EP0719074A2 - Manufacturing method for a flexible, multilayered, mechanically resistant element as low-voltage heating element for planar radiators and flexible planar radiator - Google Patents
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- EP0719074A2 EP0719074A2 EP95250312A EP95250312A EP0719074A2 EP 0719074 A2 EP0719074 A2 EP 0719074A2 EP 95250312 A EP95250312 A EP 95250312A EP 95250312 A EP95250312 A EP 95250312A EP 0719074 A2 EP0719074 A2 EP 0719074A2
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Definitions
- the invention relates to a flexible, flat-shaped component in which electrical energy is converted into thermal energy and which can be used for the energy supply of both flexible and mechanically rigid sheet-like temperature radiators, the surface temperature of which is only slightly, i.e. H. approx. 20 K above the ambient temperature and the heating and warming of rooms, containers, pipes and the like. ⁇ ., As is also provided for the direct heating of people and tears residing in buildings.
- the known heating systems converting electrical energy into thermal energy are designed as electrical resistance heaters, the thermal energy of which is generated in metallic conductors, predominantly surfaces of radiators or air or liquids heated as a heat transfer medium.
- the material of the resistance heating heats up to a high temperature in comparison to the desired room temperature and, unless the heat generated is otherwise transferred to the heat transfer medium, it causes heat radiation from the resistance heating to a few 100 K Resistance heater heated above the ambient temperature, acting as a radiator.
- the surrounding area is heated primarily by forced or free convection.
- heat radiation which is also emitted by a radiator at a high temperature, is perceived as unpleasant and is suppressed or not used to heat the room. For this reason, the efficiency of electrical resistance heating systems is unsatisfactory.
- a heating device embedded in a floor covering which consists of an electrical resistance heater and is embedded in a radiation body layer.
- This is formed from a film consisting of a mixture that is granular and powdery Contains coal, granular and powdery electrically conductive ores, granular and powdery, semiconductive ceramic materials, resins, metal oxides, zinc earth and the like.
- the thermal energy generated by the electrical resistance heating is converted into long-wave infrared radiation in the radiation body layer with the aforementioned composition.
- the heating device designed according to this teaching for a radiant heater can only be used in plate-shaped radiant heaters, ie in rigid flat structures with a considerable plate thickness.
- the production is very costly and the use is limited to new cases, with a large on-site installation required having a disadvantageous effect.
- the flat heating conductor has a carrier fabric made of an insulating material, for example glass fibers, which is impregnated with a composition which contains electrical resistance material and is surrounded on both sides for electrical insulation with a non-conductive, mechanically strong film in an airtight and watertight manner.
- the carrier fabric forms the strength structure for an electrically conductive film.
- Conductive film made of electrical resistance material is created by impregnating the support fabric.
- the non-conductive fibers are either covered with an electrical layer or an electrically conductive resistance substance is embedded in a film-like manner between the non-conductive fibers of the support fabric, the fibers of the support fabric itself retaining the character of a non-conductive support fabric.
- a rigid electrical surface heating element is offered on the market, which consists of webs and underneath a floor wear layer, e.g. B. consisting of textile flooring is arranged.
- These sheet-like heating elements have the same structure as that according to the aforementioned Solution from the published patent application.
- the shortcomings inherent in this panel heater are the same.
- this surface heating element shows that it is inelastic and that the film-like layers, ie the impregnated glass fiber fabric embedded in two outer layers, do not form a composite, have different thermal expansion and therefore cannot have a defined surface heating output.
- the aim of the invention is to increase the overall efficiency in the conversion of electrical energy into heat radiation energy in the case of sheet-like heating elements for large-area radiation heating devices, and thus to lower the heating costs for the operator, and on the other hand to reduce the costs for installing large-area radiation heating devices in which heating elements are used to reduce, as well as to achieve a uniform temperature distribution over the surface of the heating element for radiant heaters and not to limit the use of the same as web material to pure new buildings, whereby the adaptation to different room contours during assembly must be possible without great effort and the same , used as a heating mat, must adapt well to different surface shapes.
