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Biegsamer und breitflächiger elektrischer Schichtwiderstands-Heizkörper1
insbesondere elektrischer Fußbodenheizkörper Die Erfindung betrifft einen biegsamen
und breitflächigen elektrischen Schichtwiderstands-Eeizkörper, insbesondere einen
elektrischen Fußbodenheizkörp er, in Sandwich-Bauweise mit einer dünnen, im Siebdruckverfahren
auf eine isolierende, biegsame und dünne Kunststoff-Folie aufgetragenen elektrischen,
graphithaltigen wiiderstandsschicht als Mittelschicht und mit streifenförmigen Elektroden
für die elektrische Verbindung des Heizwiderstandsteiles mit dem Stromnetz.
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Durch die deutsche Auslegeschrift 1 809 658 (Steger) ist bereits eine
Klarsichtheizscheibe für das Auto fenster bekanntgeworden, die auf ihrer Oberfläche
im Druckverfahren aufgebrachte streifenförmige elektrische Widerstandsheizleiter
und streifenförmige Stromzuführun:slelter enthält. Diese Widerstands-lleizleiter
und die zugehörigen streifenförmigen Stromzuführungsleiter sind dabei auf eine selbstklebende
Unterlage aus transparentem Polyester aufgebracht, wobeidiese transparente Polyester-Unterlage
mit der Innenfläche
oder mit der Außenfläche des zu beheizenden
EraftfShrzeugfensters verklebbar ist. Die Auftragsdricke des MateriaLs der Widerstandshelzleiter
ist beim Bekannten so dünn gewählt, daß die Durchsicht des Fahrers im Gebrauch nicht
wesentlich beeinträchtigt ist. Die Erfindung soll demgegenüber insbesondere als
elektrischer Fußbodenheizkörper einsetzbar sein.
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Eine Bußbodenelektrospeicherheizung mit auf Isolierträgern aufgebrachten
Heizleitern an Stelle von konventionellen Runddraht-Heizleitern ist in der deutschen
Offenlegungsschrift 1 816 641 (Steger) beschrieben. Diese Vorrichtung ist derart
eingerichtet, daß über der Zement- oder Betondecke ein starkes, engfaseriges und
gepreßtes Isoliermaterial liegt, welches zwar die Wärme nach unten hin dämme, aber
trotzdem die untere Deckenschicht vor dem Erkalten und vor dem Ansaugen von Feuchtigkeit
abschirmt. Über dieser engmaschigen Isolierschicht liegt ein Träger aus Kunststoff
oder Hartpapier oder Preßstoff oder Asbestzement, auf den der Heizwiderstand durch
ein Metalldruckverfahren aufgetragen ist. Der auf dem Isolator aufgebrachte Heizleiter
ist an seinen Kontaktstellen mit Kupferplättchen verklebt, die mit einer besonderen
Legierung überzogen und mit dem Ausgangskabel verbunden sind.
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Die aufgebrachte Reizleiterschicht ist bei der Fußbodenelektrospeicherheizung
nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 816 641 wiederum mit einem Isolator durch
Verkleben oder Verschweißen so mit der unteren Schicht verbunden, daß keine Feuchtigkeit
in die abgedeckte rägerschicht eindringen kann. Auf dem so hermetisch abgeschlossenen
Heizleiter ist eine wärmespeichernde Schicht, wie Estrich oder dgl., aufgebracht.
Diese Masse wird mit einer Klebefolie abgedeckt. Man zieht nach geraumer Zeit die
Klebefolie
ab und beheizt nun etwa 3 bis 4 Wochen lang den bis auf die obere FuBbodenschicht
fertigen Speicherrohfußboden, um auch Reste von Feuchtigkeit herauszuholen. Danach
wird der obere Fußboden mit seiner Feinschicht, wie Parkett, Linoleum und Teppichfußboden,
abgedeckt. Die in dem Raum als sogenannte "milde Wärme" erzeugte Beheizung kann
thermostatisch gesteuert sein.
