polymer fibres.
8. Fäden, wie unter 1 bis 6 erläutert, welche einen Zusatz von nichtleitenden inorganischen Fasern, insbesondere Glasfasern, umfassen.8. Threads as explained under 1 to 6, which comprise an addition of non-conductive inorganic fibers, in particular glass fibers.
9. Faden/Fasern, wie unter 1 bis 8 erläutert, mit einem Zusatz von Kohlenstoff/Graphitfäden.9. Thread/fibres as described under 1 to 8, with an addition of carbon/graphite threads.
Das nichtleitende Material des Heizelementkerns kann in Form von als Kett- oder Schußfäden dienenden Webgarnen hergestellt sein, extrudiert sein oder mit einem isolierenden Polymer umhüllt sein, aus einem gewobenen oder nicht gewobenen synthetischen Stoff oder inorganischen Fasern/Textilien.The non-conductive material of the heating element core can be made in the form of weaving yarns serving as warp or weft threads, extruded or coated with an insulating polymer, a woven or non-woven synthetic fabric or inorganic fibers/textiles.
Das isolierende Polymer kann Polyvinylchlorid (PVC) sein, Silikongummi, Polyethylen, Polypropylen, Polyurethan, kreuzvemetztes Polyethylen und PVC, oder andere kabelisolierende Materialien. Das Laminieren der mehrfach individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Drähte auf das nichtleitende Substrat kann erreicht werden durch Aufsetzen der Fäden zwischen zumindest zwei Schichten aus nichtleitendem Material und anschließendem thermischen Schweißen des sandwichartigen Lagenaufbaus.The insulating polymer may be polyvinyl chloride (PVC), silicone rubber, polyethylene, polypropylene, polyurethane, cross-linked polyethylene and PVC, or other cable insulating materials. Lamination of the multiple individually insulated conductive threads/fibers or wires to the non-conductive substrate may be achieved by placing the threads between at least two layers of non-conductive material and then thermally welding the sandwich-like layer structure.
Es ist auch möglich, Kleber zu verwenden oder zu nähen, um die individuell isolierten leitenden und optional nichtleitenden Fäden/Fasern zwischen nichtleitendem Material-zu isolieren.It is also possible to use glue or sewing to isolate the individually insulated conductive and optionally non-conductive threads/fibers between non-conductive material.
Die metallbeschichteten Fäden, welche weiter unten im Zusammenhang mit der Erfindung beschrieben werden, können weiche und hochleitfähige Metalle wie Silber, Gold, Kupfer, Zinn, Nickel, Zink ihre Legierungen oder Mehrfachschichtkombinationen umfassen. Eine solche Beschichtung kann angewandt werden auf Kohlenstoff/Graphit, Polymer, Glasfaser oder keramischen Fäden durch Sputtern, Elektroplattierung, stromlose Abscheidung oder andere passende Metallbeschichtungstechniken.The metal-coated filaments described below in connection with the invention may comprise soft and highly conductive metals such as silver, gold, copper, tin, nickel, zinc, their alloys or multi-layer combinations. Such a coating may be applied to carbon/graphite, polymer, glass fiber or ceramic filaments by sputtering, electroplating, electroless deposition or other suitable metal coating techniques.
LW4G-10019 .·.··.-.-:LW4G-10019 .·.··.-.-:
-16--16-
Die Metallfasern enthaltenden Fäden, welche in dieser Erfindung beschrieben sind, können die folgenden Metalle und ihre Kombinationen enthalten: Wolfram, Nickel, Chrom und Eisen. Die individuellen metallischen Fasern innerhalb der Fäden haben eine ausreichend kleine Dicke, um die Fäden so weich und flexibel zu machen, wie die von polymertextilen Materialien, wie zum Beispiel Polyester oder Nylon.The metallic fiber-containing filaments described in this invention may contain the following metals and their combinations: tungsten, nickel, chromium and iron. The individual metallic fibers within the filaments have a sufficiently small thickness to make the filaments as soft and flexible as those of polymeric textile materials such as polyester or nylon.
Der Ausdruck "leitende Tinte", welcher in dieser Erfindung beschrieben wird, soll elektroleitende Tinte umfassen, Farbe oder Klebstoff, die elektroleitende Medien umfassen, wie zum Beispiel Kohlenstoff, Graphit oder Metall-Teilchen/Fasern, welche in einer Lösung aus einem nichtleitenden organischen Stabilisator dispergiert sind.The term "conductive ink" as described in this invention is intended to include electroconductive ink, paint or adhesive comprising electroconductive media such as carbon, graphite or metal particles/fibers dispersed in a solution of a non-conductive organic stabilizer.
Der Ausdruck "Kohlenstoff enthaltende Fäden", welcher in dieser Erfindung beschrieben wird, soll Kohlenstoff/Graphitfäden umfassen, oder Fäden, die beschichtet sind mit Kohlenstoff oder Kohlenstoff/Graphit enthaltenem Material. Der Ausdruck "leitende Textilien", welcher in dieser Erfindung beschrieben ist, soll weiche elektrisch leitende Substrate umfassen, die elektroleitende Fäden/Fasern enthalten, mit oder ohne Einschluß von nichtleitenden Materialien, wie zum Beispiel gewobene oder nicht gewobene Textilien/Fasern.The term "carbon-containing filaments" described in this invention is intended to include carbon/graphite filaments, or filaments coated with carbon or carbon/graphite-containing material. The term "conductive textiles" described in this invention is intended to include soft electrically conductive substrates containing electrically conductive filaments/fibers, with or without the inclusion of non-conductive materials, such as woven or non-woven textiles/fibers.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform eines elektroleitenden Heizelementskerns 1 1 in Form eines Streifens, welcher so geformt ist, daß er Lücken für eine anschließende Abdichtung umfaßt, und welcher durch den Aufbau des Heizelements festgelegt ist. Der leitende Streifen des Heizelementkerns 1 besteht aus elektroleitenden Fäden 2, welche longitudinal in einem Streifen angeordnet sind, um durch nichtleitendes Material getrennt zu sein. Eine solche Anordnung wird erreicht durch Weben, Sticken oder Laminieren von Einzelfäden zwischen zumindest zwei Schichten aus isolierendem Material.Fig. 1 shows an example of an embodiment of an electroconductive heating element core 11 in the form of a strip which is shaped to include gaps for subsequent sealing and which is defined by the structure of the heating element. The conductive strip of the heating element core 1 consists of electroconductive threads 2 which are arranged longitudinally in a strip so as to be separated by non-conductive material. Such an arrangement is achieved by weaving, stitching or laminating individual threads between at least two layers of insulating material.
Teile des Heizelementkerns 1 können einer lokalisierten Behandlung unterzogen sein, um die elektrischen Eigenschaften des fertiggestellten Produkts zu verbessern, wobei eine solche lokalisierte Behandlung durchgeführt wird durch zumindest eine der nachfolgenden Verfahren: (a) die Verwendung von elektroleitendem, Kohlenstoff oder GraphitParts of the heating element core 1 may be subjected to a localised treatment to improve the electrical properties of the finished product, such localised treatment being carried out by at least one of the following methods: (a) the use of electroconductive carbon or graphite
LW4G-10019 .·«".·.■: &Ggr; .* &Lgr; ] LW4G-10019 .·«".·.■: Ggr; .* Lgr; ]
-17--17-
enthaltendem Material 6; (b) die Verwendung von Material 7 mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTC); (c) die Verwendung von hochleitenden Überbrückungsfaden 5, um redundante elektrische Schaltkreise bereitzustellen.containing material 6; (b) the use of material 7 with positive temperature coefficient (PTC); (c) the use of highly conductive bridging threads 5 to provide redundant electrical circuits.
Um eine Überhitzung zu kontrollieren, wird zumindest eine Temperatur-Regelungsvorrichtung 12, wie zum Beispiel ein Thermostat, in die Ebene des Heizelements gebracht. Die Krümmungen und Falten in Längsrichtung des Heizelementkerns können durch die folgenden Formhaltemittel fixiert sein: (a) Nähen mit elektroleitenden Fäden, bevorzugterweise metallbeschichteten Fäden; (b) Nähen mit nichtleitenden Fäden; (c) Heften; (d) Kleben; (e) Nieten; (f) Verschweißen oder Abdichten durch atmungsaktives oder hermetisch abdichtendes Material 8.To control overheating, at least one temperature control device 12, such as a thermostat, is placed in the plane of the heating element. The bends and folds in the longitudinal direction of the heating element core may be fixed by the following shape-retaining means: (a) sewing with electroconductive threads, preferably metal-coated threads; (b) sewing with non-conductive threads; (c) stapling; (d) gluing; (e) riveting; (f) welding or sealing by breathable or hermetically sealing material 8.
Der Heizelementkern wird durch ein Stromkabel 3 mit Energie versorgt, welches mit dem Heizelement über Metallelektroden 4 verbunden ist. Die Elektroden sind flexibel und haben eine flache Form mit einer großen Kontaktfläche. Es ist zu bevorzugen, daß leitende Textilelektroden verwendet werden, welche Kupferdrähte und Kohlenstoffgarne oder Elektroden umfassen, welche an den Enden des Heizelementkerns durch hochleitende Fäden angestickt sind. Die Elektroden können an den Enden des Heizelementkerns durch Nähen, Heften, Vernieten oder der Verwendung eines Steckverbinders mit widerhakenförmigen Elementen angebracht sein.The heating element core is powered by a power cable 3 which is connected to the heating element via metal electrodes 4. The electrodes are flexible and have a flat shape with a large contact area. It is preferable to use conductive textile electrodes comprising copper wires and carbon yarns or electrodes stitched to the ends of the heating element core by highly conductive threads. The electrodes may be attached to the ends of the heating element core by sewing, stapling, riveting or using a connector with barbed elements.
Zusätzlich zu den Elektroden sind an der Stromleitung die folgenden Anschlüsse angebracht: (a) ein elektrischer Stecker 11, (b) eine optionale Leistungssteuerungsvorrichtung 10, die zumindest eines, einige oder alle der nachfolgenden Elemente umfassen kann: Wechselstrom/Gleichstromwandler, Transformator, Leistungsniveauregler, Ein-/ Ausschalter.In addition to the electrodes, the following connectors are attached to the power line: (a) an electrical plug 11, (b) an optional power control device 10, which may comprise at least one, some or all of the following elements: AC/DC converter, transformer, power level controller, on/off switch.