- the invention is based on the object of converting an electrical energy into heat energy sheet-like flexible heating element with a defined mechanical strength using fibrous or filament-like carbon modifications and with a resistance value that does not change during use, i. H. with a constant heating output for heat-radiating, largely flexible fabrics, within which the dominant heat equivalent from the electrical energy supplied is largely converted into long-wave infrared radiation and at the same time only a weak heating of the heat-radiating fabric itself by no more than 20 K above that Ambient temperature occurs.
- This task was predominantly achieved by a method for producing a mechanically resilient sheet-like composite of layers between a mechanically not resilient fiber web and at least one mechanically resilient Solved textile fabric or nonwoven web, in which according to the invention, according to a planar design of a dielectric textile fabric or nonwoven web, there is a mechanically resilient fiber web consisting of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers or a mixture of carbon fibers and non-conductive fibers, for example glass fibers is applied with a disordered arrangement of fibers with regard to their longitudinal and transverse orientation, in the form of a nonwoven fabric or in an ordered state in the form of a woven, knitted or knitted fabric made of carbon fibers, and these webs or a further dielectric, textile fabric web is subsequently applied to the mechanically electrical fiber web with limited load capacity is applied and these are then mechanically connected to one another, for example by needling.
- a mechanically resilient fiber web consisting of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers or a mixture of carbon fibers and
- the mechanically limited loadable, electrically conductive fiber web becomes one in the embodiment of the method proposed according to the invention for fixing the position of the carbon fibers in their crossing or contact points
- Layer composite partially pre-impregnated or coated with a plastic, the pre-impregnation and / or coating of the electrically conductive non-metallic fibers of the fiber web being carried out by means of a filled or unfilled compact or foamed plastic combination consisting of a polymer.
- the layer composite consisting of carrier layer, fiber web and cover layer is optionally with an application of a plastisol consisting of PVC paste, a high-solid system (PUR) or with an application of a thermoplastic Condition of the polymer melt and then the carrier layer, the fiber web and the cover layer are combined to form a layer composite by applying a joining force.
- a plastisol consisting of PVC paste, a high-solid system (PUR)
- PUR high-solid system
- a sheet-like heating element for a flexible heat-radiating flat structure in which electrical energy is converted into thermal energy, the heating element consisting of a sheet-like resistance heater containing non-metallic materials, and according to the invention the sheet-like heating element from a carrier layer and a layer thereon or arranged therein and with this mechanically connected, made of electrically conductive, non-metallic fibers, mechanically limited resilient fiber web and the electrically conductive fiber web is provided on its opposite sides with a power supply device enabling the application of a voltage to the fiber web.
- the sheet-like heating element consists of a mechanically resilient carrier layer, a mechanically resilient cover layer and an interposed and mechanically connected to these aforementioned layers, made of an electrically conductive, mechanically limited resilient fiber web containing no metallic fibers, each of which has a Applying a voltage to the fiber supply enabling power supply device is provided.
- the sheet-like heating element consists of a layer composite, preferably mechanically produced by needling, between a dielectric textile carrier layer and an electrically conductive fiber web or from a dielectric, textile carrier layer, an electrically conductive fiber web and a dielectric textile top layer.
- the mechanically limited loadable fiber web consists of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers, these lying in unordered directions with regard to their longitudinal and transverse orientation and forming a nonwoven fabric.
- the mechanically limited loadable fiber web consists of a mixture of electrically conductive fibers, or of electrically conductive and non-conductive fibers, predominantly carbon fibers, or a mixture of carbon fibers and glass fibers or / and / or textile fibers, these fibers with respect to their longitudinal and transverse orientation disorderly directions and form a nonwoven fabric.
