DE102009003867A1

DE102009003867A1 - Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymerfasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für flächenhafte Heizelemente, Heizgewebe und ähnliches und Verfahren zur Herstellung des flächenhaften Heizelementes

Info

Publication number: DE102009003867A1
Application number: DE102009003867A
Authority: DE
Inventors: Alexander Tomachev; Elena Tomacheva
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-05
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es ein elektrisch leitendes Polymerband oder Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymerfasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für vorzugsweise flächenhafte Heizelemente bzw. ein Heizgewebe, ein Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes mittels der Polymerfasern, Garnen, Zwirnen, Schnüren, Polymerbänder und Polymergewebe insbesondere für Raumheizungen, für Kleidung und im medizinischen Bereich unter kostengünstigen Bedingungen zu schaffen. Einzelne Fasern (1) der Garne (2) des Polymerbandes bzw. Polymergewebes (7) bestehen aus elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern (1a) und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymerkohlenstofffasern (1b) und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymersilberkohlenstofffasern (1c) und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern (1d) oder Naturfasern (1d) oder Monofilamentfasern (1d) und/oder aus elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern (1f) und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern (1d) oder Naturfasern (1d) oder Monofilamentfasern (1d) mit einer Beschichtungsmasse aus einer Kohlenstaub-Polymer-Mischung (1e) und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber-Kohlenstaub-Polymer-Mischung (1e) und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber-Polymer-Mischung (1g) und/oder einer Silberbeschichtung (1h), wobei die elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern (1d) oder Naturfasern (1d) oder Monofilamentfasern (1d) als elastische ...

Description

Elektrisch leitendes Polymerband und Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymerfasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für flächenhafte Heizelemente, Heizgewebe und ähnliches und Verfahren zur Herstellung des flächenhaften Heizelementes insbesondere zur Raumheizung, für Kleidung und im medizinischen Bereich.
Es sind bereits Heizelemente aus leitenden Polymerfasern bekannt. So werden in der EP1374638 A2 elektrisch leitende flexible Fasern beschrieben die in einem isolierenden Material als Leitung angeordnet oder verlegt sind. Die Leitungen können unterschiedlich in Bändern, Flächen oder Rohren, parallel oder in Reihe verlegt werden.
Weiterhin wird in der WO 2004/098239 A1 eine weiche und flexible Heizung beschrieben, welche elektrisch leitende Fäden oder Fasern als Heizung von Medien verwendet. Die leitenden Fasern werden durch ein Material mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) zusammengefasst, bilden den Temperatursensor des Heizkabels. Ein oder mehr Heizkabel können in Heizungen von verschiedenen Konfigurationen einschließlich Bänder, Rohren oder Platten gebildet werden, welche eine gleichmäßige lokale Wärmestrahlung und einen Überhitzungsschutz zur Verfügung stellen. Solche Heizungen können in verschiedenen Kombinationen als Parallel- oder Reihenschaltung verbunden werden. Die Heizung kann einen ständigen Temperatursensor mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC) enthalten, um die Temperatur in der Heizung genau zu kontrollieren. Solche Temperatursensoren können aus elektrisch leitenden Fasern, Metallleitungen oder Fasern optischer Glühfäden bestehen. Ja nach Bedarf können die elektrisch leitenden Fäden/Fasern eine Polymer-Basis haben, welche als thermische Abschaltung bei einer bestimmten voreingestellten Temperatur dienen. Ebenso sind bereits Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes sowie ein flächenhaftes Heizelement bekannt. So wird in der DE 10 2006 014 171 A1 ein Flächenheizer mit leitfähigem Cellulosevlies beschrieben, bei welchem ein Flächenheizer, der für Anwendungen im Bereich von Heizspannungen bis zu 1000 V zur Anwendung kommt, erzielbare Leistungen bis 2 kW/m2 liefert und der dadurch gekennzeichnet ist, dass der für die Heizung erforderliche elektrische Widerstand durch ein elektrisch leitfähiges Cellulosevlies gebildet wird. Eingearbeitete metallische Kontakte sichern den Anschluss des leitfähigen Cellulosevlieses an eine Spannungsquelle. Beidseitig aufgebrachte Polymerfolien geben mechanischen und elektrischen Schutz und verhindern das Eindringen von Feuchte in das Cellulosevlies.