Abhängig vom Endverwendungszweck der Heizelemente werden bei dem Heizelement-Montageprozeß verwendet:Depending on the end use of the heating elements, the following are used in the heating element assembly process:
(a) Falten und Formen des Heizelementkerns in eine vorbestimmte Gestalt;(a) folding and forming the heating element core into a predetermined shape;
LW4G-10019LW4G-10019
-18--18-
(b) Anbringen oder Ansticken der Elektroden am Heizelementkern;(b) attaching or stitching the electrodes to the heating element core;
(c) Anbringen der Führungsdrähte, optionaler Thermostate und des Stromkabels an dem Heizelementkern;(c) Attaching the guide wires, optional thermostats and power cable to the heater core;
(d) Laminieren des Heizelementkerns mit dem isolierenden Material;(d) laminating the heating element core with the insulating material;
(e) Fixieren des Musters des Heizelementaufbaus durch die Formhaltemittel:(e) Fixing the pattern of the heating element structure by the mold holding means:
Es ist zu bevorzugen, daß eine wärmereflektierende Schicht auf einer Seite des isolierenden Heizelementkerns angebracht wird, falls dies durch den Heizelementaufbau notwendig ist; eine solche wärmereflektierende Schicht kann eine Aluminiumfolie oder ein metallisiertes Polymer sein, welches von den elektroleitenden Heizelementkomponenten elektrisch isoliert ist.It is preferable that a heat-reflecting layer be provided on one side of the insulating heater core if required by the heater construction; such heat-reflecting layer may be an aluminum foil or a metallized polymer which is electrically insulated from the electroconductive heater components.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Heizelementkerns 1 in Form von Streifen, welche zwischen den elektrischen Buselektroden 9 gefaltet und angebracht sind, wobei die Streifen in gerader Linie verlaufen und an den parallelen Buselektroden durch Sticken, Heften oder Nieten angebracht sind. Der Verlauf des Zickzack-Musters und der Abstand zwischen den Scheitelpunkten kann selbst bei demselben Heizelement variieren, wodurch sich die Temperaturdichte des fertiggestellten Elements verändern kann, wie dies durch den Heizelementaufbau festgelegt ist. Als Abänderung dieses Aufbaus kann die Länge des Heizelementstreifens 1 zwischen den Buselektroden zickzack-förmig oder in anderer Form anstelle von geradlinig verlaufend ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine Variation des Heizelementwiderstands, ohne daß das Heizelementkernmaterial geändert werden muß. Das Heizelement kann auch aus separaten parallel leitenden Streifen bestehen, welche mit den Busleitern elektrisch verbunden sind. Alle Streifen in dieser Ausführungsform sind in solch einer Weise angebracht, daß Lücken zwischen den nebeneinanderliegenden Streifen entstehen, um eine hermetisch dichte Abdichtung und/oder eine Formfixierung während der Isolation durch das nichtleitende Material zu erreichen. Die Streifen sind mit den Busleitern 9 durch Nähen 16, Heften oder Nieten fest verbunden.Fig. 2 shows an example of the heating element core 1 in the form of strips folded and attached between the electrical bus electrodes 9, the strips running in a straight line and being attached to the parallel bus electrodes by stitching, tacking or riveting. The extent of the zigzag pattern and the distance between the vertices can vary even in the same heating element, thereby changing the temperature density of the finished element as determined by the heating element construction. As a variation of this construction, the length of the heating element strip 1 between the bus electrodes can be zigzagged or other shaped instead of straight. This allows the heating element resistance to be varied without having to change the heating element core material. The heating element can also consist of separate parallel conductive strips which are electrically connected to the bus conductors. All strips in this embodiment are mounted in such a way that gaps are formed between the adjacent strips to achieve a hermetically tight seal and/or shape fixation during insulation by the non-conductive material. The strips are firmly connected to the bus conductors 9 by sewing 16, stapling or riveting.
• ··
I · m^ I · m^
LW4G-10019 .·*··*„: i ,·,-· &iacgr; *LW4G-10019 .·*··*”: i ,·,-· &iacgr; *
-19--19-
Ein Heizelement in diesem Aufbau kann optional einer lokalen Behandlung unterzogen werden, um die elektrischen Eigenschaften des fertiggestellten Produkts zu verbessern, wobei eine solche örtliche Behandlung nach einem der folgenden Verfahren durchgeführt werden kann: (a) die Verwendung von elektroleitendem, Kohlenstoff oder Graphit enthaltendem Material; (b) die Verwendung von Material 7 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC); (c) die Verwendung von überbrückenden elektroleitenden Fäden 5, wie zum Beispiel metallbeschichteten Fäden, um "redundante elektrische Schaltkreise zu erzeugen.A heating element in this construction may optionally be subjected to a local treatment to improve the electrical properties of the finished product, such local treatment being carried out by any of the following methods: (a) the use of electroconductive carbon or graphite-containing material; (b) the use of material 7 having a positive temperature coefficient (PTC); (c) the use of bridging electroconductive filaments 5, such as metal-coated filaments, to create "redundant electrical circuits".
Ein neues Verfahren zum Steuern der Leistungsabgabe wird bei dieser Ausführungsform durch Verwenden der dritten Buselektrode angewandt, welche in der Mitte gezeigt ist. Dadurch kann die Leistungsabgabe um einen Faktor 4 variiert werden, wobei zur selben Zeit vier mal weniger leitende Fäden benötigt werden Dies führt zu einem doppelten Vorteil dahingehend, daß es eine vielfach einsetzbare Heizvorrichtung zu niedrigeren Kosten gibt. Diese Heizvorrichtung hat zwei Arbeitsbereiche, einen Hochleistungsausgabebereich und einen Niedrigleistungsausgabebereich.A new method of controlling the power output is used in this embodiment by using the third bus electrode shown in the middle. This allows the power output to be varied by a factor of 4, at the same time requiring four times fewer conductive filaments. This results in a double advantage in that there is a reusable heater at a lower cost. This heater has two operating regions, a high power output region and a low power output region.
Beim Niedrigleistungsausgabebereich wird die mittlere Elektrode nicht mit Energie versorgt und hat keine weitere Funktion als die, als Schaltkreisbrücke zu dienen, wodurch eine Redundanz im Pfad des elektrischen Stroms erzeugt wird. In dem Hochenergieausgabebereich werden dann, wenn Gleichstrom verwendet wird und die mittlere Buselektrode unter Strom gesetzt wird, die beiden äußeren Elektroden so geschaltet, daß sie durch eine Stromzuleitung gespeist werden, wobei ihre Polarität zu der der mittleren Buselektrode entgegengesetzt ist.In the low power output region, the center electrode is not energized and has no function other than to act as a circuit bridge, thereby creating redundancy in the electrical current path. In the high power output region, when DC power is used and the center bus electrode is energized, the two outer electrodes are switched to be energized by a power supply line with their polarity opposite to that of the center bus electrode.
Wenn Wechselstrom verwendet wird, so spielt die Polarität keine Rolle, jedoch ist der Leistungsversorgungsschaltkreis identisch zu dem eines Gleichstromschaltkreises, wobei die mittlere Buselektrode durch eine Stromleitung gespeist wird und die äußeren Elektroden durch eine andere.When alternating current is used, polarity is not important, but the power supply circuit is identical to that of a direct current circuit, with the center bus electrode fed by one power line and the outer electrodes by another.
Wird die mittlere Buselektrode mit Energie versorgt, so ermöglicht es dies denIf the middle bus electrode is supplied with energy, this enables the
LW4G-10019LW4G-10019
-20--20-
Heizstreifen, den Schaltkreis bei halbem Anstand zu vervollständigen, wodurch sich der Widerstand um die Hälfte reduziert. Dies erzeugt zwei Heizkreise, wobei durch einen jeden eine Leistung abgegeben wird, die doppelt so groß ist wie die durch den einzelnen größeren Heizkreis. Deshalb ist die Leistungsausgabe des Heizelements um den Faktor 4 erhöht.Heating strips complete the circuit at half the pitch, reducing the resistance by half. This creates two heating circuits, each with twice the power output of the single larger heating circuit. Therefore, the power output of the heating element is increased by a factor of 4.
Eine Vielzahl weiterer Variationen dieses Aufbaus ist möglich, abhängig von der gewünschten Funktion.A variety of other variations of this structure are possible, depending on the desired function.