- the mechanically resilient fiber web can consist of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers, which are combined into bundles in which a large number of silk-like carbon threads, so-called carbon fiber filaments, are arranged parallel to one another in their longitudinal direction, these carbon fiber bundles being arranged transversely to them Synthetic fiber threads provided in the longitudinal direction are connected to form a fabric-like flat structure, in which the carbon fiber bundles are attached as so-called warp threads and the synthetic fiber threads as so-called weft threads.
- the mechanically non-resilient fiber web can consist of a flat fabric woven, knitted or knitted from electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers or a mixture of electrically non-conductive fibers and carbon fibers.
- the fleece consisting of carbon fibers has a defined fleece thickness and a microporous structure with cavities that extend into the fleece thickness.
- the carbon fiber fleece with a specific fleece thickness and a specific fiber density has a radiation coefficient which is very close to that of the ideal "black body", which does not exist in reality.
- there are cavities extending between the carbon fibers of the nonwoven fabric which, according to the definition, correspond in their design to that of a "black box”, that is to say they form a "black body” with great approximation and as the cause are to be considered for the high radiation coefficient.
- a carbon fiber fleece was used in accordance with the invention which has the desired high degree of conversion of electrical energy used into radiation energy when the carbon fiber fleece is heated within a temperature range of up to 40 ° C.
- the fiber fleece forming the sheet-like flexible heating element was coated on one or both sides with a filled or filler-free compact or foamed polymer, the electrically conductive fibers being wholly or partly penetrated by this polymer composition .
- a flat-shaped heating element for a flexible, heat-radiating flat structure consisting of a mechanically resilient sheet-like composite between a mechanically not resilient, electrically conductive, non-metallic fiber web and at least one mechanically resilient, dielectric, predominantly textile woven, knitted, knitted or nonwoven web formed from a dielectric textile carrier layer 1, an electrically conductive fiber web 2 and a further dielectric textile cover layer 3.
- the electrically conductive fiber web 2 is on opposite sides 4; 5 with one not provided power supply device for applying a voltage to the electrically conductive fiber web.
- the layered composite is mechanically joined to form a layered composite by so-called needling according to the principle of producing needle felt.
- the layered composite produced by this method can be subjected to mechanical loads and can be subjected to further processing in and into sheet-like structures and in this itself can take on a supporting function in combination with other materials.
- the mechanically limited loadable, electrically conductive fiber web 2 is closed before or during processing in order to fix the position of the carbon fibers in their crossing or contact points a layer composite partially or completely pre-impregnated or coated with a plastic, the pre-impregnation and / or coating of the electrically conductive non-metallic fibers of the fiber web being carried out by means of a filled or unfilled compact or foamed plastic combination consisting of a polymer, and the carbon fibers are not electrically are isolated from each other, but only coated or a polymer composition is inserted between them, for example.
- the layer composite consisting of backing layer 1, fiber web 2 and top layer 3 is optionally coated with a plastisol consisting of PVC paste, a high-solid system (PUR) or with a single layer provided in the thermoplastic state of the polymer melt and then the carrier layer 1, the fiber web 2 and the cover layer 3 are combined to form a layer composite using a joining force.
- a plastisol consisting of PVC paste, a high-solid system (PUR) or with a single layer provided in the thermoplastic state of the polymer melt and then the carrier layer 1, the fiber web 2 and the cover layer 3 are combined to form a layer composite using a joining force.
- a heating element has been developed in which, by using a nonwoven predominantly made of carbon fibers as a radiating fiber web, a high degree of conversion of electrical energy fed into heat radiation when the surface of the fiber web is heated does not exceed a permissible temperature limit of 28 ° C because the structure of this nonwoven comes very close to that of an ideal black body.
- the method according to the invention ensures that the fiber web used, consisting of carbon fibers, can be subjected to mechanical loads, as a result of which the carbon fiber fleece in the present embodiment can be introduced as a heating element in heat-radiating flexible flat structures.