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Durch die deutsche Auslegeschrift 1 665 309 (Richard Philipp) ist
ein biegsames galvanisch leitendes Widerstandsmaterial für Flächenheizwiderstände
zur Verwendung in Wechselstromheizkreisen bekanntgeworden, das aus einem fein verteilten,
in einem Isoliermaterial eingebetteten, elektrisch leitenden Material besteht, dessen
thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als derjenige des Isoliermaterials.
Dieses Widerstandsmaterial soll anwendbar sein auf Flächenheizwiderstände, die ohne
Regulierung durch einen Temperaturfühler bei Erhöhung der Temperatur selbsttätig
die Stromaufnahme vermindern und damit weniger Wärme liefern. Als leitendes Material
kommt hierbei insbesondere in Pulverform vorliegender Kohlenstoff, z. B. Graphit
oder Ruß,in Frage.
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Ein Verfahren zur Herstellung von Flächenheizwiderständen ist in der
deutschen Offenlegungsschrift 1 964 292 (Steger) beschrieben, bei dem das Widerstandsmaterial
in einem Flüssigzustandbzw. als Paste, wie man sie beim Auftragen der Farbe oder
von Email hat, auf hitzebeständiges, flexibles oder festes, klarsichtiges oder undurchsichtiges
Zaterial gebracht wird. Das aufgetragene Material besteht zu einem großen Teil aus
feinst zermahlenen Silberplättchen, die durch einen Verbinder so sämig wie bei einer
Farbe gemacht werden. Für größere Ohmwerte der Widerstandsschicht werden der erwähnten
Leitfarbe andere gemahlene Metalle,
wie z. B. Kupfer, Aluminium,
oder Ruß, Graphit oder Karbon beigemischt. Die so dargestellte Leitfarbe wird nach
dem Auftragen einem Trocknungs- oder Einbrenn-Prozess unterworfen. Damit das aufgetragene
Widerstandsmaterial nicht abblätterterhält die Beimischung zur Leitfarbe auch azetonhaltige
Substanzen, so daß eine einätzende Wirkung der Farbe am isolierenden Grundmaterial
erzielt wird. Die Aufbringung der Farbe erfolgt in einem Druckverfahren bei einer
Einbrenntemperatur von 1800 C. it der Trocknung und dem Einbrennen soll erreicht
wrden, daß die danach nicht mehr benötigten Beimengungen völlig ausdunsten. Bei
diesem bekannten Verfahren kommt zum Beispiel 1/2g Bindemittel und l/5g Graphit
auf 1g gemahlenem Silber. Dieser Mischung wird ein ölhaltiger Verdünner bzw. ein
azetonhaltiges Mittel zugesetzt und das Ganze dann verlängert0 Ein elektrisches
Flächenheizelement, bei dem auf einer orientierten Kunststoffolie als elektrisch
leitendes Material Koiilenstoffpartikel festhaftend aufgebracht sind, ist auch durch
die deutsche Patentschrift 2 025 027 (Kalle AG und Klimatechnik-Anstalt, Vaduz)
bekanntgeworden. Die Kohlenstoffpartikel, vorzugsweise Ruß, sind hierbei als Schicht
ohne Bindemittelzusats mit der Oberfläche der Eunststofffolie festhaftend verbunden.
Die Leitp,rikel bestehen hierbei aus Ruß und die Kunststoff-Folie aus Polyäthylenterephthalat
in einer Dicke von 10 bis 50 mm. Die Trägerfolie kann beim Bekannten auch aus Polypropylen
bestehen.
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Für besondere Fälle wird in der genannten Patentschrift vorgeschlagen,
die Schicht aus leitfähigen Partikeln auf der Oberfläche der Trägerfolien aus einer
Abmischung von Ruß und Graphit zu machen. Der rußbeschichteten Oberfläche ist jedoch
in der deutschen Patentschrift 2 025 027 der Vorrang eingeräumt. So enthält z. B.
die auf einer Oberfläche festhaftende Rußschicht 3g Ruß pro m2 Folienoberfläche.