Es gibt Beispiele im Stand der Technik, wo Versuche unternommen worden sind, um die Temperatur und die Leistungsausgabe mit einem Einzelheizelement zu variieren, nämlich U.S.-Patent 4,250,397 für Gray et al., U.S.-Patent 3,739,142 für Johns, und U.S.-Patent 4,788,417 für Graflind. Sie alle verwenden die schichtweise Anordung von Heizelementen, um eine Variabilität in der Leistungsabgabe zu ermöglichen. Diese schichtweise Anordnung führt zu wesentlich schwereren, weniger flexiblen und teureren Heizvorrichtungen. Zusätzlich ist die Temperatur zwischen Schichten wesentlich höher als die, welche auf der Außenseite der Heizvorrichtung gefühlt wird, so daß eine lokale Überhitzung auftreten kann, oder das Schmelzen einer Isolierschicht, was zu einem Kurzschluß und Feuer fuhren kann.There are examples in the prior art where attempts have been made to vary the temperature and power output with a single heating element, namely U.S. Patent 4,250,397 to Gray et al., U.S. Patent 3,739,142 to Johns, and U.S. Patent 4,788,417 to Graflind. They all use layered arrangement of heating elements to allow variability in power output. This layered arrangement results in much heavier, less flexible, and more expensive heaters. In addition, the temperature between layers is much higher than that felt on the outside of the heater, so local overheating can occur, or melting of an insulating layer, which can lead to a short circuit and fire.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Heizvorrichtung, welche verschiedene leitende Fäden 2 verwendet, wie zum Beispiel metallbeschichtetes synthetischen Polymer oder inorganische Fäden, kohlenstoffbeschichtete inorganische Fäden, Fäden, welche mit leitender Tinte beschichtet sind, und/oder andere Arten von leitenden Fäden, welche eingewoben, dazwischenlaminiert oder aufgestickt sind auf einem nichtleitenden Substrat 14, und zwar in jedem beliebigen Muster, wie durch den Aufbau des Heizelements vorgegeben sein kann. Das nichtleitende Substrat 14 zum Sticken oder Laminieren kann hergestellt sein aus gewobenen oder nicht gewobenen Textilien, dünnen Vinyliagen, Silikongummi, Polyethylen, dünnen Polyurethanlagen oder anderen synthetischen Materialien. Dieses Beispiel eines Heizelements umfaßt optional lokal behandelte Bereiche, um die elektrischen Eigenschaften der Heizvorrichtung zu verbessern. Diese einer lokalen BehandlungFig. 3 shows an example of a heating device which uses various conductive threads 2, such as metal-coated synthetic polymer or inorganic threads, carbon-coated inorganic threads, threads coated with conductive ink, and/or other types of conductive threads, which are woven, interlaminated, or embroidered on a non-conductive substrate 14 in any pattern as may be dictated by the construction of the heating element. The non-conductive substrate 14 for embroidery or lamination may be made of woven or non-woven textiles, thin vinyl sheets, silicone rubber, polyethylene, thin polyurethane sheets, or other synthetic materials. This example of a heating element optionally includes locally treated areas to improve the electrical properties of the heating device. These locally treated
LW4G-10019 »*V; * * * ** t i I /LW4G-10019 »*V; * * * ** ti I /
-21--21-
unterzogenen Bereiche können aus elektrischen Schaltkreisüberbrückungsfäden 5 bestehen, Materialien 7 mit positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) und ausgeschnittenen Bereichen 15. Die ausgeschnittenen Bereiche 15 sind nur ein Ausführungsbeispiel von Lücken, welche notwendig sind zum Verdichten und/oder Verschweißen der äußeren Isolationsschicht (EN). Die anderen Ausführungsformen der Lücken können Flächen sein mit nichtleitendem Material zwischen leitenden Fäden.may consist of electrical circuit bridging threads 5, materials 7 with positive temperature coefficients (PTC) and cut-out regions 15. The cut-out regions 15 are only one embodiment of gaps which are necessary for compacting and/or welding the outer insulation layer (EN). The other embodiments of the gaps may be areas with non-conductive material between conductive threads.
Das optionale PTC-Material kann angebracht sein in der Mitte des Heizelements zwischen den Buselektrodenleitern 9, wie in Fig. 3 gezeigt, welche in der Nähe von zumindest einem Buselektrodenleiter angebracht sind oder kombiniert sind mit zumindest einem der Buselektrodenleiter als wesentlichen Bestandteil.The optional PTC material may be arranged in the middle of the heating element between the bus electrode conductors 9, as shown in Fig. 3, which are arranged in the vicinity of at least one bus electrode conductor or are combined with at least one of the bus electrode conductors as an essential component.
Die Heizvorrichtung wird durch das Stromkabel 3 mit Leistung versorgt und ist mit dem elektrischen Leistungsniveauregler 10 und einem Stecker 11 versehen. Es ist wichtig, daß das Sticken eines Heizelementschaltkreises für eine praktisch unbegrenzte Flexibilität des Aufbaus sorgt, und es handelt sich dabei um einen neuen und einzigartigen Zugang zum Herstellen solcher Heizelemente. Sticken auf oder Laminieren der leitenden Fäden zwischen die nichtleitenden Materialien reduziert das Gewicht und die Kosten für das Heizelement.The heater is powered by the power cable 3 and is provided with the electrical power level controller 10 and a plug 11. Importantly, embroidering a heater circuit provides virtually unlimited flexibility of design and is a new and unique approach to manufacturing such heaters. Embroidering on or laminating the conductive threads between the non-conductive materials reduces the weight and cost of the heater.
Fig. 4 zeigt eine neue Temperaturerfassungsvorrichtung 13, welche eine lokalisierte Temperaturänderung erfaßt und thermisch sehr gut leitend ist, so daß Wärme auf einen Thermostaten 12 von verschiedenen Heizbereichen gegeben wird. Dies ermöglicht die Anordnung von Thermostaten in den Bereichen, wo am wenigsten Einwände dagegen bestehen. Zum Beispiel können im Falle eines Heizpolsters, Matratzenpolsters oder einer Heizdecke die Thermostate am Ort der Anbringung des Stromkabels angebracht sein und/oder an den Kanten einer Vorrichtung. Verwendet man diese Vorrichtung, so kann dies auch zu einer Reduzierung der Anzahl der notwendigen Thermostate führen. Die Vorrichtung umfaßt einen stark wärmeleitenden Streifen oder Fäden, welche über dem Heizelementkern angebracht sind und bevorzugterweise an einer Seite isoliert sind, um dieFig. 4 shows a new temperature sensing device 13 which senses a localized temperature change and is highly thermally conductive so that heat is applied to a thermostat 12 from different heating areas. This allows thermostats to be located in the areas where there is least objection. For example, in the case of a heating pad, mattress pad or electric blanket, the thermostats can be located at the point of attachment of the power cable and/or at the edges of a device. Using this device can also lead to a reduction in the number of thermostats required. The device comprises a highly thermally conductive strip or threads which are placed over the heating element core and are preferably insulated on one side to
&phgr;&phgr;·Φ·
φφ
&phgr;
&phgr;φ ·
&phgr;
&phgr;
&phgr;&phgr;
&phgr;
&phgr;
*ϕ ϕ
&phgr;
*
&phgr;ϕ ϕ
&phgr;
&phgr; &phgr;φ ·
ϕ ϕ
&phgr;&phgr;
&phgr;
&phgr; &phgr;ϕ ϕ
ϕ ϕ
&phgr;&phgr;&phgr;
φφ
&phgr; *ϕ ϕ
φ *
&phgr;&phgr;
&phgr;
&phgr; &phgr; &phgr;φ *
ϕ ϕ ϕ
&phgr;&phgr;
&phgr;
&phgr;&phgr;
&phgr;
&phgr; &phgr;ϕ ϕ
ϕ ϕ
&phgr; &phgr; &phgr; &phgr;&phgr;
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
&phgr; •
&phgr;
• ΦΦΦ &phgr;
•ΦΦΦ
ΦΦΦ &phgr;
ΦΦΦ
&phgr;'&phgr;ϕ ϕ
φ'φ
•'ϕ
•
&phgr; &phgr; &phgr; Φ &igr;
ϕ ϕ ϕ
LW4G-10019 .·"?": * I I /' * I ».·'LW4G-10019 .·"?": * II /' * I ».·'
-22--22-
Dissipation von Wärme zu verhindern. Ein Ende des wärmeleitenden Streifens oder Bündels von Fäden ist verbunden mit oder herumgeschlungen um einen Thermostaten, so daß im Falle des Überhitzens des Heizelementeaufbaus eine schnelle Aktivierung möglich wird. Der wärmeleitende Sensor kann auch in Form eines Polsters ausgeführt sein, welches auf oder unter einem Thermostaten angebracht ist und eine Fläche aufweist, welche wesentlich größer ist als der Thermostat.to prevent dissipation of heat. One end of the heat-conducting strip or bundle of threads is connected to or wrapped around a thermostat so that rapid activation is possible in the event of overheating of the heating element assembly. The heat-conducting sensor may also be in the form of a pad which is mounted on or under a thermostat and has an area which is substantially larger than the thermostat.
Fig. 5 zeigt ein Heizelement, welches eine bekannte Technologie mit positiven Koeffizienten (PTC) mit leitender Textiltechnologie verwendet, wodurch ein neuer synergetischer Effekt erzeugt wird. Es ermöglicht die Herstellung eines breiten, PTC-geregelten Heizungschaltkreises, und zwar dadurch, daß die Busleitungen (A) und (B) alle in einer Heizvorrichtung unter Strom gesetzt werden. Diese Ausführungsform ermöglicht auch eine Heizoberfläche mit Temperaturgrenzen oberhalb der des PTC-Materials, wenn eine Stromzuführung durch die Busleitungen (B) und (C) erfolgt. Verschiedene Kombinationen oder Reihenfolgen von Buselektroden 9, PTC-Material 7 und leitenden Textilien 1 sind möglich, abhängig von den Endzweckanforderungen.Fig. 5 shows a heating element which uses a known positive coefficient technology (PTC) with conductive textile technology, thereby creating a new synergistic effect. It enables the manufacture of a wide PTC controlled heating circuit by energizing the bus lines (A) and (B) all in one heater. This embodiment also enables a heating surface with temperature limits above that of the PTC material when energized by the bus lines (B) and (C). Various combinations or sequences of bus electrodes 9, PTC material 7 and conductive textiles 1 are possible, depending on the end-use requirements.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform eines Heizelementkerns 1 in Form eines Fadens, Fadenbündels, oder Seils. Der Heizelementkern, welcher durch die Isolationsschicht 8 bedeckt ist, wird durch ein Stromkabel unter Strom gesetzt, welches mit dem Heizelement durch einen Druckverbindungsstecker 4 verbunden ist. Die enge Verbindung mit dem Heizkabel durch Einführung des mit Widerhaken versehenen Steckverbinders 17 in einen querverlaufenden Schnitt im Heizkabel und anschließendem festen Verpressen der Drucksteckverbinderschale um den Widerhaken 17 erreicht. Der Heizelementkern kann auch in einer flachen Heizvorrichtung durch Auslegen in einem Muster verwendet werden, welches festgelegt ist durch den Heizelementeaufbau auf einem formhaltenden und/oder isolierenden Substrat, um Lücken für eine anschließende Abdichtung durch das formhaltende/isolierende Material auszubilden.Fig. 6 shows an example of an embodiment of a heating element core 1 in the form of a thread, bundle of threads, or rope. The heating element core, which is covered by the insulation layer 8, is energized by a power cable which is connected to the heating element by a pressure connector 4. The intimate connection to the heating cable is achieved by inserting the barbed connector 17 into a transverse cut in the heating cable and then firmly pressing the pressure connector shell around the barb 17. The heating element core can also be used in a flat heating device by laying it out in a pattern defined by the heating element structure on a shape-retaining and/or insulating substrate to form gaps for subsequent sealing by the shape-retaining/insulating material.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für röhrenförmige Heizelemente, welche zum Heizen von RöhrenFig. 7 shows an example of tubular heating elements used for heating tubes
• ··
LW4G-10019 /TV! r/^!#V!LW4G-10019 /TV! r/^! # V!