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
- Surface Heating Bodies (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein flexibles, flächenförmig ausgebildetes Bauelement, in dem elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird und das für die Energieversorgung von sowohl flexiblen als auch mechanisch starren flächenförmigen Temperaturstrahlern einsetzbar ist, deren Oberflächentemperatur nur geringfügig, d. h. ca. 20 K über der Umgebungstemperatur liegt und der Beheizung und Erwärmung von Räumen, Behältern, Rohrleitungen u. ä., wie auch zur direkten Erwärmung von sich in Baukörpern aufhaltenden Menschen und Teren vorgesehen ist.The invention relates to a flexible, flat-shaped component in which electrical energy is converted into thermal energy and which can be used for the energy supply of both flexible and mechanically rigid sheet-like temperature radiators, the surface temperature of which is only slightly, i.e. H. approx. 20 K above the ambient temperature and the heating and warming of rooms, containers, pipes and the like. Ä., As is also provided for the direct heating of people and tears residing in buildings.
Die bekannten, Elektroenergie in Wärmeenergie umwandelnden Heizsysteme sind als elektrische Widerstandsheizungen ausgebildet, deren in metallischen Leitern erzeugte Wärmeergie vorwiegend Flächen von Heizkörpern oder Luft oder Flüssigkeiten als Wärmeträger erwärmt. Bei der Umsetzung von Elektronergie in Wärmeenergie erwärmt sich das Material der Widerstandsheizung auf eine im Vergleich zu den angestrebten Raumtemperaturen hohe Temperatur und diese bewirkt, sofern die erzeugte Wärme nicht anderweitig an Wärmeträger abgegeben wird, eine von der Widerstandsheizung ausgehende Wärmestrahlung durch eine auf einige 100 K über der Umgebungstemperatur erhitzte, als Strahler wirkende Widerstandsheizung. Bei diesen Heizsystemen erfolgt erfahrungsgemäß die Erwärmung der Umgebung vorwiegend durch eine erzwungene oder freie Konvektion. Die Wärmestrahlung, die außerdem von einem Strahler mit einer hohen Temperatur ausgeht, wird erfahrungsgemäß als unangenehm empfunden und wird unterdrückt bzw. nicht zur Raumerwärmung herangezogen. Der Wirkungsgrad von elektrischen Widerstandsheizsystemen ist aus diesem Grunde unbefriedigend.The known heating systems converting electrical energy into thermal energy are designed as electrical resistance heaters, the thermal energy of which is generated in metallic conductors, predominantly surfaces of radiators or air or liquids heated as a heat transfer medium. When converting electronic energy into thermal energy, the material of the resistance heating heats up to a high temperature in comparison to the desired room temperature and, unless the heat generated is otherwise transferred to the heat transfer medium, it causes heat radiation from the resistance heating to a few 100 K Resistance heater heated above the ambient temperature, acting as a radiator. Experience has shown that with these heating systems, the surrounding area is heated primarily by forced or free convection. Experience has shown that heat radiation, which is also emitted by a radiator at a high temperature, is perceived as unpleasant and is suppressed or not used to heat the room. For this reason, the efficiency of electrical resistance heating systems is unsatisfactory.
Bei der Nutzung nichtelektrischer Heizsysteme sind durch Absenkung der Temperaturen des Wärmeträgermediums, d. h. durch die Einführung von Niedertemperaturheizsystemen bei entsprechender Vergrößerung der Heizflächen, erhebliche Senkungen des Energiebedarfs der Heizungen erreicht worden. Als effektive Heizsysteme wurden Niedertemperaturluftheizungen entwickelt. Heizsysteme mit einer auf Konvektion beruhenden Wärmeübertragung oder solche, die auf Basis der Umwälzung von erwärmter Luft beruhen, haben jedoch den Nachteil einer erheblichen Staubbelastung für die hiermit beheizten Räume. Erhöhte Staubkonzentration in Verbindung mit geringer Luftfeuchtigkeit, wie sie bei relativ hohen Lufttemperaturen in so beheizten Räumen üblich sind, führen zu physiologisch als unangenehm empfundenen Bedingungen und zu negativen Auswirkungen auf den menschlichen Atemtrakt.When using non-electric heating systems, by lowering the temperatures of the heat transfer medium, ie by introducing low-temperature heating systems with a corresponding increase in the heating surfaces, considerable reductions in the energy requirements of the heaters have been achieved. Low-temperature air heaters have been developed as effective heating systems. Heating systems with a heat transfer based on convection or those based on the circulation of heated air, however, have the disadvantage of considerable dust pollution for the rooms heated with them. Increased dust concentration in combination with low air humidity, as is common with relatively high air temperatures in rooms heated in this way, lead to physiologically uncomfortable conditions and negative effects on the human respiratory tract.