Weiterhin wird in der DE 44 47 407 C2 ein flexibles Flächenheizelement und ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Flächenheizelementes beschrieben, welches aus einer Trägerschicht, einer Deckschicht, einer aus vorzugsweise mit einem Polymer vorimprägnierten Kohlenstofffasern bestehenden Faserbahn und mit an gegenüberliegenden Seiten angebrachten Anschlusselektroden besteht und bei welchem die Trägerschicht und die Deckschicht mechanisch belastbare Gewebe- oder Vliesbahnen sind, die Kohlefaserbahn, die Trägerschicht und die Deckschicht miteinander vernadelt sind, diese Schichten mit einem Auftrag aus einem aus PVC-Paste bestehenden Plastisol, aus einem High-Solid-System (PUR) oder aus einem Polymer versehen und unter Aufwendung einer Fügekraft zu einem Schichtverbund vereinigt sind.
In der DE 44 47 408 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, bahnenförmigen und mechanisch belastbaren Flächengebildes mit einer integrierten Flächenheizung unter Verwendung eines Kunststoffes mit einer verschleißfesten Oberfläche beschrieben, welches erfindungsgemäß dadurch gelöst wird, dass auf einen Schichtverbund, bestehend aus mindestens einer mechanisch belastbaren Faserbahn und einer mechanisch nicht belastbaren vorwiegend aus elektrisch leitenden, nichtmetallischen Fasern bestehenden Faserbahn, in mehreren Schichten wahlweise ein Plastisol (PVC-Paste), ein High-Solid-System (PUR-System) oder im thermoplastischen Zustand eine Polymerschmelze aufgetragen und der mit einer Kunststoffkomponente vorimprägnierte Schichtverbund unter Aufwendung einer Fügekraft mit dem Auftrag aus Kunststoff zu einem heterogenen Flächengebilde vereint wird, wobei ein Teil der aufgetragenen PVC-Paste, des PUR-Systems oder der Polymerschmelze in das Kunststoffaservlies eindringt. Die Erfindung wird bei der Herstellung eines flexiblen bahnenförmigen und mechanisch belastbaren Flächengebildes mit einer integrierten, elektrische Energie in Wärme umwandelnden Niederspannungsheizung vorwiegend für verschleißfeste und wahlweise gemusterte Oberflächen bei Fußbodenbelägen eingesetzt.
Die DE 10 2005 010 540 A1 beschreibt ein stromleitfähiges Gewirk oder Gestrick für Heizzwecke, welches ein elektrisch leitendes, relativ hochohmiges, flexibles Widerstandsmaterial aus Carbonfäden mit Metallleitern für die elektrischen Zuleitungen aus einem niederohmigen Material enthält, wobei die Carbonfäden und die Metallleiter in ein aus synthetischen Fäden oder auch in Mischung mit Naturfasern als Trägermaterial bestehendes Gewirk oder Gestrick mit eingewirkt oder eingestrickt sind. Die Herstellungsverfahren solcher Produkte sind kompliziert und problembehaftet. Die Erfindung schafft Abhilfe dadurch, dass es in Form eines Abstandsgestrickes oder Abstandsgewirkes mit einer Ober- und Unterseite und Zwischenlage ausgebildet ist und dass die Carbonfäden durch entsprechend eingestellte und angepasste maschinelle Faktoren, wie Fadenleitorgane, eine ausreichende Querkraftstabilität besitzen, so dass sie bei der Herstellung keine relevanten Schädigungen erfahren.
Aufgabe der Erfindung ist es ein elektrisch leitendes Polymerband oder Polymergewebe auf der Basis von elektrisch leitenden Polymerfasern, Garnen, Zwirnen und Schnüren für vorzugsweise flächenhafte Heizelemente bzw. ein Heizgewebe, ein Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes mittels der Polymerfasern, Garnen, Zwirnen, Schnüren, Polymerbänder und Polymergewebe insbesondere für Raumheizungen, für Kleidung und im medizinischen Bereich unter kostengünstigen Bedingungen zu schaffen.
Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass ein elektrisch leitendes Polymerband für Heizelemente, ein Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes geschaffen, wobei das Garn, der Zwirn, die Schnüre und die Bänder und das Gewebe aus elektrisch leitenden Fasern auf Polymerbasis besteht. Innerhalb der Polymerfasern oder auf deren Oberfläche können elektrisch leitende Materialien oder Mischungen aufgebracht sein. Die Polymerfasern sind vorteilhaft zu Garnen und weiteren textilen Verarbeitungsstufen verarbeitet. Dabei können Gruppen von parallel verlaufenden Garnen, Zwirnen oder Litzen gebildet werden und jeweils als Gruppe angeordnet im Band verbunden werden. Alle Litzen sind dabei jeweils leitend miteinander verbunden und bilden damit als Band einen einzigen elektrischen Leiter. Die Bänder sind universell als Einzelanordnung oder als Gruppen einsetzbar. Die elektrische Kopplung erfolgt auf mechanische Weise.
Die Fasern, Garne, Zwirne, Schnüre, Bänder und das Gewebe sind Grundlage zur Herstellung flacher und biegsamer Heizungen im Niedertemperaturbereich sowie gleichzeitig Grundlage für die Herstellung elektrischer Wärmekabel. Die Anzahl der geflochtenen Polymerfasern in den Einzelfäden, sowie die Anzahl der Fäden, Garne, Zwirne und/oder Schnüre im Band oder Gewebe werden konstruktiv von den vorgegebenen Parametern des Heizbandes oder Heizgewebes bestimmt. Entsprechend den vorgesehenen Funktionen des Heizungselementes sowie den vorgesehenen Einsatzbedingungen werden die zulässige spezifische Einzelleistung einer Einheit der Länge der Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre sowie ein vorgegebener spezifischer Widerstand der Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre für eine Längeneinheit der Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre und die vorgegebenen Oberflächentemperatur des Heizbandes berücksichtigt. Da alle Fasern, Garne, Zwirne und Schnüre des Bandes oder Gewebes miteinander verbunden sind, bilden diese einen einzigen elektrischen Leiter mit vorgegebenen Abmaßen und einem spezifischen Widerstand, bezogen auf eine Einheit der Länge des Bandes oder Gewebes. Die Heizelemente sind waschbar, stecken z. B. in einem Gewebesack als Metall oder Polymerfasern, der ebenfalls waschbar ist. Vorteilhaft wird ein Silbermetallgewebe verwendet, welches antibakteriell wirkt und somit besonders vorteilhaft im medizinischen Bereich eingesetzt werden kann. Die Heizelemente sind flexibel, tragen nicht sehr stark auf und sind kostengünstig herstellbar.
Weiterhin werden in ein nicht elektrisch leitendes textiles Trägermaterial elektrisch leitende Polymerfasern, Einzelfäden und/oder Litze eingearbeitet und es entsteht somit eine flächenhafte Anordnung elektrischer Leiter und/oder Leiterbahnen. Auf dieser Anordnung der leitenden Polymerfasern auf dem textilen Trägermaterial wird ein elektrisch leitendes Polymerband angeordnet und leitend befestigt. Dadurch wird ein flächenhaftes Heizelement geschaffen welches in Massenproduktion z. B. auf Webmaschinen hergestellt werden kann und auch als Meterware oder in konfektionierten Größen zur Verfügen stehen kann. Dabei können die Bänder nicht nur geradlinig sonder auch als Mäander verlegt werden. Im Eckbereich wird durch Falten die Richtungsänderung der Bänder erreicht. Die dabei übereinander liegenden Bänder haben an diesen Eckbereichen die gleiche Wärmeentwicklung wie auf den geradlinigen Bereichen, da das Band direkt und nicht gegeneinander isoliert aufeinander liegt und es somit nicht zu einer doppelten Heizwirkung kommt und das die wirksame Leiterfläche nicht vergrößert ist. Einzelne Bänder können auf einer Fläche angeordnet über gemeinsame Leiter versorgt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung für das Polymerband oder Polymergewebe sind in den Ansprüchen 2 bis 16 dargestellt.