-23--23-
oder als Heizmanschetten für verschiedene Heizzwecke dienen, inklusive Anwendungen im Gesundheitsbereich und der Industrie. Fig. 7 (A) zeigt eine Heizmanschette mit Buselektroden 4, welche an den Enden angebracht sind, und Widerstandsfaden 2, welche mit den Busleitungen parallel verbunden sind. Optionale Schaltungsüberbrückungsfäden 5 können verwendet werden, um eine elektrische Kontinuität bereitzustellen und eine fortgesetzte Heizfähigkeit in dem Fall, daß ein räumlich begrenzter Schaden an einer begrenzten Anzahl von Heizfäden 2 auftritt. Diese Art von Heizelement kann verwendet werden, wenn die Länge und die Leistungsabgabe einer Heizvorrichtung bekannte, festgelegte Größen sind.or serve as heating jackets for various heating purposes, including healthcare and industrial applications. Fig. 7 (A) shows a heating jacket with bus electrodes 4 attached to the ends and resistive filaments 2 connected in parallel to the bus lines. Optional circuit bridging filaments 5 can be used to provide electrical continuity and continued heating capability in the event that localized damage occurs to a limited number of filaments 2. This type of heating element can be used when the length and power output of a heater are known, fixed quantities.
Für die Heizelemente mit variabler Länge ist eine in Fig. 7 (B) gezeigte Ausführungsform geeigneter. Diese Ausführungsform zeigt ein Heizelement mit Buselektroden 9, welche longitudinal angeordnet sind, und sich über die gesamte Länge des Heizelements erstrecken. Die Widerstandsfäden 2 sind mit den Bussen parallel verbunden. Optionale Schaltungsüberbrückungsfäden 2 können verwendet werden, um eine elektrische Kontinuität in dem Falle sicherzustellen, daß ein örtlich begrenzter Schaden an einer begrenzten Anzahl von Heizfäden 2 auftritt. Fig. 7 (C) zeigt eine Abwandlung des in Fig. 7 (B) gezeigten Heizelements, welches optional PTC-Material verwendet, um eine räumlich begrenzte Überhitzung zu regeln und die Verwendung eines Thermostaten zu vermeiden.For variable length heating elements, an embodiment shown in Fig. 7 (B) is more suitable. This embodiment shows a heating element with bus electrodes 9 which are arranged longitudinally and extend over the entire length of the heating element. The resistance filaments 2 are connected to the buses in parallel. Optional circuit bridging filaments 2 can be used to ensure electrical continuity in the event that localized damage occurs to a limited number of heating filaments 2. Fig. 7 (C) shows a modification of the heating element shown in Fig. 7 (B) which optionally uses PTC material to control localized overheating and avoid the use of a thermostat.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Heizelements, bei dem elektroleitende Fäden 2 verwendet werden, um ein gewünschtes Muster oder Design auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat 8 aufzusticken.Fig. 8 shows an embodiment of a heating element in which electroconductive threads 2 are used to embroider a desired pattern or design on an electrically non-conductive substrate 8.
Eine der Verwendungen dieser Designs ist im militärischen Bereich oder im Strafverfolgungsbereich, wo identifizierende Abzeichen auf persönlicher Bekleidung aufgestickt werden können, was eine leichte Identifikation in der Dunkelheit bei der Verwendung von Nachtsichtgeräten ermöglicht. Bereits eine kleine Energiequelle 18, welche ausreichend ist, um bis zu 0,1 Watt/Zoll bereitzustellen, wird ausreichend Hitze erzeugen, um für eine ausreichende Sichtbarkeit durch Nachtsichtgeräte zu sorgen.One of the uses of these designs is in the military or law enforcement field where identifying insignia can be embroidered on personal apparel, allowing easy identification in the dark when using night vision devices. Even a small energy source 18 sufficient to provide up to 0.1 watts/inch will generate sufficient heat to provide adequate visibility through night vision devices.
MiWed
LW4G-10019 .* IS«! ; ,; *· * *LW4G-10019 .*IS«! ; , ; * * *
Fig. 9 zeigt eine Ausfuhrungsform eines beheizbaren Fensterjalousienflügels. Dabei wird ein leitender Textilstreifen 1 verwendet, welcher in einer gewünschten Form gehalten wird und durch eine aufschweißbare Zwischenschicht 8 isoliert wird. Das fertiggestellte Heizelement wird dann in eine aus Gewebe oder Kunststoff bestehende Fensterjalousienlamelle angebracht. Der leitende Streifen ist durch Stromleitungen 3 mit einer Stromquelle verbunden, welche in der Führungsschiene der Fensterjalousie angebracht ist. Ein ähnlicher Aufbau kann in den Rotorflügeln von an der Decke angebrachten Ventilatoren verwendet werden, um die bewegte Luft zu erhitzen oder eine räumlich lokalisierte Zusatzheizung in modular aufgebauten Bürounterteilungen bereitzustellen.Fig. 9 shows an embodiment of a heated window blind sash. It uses a conductive textile strip 1 which is held in a desired shape and insulated by a weldable intermediate layer 8. The completed heating element is then mounted in a window blind slat made of fabric or plastic. The conductive strip is connected by power lines 3 to a power source which is mounted in the guide rail of the window blind. A similar structure can be used in the rotor blades of ceiling-mounted fans to heat the moving air or to provide spatially localized additional heating in modular office partitions.
Fig. 10 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Heizelement aus einem Heizelementkem 101 besteht, welcher die Form eines Streifens aufweist, welcher in einem Zickzackmuster ausgelegt ist. Die Bereiche des Streifens sind miteinander zusammenhängend. Der Heizelementkern besteht aus einer Vielzahl dünner Kabel, welche aus individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Metalldrähten 102 besteht, die in Querrichtung in einem Streifen angebracht sind, um durch ein nichtleitendes Material voneinander getrennt zu sein. Eine solche Anordung wird durch Weben der leitenden Kabel mit nichtleitenden Fäden oder Laminieren von individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Metalldrähten zwischen zumindest zwei Schichten aus Isolationsmaterial erreicht. An den Enden des Heizelementkerns wird die Isolation entfernt und diese wird an den Anschlüssen 104 und Leitungsdrähten 103 angebracht. Die Anschlüsse 104 können von flachen Elektroden bis hin zu speziellen gekräuselten Faltungen variieren. Die individuell isolierten Fäden/Fasern oder Metalldrähte sind bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung elektrisch parallel in dem Heizelementstreifen verbunden.Fig. 10 shows a possible embodiment of the invention, wherein a heating element consists of a heating element core 101 which has the form of a strip laid out in a zigzag pattern. The areas of the strip are contiguous with each other. The heating element core consists of a plurality of thin cables consisting of individually insulated conductive threads/fibers or metal wires 102 arranged transversely in a strip to be separated from each other by a non-conductive material. Such an arrangement is achieved by weaving the conductive cables with non-conductive threads or laminating individually insulated conductive threads/fibers or metal wires between at least two layers of insulation material. At the ends of the heating element core, the insulation is removed and this is attached to the terminals 104 and lead wires 103. The terminals 104 can vary from flat electrodes to special crimped folds. In the embodiment of the invention shown, the individually insulated threads/fibers or metal wires are electrically connected in parallel in the heating element strip.
Zusätzlich zu den Anschlüssen/Elektroden 104 hat das Stromkabel 110 die folgenden Anschlüsse: (a) den elektrischen Stecker 108, (b) eine optionale Leistungssteuerungsvomchtung 106, welche eines, einige oder alle der folgenden Elemente umfassen kann: Wechselstrom-Gleichstromwandler, Transformator, Leistungsniveauregler,In addition to the terminals/electrodes 104, the power cable 110 has the following terminals: (a) the electrical connector 108, (b) an optional power control device 106, which may include one, some, or all of the following: AC-DC converter, transformer, power level controller,
« ·» ♦ *"*.■»*■*■> ** -**
LW4G-10019 *YV* i ·! Sl! * >l « ·» ♦*"*.■»*■*■> ** -**
LW4G-10019 *YV* i ·! Sl! * > l
Ein/Ausschalter. Eine automatische Temperaturbegrenzungsregelung wird erreicht durch die Verwendung eines optionalen Thermostaten 105, welcher direkt auf der Oberfläche des Heizelementkerns 101 angebracht ist, und zwar bevorzugterweise an Orten einer Wärmekonzentration, wie zum Beispiel einer Falte 109. Als Alternative zu einem Thermostaten, oder falls dies durch einen speziellen Aufbau vorgegeben ist, kann zusätzlich ein optionaler Wärmesensor 107 verwendet werden.On/off switch. Automatic temperature limit control is achieved by using an optional thermostat 105 which is mounted directly on the surface of the heating element core 101, preferably at locations of heat concentration such as a fold 109. As an alternative to a thermostat, or if dictated by a special design, an optional heat sensor 107 may additionally be used.
Die Wärmesensoren 107 können in der Form von Fäden/Fasern oder Metalldrähten ausgeführt sein, welche in den Heizelementkern 101 eingebettet sind, und zwar speziell für diesen Zweck, oder die individuell isolierten Fäden/Fasern oder Metall drähte 102 können ihrerseits als Sensoren verwendet werden. Auf diese Weise können die Sensoren elektrisch mit einem separaten elektrischen Schaltkreis verbunden sein, welcher speziell für die Temperaturregelung entworfen worden ist, oder sie können parallel verbunden sein mit anderen individuell isolierten Fäden/Fasern oder Metalldrähten.The thermal sensors 107 may be in the form of threads/fibers or metal wires embedded in the heating element core 101 specifically for this purpose, or the individually insulated threads/fibers or metal wires 102 may themselves be used as sensors. In this way, the sensors may be electrically connected to a separate electrical circuit specifically designed for temperature control, or they may be connected in parallel with other individually insulated threads/fibers or metal wires.