Nachteile dieser Art werden weitgehend durch Strahlungsheizungen vermieden, vorausgesetzt, die Wärmezufuhr in die zu beheizenden Räume bzw. den zu erwärmenden Körper erfolgt überwiegend durch Wärme-Strahlung und nur zu einem geringen Teil durch Konvektion und/oder durch Wärmleitung, d. h. durch die Erwärmung von Körpern im Raum über strahlungsfreie Wärmeübertragung und Wärmeleitung.Disadvantages of this type are largely avoided by radiant heating, provided that the heat is supplied to the rooms to be heated or the body to be heated predominantly by heat radiation and only to a small extent by convection and / or by heat conduction, i. H. by heating bodies in the room via radiation-free heat transfer and heat conduction.
Hierfür liegt eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen vor. Diese nutzen als elektrische Widerstandsheizung vorwiegend streifen- oder drahtförmige Widerstands-Heizelemente. Zur Wandlung der zunächst erzeugten Wärme in Strahlungsenergie werden z. T. flächige Strahlungskörper, beispielsweise Filme oder Schichten aus Kohlenstoff (Ruß, Graphit), elektrisch leitenden Erzen, Keramik u. a. genutzt. Der Erzielung eines hohen Wirkungsgrades für die Umwandlung elektrischer Energie in Infrarot-Strahlungsenergie steht die zu hohe Elektroenergiezufuhr je Flächeninhalt (größer als 300 W/m ² ) und das Fehlen von Bedingungen für eine möglichst verlustfreie Abgabe der zugeführten Energie in Form von Strahlungsenergie entgegen. Andere Lösungen gehen, auch aus Gründen der Vermeidung zu hoher Temperaturen und damit der Entzündung brennbarer Stoffe im Bereich der Heizung, von einer zu geringen Energiezufuhr, beispielsweise bei 80 W/m², aus, was eine Vergrößerung der erforderlichen Strahlungsheizflächen erforderlich macht und eine sehr gute Wärmedämmung eines Gebäudes voraussetzt.There are a number of proposed solutions for this. As electrical resistance heating, they mainly use strip or wire-shaped resistance heating elements. To convert the heat initially generated into radiation energy z. T. flat radiating bodies, for example films or layers of carbon (soot, graphite), electrically conductive ores, ceramics and. a. used. The achievement of a high degree of efficiency for the conversion of electrical energy into infrared radiation energy is opposed by the excessive electrical energy supply per surface area (greater than 300 W / m 2) and the lack of conditions for a loss-free delivery of the supplied energy in the form of radiation energy. Other solutions assume, also for reasons of avoiding too high temperatures and thus the ignition of combustible materials in the area of heating, that the energy input is too low, for example at 80 W /
Nach der DE-PS 39 22 465 ist eine in einen Bodenbelag eingebettete Heizvorrichtung bekannt geworden, die aus einer elektrischen Widerstandsheizung besteht und in eine Strahlungskörperschicht eingebettet ist. Diese wird aus einem Film gebildet, der aus einem Gemisch besteht, das körnige und pulverförmige Kohle, körnige und pulverförmige elektrisch leitende Erze, körnige und pulverförmige, halbleitende keramische Stoffe, Harze, Metalloxide, Zinkonerde und dgl. enthält. Die durch die elektrische Widerstandsheizung erzeugte Wärmeenergie wird nach dieser Lösung in der Strahlungskörperschicht mit vorgenannter Zusammensetzung in langwellige Infrarot-Strahlung umgewandelt. Die nach dieser Lehre für eine Strahlungsheizung ausgebildete Heizvorrichtung kann ausschließlich in plattenförmigen Strahlungsheizungen, d. h. in starren Flächengebilden mit einer erheblichen Plattendicke eingesetzt werden. Außerdem ist die Herstellung sehr kostenaufwendig und der Einsatz ist auf Neubaufälle beschränkt, wobei ein erforderlicher großer bauseitiger Installationsaufwand sich nachteilig auswirkt.According to DE-PS 39 22 465, a heating device embedded in a floor covering has become known, which consists of an electrical resistance heater and is embedded in a radiation body layer. This is formed from a film consisting of a mixture that is granular and powdery Contains coal, granular and powdery electrically conductive ores, granular and