Sie
ist entlang der ganzen Länge der 40 cm langen Breitseite auf der rußbeschichten
Oberfläche durch Aufbringen einer 1 cm breiten Schicht eines üblichen Leitlackes
in an sich bekannter Weise kontaktiert. Der flüssige Leitlack für die Elektrodenbildung
wird im Siebdruckverfahren auf die gesamte Oberfläche des Zuschnitts aufgetragen.
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Der Leitlack besteht aus Silberteilchen, die in einer Flüssigkeit,
bestehend aus in einem Lösungsmittel gelösten folmbildenden Material, dispergiert
sind.
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Durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 903 79 (Kabelu. Metallwerke,
Gutehoffnungshütte AG) ist ein biegsames elektrisches Flächenileizelement bekanntgeworden,
dessen Widerstandsteil ein elektrisch leitfähiges das samt den stromzuführenden
Metallbandelektroden mit einem isolierenden Faservlies vollstandig umgeben ist.
Die isolierenden Faservliese sind einseitig mit einer klebfähigen Schicht versehen.
Mindestens auf einer Seite ist über dem Polyestervlies eine an den Schutzkontakt
angeschlossene Aluminium-Folie angeordnet. Die Aluminium-Bolie ist mit dem isolierenden
Faservlies durch eine dünne Polyäthylen-Folie verbunden, die bei Anwendung von mechanischem
Druck und höherer Temperatur schmilzt und dadurch eine klebende Verbindung herstellt.
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Bei ihrer Verwendung für die elektrische Fußbodenheiz-ung erfahren
die Widerstandselemente vom Typ des elektrischen biegsamen großflächigen Schichtwiderstandes
geringer Schichtdicke eine besonders starke Beanspruchung. Man könnte sich z. B.
Rollen vorstellen, auf denen endlose Bander mit diesen Widerstandsschichten vorrätig
gehalten werden. Je nach Bedarf schneidet man eine Tafel bestimmter Länge von der
Rolle ab und erstellt daraus durch Verlöten die gewünschte Fußboden-Widerstandsheizungsanlage.
Eine solche Maßnahme wurde
u. a. eine einfache Lagerhaltung zur
Folge haben. Beim Einrollen des Schichtwiderstandes erfährt der Flächenwiderstand
eine ziemliche mechanische Beanspruchung. Ändersartige, d. h. Bruchbeanspruchungen,
erfährt die Widerstandsschicht im Gebrauch der ausgelegten Heizungsvorrichtung.
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Hinzukommt, daß bauliche und strukturelle Maßnahmen in der Vielheit
ihrer Kombinationen und Faktoren von erheblichen Einfluß auf die Reproduzierbarkeit
der zu erzeugenden Widerstandswerte sind und es ist leicht einzusehen, daß eine
Einengung der elektrischen Toleranzen mit großen Schwierigkeiten verbunden ist.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, diese
bisher beim Bekannten nur unbefriedigend und unzureichend gelösten Probleme und
Schwierigkeiten zu beheben und hierbei eine Optimierung für die mechanische und
für die elektrische Stabilität der Widerstandsschicht eines elektrischen Fußbodenheizkörpers
zu erreichen.
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Die Erfindung bezieht sich hierbei auf einen biegsamen und breitflächigen
Schichtwiderstands-Heizkörper, insbesondere auf einen elektrischen Fußbodenheizkörper,
in Sandwich-Bauweise mit einer dünnen, im Siebdruckverfahren auf eine isolierende,
biegsame dünne Kunststoff-Folie aufgetragenen elektrischen, graphithaltigen Widerstandsschicht
als Mittelschicht und mit streifenförmigen Elektroden für die elektrische Verbindung
des Heizwiderstandsteiles mit dem Stromnetz.