Das Polymerband oder Polymergewebe erfährt eine Weiterbildung nach Anspruch 2, indem das Garn zu Zwirn nach verschiedenster Struktur verarbeitet und eingesetzt wird. Hierdurch kann insbesondere auf die Festigkeit des Polymerbandes bzw. des Polymergewebes Einfluss genommen werden. Indirekt wird damit auch die Heizleistung beeinflusst. Nach Anspruch 3 können elektrisch leitende Schnüre oder Bindfaden aus den Grundmaterialien hergestellt werden, die einer wesentlich stärkeren mechanischen Belastung standhalten können. Nach Anspruch 4 ist das Polymerband ein Wirkband, welches durch den Einsatz von Garn, Zwirn oder Schnüren unterschiedliche Strukturen besitzen kann, dies entsprechend der notwendigen Einsatzbedingungen. Bei den Weiterbildungen nach Anspruch 5 bis 7 sind unterschiedliche Webbänder beschrieben, die entsprechenden praktischen Einsatzfällen angepasst sind, wie z. B. elastische Heizbänder. Die Weiterbildung nach Anspruch 8 betrifft eine dem textilen Charakter der Polymerbänder bzw. Polymergewebe geschaffene elektrische Kontaktlösung, die nur eine geringe Bauhöhe besitzt und somit der flächenhaften Gestaltung dient. Nach Anspruch 9 wird eine spezielle flächenhafte Lösung für eine Heiztapete vorgeschlagen. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 10 werden flächenhafte Heizelemente vorgeschlagen, die spezielle Einsatzbedingungen, wie z. B. eine Sitzheizung für Kraftfahrzeugsitze, erfüllen. Nach Anspruch 11 können die Heizleiterbahnen aufgenäht oder aufgestickt sein. Dies ergibt Vorteile in der Textilherstellung bei der Herstellung beheizbarer Kleidung. Die Weiterbildungen nach Anspruch 12 und 13 stellen Lösungen dar, bei denen Endlosrollen herstellbar sind, die beim Endeinsatz von der Rolle in entsprechender Länge abschneidbar und verarbeitbar sind. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 14 sind spezielle vorhergehende Lösungen für die Herstellung eines flächenhaften Polymerkabels ausgenutzt. Die Weiterbildung nach Anspruch 15 stellt eine Lösung für die Herstellung einer Wand- oder Fußbodenheizung dar. Die mögliche Abschirmung, wie auch schon in Anspruch 14 erwähnt, bestehend aus einem Gewebe aus Metalldrähten oder einem Gewebe aus elektrisch leitenden Polymerfasern, Einzelfäden und/oder Litze, kann mit einem Bezugspotential verbunden werden, wodurch das Kabel/Heizelement von elektromagnetischer Strahlung befreit wird und sich somit das Einsatzgebiet erheblich erweitern lässt. Nach Anspruch 16 ist das Polymerband bzw. Polymergewebe für eine beliebige Spannungsart, also für Gleichspannung oder Wechselspannung geeignet, wobei die Betriebsspannung 48 V nicht übersteigt, wodurch das Band für universelle Energiequellen nutzbar wird und die Betriebsspannung einen für den Menschen ungefährlichen Bereich nicht übersteigt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1.1 den Abschnitt eines Garns bestehend aus einzelnen elektrisch leitenden Fasern,
1.2 der Querschnitt eines Garns nach 1.1,
2.1 den Abschnitt eines Garns mit einem Faserkern aus elektrisch nichtleitenden Polymerfasern, Naturfasern oder Monofilamentfasern und einer Umhüllung bzw. Beschichtung aus einem elektrisch leitendem Material,
2.2 der Querschnitt eines Garns nach 2.1,
3.1 den Abschnitt einer Faser mit einem Faserkern aus elektrisch nicht leitenden Polymerfasern und einer ersten Beschichtungsmasse aus einer Silber-Polymermischung und einer zweiten Beschichtung aus Silber,
3.2 der Querschnitt eines Garns nach 3.1,
4.1 die Seitenansicht eines Abschnitts einfachen Zwirns,
4.2 die Seitenansicht eines Abschnitts eines zweifachen Zwirns,
4.3 die Seitenansicht eines Abschnitts eines dreifachen Zwirns,
4.4 die Seitenansicht eines Abschnitts eines vierfachen Zwirns,
5.1 die räumliche Darstellung eines Abschnitts einer Schnur oder eines Bindfadens aus modifizierten Polymerfasern und Garn oder Zwirn,
5.2 der Querschnitt von 5.1,
6.1 die Draufsicht auf eines Abschnitt eines Wirkbandes,
6.2 der Querschnitt eines Wirkbandes aus Garn,
6.3 der Querschnitt eines Wirkbandes aus Garn und Zwirn,