powdery, semiconductive ceramic materials, resins, metal oxides, zinc earth and the like. According to this solution, the thermal energy generated by the electrical resistance heating is converted into long-wave infrared radiation in the radiation body layer with the aforementioned composition. The heating device designed according to this teaching for a radiant heater can only be used in plate-shaped radiant heaters, ie in rigid flat structures with a considerable plate thickness. In addition, the production is very costly and the use is limited to new cases, with a large on-site installation required having a disadvantageous effect.
Durch die offengelegte Patentanmeldung DE-OS 26 19 466 ist ein flächenhaftes, mit elektrischer Energie gespeistes Raumheizungs-Fertigbauelement bekannt geworden, bei dem an allen Stellen seiner Fläche im wesentlichen die gleiche Menge elektrischer Energie in Wärme umgesetzt wird, wobei dieses einen Flächenheizleiter aufweist. Dieser Flächenheizleiter besitzt nach dem Schutzbegehren dieser offengelegten Patentanmeldung eine Folienform. Die Stromzuführung zu dem Flächenheizleiter erfolgt an den gegenüberliegenden Seiten desselben, entlang jeweils einer ausgedehnten Linie über Bänder aus Metall, vorzugsweise Kupferlitzenbänder, die durch Aufnähen oder Aufheften am Rand des Flächenheizleiters zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit der Widerstandsschicht des Flächenheizleiters befestigt sind. Der Flächenheizleiter weist ein Trägergewebe aus einem isolierenden Material, z.B. Glasfasern auf, das mit einer Komposition, die elektrisches Widerstandsmaterial enthält, imprägniert und zur elektrischen Isolierung beiderseitig mit einer nichtleitenden, mechanisch festen Folie luft- und wasserdicht umgeben ist. Nach dieser Lehre bildet das Trägergewebe das Festigkeitsgerüst für einen elektrisch leitenden Film. Der leitende, aus elektrischem Widerstandsmaterial bestehende Film entsteht durch Imprägnierung des Stützgewebes. Durch diese Imprägnierung mittels einer auf die Fasern des Stützgewebes aufgetragen Dispersion sind die nichtleitenden Fasern entweder mit einer elektrischen Schicht umhüllt oder zwischen den nichtleitenden Fasern des Stützgewebes ist eine elektrisch leitende Widerstandssubstanz filmartig eingelagert, wobei die Fasern des Stüzgewebes selbst den Charakter eines nichtleitenden Stützgewebes beibehalten.Through the published patent application DE-OS 26 19 466 a flat, prefabricated space heating element supplied with electrical energy is known, in which essentially the same amount of electrical energy is converted into heat at all points of its surface, this having a surface heating conductor. This surface heating conductor has a foil shape after the protection request of this published patent application. The current supply to the surface heating conductor takes place on the opposite sides thereof, along an extended line in each case via strips of metal, preferably copper braid strips, which are fastened by sewing or tacking on the edge of the surface heating conductor to produce an electrical contact with the resistance layer of the surface heating conductor. The flat heating conductor has a carrier fabric made of an insulating material, for example glass fibers, which is impregnated with a composition which contains electrical resistance material and is surrounded on both sides for electrical insulation with a non-conductive, mechanically strong film in an airtight and watertight manner. According to this teaching, the carrier fabric forms the strength structure for an electrically conductive film. Of the Conductive film made of electrical resistance material is created by impregnating the support fabric. As a result of this impregnation by means of a dispersion applied to the fibers of the support fabric, the non-conductive fibers are either covered with an electrical layer or an electrically conductive resistance substance is embedded in a film-like manner between the non-conductive fibers of the support fabric, the fibers of the support fabric itself retaining the character of a non-conductive support fabric.
Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß die in dieser Offenlegungsschrift aufgabenhaft formulierte Angabe im Schutzbegehren als Bedingung für die zu erwartenden Vorteile, daß im wesentlichen an allen Stellen des Flächenheizers die gleiche Menge elektrischer Energie in Wärme umgesetzt wird, nicht realisiert wird. Die Ursache für diesen Mangel liegt in der offenbarten Lösung selbst. Das mit einer leitenden Komposition imprägnierte elektrisch nichtleitende Stützgewebe, d.h. der hierdurch entstandene, elektrisch leitende Filmauftrag weist keinen konstanten Widerstand über die Flächenverteilung auf. Das Versagen der Lösung geht auf eine Feuchtigkeitsempfindlichkeit der Komposition, einen unterschiedlich starken Auftrag von leitendem Material auf dem Stützgewebe und auf eine zu geringe Elastizität des Beschichtungsverbundes zurück. Weiterhin ist zur elektrischen Isolierung des Heizleiters dieser beiderseitig mit einer nichtleitenden, mechanisch festen Folie luft- und wasserdicht umgeben. Hierin liegt u.a. die mangelhafte Elastizität begründet.This solution has the disadvantage that the information formulated in this application in the request for protection as a condition for the expected advantages that the same amount of electrical energy is converted into heat at all points of the surface heater is not realized. The reason for this deficiency lies in the disclosed solution itself. The electrically non-conductive support fabric impregnated with a conductive composition, i.e. the resulting electrically conductive film does not show a constant resistance over the surface distribution. The failure of the solution is due to a moisture sensitivity of the composition, a different application of conductive material on the support fabric and an insufficient elasticity of the coating composite. Furthermore, for electrical insulation of the heating conductor, it is surrounded on both sides with a non-conductive, mechanically firm film in an airtight and watertight manner. This includes the poor elasticity justifies.
Weiterhin wird auf dem Markt ein starres elektrisches Flächenheizelement angeboten, das aus Bahnen besteht und unterhalb einer Fußbodenverschleißschicht, z. B. bestehend aus textilem Fußbodenbelag, angeordnet wird. Diese flächenförmigen Heizelemente weisen den gleichen Aufbau wie die nach der vorgenannten Lösung aus der offengelegten Patentanmeldung auf. Die Mängel, die diesem Flächenheizelement anhaften, sind die gleichen. Insbesondere zeigt sich an diesem Flächenheizelemnt, daß dieses unelastisch ist und die folienhaften Schichten, d.h. das in zwei Deckschichten eingebettete imprägniertes Glasfasergewebe keinen Verbund bilden, eine unterschiedliche Wärme-ausdehnung aufweisen und dadurch über keine definierte Flächenheizleistung verfügen können.Furthermore, a rigid electrical surface heating element is offered on the market, which consists of webs and underneath a floor wear layer, e.g. B. consisting of textile flooring is arranged. These sheet-like heating elements have the same structure as that according to the aforementioned Solution from the published patent application. The shortcomings inherent in this panel heater are the same. In particular, this surface heating element shows that it is inelastic and that the film-like layers, ie the impregnated glass fiber fabric embedded in two outer layers, do not form a composite, have different thermal expansion and therefore cannot have a defined surface heating output.