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Für eine solche Vorrichtung besteht die Erfindung danach darin, daß
auf die dünne breitflächige, viereckige KunststoffiRnlie samt einer Graphit-Widerstandsschicht,
welche mit einem Bindemittel, einem Lösungsmittel und einer Rußbeimengung
vermischt
ist und welche im Siebdruclrverfahren bei einer Siebdruckmaschenweite von etwa 80
bis 120 Maschen/ cm in einer Breite von etwa 50 bis 60 cm auf die Sunststoff-Folie
aufgetragen ist und deren auf gleicher Ebene gegenüberliegende Oberflächen-Ränder
dünne streifenförmige Elektroden tragen, nach Ablauf einer bestimmten Trocknungszeit
für die aufgetragene Graphit-Widerstands-Schicht beidseitig je eine Aluminium-Folie
aufgepreßt sind, welche auf ihrer Anpreßseite je mit einer Polyterephthalsvureester-PE-Folie
kaschiert sind, so daß die siegelnde Kaschierung der einen Aluminium-Folie die Graphit-Widerstands-Schicht
samt den Elektroden luftfrei und porenfrei bedeckt und die Kaschierting der anderen
Aluminium-Folie auf der graphitwiderstandsfreien Seite der Widerstandsschicht-Trägerfolie
hermetisch anliegt und daß die eine kaschierte Aluminium-Folie über den Enden der
darunterliegenden Elektroden je einen Durch bruch für den Anschluß bzw. für die
L&stelle der Anschlußleitungen enthält und daß der Nulleiter des Anschlußkabels
an die nichtkaschierte Außenseite jeder der beiden Aluminium-Folien elektrisch anschließbar
ist.
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Die Erfindung stellt eine besonders glückliche, besonders einfache
und zweckmäßige Vereinigung von zum Teil an sich bekannten Merkmalen dar. Diese
besonders glückliche Zusammenfassung der Kombinationsmerkmale führt zu einem erheblichen,
mannigfach bisher vergeblich erstrebten technischen Fortschritt.
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Der elektrische Graphit-Schichtwiderstandsheizkörper nach der erfindung
gewährleistet eine besonders hohe Lebensdauer, eine sehr gleichmäßige Wärmeverteilung
für die gesamte Schichtfläche und stellt ein besonders einfaches und betriebssicheres
Heizsystem dar, das auch noch nach Jahren ohne Wartung und Ausfall funktionieren
kann.
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Bei einer Betriebsspannung von 220 Volt lassen sich mit der Erfindung
Leistungen in einem Bereich von etwa 80 Watt/ 2 m2 bis 1200 Watt/m erzielen. Als
maximale Gebrauchstemperaturen wurden mit der Vorrichtung nach der Erfindung bei
Dauerbelastung von 800 C und bei Spitzenbelastung sogar + 1300 C erzielt. Die Isolierfolie
hat auf der Oberseite der Vorrichtung nach der Erfindung zweckmäßig eine Dicke von
etwa 75/u mit einer Durchschlagsfestigkeit von etwa 18 kVolt, wahrend die Unterseiten-Folie
etwa 180/u dick ist und eine Durchschlagsfestigkeit von 13,5 kVolt aufweist. Das
Großflächenheizelement nach der Erfindung ist beispielsweise bis zu 10 m Länge auch
in Rollen lagerbar und lieferbar.
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Der besondere technische Vorteil der Erfindung gegenüber dem Stande
der Technik ist vor allem die gute Reproduzierbarkeit der zu erzeugenden Widerstandswerte
und die sehr engen elektrischen Toleranzen, bei einem hohen Schutz vor mechanischen
Beschädigungen und klimatischen Einflüssen und sehr geringer Bauhöhe. Die erreichbare
Dicke der Gesamtheit aller Schichten und Folien (Bauhöhe des Sandwiches) kann weniger
als 1 mm betragen.