Es ist wichtig, daß man sich klarmacht, daß die Heizfäden/Fasern 102, dann wenn sie aus einem metallbeschichteten oder Kohlenstoff enthaltenden Material bestehen, welches auf beschichtete Polymer-Fäden/Fasern aufgebracht ist, als TCO-Sicherheitsvorrichtung dienen können. Ein, mehrere oder alle Fäden/Fasern können diesen Zweck erfüllen, abhängig von dem beabsichtigten Zweck der Heizvorrichtung und deiner Designparameter. Es ist wünschenswert, daß die begrenzende (Schmelz)-Temperatur für solche TCO-Fäden/Fasern im Bereich von 120 0C bis 300 0C liegt. Dies eliminiert praktisch die Möglichkeit, daß im Falle einer lokalisierten Überhitzung, eines Kurzschlusses oder anderer extremer Bedingungen das Heizelement der Ausgangspunkt eines Brandes werden kann. Es ist auch wichtig, daß man sich vor Augen führt, daß die Schmelztemperatur bei verschiedenen Heizfäden/Fasern innerhalb eines Heizelementkems dieselbe sein kann oder variieren kann.It is important to realize that the heating filaments/fibers 102, when comprised of a metal-coated or carbon-containing material deposited on coated polymeric filaments/fibers, can serve as a TCO safety device. One, several, or all of the filaments/fibers can serve this purpose, depending on the intended purpose of the heater and its design parameters. It is desirable that the limiting (melting) temperature for such TCO filaments/fibers be in the range of 120 ° C to 300 ° C. This virtually eliminates the possibility that in the event of localized overheating, short circuiting, or other extreme conditions, the heating element can become the starting point of a fire. It is also important to realize that the melting temperature may be the same or may vary for different heating filaments/fibers within a heating element core.
Ein anderes Unterscheidungscharakteristikum der polymeren Fäden/Fasern, welche mit einem Material beschichtet sind, welches mit Metall beschichtet ist oder Kohlenstoff enthält und welches in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist, daß dann wenn dieAnother distinguishing characteristic of the polymeric threads/fibers coated with a material coated with metal or containing carbon described in the present invention is that when the
LW4G-10019 ,·* &Ggr; &iacgr; * &iacgr; * .-'**· I *'*LW4G-10019 ,·* &Ggr;&iacgr; * &iacgr; * .-'**· I *'*
-26--26-
Temperatur ihre Schmelzgrenze erreicht, der elektrische Widerstand ansteigt, wodurch sich die Leistungsabgabe des Heizelements verringert. Diese Temperaturselbstbegrenzungseigenschaft (TSL-Eigenschaft) ist ebenfalls ein wichtiges Sicherheitsmerkmal.temperature reaches its melting point, the electrical resistance increases, reducing the power output of the heating element. This temperature self-limiting (TSL) property is also an important safety feature.
Es ist auch zu bevorzugen, daß eine Kombination von Fäden mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften in einem Heizelementkem verwendet wird. Zum Beispiel kann ein Heizelementstreifen drei isolierte Kabel aus elektroleitenden Fäden/Fasern umfassen, von welchem zwei aus mit Metall beschichteten synthetischen Fäden mit TCO-Funktion bestehen und das dritte Kabel aus Kunststoff oder Metallfasern besteht. Die Fäden des dritten Kabels haben keine TCO-Funktion und widerstehen Temperaturen, welche die TCO-Schmelzgrenze der anderen beiden Kabel überschreitet. In dem Falle, daß drei Kabel den selben elektrischen Widerstand haben, wird ein jedes von ihnen ein Drittel der elektrischen Leistung sowie der von dem Heizelement abgestrahlten Wärme bereitstellen. Wenn die Temperatur des Heizelements die TCO-Grenze erreicht, werden zwei Kabel schmelzen und den Schaltkreis öffnen, wodurch sich die gesamte erzeugte Leistung bzw. der Strom auf 2/3 reduziert. Dadurch wird die von dem System erzeugte Hitze wesentlich reduziert, was die Gefahr der Überhitzung und Feuerbildung minimiert. Es ist auch möglich, Fäden/Fasern mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften in demselben individuell isolierten Kabel zu verwenden. Zum Beispiel kann ein Kabel metallbeschichtete synthetische Fasern mit TCO-Eigenschaften umfassen und Metall- oder Kohlenstoff-Fasern, welche sehr hohe Zersetzungstemperaturen aufweisen.It is also preferable that a combination of filaments with different thermal properties is used in a heating element core. For example, a heating element strip may comprise three insulated cables of electroconductive filaments/fibres, two of which are made of metal-coated synthetic filaments with TCO function and the third cable is made of plastic or metal fibres. The filaments of the third cable have no TCO function and withstand temperatures exceeding the TCO melting limit of the other two cables. In case three cables have the same electrical resistance, each of them will provide one third of the electrical power as well as the heat radiated by the heating element. When the temperature of the heating element reaches the TCO limit, two cables will melt and open the circuit, reducing the total power or current generated to 2/3. This will significantly reduce the heat generated by the system, minimising the risk of overheating and fire formation. It is also possible to use threads/fibres with different thermal properties in the same individually insulated cable. For example, a cable may comprise metal-coated synthetic fibres with TCO properties and metal or carbon fibres which have very high decomposition temperatures.
Fig. 1OB zeigt eine alternative Anordnung des Heizelementkerns 101, welcher Lücken zwischen seinen Abschnitten verwendet.Fig. 10B shows an alternative arrangement of the heater core 101 which uses gaps between its sections.
Die Eigenschaft, eine große Flexibilität der Heizelementaufbauten bereitzustellen, und die Möglichkeit des Bereitstellens verschiedener Sicherheitsmaßnahmen, wie z.B. eines Thermostaten, welcher auf der Heizelementoberfläche an einem Punkt der Wärmekonzentration angebracht ist, Fäden/Fasern oder Drähte, welche zur Wärmeerfassung dienen, und TCO-Fäden/Fasern sowie TSL-Eigenschaften führen dazu, daß die vorliegende ErfindungThe ability to provide great flexibility of heating element structures and the possibility of providing various safety measures, such as a thermostat mounted on the heating element surface at a point of heat concentration, threads/fibres or wires used for heat sensing and TCO threads/fibres and TSL properties, lead to the present invention
LW4G-10019 **,*». ♦ S V S m * I LW4G-10019 **,*». ♦ S VS m * I
-27--27-
neu ist und die darin verwendete Technologie dem Stand der Technik überlegen ist.is new and the technology used is superior to the state of the art.
Einige der Merkmale, wie zum Beispiel TCO und TSL, sind bei Heizelementen nach dem Stand der Technik nur in hochspezialisierten, begrenzten und teuren Ausführungsformen verfügbar und beruhen auf teuren Herstellungstechnologien, welche sich von der Herstellungstechnologie gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheiden. Es ist zu bevorzugen, eine Hitze reflektierende Schicht auf einer Seite des isolierenden Heizelementkerns zu verwenden, falls dies vom Heizelementaufbau vorgegeben wird; eine solche Wärmereflexionsschicht kann eine Aluminiumfolie oder ein metallisiertes Polymer sein, welches elektrisch von den elektroleitenden Heizelementkomponenten isoliert ist.Some of the features, such as TCO and TSL, are available in prior art heaters only in highly specialized, limited and expensive embodiments and rely on expensive manufacturing technologies which differ from the manufacturing technology according to the present invention. It is preferable to use a heat reflective layer on one side of the insulating heater core if dictated by the heater design; such heat reflective layer may be an aluminum foil or a metallized polymer which is electrically insulated from the electroconductive heater components.
Die Fig. 11A, 11B und 11C zeigen alternative Beispiele des Aufbaus des Heizelementkerns.Figures 11A, 11B and 11C show alternative examples of the structure of the heater core.
Fig. HA zeigt einen Querschnitt durch einen gewobenen Streifen, wobei individuell isolierte leitende Fäden/Fasern oder Metalldrähte 102 zwischen nichtleitende Fäden gewoben sind. Es ist wichtig, daß nichtleitende Fäden mit einem geringen wärmebedingten Schrumpffaktor verwendet werden, wie zum Beispiel Glasfasern, um eine Verformung des Heizelementkerns während des Heizbetriebs zu verhindern. Dieser Aufbau ermöglicht einen großen Bereich der Breite des Heizelementkerns, von schmalen Streifen bis zu breiten dünne Lagen.Fig. HA shows a cross-section through a woven strip wherein individually insulated conductive threads/fibers or metal wires 102 are woven between non-conductive threads. It is important that non-conductive threads with a low thermal shrinkage factor are used, such as glass fibers, to prevent deformation of the heater core during heating operation. This construction allows for a wide range of heater core widths, from narrow strips to wide thin sheets.
Fig. HB zeigt einen Querschnitt durch einen Heizelementkern, wobei individuell isolierte leitende Fäden/Fasern oder Metalldrähte 102 zwischen zwei Streifen oder dünne Lagen aus gewobenem oder nicht gewobenem Stoff 112 laminiert sind. Dieser Aufbau ermöglicht auch eine große Variation von preiswerten Heizelementen, von schmalen Streifen bis hin zu breiten dünne Lagen. Optionale verstärkende Fasern/Fäden 113 können hinzugefügt werden, wenn dies durch den Aufbau erforderlich ist.Fig. HB shows a cross-section through a heating element core wherein individually insulated conductive threads/fibers or metal wires 102 are laminated between two strips or thin layers of woven or nonwoven fabric 112. This construction also allows for a wide variation of inexpensive heating elements, from narrow strips to wide thin layers. Optional reinforcing fibers/threads 113 can be added if required by the construction.
Es ist auch möglich, dünne leitende Kabel 102 auf nur einen Streifen bzw. eine dünne Lage von Substratmaterial 112 aufzulaminieren, weiche aus gewobenem oder nicht gewobenemIt is also possible to laminate thin conductive cables 102 onto only one strip or thin layer of substrate material 112, which may be made of woven or non-woven
» S "I» S "I
LW4G-10019 y ·■"· s * i ^/ Ä S S .*LW4G-10019 y ·■"· s * i ^/ Ä SS .*
-28--28-
Stoff, Polymer, Folie oder einem anderen passenden Substrat besteht.fabric, polymer, film or other suitable substrate.