6.4 der Querschnitt eines Wirkbandes aus Schnüren,
7 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines Webbandes, mit einem mittleren Bereich mit elektrisch nicht leitenden Kettfäden und Randbereichen mit elektrisch leitenden Kettfäden,
8 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines elastischen Webbandes mit mäanderförmigen Kettfäden, der gleiche Aufbau ist auch bei einem unelastischen Webband möglich,
9 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines in Längs- und Querrichtung elastischen Webbandes mit guter Luftdurchlässigkeit,
10.1 die Draufsicht auf einen Abschnitt eines Textilkontakts als Spezielles Wirkband,
10.2 die prinzipielle Darstellung der Kontaktbildung zwischen Wirkbändern und Webbändern,
11 den elektrischen Aufbau einer Heiztapete mit elektrischen Kontaktdarstellungen und ohne Trägermaterial für eine Endlosfertigung,
12.1 ein flächenhaftes Heizelement mit einem elastischen Webband,
12.2 ein flächenhaftes Heizelement mit einem Webband oder Gewebe mit Löchern für eine Kraftfahrzeugsitzheizung,
12.3 ein flächenhaftes Heizelement mit aufgenähten oder aufgestickten Leiterbahnen,
13 ein flächenhaftes Heizelement mit Trägermaterial für eine Endlosfertigung,
14 eine Variante eines flächenhaften Heizelements in Endlosfertigung,
15 der Querschnitt eines flächenhaften Polymerkabels mit Abschirmung und
16 die schematische Darstellung eines flächenhaften Heizelements mit Isolierschichten und Abschirmung.
Zur Herstellung der elektrisch leitenden Polymerbänder oder des Polymergewebes 7 werden Garne 2 benutzt, die aus einzelnen Fasern 1 bestehen. Diese Fasern 1 der Garne 2 des Polymerbandes bzw. Polymergewebes 7 können dabei aus elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern 1a mit einem Anteil von 92 bis 99% Kohlenstoff und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymerkohlenstofffasern 1b und/oder elektrisch leitfähigen, modifizierten Polymersilberkohlenstofffasern 1c und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern 1d oder Naturfasern 1d oder Monofilamentfasern 1d und/oder aus elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern 1f und/oder elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern 1d oder Naturfasern 1d oder Monofilamentfasern 1d mit einer Beschichtungsmasse aus einer Kohlenstoffstaub-Polymer-Mischung 1e mit bis zu 30% Kohlenstoffstaub und der Rest Polyamid und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber-Kohlenstaub-Polymer-Mischung 1e mit bis zu 25% Kohlenstoffstaub und bis zu 5% Silber und der Rest Polyamid und/oder einer Beschichtungsmasse aus einer Silber-Polymer- Mischung 1g, bestehend aus 5 bis 70% Silber und der Rest aus Polyamid 6.6. und/oder einer Silberbeschichtung oder einer anderen Metallbeschichtung aus elektrisch gut leitendem Metall 1h mit bis zu 99% Silber bestehen. Die elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern 1d oder Naturfasern 1d oder Monofilamentfasern 1d können auch als elastische Fasern 1i ausgebildet sein. Verschiedene Garne und Fasern 2 sind in den 1.1 bis 3.2 dargestellt
Die Garne 2 können zu Zwirn 1F bis nF verarbeitet sein. Ein einfacher Zwirn 1F aus Garn 2 besteht z. B. aus zwei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern 1f. Ein Zwirn 2F aus zwei Garnen 2 besteht z. B. aus zwei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern 1f oder aus Polymerfasern 1f einfach oder Polymerfasern 1f als Zwirn-zweifach 2F. Ein dreifach Zwirn 3F besteht aus einem Garn 2 aus drei elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern 1f oder aus Polymerfasern 1f einfach oder Polymerfasern 1f als Zwirn-zweifach 2F oder Mehrfachfasern 1d. Ein vierfach Zwirn 4F besteht aus einem Garn 2 aus vier elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern 1f oder aus Polymerfasern 1f einfach oder Polymerfasern 1f als Zwirn-dreifach 3F. Analog gibt es Zwirn nF, der aus einem Garn 2 aus n-fach elektrisch leitfähigen, metallisch-modifizierten Polymerfasern 1f besteht. Entsprechender Zwirn 1F bis 4F sind in den 4.1 bis 4.4 dargestellt.