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Ein entscheidendes Merkmal der erfindungsgemäßen Kombination ist in
Verbindung mit den übrigen Kombinationsmerkmalen die Graphitschicht mit einem Zusatz
an RuB, Bindemittel und Lösungsmittel, wenn diese als Widerstandsschicht im Siebdruckverfahren
mit einer Maschenweite von etwa 80 bis 120 Maschen/cm auf die dünne Kunststoff-Trägerfolie,
die vorteilhaft aus Polyterephthalsäureester besteht,aufgetragen wird.
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Das als Grundsubstanz in der Widerstandsschicht enthaltene Graphit,
auch als metallische Kohlenstoffmodifiaktion bezeichnet,
ist die
stabilste Form des Kohlenstoffs, die auch bei höchsten Temperaturen beständig ist,
und ist besonders weich. Die bei der Erfindung für die wsuiderstandsschicht auf
dem Träger benutzte flüssige Mischung aus kolloidalem Graphit und dem Zusatzmittel
Ruß sowie beispielsweise einem Kunstharz als Bindemittel wird einem Trocknungsverfahren
unterworfen, so daß das in der Schichtmasse enthaltene Lösungsmittel verdampfen
kann.
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Das Beitvermögen des Graphits nimmt wie bei einem echten Metall mit
steigender Temperatur ab. Für die Erfindung eignet sich als Graphit vorteilhaft
sogenanntes Aquadag. Auquadag ist eine kolloidale Lösung aus Wasser und künstlichem
Graphit (hcheson-Graphit) mit Zusatz von Tannin und Ammoniak. Das Schutzkolloid
Tannin schützt den Graphit vor Ausflockung.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich bei der
Verwendung von Kugelgraphit als Grundsubstanz- in der Heizwiderstandsschicht bei
der Vorrichtung nach der Erfindung. Kugelgraphit wird z. B. in weiß erstarrtem Gußeisen
nach einer Entschwefelung abgeschieden. In der Schmelze des Gußeisens bilden sich
freischwebende und aufsteigende Graphitkugeln. Der in Kugelform abgeschiedene Graphit
hat einen sehr kleinen Durchmesser (etwa 0,007 mm).
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Die Ausscheidung des Kugelgraphits aus der Schmelze ist um so größer,
je höher die Konzentration der Schmelze an Kohlenstoff ist.
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äußerst günstig erweist es sich bei der Erfindung, wenn als Graphit
sogenannter Glanzgraphit, verwendet wird, der auch in feinverteilter Form als lockeres
Pulver erhältlich ist.
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Dieser hat ein besonders großes Adsorptionsvermögen und ist eine hochglänzende
schwarze Abart des Kohlenstoffs und besteht aus äußerst winzigen Graphitkriställchen.
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Die Erfindung ist nicht nur für die Fußboden-Beheizung in geschlossenen
Räumen,sondern auch für die Enteisung von Straßen und von Fahrbahnen sowie auf Brücken
gut geeignet. Die gute Biegsamkeit ermöglicht dabei eine einfache Montage.
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Die Haftfähigkeit der Widerstands schicht ist bei der Erfindung im
Vergleich zum Bekannten beträchtlich erhöht und mit der Unterlage gut verankert.
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Die Erfindung sei nachstehend an Hand der schematischen Zeichnungen
für eine beispielsweise Ausführungsform näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine Querschnittzeichnung eines elektrischen Schichtwiderstandskörpers
nach der Erfindung längs der Scnnittlinie a-a.
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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
nach Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Schnittfläche der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie a-a in Fig. 1.
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Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Schnittfläche der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nach Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie b-b in Fig. 1.
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Fig. 5 zeigt eine beispielsweise Gebrauchsform der Vorrichtung nach
der Erfindung.
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In Fig. 1 ist mit 1 di e die Heizwiderstandsschicht 2 tragende isolierende
Kunststoff-Trägerfolie bezeichnet. Diese Kunststofft
£äger-Folie
1 besteht vorteilhaft aus Polyterephthalsäureester, einem glasklaren, gegen anorganische
Substanzen, organischen Lösungsmitteln, Fetten und Ölen sehr beständigen Material,
das dazu noch wasserundurchlässig, gasdicht und sehr reißfest und stoßfest ist.