Fig. llC zeigt einen Querschnitt durch ein extrudiertes Kabel mit mehreren Leitern, welches aus einem nichtleitenden Polymer besteht, welches um elektroleitende Fäden/Fasern oder Metall drähte 114 extrudiert ist. Optional können verstärkende Fasern/Fäden 115 hinzugefügt werden, um eine benötigte Stärke des Heizelements bereitzustellen.Fig. 11C shows a cross-section of an extruded multi-conductor cable consisting of a non-conductive polymer extruded around electroconductive filaments/fibers or metal wires 114. Optionally, reinforcing filaments/fibers 115 may be added to provide a required strength of the heating element.
Fig. 12A und 12B zeigen Einzelheiten der Anordnung eines Thermostaten 105 an einem Ort der Wärmekonzentration. Eine Wärmekonzentration tritt an Falten auf und dort, wo Heizfäden/Fasern oder Drähte in einem Bereich eines Heizelements enger nebeneinander plaziert sind als in anderen Bereichen. Fig. 3B zeigt die Anordnung eines Thermostaten auf der Oberseite einer Falte, welche durch eine Änderung in der Richtung eines Heizelementstreifens erzeugt wird. Es ist auch möglich, einen Thermostaten durch einen leitenden Streifen einzuwickeln, anstelle ihn auf der Oberseite der gefalteten Oberfläche des Streifens anzubringen. Solche bevorzugten Anordnungen von Thermostaten erhöhen seine Anfälligkeit gegenüber einer Wärmeerhöhung, was es erlaubt, das An- und Abschalten des Heizsystems zu regeln.Figures 12A and 12B show details of the placement of a thermostat 105 at a location of heat concentration. Heat concentration occurs at folds and where filaments/fibers or wires are placed closer together in one area of a heating element than in other areas. Figure 3B shows the placement of a thermostat on top of a fold created by a change in the direction of a heating element strip. It is also possible to wrap a thermostat through a conductive strip rather than placing it on top of the folded surface of the strip. Such preferred placements of thermostats increase its susceptibility to heat buildup, allowing the heating system to be switched on and off to be controlled.
Wird ein Thermostat am Ort einer Wärmekonzentration angebracht, so ist es zu bevorzugen, diesen Ort thermisch von der Anordnung zu isolieren, um eine Dissipation von Wärme vom Thermostaten weg zu verhindern. Alternativ kann statt eines Thermostaten eine Art von Temperaturerfassungsvorrichtung verwendet werden, wie zum Beispiel ein Thermo-Kopplungselement, welches mit der Temperaturregelung verbunden ist.If a thermostat is installed at the location of heat concentration, it is preferable to thermally isolate that location from the assembly to prevent dissipation of heat away from the thermostat. Alternatively, instead of a thermostat, some type of temperature sensing device may be used, such as a thermocouple element connected to the temperature control.
Unerwünschtes und unkontrolliertes mehrfaches Falten des Heizelements kann auftreten bei verschiedenen weichen und flexiblen Heizeinheiten, wie zum Beispiel Heizdecken und Polstermatratzen. Die Anordnung eines Thermostaten mit einem vöreingestellten Temperaturlimit auf dem mehrfach gefalteten Bereich eines Heizelements simuliert ähnliche Bedingungen, wie sie bei einer anormal erhöhten Temperatur in jedem beliebigen Bereich der Einheit vorliegen, welche nicht von der Temperatur-Erfassungsvorrichtung geregelt ist. Ein solcher Aufbau verringert die Anzahl von Thermostaten sowie dieUndesirable and uncontrolled multiple folding of the heating element can occur in various soft and flexible heating units, such as electric blankets and padded mattresses. The placement of a thermostat with a preset temperature limit on the multiple folding area of a heating element simulates similar conditions to those that would occur if an abnormally elevated temperature were present in any area of the unit that is not controlled by the temperature sensing device. Such a design reduces the number of thermostats and the
• ··
LW4G-10019LW4G-10019
M *·M*·
-29--29-
Montagekosten in faltbaren Heizvorrichtung mit einer großen Heizabstrahlungsoberfläche signifikant. Es ist auch wünschenswert, andere Temperatur-Erfassungsvorrichtungen anstelle von Thermostaten zu verwenden, wie zum .Beispiel Thermokopplungselemente, um eine geregelte Zyklusführung beim Heizelementbetrieb bei den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen.Assembly costs in foldable heaters with a large heat radiating surface are significant. It is also desirable to use other temperature sensing devices instead of thermostats, such as thermocouple elements, to provide controlled cycling of heater operation in the described embodiments of the invention.
Fig. 13A zeigt eine isometrische Ansicht eines gewobenen manschetten-/röhrenförmigen Heizelementkerns, wobei die individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Metalldrähte 102 mit nichtleitenden Fäden 111 verwoben sind. Optionale Verstärkungsfäden 113 werden hinzugefügt, wenn dies durch den Aufbau erforderlich wird.Figure 13A shows an isometric view of a woven sleeve/tubular heater core with the individually insulated conductive threads/fibers or metal wires 102 interwoven with non-conductive threads 111. Optional reinforcing threads 113 are added as required by the design.
Fig. 13B zeigt eine isometrische Ansicht eines extrudierten manschetten-/röhrenförmigen Heizelements mit mehreren Heizvorrichtungen, welches aus einer nichtleitenden Polymerisolierung 115 besteht, welche um die nicht isolierenden Heizfäden/Fasern oder Metalldrähte 114 extrudiert ist. Optionale Verstärkungsfasern/Fäden 113 werden hinzugefügt, wenn dies durch den Aufbau erforderlich ist.Figure 13B shows an isometric view of an extruded sleeve/tubular heating element with multiple heaters consisting of a non-conductive polymer insulation 115 extruded around the non-insulating heating filaments/fibers or metal wires 114. Optional reinforcing fibers/filaments 113 are added as required by the design.
Zusätzlich zu den in Fig. 13A und 13B gezeigten bevorzugten Ausführungsformen kann eine mögliche Ausführungsform eines manschetten-/röhrenförmigen Heizelements einen Aufbau aufweisen, welcher aus individuell isolierten leitenden Fäden/Fasern oder Metalldrähten besteht, welche zwischen den beiden Schichten aus gewobenem oder nicht gewobenem Stoff oder Polymer laminiert sind. Optionale Verstärkungsfäden/Fasern können hinzugefügt werden, wenn dies durch den Aufbau erforderlich ist.In addition to the preferred embodiments shown in Figures 13A and 13B, one possible embodiment of a sleeve/tubular heating element may have a construction consisting of individually insulated conductive threads/fibers or metal wires laminated between the two layers of woven or nonwoven fabric or polymer. Optional reinforcing threads/fibers may be added as required by the construction.
Es ist wichtig, daß man sich vor Augen führt, daß individuell isolierte leitende Fäden/ Fasern oder Metalldrähte auch auf nur eine Schicht aus Substratmaterial auflaminiert werden können, welches aus gewobenem oder nichtgewobenem Stoff, Polymer, Film oder anderen passenden Substraten besteht. Die vorgeschlagenen weichen Heizelemente können in einer Vielzahl von kommerziellen und industriellen Heizvorrichtungsanwendungen verwendet werden, wobei Gleichstrom oder Wechselstrom verwendet wird. Der Hauptvorteil dieser Heizelemente ist ihre hohe Zuverlässigkeit, welche sichergestellt wirdIt is important to remember that individually insulated conductive threads/fibers or metal wires can also be laminated to a single layer of substrate material, which may be woven or non-woven fabric, polymer, film or other suitable substrates. The proposed soft heating elements can be used in a variety of commercial and industrial heating device applications using direct current or alternating current. The main advantage of these heating elements is their high reliability, which is ensured
LW4G-10019 · * *i s 2 S sS &iacgr; { t LW4G-10019 · * *is 2 S sS &iacgr; { t
durch die dicht versiegelten, weichen und dauerhaften elektrisch leitenden Fäden.through the tightly sealed, soft and durable electrically conductive threads.
Das Verfahren des Hersteilens der isolierten Heizelemente kann vollautomatisiert werden, wobei kommerziell verfügbare nichttoxische, nichtflüchtige und preiswerte Produkte verwendet werden. Einige Aufbauten des isolierten Heizkerns können hergestellt werden in Rollen oder Spulen mit anschließendem Schneiden der gewünschten Größen und einer zusätzlichen Anbringung von elektrischen Stromkabeln und optional Leistungssteuerungsvorrichtungen.The process of manufacturing the insulated heating elements can be fully automated using commercially available non-toxic, non-volatile and inexpensive products. Some insulated heating core constructions can be manufactured in rolls or coils with subsequent cutting to the desired sizes and additional attachment of electrical power cables and optional power control devices.
Die Weichheit und die Dichte der leitenden erfindungsgemäßen Heizelemente bei niedriger Temperatur ermöglicht ihre Verwendung in neuen und einzigartigen Anwendungen. Eine dieser Anwendungen ist ein Heiz-/Kühlkissen für therapeutische Zwecke. Dieses Kissen kombiniert ein Oberflächenheizelement, ein wärme-/kältespeicherndes Gel, und einen Kühlschaltkreis, welcher in oder nahe an dem Gelkissen angebracht ist. Dieser Aufbau ermöglicht wechselweise Wärme- und Kälteanwendungen mit derselben Vorrichtung. Die Variation eines solchen Gelkissenaufbaus kann auch nur eine Heizfunktion umschließen. Die Verwendungen solcher Gel enthaltenden Vorrichtungen sind sehr vielfältig und können Heizvorrichtungen für einen Kinderautositz oder Träger, eine Lebensmittelerwärmungsoder Kühlungsvorrichtung, Komfort-Hals- und Kühlkissen und andere Vorrichtungen umschließen. The softness and low temperature density of the conductive heating elements of the present invention allows their use in new and unique applications. One such application is a heating/cooling pad for therapeutic purposes. This pad combines a surface heating element, a heat/cold storing gel, and a cooling circuit mounted in or near the gel pad. This construction allows alternating heating and cooling applications with the same device. Variation of such a gel pad construction may also include only a heating function. The uses of such gel-containing devices are very diverse and may include heating devices for a child's car seat or carrier, a food warming or cooling device, comfort neck and cooling pads, and other devices.