Noch stärkere elektrisch leitfähige Schnüre 3 oder Bindfäden 3 als Zwirn 1F bis 4F können aus Garnen 2 aus Fasern 1a, 1b, 1c und/oder 1f bestehen, die mittels Fasern 1c, 1f oder Zwirnen 1F, 2F, 3F bis nF umflochten sind, siehe 5.1 und 5.2.
Bei den elektrisch leitenden Polymerbändern oder Polymergewebe 7 gibt es unterschiedlichste Varianten im Aufbau dieser Bänder. Ein elektrisch leitendes Wirkband 4 oder elektrisch leitendes Wirkgewebe 4 besteht aus Garn 2 mit Fasern 1b, 1c, 1d und/oder Zwirn 1F, 2F, 3F als Kettfaden 5 und gleiche Garne 2 als Schussfaden 6. Hierbei gibt es Wirkbänder 4a aus Garn 2, Wirkbänder 4b aus Garn 2 und Zwirn 1F, 2F, 3F, 4F, nF und Wirkbänder 4c aus Schnüren 3. Der unterschiedliche Aufbau der Wirkbänder 4 ist aus den 6.2 bis 6.4 erkennbar. Diese unterschiedlichen Strukturen werden entsprechend der Einsatzgebiete ausgewählt.
Eine weitere Variante stellen die elektrisch leitenden Webbänder 7 dar, siehe 7. Diese Webbänder 7 bestehen aus Kettfäden 5 aus Garn 2 und das Garn 2 aus elektrisch nichtleitfähigen Polymerfasern 1d oder Naturfasern 1d oder Monofilamentfasern 1d bestehen. Jeweils rechts und links am Rand der Webbänder 7 sind Kettfäden 5 aus Garn 2 oder Zwirn 3F, 4F oder Schnüren 3 aus elektrisch leitenden Fasern 1a, 1b, 1c, 1f angeordnet. Die Schussfäden 6 bestehen abwechselnd aus Garn 2 aus elektrisch nichtleitenden Fasern 1d und aus Garn 2 aus elektrisch leitenden Fasern 1a, 1b, 1c, 1f.
Eine Variante der Webbänder 7, wie in 8 dargestellt, stellen die elastischen Webbänder 8 dar. Diese elektrisch leitenden, elastischen Webbänder 8 bestehen aus Kettfäden 5 aus elastischen Fasern 1i und elektrisch leitenden Fasern 1a, 1b, 1c, 1f, Garnen 2 oder Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3. Die Ränder der Webbänder 8 bestehen aus dehnbaren oder nichtdehnbaren Webkanten 9 aus elektrisch nichtleitenden Fasern 1d. Die Schussfäden 6 pendeln mäanderförmig immer zwischen zwei benachbarten Kettfäden 5 und bestehen aus elektrisch nichtleitenden Fasern 1d und aus elektrisch nichtleitenden Garnen 2, Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3. Es kann auch alles umgekehrt ausgeführt sein, dass die Kettfäden 5 aus elastischen Fasern 1i und elektrisch nichtleitenden Fasern 1d, Garnen 2 oder Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3 und die Schussfäden 6 aus elektrisch leitenden Fasern 1a, 1b, 1c, 1f und aus elektrisch leitenden Garnen 2, Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3 bestehen. Durch den Aufbau der Webbänder 8 kann die Ausdehnung in der Breite bis zu 7% und in der Länge bis zu 70% erfolgen. Bei einem Aufbau der Webbänder 8 ohne elastische Fasern 1i ist keine Elastizität der Webbänder 8 geben.
Bei einer weiteren Variante der elastischen Webbänder 8, wie in 9 dargestellt, die in Längsrichtung (bis zu 70%) und in Querrichtung (bis zu 30%) eine größere Elastizität besitzen und durch viele Luftmaschen gut luftdurchlässig sind, bestehen diese aus elektrisch nichtleitenden Kettfäden 5 und aus elastischen Fasern 1i und zusätzlich aus elektrisch leitenden Kettfäden 5 aus elektrisch leitenden Garnen 2 und Zwirnen 3F, 4F oder Schnüren 3, wobei diese elektrisch leitenden Kettfäden 5 mäanderförmig zwischen benachbarten elektrisch nichtleitenden Kettfäden 5 pendeln. Diese Webbänder 8 besitzen Schussfäden 6 und rechts und links als Rand dehnbare Webkanten 9 aus nichtleitenden Fasern 1d.