Das Material, aus dem die Trägerfolie besteht ist außerdem schwer entflammbar, kochfest
und gut bedruckbar. Im vorliegenden Falle erfolgt der Druck der Graphitwiderstandssubstanz
vorteilhaft im Siebdruckverfahren mit einer Masoke tweite von 80 bis 120 Maschen
pro cm des Drucksiebes, wobei als "Druckfarbe" eine Mischung aus Graphit als Grundsubstanz
und dem Bindemittel, dem Lösungsmittel und Ruß als Zutaten benutzt sind.
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Der Träger 1 kommt dann mit seiner Auflage 2 zum Trocknen.
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Auf die Graphitwiderstandsschicht 2 sind dann die gegenüberliegenden
Elekbrodenstreifen 3 und 4 an den Rändern blasenfrei aufgetragen worden.
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Nach Ablauf einer bestinmten Trocknungszeit wurde auf die aufgedruckte
Graphit-Widerstandsschicht 2 die Aluminium-Folie 6 und auf der Unterseite der Trägerfolie
1 die Aluminium-Bolie 8 aufgepreßt. Jede der beiden Aluminium-Folien 6 und 8 ist
auf der inneren Anpreß-Seite mit einer Eunststoff-Bilie 5 bzw. 7 aus Polyterephthalsäureester
PE kaschiert. Die Bezeichnung PE ist die Abkürzung für Polyäthylen. Die Gesamtdicke
s-des Sas iches ist kleiner als 1 mm.
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Die bei der Erfindung vorgeshenen Materialien und Sieb-Aufdrucksubstanzen
für die Heizwiderstandsschicht 2 ermöglichen völlig b1asenfreUbergänge an den Grenzflächen
benachbarter Sandwich-Schxchten. Die dazu fehlende Porosität der bei der Erfindung
schichtweise zusammentreffenden
Substanzen ermöglicht scharfe
Lbergange besonders in Verbindung mit der sehr haftenden Graphitwiderstandsschicht
2.
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Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, sind die beiden Elektrodenstreifen
3 und 4 L-förmig gestaltet und mit dem L-Fuß an der Kabelanschlußstelle angenähert,
wo kleine Kupf erplättchen 14 und 15 aufgetragen sind. An dieser Stelle ist die
Aluminium-Folie 6 und die Kaschierung 5 durchbrochen. Die Durchbruchs stellen sind
in Fig. 2 mit 9 und 10 und die Anschlußdrähte des Netzkabels mit 11 und 12 bezeichnet.
Der Nulleiter 13 ist auf jeder der beiden äußeren Oberflächenseiten der Aluminium-Folien
6 und 8 angelötet0 Die Lötstellen für die beiden Netzleiter 11 und 12 sitzen auf
den Kupferplättchen 14 und 15 unterhalb der Öffnungen 9 und 10.
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Die Anordnung nach Fig. 5 ist an sich durch die deutsche Offenlegungsschrift
l 816 641 bekannt. Der Einsatz der Erfindung in einer solchen Anordnung ergibt ein
besonders wirtschaftliches Fußbodenelektroheizspeichersystem.
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In Fig. 5 ist mit 20 die Zementdecke, mit 21 ein Isolierschutz aus
Glaswolle, mit 22 der Elektroheizkörper, das ist im vorljegenden Falle die Vorrichtung
nach Fig. 1 gemäß der Erfindung, und mit 23 eine wärmespeichernde Schicht aus Estrich
mit einer Schichthöhe von 4,5-7 oder 8cm bezeichnet. Darüber kommt eine Feinschicht
24, z. B. Parkett, Linoleum oder Teppichfußboden. Die aus Estrich oder dergleichen
bestehende Deckschicht 23 ist mit einer ab ziehbaren Klebefolie überzogen, die nach
einem Entfeuchtungsverfähren und vor einem Nachheizprozeß von etwa 3 bis 4 Wochen
abgezogen wird0 Patentansprüche