Weiterhin kann die Verwendung von elektrisch leitenden metallbeschichteten Fäden, kunststoffbeschichteten inorganischen Fäden, Fäden, welche mit leitender Tinte beschichtet sind, Garnen aus Kohlenstoff oder Graphit, nichtleitenden keramischen oder Polymerfasern in einem Heizelement die folgenden zusätzlichen Vorteile aufweisen:Furthermore, the use of electrically conductive metal-coated filaments, plastic-coated inorganic filaments, filaments coated with conductive ink, carbon or graphite yarns, non-conductive ceramic or polymer fibers in a heating element can have the following additional advantages:
Es ermöglicht die Herstellung von dünnen, weichen und gleichmäßig heizenden Vorrichtungen ohne die Verwendung herkömmlicher Metallheizdrähte;It enables the production of thin, soft and evenly heating devices without the use of conventional metal heating wires;
es ermöglicht eine hohe Lebensdauer der Heizvorrichtung, welche widerstandsfähig ist gegen scharfes Falten, kleine Durchlöcherungen, Öffnungen und Druck, ohne dieit allows a long service life of the heating device, which is resistant to sharp folding, small holes, openings and pressure, without the
LW4G-10019 ·'««♦£: j .* , ♦ ·LW4G-10019 ·'««♦£: j .* , ♦ ·
♦ ·♦ ·
-31--31-
elektrischen Betriebseigenschaften zu verschlechtern;deteriorate electrical operating characteristics;
es ermöglicht einen hohen Widerstand gegen Verschleiß und Abrieb und zwar aufgrund von: (a) einer hohen Stärke der leitenden Fäden und (b) einem engen Umhüllen aller elektrisch leitenden Medien mit starken isolierenden Materialien;it enables a high resistance to wear and abrasion due to: (a) a high strength of the conductive threads and (b) a tight coating of all electrically conductive media with strong insulating materials;
es ermöglicht die Herstellung von korrosions- und erosionsbeständigen Heizelementen aufgrund von: (a) einer hohen chemischen Trägheit der kohlenstoffbeschichteten inorganischen Fäden und keramischen Garne, (b) einer hermetischen Polymerisation des gesamten Heizelements, inklusive der Elektrodenverbindungen und Temperatursteuervorrichtungen, zur Verwendung in chemisch aggressiven industriellen oder Salzwasserumgebungen;it enables the production of corrosion and erosion resistant heating elements due to: (a) high chemical inertness of the carbon-coated inorganic filaments and ceramic yarns, (b) hermetic polymerization of the entire heating element, including the electrode connections and temperature control devices, for use in chemically aggressive industrial or salt water environments;
es ermöglicht eine Vielzahl von Variationen der elektrischen Leitfähigkeit des Heizelementkerns aufgrund von: (a) Weben, Sticken oder Verseilen von elektrisch leitenden Fäden von vorbestimmter Breite und Dicke der Streifen, Manschetten, dünne Lagen, Seile oder Bündel von Fäden; (b) Weben der Garne auf eine vorbestimmte Webdichte oder Webart; (c) Weben, Sticken oder Verseilen der leitenden Fäden mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit in eine Einheit; (d) Weben, Sticken oder Verseilen der leitenden Fäden mit nichtleitenden keramischen und/oder Polymer-Fäden oder -Fasern; (e) Bereitstellen von Ausschneidungen von unterschiedlicher Größe um den elektrischen Widerstand des Heizelementkerns zu variieren.it enables a variety of variations in the electrical conductivity of the heating element core by: (a) weaving, embroidering or stranding electrically conductive threads of predetermined width and thickness of strips, cuffs, thin sheets, ropes or bundles of threads; (b) weaving the yarns to a predetermined weave density or weave; (c) weaving, embroidering or stranding the conductive threads of different electrical conductivity into a unit; (d) weaving, embroidering or stranding the conductive threads with non-conductive ceramic and/or polymer threads or fibers; (e) providing cutouts of different sizes to vary the electrical resistance of the heating element core.
Es sorgt für eine Verringerung des elektrischen Energieverbrauchs aufgrund von: (ä) der Bereitstellung einer wärmereflektierenden Schicht und (b) der Möglichkeit, das Heizelement mit weniger Polsterung und Isolation näher am menschlichen Körper oder dem zu beheizenden Objekt anzubringen.It provides a reduction in electrical energy consumption due to: (a) the provision of a heat-reflecting layer and (b) the ability to place the heating element closer to the human body or the object to be heated with less padding and insulation.
Es ermöglicht die Herstellung von Heizelementen mit einer elektrischen Verbindung von elektrisch leitenden Streifen, Seilen, dünne Lagen, Manschetten/Röhren oder Faserbündeln in Parallel- oder Reihenschaltung;It enables the manufacture of heating elements with an electrical connection of electrically conductive strips, ropes, thin layers, sleeves/tubes or fiber bundles in parallel or series;
• a
a a
a · • a
aa
·
•M:O js*!*sai ·&Mgr;***• M :O j s *!* sa i · &Mgr; ***
LW4G-10019 ·* ·**· * &igr; I ,* » &idigr; &iacgr; ,LW4G-10019 ·* ·**· * &igr; I ,* » &idigr;&iacgr; ,
-32--32-
es überwindet das Problem von überheizten Stellen aufgrund von (a) einer hohen wärmeabstrahlenden Oberfläche des Heizelementkerns, (b) einer gleichmäßigen Wärmeverteilung der wärmereflektierenden Schicht, was die Möglichkeit von Hautverbrennungen oder zerstörenden isolierenden Schichten verringert;it overcomes the problem of overheated spots due to (a) a high heat radiating surface of the heating element core, (b) an even heat distribution of the heat-reflecting layer, which reduces the possibility of skin burns or damaging insulating layers;
es sorgt für eine extrem niedrige Wärmeausdehnung des Heizelements aufgrund der Natur der elektrisch leitenden Fäden, Polymer, oder nichtleitenden Garnen/Fasern. Dieses Merkmal ist extrem wichtig für die Verwendung im Bausektor (Beispiel: Beton) oder für eine Mehrlagenisolierung mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften;it provides an extremely low thermal expansion of the heating element due to the nature of the electrically conductive threads, polymer, or non-conductive yarns/fibers. This feature is extremely important for use in the construction sector (example: concrete) or for multi-layer insulation with different thermal expansion properties;
es ermöglicht einen hohen Grad an Flexibilität und oder Weichheit der Heizvorrichtungen, abhängig von der Art und der Dicke der Isolation;it allows a high degree of flexibility and/or softness of the heating devices, depending on the type and thickness of the insulation;
es ermöglicht eine technologische Einfachheit der Herstellung und der Zusammenfügung des Heizelements.it allows technological simplicity in the manufacture and assembly of the heating element.
Weiterhin ermöglicht eine Kombination der elektrisch leitenden Fäden und des PTC-Materials folgendes:Furthermore, a combination of the electrically conductive threads and the PTC material enables the following:
(a) Temperatur-Selbstbegrenzungseigenschaften des weichen Heizelements bereitzustellen, wodurch sich Thermostate erübrigen; (b) den Abstand zwischen den Buselektroden zu vergrößern, wodurch sich das Risiko von Kurzschlüssen zwischen den Buselektroden verringert; (c) eine größere Heizabstrahlungsfläche mit einem höheren Wirkungsgrad in der Heizvorrichtung bereitzustellen; (d) eine Barriere bereitzustellen gegen das Eindringen von Flüssigkeit in die parallelen Busleiter, falls der isolierte Heizelementkern durchlöchert ist.(a) to provide temperature self-limiting characteristics of the soft heating element, thereby eliminating the need for thermostats; (b) to increase the spacing between the bus electrodes, thereby reducing the risk of short circuits between the bus electrodes; (c) to provide a larger heat radiating area with a higher efficiency in the heating device; (d) to provide a barrier against the ingress of liquid into the parallel bus conductors in case the insulated heating element core is perforated.
Weiterhin können die vorgeschlagenen Heizelemente verwendet werden (ohne daß dies hierauf besonders beschränkt wäre): (a) für elektrisch beheizte Decken, Polster, Matratzen, Leintücherund Teppiche; (b) für Wände, Büroteilerwände, in den Lamellen von Jalousien, Ventilatorblättern, Möbeln, in elektrische Decken und Bodenheizvorrichtungen; (c) für Heizvorrichtungen in den Sitzen von Autos, Mopeds, Motorrädern, Booten und Flugzeugen; (d) für elektrisch beheizte Schwimmwesten, Kleider, Stiefeln, Handschuhe,Furthermore, the proposed heating elements can be used (but are not particularly limited to): (a) for electrically heated blankets, upholstery, mattresses, sheets and carpets; (b) for walls, office partitions, in the slats of blinds, fan blades, furniture, in electric blankets and floor heating devices; (c) for heating devices in the seats of cars, mopeds, motorcycles, boats and aircraft; (d) for electrically heated life jackets, clothes, boots, gloves,
LW4G-10019 .*- : *· * 5 * »* * &iacgr; &iacgr; ,LW4G-10019 .*- : *· * 5 * »* * &iacgr;&iacgr; ,
-33--33-
Hüte und Tauchanzüge; (e) für Behältnisse zum Transportieren von Lebensmitteln (Beispiel: Pizza) und Schlafsäcke; (f) für Enteisungssysteme für Kühlschränke, Straßen, Dächer und die Propeller von Flugzeugen oder Hubschraubern, (g) für elektrische Heizvorrichtungen für Rohrleitungen, Trommeln und Tanks, (h) in Zündvorrichtungen für elektrische Brenner, u.s.w.hats and diving suits; (e) for containers for transporting food (e.g. pizza) and sleeping bags; (f) for de-icing systems for refrigerators, roads, roofs and the propellers of aircraft or helicopters; (g) for electric heating devices for pipes, drums and tanks; (h) in ignition devices for electric burners, etc.
Zusätzlich zu der Verwendung bei Heizvorrichtungen kann derselbe Textilheizelementkern für einen Antistatikschutz verwendet werden.In addition to use in heaters, the same textile heating element core can be used for anti-static protection.