Für den elektrischen Kontakt am Polymerband oder Polymergewebe 7 ist ein elektrisch leitender Textilkontakt 10 in Form eines Wirkbandes 4 vorgesehen, welches entsprechend der konstruktiven Lösung in bestimmten Abständen Verstärkungspunkte mit einer sehr guten elektrischen Leitfähigkeit besitzt. An diesen Punkten kann zusätzlich eine elektrisch leitende Paste aufgetragen sein oder es kann eine galvanische Beschichtung mit Silber vorhanden sein. Für Silber können auch andere guten elektrische Leiterwerkstoffe verwendet werden. Der Textilkontakt 10 ist mittels elektrisch nichtleitendem Garn 2 oder Zwirn 2F, 3F auf dem Trägermaterial als Wirkband 4 oder Webband 7, 8 aufgenäht, siehe 10.1 und 10.2. Die Wirkbänder 4 sind hauptsächlich zur Lösung von Kontaktproblemen entwickelt worden.
Ein spezieller Anwendungsfall des Polymerbandes oder des Polymergewebes 7 ist die Heiztapete 11. Die Heiztapete 11 ist so ausgebildet ist, dass rechts und links am Rand elektrisch leitende Kettfäden 5 bandförmig angeordnet sind und zwischen diesen bandförmigen Kettfäden 5 elektrischleitende Fasern 1a, 1b, 1c, 1f als Schussfäden 6 liegen. An den bandförmigen Kettfäden 5 sind in bestimmten Abständen gegenüberliegend Wirkbänder 4 mit Textilkontakten 10 angeordnet. Somit ergeben sich immer wiederholende Abschnitte, wie aus 11 zu ersehen ist. Dadurch ist eine Endlosfertigung und ein Zuschneiden auf beliebige Länge möglich.
In den 12.1 bis 12.3 sind Beispiele verschiedener erfindungsgemäßer Heizflächen dargestellt. Auf einem vorzugsweise textilen Trägermaterial 13 sind Webbänder 7, 8 aufgetragen, die an den entgegengesetzten Enden Wirkbänder 4 als Kontaktbänder besitzen. Die Webbänder 7, 8 besitzen je nach Ausführungsart Luftmaschen oder Löcher 14 oder Durchbrüche 14. Auf die oberste Deckschicht dieser Heizflächen kann eine Epoxydharzlackschicht oder Polymerschicht aufgebracht sein. Die dargestellte Variante in 12.2 stellt z. B. eine Sitzheizung für ein Kraftfahrzeug dar.
Bei der in 12.3 dargestellten Variante sind auf einem textilen Trägermaterial 13 Leiterbahnen aus elektrisch leitenden Garnen 2, Schnüren 3 oder Zwirnen 2F bis nF aufgenäht oder aufgestickt und die Leiterbahnen sind an ihren Anfängen und ihren Enden zusammengefasst und mit Wirkbändern 4 als Kontaktbänder verbunden.
Wie in 13 dargestellt, können auf dem Trägermaterial 13 in Längsrichtung jeweils rechts und links am Rand und in der Mitte elektrisch leitende Wirkbänder 4 oder elektrisch leitende Litze 15 aufgetragen sein. Zwischen den am Rand liegenden Wirkbändern 4 oder der Litze 15 und den in der Mitte liegenden Wirkbändern 4 sind von Punkten mit einem Textilkontakt 10 oder einem metallischen Kontakt 16 mäanderförmig angeordnete elektrisch leitende Garne 2, Schnüre 3 oder Zwirne 2F bis nF oder Wirkbänder 4 vorgesehen. Diese Heizflächen können als Endlosbänder hergestellt werden und sind in der geforderten Länge sehr leicht trennbar.
Die in 14 dargestellte Variante einer Heizfläche auf einem vorzugsweise textilen Trägermaterial 13 besitzt in Längsrichtung jeweils rechts und links am Rand elektrisch leitende Wirkbänder 4 oder elektrisch leitende Litze 15. In Abständen sind elektrisch leitende Wirkbänder 4 oder Webbänder 7, 8 zwischen den am Rand liegenden Wirkbändern 4 mittels Textilkontakten 10 oder metallischen Kontakten 16 verbunden. Auch in diesem Fall ist eine Endlosfertigung und die Verarbeitung von der Rolle möglich.
Flächenhafte Polymerkabel 19, wie in 15 dargestellt, besitzen folgenden Aufbau. Ein elektrisch leitendes, mehrfaches Wirkband 4 ist mit einer Isolationsschicht 18 versehen, in der eine Abschirmung 17 aus einem Metallgeflecht oder einem elektrisch leitendem Polymergeflecht eingebettet sein kann. Diese Polymerkabel 19 finden in den verschiedensten Anwendungsfällen der Polymerbänder und des Gewebes 7 ihren Einsatz.
Die Polymerbänder, Polymergewebe 7 oder Heizflächen werden an Gleichspannung oder Wechselspannung angelegt. Vorteilhaft ist hierbei eine Betriebsspannung von maximal 48 V. Somit sind Menschen bei Havarien oder Schäden an der Anlage nicht gefährdet. Es ist jedoch auch ein Einsatz von bis zu 400 V denkbar. Hierzu sollten die Heizflächen, wie in 16 dargestellt, jedoch mit Abschirmungen ausgerüstet sein. Der Aufbau kann hierbei folgend ausgeführt sein. Auf einer flächenhaften Isolationsschicht 18 sind Wirkbänder 4 und/oder Webbänder 7, 8, diese eventuell auf Trägermaterial 13 aufgetragen, aufgelegt und mit einer Isolationsschicht 18 abgedeckt. Über dieser Isolationsschicht 18 kann noch eine Abschirmung 17 mit einer weiteren Isolationsschicht 18 folgen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines flächenhaften Heizelementes werden auf einem nicht leitenden textilen Trägermaterial 13 elektrisch leitende Fasern 1a, 1b, 1c, 1e, 1f, 1g, 1h oder Wirkbänder 4 oder Webbänder 7, 8 angeordnet und befestigt. wobei die Wirkbänder 4 und Webbänder 7, 8 durch Webtechnik, Wirktechnik oder Nähtechnik vorgefertigt werden. Die Befestigung auf dem Trägermaterial 13 kann auf unterschiedlichste Art durch kleben, einweben, aufnähen, sticken oder anderweitige bekannte Verfahren erfolgen.

1: Faser
1a: Kohlenstofffaser
1b: Polymerkohlenstofffaser
1c: Polymersilberkohlenstofffaser
1d: Polymerfaser, Naturfaser, Monofilamentfaser
1e: Kohlenstoff-Polymer-Mischung, Kohlenstoff-Silber-Polymer-Mischung
1f: metallisch-modifizierte Polymerfaser
1g: Silber-Polymer-Mischung, metallisch-modifizierte Polymer-Mischung
1h: Silberbeschichtung, Metallbeschichtung
1i: elastische Faser
1F, 2F, 3F, 4F, nF: Zwirn
2: Garn
3: Schnüre, Bindfaden
4: Wirkband, Wirkgewebe
4a: Wirkband aus Garn
4b: Wirkband aus Garn und Zwirn
4c: Wirkband aus Schnur
5: Kettfaden
6: Schussfaden
7: Webband, Gewebe, Polymergewebe
8: elastisches Webband
9: Webkante aus Polymerfaser, Naturfaser
10: Textilkontakt
11: Heiztapete
12: Heizelement
12a: Heizelement mit Wirkbändern und elastischen Webbändern
12b: Heizelement mit Webbändern, Heizelement aus Gewebe
12c: Heizelement genäht oder gestickt
13: Trägermaterial
14: Loch, Durchbruch
15: Litze
16: metallischer Kontakt
17: Abschirmung
18: Isolationsschicht
19: Polymerkabel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1374638 A2 [0002]
- WO 2004/098239 A1 [0003]
- DE 102006014171 A1 [0003]
- DE 4447407 C2 [0004]
- DE 4447408 A1 [0005]
- DE 102005010540 A1 [0006]

Claims

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