Die vorgenannte Beschreibung umfaßt verschiedene Ausführungsformen, welche jedoch nicht so aufgefaßt werden sollten, als daß sie den Schutzbereich der Erfindung beschränken sollten, sondern lediglich als Veranschaulichungen von einer der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Zusätzliche Ausführungsformen umfassen: (a) ein Heizelementkern kann Garne umfassen, welche aus keramischen Fasern bestehen, wie zum Beispiel Tonerde, Silikat, Borat, Bornitrit, Zirkon, Chrom, Magnesium, Kalzium, Siliziumkarbid oder Kombinationen hiervon; (b) der Heizelementkern kann elektrisch leitende kohlenstoff-/graphit- oder metallbeschichtete keramische Fasern umfassen, wie zum Beispiel Tonerde Silikat, Bor, Zirkon, Chrom, Magnesium, Kalzium, Silikonkarbid oder Kombinationen hiervon; (c) die Metallbeschichtung kann verwendet werden bei Fäden/Garne aus Kohlenstoff/Graphit; (d) die Streifen können in einer verdünnten Lösung aus Klebstoffen getränkt und getrocknet werden, um das Schneiden von Löchern während des Herstellungsprozesses der Heizelementkerne und die Verbesserung ihrer elektrischen Eigenschaften zu erleichtern; (e) der Heizelementaufbau kann leitende Streifen, Seile, Manschetten, Röhren, dünne Lagen oder Fäden mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand umfassen; (f) der Heizelementkern kann in unterschiedliche Formen ausgebildet sein, wie zum Beispiel eine Schlangenlinienanordnung oder andere gewünschte Muster, welche gewöhnlich gerade, spulenförmige oder U-förmige Formen umfassen; (g) die elektrische Stromleitung kann direkt mit dem Heizelementkern verbunden sein, ohne die Verwendung von Elektroden; dann ist es möglich, elektrisch leitenden Kleber zu verwenden, leitende Farbe, leitende Polymere u.s.w., um eine gute elektrische VerbindungThe foregoing description includes various embodiments which, however, should not be construed as limiting the scope of the invention, but merely as illustrations of one of the presently preferred embodiments of the invention. Additional embodiments include: (a) a heater core may comprise yarns consisting of ceramic fibers such as alumina, silicate, borate, boron nitride, zirconium, chromium, magnesium, calcium, silicon carbide, or combinations thereof; (b) the heater core may comprise electrically conductive carbon/graphite or metal-coated ceramic fibers such as alumina, silicate, boron, zirconium, chromium, magnesium, calcium, silicon carbide, or combinations thereof; (c) the metal coating may be used with carbon/graphite threads/yarns; (d) the strips may be soaked in a dilute solution of adhesives and dried to facilitate the cutting of holes during the manufacturing process of the heater cores and to improve their electrical properties; (e) the heating element structure may comprise conductive strips, ropes, sleeves, tubes, thin sheets or threads with different electrical resistance; (f) the heating element core may be formed into different shapes, such as a serpentine arrangement or other desired patterns, which usually include straight, coil or U-shaped shapes; (g) the electrical current line may be directly connected to the heating element core without the use of electrodes; then it is possible to use electrically conductive glue, conductive paint, conductive polymers, etc. to ensure a good electrical connection
LW4G-10019 .**·*·LW4G-10019 .**·*·
-34--34-
sicherzustellen; (h) der leitende Heizelementkern kann elektrisch isoliert sein von den weichen nichtleitenden Stoffen oder Polymeren durch Nähen, Kleben, Schweißen, Aufsprühen u.s.w., wodurch sich ein weicher Mehrlagenaufbau ergibt; (i) der leitende weiche Heizelementkern kann elektrisch isoliert sein durch starre nichtleitende Materialien wie Keramik, Beton, dicken Kunststoff, Holz, u.s.w.; (j) die Formhaltemittel können an jedem beliebigen Teil des Heizelementkerns angebracht sein; (k) der Heizelementkern kann zunächst durch das nichtleitende Material isoliert sein und dann in einem beliebigen Muster ausgelegt sein.ensure; (h) the conductive heating element core may be electrically insulated from the soft non-conductive materials or polymers by sewing, gluing, welding, spraying, etc., thereby resulting in a soft multi-layer structure; (i) the conductive soft heating element core may be electrically insulated by rigid non-conductive materials such as ceramic, concrete, thick plastic, wood, etc.; (j) the shape-retaining means may be attached to any part of the heating element core; (k) the heating element core may be first insulated by the non-conductive material and then laid out in any pattern.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Anzahl von bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und erläutert worden ist, wird es für den Fachmann verständlich sein, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been shown and explained with reference to a number of preferred embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
Claims (11)
Zumindest einen durchgängigen elektrisch leitenden Textilstreifen (1) von gewünschter Länge, welcher Textilfäden (2), die Metall enthalten, als elektrische Widerstandsheizelemente umfaßt, wobei der Streifen (1) in einem vorbestimmten Muster angeordnet ist, um der Fläche des Heizelements zu entsprechen;
Zumindest eine Lücke zwischen Abschnitten von zumindest einem der Tectilstreifen (Heizstreifen);
Leitende Elektrodenvorrichtungen (4) zum Einführen eines elektrischen Stromes in die Widerstandsheizelemente;
Isolationsvorrichtungen zum Isolieren von zumindest einem der Metall enthaltenden Textilfäden (2) mit nichtleitenden Vorrichtungen. 1. A soft heating element of permanent construction for incorporation into a variety of articles, the heating element comprising:
At least one continuous electrically conductive textile strip ( 1 ) of desired length comprising textile threads ( 2 ) containing metal as electrical resistance heating elements, the strip ( 1 ) being arranged in a predetermined pattern to correspond to the area of the heating element;
At least one gap between sections of at least one of the Tectil strips (heating strips);
Conductive electrode means ( 4 ) for introducing an electric current into the resistance heating elements;
Insulation devices for insulating at least one of the metal-containing textile threads ( 2 ) with non-conductive devices.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/160,540 US6229123B1 (en) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | Soft electrical textile heater and method of assembly |
| US09/309,917 US6452138B1 (en) | 1998-09-25 | 1999-05-11 | Multi-conductor soft heating element |
| EP99949830A EP1131982A4 (en) | 1998-09-25 | 1999-09-24 | Multi-conductor soft heating element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29924210U1 true DE29924210U1 (en) | 2002-05-29 |
Family
ID=27240351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29924210U Expired - Lifetime DE29924210U1 (en) | 1998-09-25 | 1999-09-24 | Soft multi-conductor heating element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29924210U1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2160072A2 (en) | 2008-08-27 | 2010-03-03 | SGL Carbon SE | Stretch broken carbon fibre thread for a heating device |
| DE102015118728A1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-04 | Hochschule Bonn-Rhein-Sieg | Qualitative analysis system for energetic materials |
| RU196234U1 (en) * | 2019-10-09 | 2020-02-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Р-Климат" | Thermoelectric mat |
| DE102022003713A1 (en) * | 2022-10-07 | 2024-04-18 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium der Verteidigung, vertr. durch das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr | Heated dummy |
| EP4503852A4 (en) * | 2022-03-24 | 2025-10-15 | Tomoegawa Corp | PIPE HEATING STRUCTURE AND PIPE HEATING STRUCTURE CONNECTING BODY |
-
1999
- 1999-09-24 DE DE29924210U patent/DE29924210U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2160072A2 (en) | 2008-08-27 | 2010-03-03 | SGL Carbon SE | Stretch broken carbon fibre thread for a heating device |
| DE102008039840A1 (en) | 2008-08-27 | 2010-03-04 | Sgl Carbon Ag | Stretched carbon fiber yarns for a heater |
| US8674265B2 (en) | 2008-08-27 | 2014-03-18 | Sgl Carbon Se | Stretch-broken carbon fiber yarns for a heating device |
| DE102015118728A1 (en) * | 2015-11-02 | 2017-05-04 | Hochschule Bonn-Rhein-Sieg | Qualitative analysis system for energetic materials |
| RU196234U1 (en) * | 2019-10-09 | 2020-02-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Р-Климат" | Thermoelectric mat |
| EP4503852A4 (en) * | 2022-03-24 | 2025-10-15 | Tomoegawa Corp | PIPE HEATING STRUCTURE AND PIPE HEATING STRUCTURE CONNECTING BODY |
| DE102022003713A1 (en) * | 2022-10-07 | 2024-04-18 | Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium der Verteidigung, vertr. durch das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr | Heated dummy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5824996A (en) | Electroconductive textile heating element and method of manufacture | |
| US6369369B2 (en) | Soft electrical textile heater | |
| US6563094B2 (en) | Soft electrical heater with continuous temperature sensing | |
| CA2236024C (en) | Heating element and method of manufacture | |
| CA2345328A1 (en) | Multi-conductor soft heating element | |
| KR100378477B1 (en) | Electroconductive Resistance Heating System | |
| CA2973557C (en) | Fabric heating element | |
| DE4447407C2 (en) | Flexible surface heating element and method for producing a flexible surface heating element | |
| WO2002069671A3 (en) | Soft electrical heater with temperature sensing and method of its termination | |
| EP0946952B1 (en) | Electric blanket | |
| DE102009013874B4 (en) | Thermometers | |
| DE202009003858U1 (en) | Thermometers | |
| DE29924210U1 (en) | Soft multi-conductor heating element | |
| DE102014005041A1 (en) | Thermometers | |
| DE102014014364A1 (en) | Heating device for heating a vehicle seat, seat cover, vehicle seat and method for producing the seat cover | |
| KR20130026275A (en) | Planar heating element and manufacturing method thereof | |
| DE102010036313A1 (en) | Flexible heat apparatus e.g. electric blanket, has flexible thread-like heating element comprising central carrier thread consisting of multiple fibers, where heating wires are rolled up helically on carrier thread | |
| DE112019004585T5 (en) | Flexible and stretchable heating based on a conductive textile or a conductive polymer foam | |
| EP2008498A1 (en) | Heatable textile | |
| DE202007010960U1 (en) | Device for heating | |
| DE1635518A1 (en) | Wall covering | |
| DE102010036310A1 (en) | Heatable and flexible textile sheet for manufacturing e.g. heatable mattress pad, has heating layer combined with damp-proof barrier layer, which has heating element with combination yarn that has conductive thread wound over core thread | |
| EP3471508A1 (en) | Electrically heatable sheet and use of the sheet | |
| EP3240359A1 (en) | Electrically heatable pile carpet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20020704 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20021129 |
|
| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20060401 |