Allen zwei zuvor beschiebenen Flächenheizleitern ist es neben den beschriebenen Mängeln eigen, daß eine Verlegung sehr kostenaufwendig ist und die Flächenheizelemente sehr störanfällig sind, da diese nicht punktweise belastbar sind.In addition to the deficiencies described, it is inherent in all two previously described surface heating conductors that laying them is very costly and the surface heating elements are very susceptible to faults, since they cannot be loaded at certain points.
Zur Behebung dieses Mangels der vorbeschiebenen Flächenheizelemente ist eine Lösung bekannt geworden, bei der das beschichtete Trägergewebe, das den eigentlichen Heizleiter darstellt, durch einen elektrisch leitenden Kunststoff ersetzt worden ist. Als Kunststoff wurde Hostaflon, das aus der Raumforschung als hitzebeständig bekannt ist, eingesetzt. Neben den Vorteilen dieses Materials weist ein Flächenheizelement aus diesem Kunststoff den Nachteil auf, daß es über eine relativ hohe Dicke verfügt und die Größe eine eingeschränkte Flächenausdehnung von maximal ca 1 m² aufweist. Die Verlegung als Fußbodenheizung ist hierdurch kostenaufwendig und sehr eingeschränkt.To remedy this deficiency of the surface heating elements described above, a solution has become known in which the coated carrier fabric, which is the actual heating conductor, has been replaced by an electrically conductive plastic. Hostaflon, which is known as heat-resistant from spatial research, was used as the plastic. In addition to the advantages of this material, a surface heating element made of this plastic has the disadvantage that it has a relatively high thickness and the size has a limited surface area of a maximum of approximately 1 m². The installation as underfloor heating is therefore costly and very limited.
Weiterhin ist aus der Literatur bekannt geworden, daß wegen der elektrischen und thermischen Eigenschaften von Kohlenstoffaserstoffen sich diese als Heizschicht an verstärkten Kunststoffkomponenten angebracht, eignen. Dabei wird das Prinzip der Widerstandsheizung angewendet. Die Ausnutzung der o. g. Eigenschaften führte lediglich zu einem Demonstrationsmodell, das aus einer Kunststoffplatte aus glasfaserverstärktem Polyesterharz bestand, die als Heizplatte ausgebildet wurde. Hierzu wurde zwischen zwei starren Kunststoffschichten ein Kohlenstoffaservlies vorgesehen, wobei die Kohlenstoffaserschicht an beiden Enden mit zwei Messingelektroden elektrisch verbunden war. Versuche mit einer solchen tafelförmigen Heizplatte ergaben eine Erwärmung derselben auf eine Temperatur von ca. 150 ° C. Diese Anwendung von Kohlenstoffaservliese als einen ohmschen Widerstand für Heizzwecke ging über eine Anregung für andere Einsatzmöglichkeiten nicht hinaus, da beispielsweise ein Einsatz von Kohlenstoffasern in flexilben Kunststoffbahnen wegen der Übertragung von Elektroenergie auf die Fasern des Kohlenstoffaservlieses über Messingelektroden versagt hat und bei größeren Flächengebilden zu unzulässig hohen Erwärmungen der Kontaktelektroden geführt hat.Furthermore, it has become known from the literature that, because of the electrical and thermal properties of carbon fiber materials, they are suitable as a heating layer on reinforced plastic components. The principle of resistance heating is applied. Exploitation of the above properties only led to a demonstration model consisting of a plastic plate made of glass fiber reinforced polyester resin, which was designed as a heating plate. For this purpose, a carbon fiber fleece was provided between two rigid plastic layers, the carbon fiber layer being electrically connected at both ends to two brass electrodes. Experiments with such a tabular heating plate have resulted in the same being heated to a temperature of approximately 150 ° C. This use of carbon fiber nonwovens as an ohmic resistor for heating purposes did not go beyond an suggestion for other possible uses, for example because carbon fibers are used in flexible yellow plastic webs the transmission of electrical energy to the fibers of the carbon fiber fleece via brass electrodes has failed and has led to inadmissibly high heating of the contact electrodes in the case of larger flat structures.
Das in dieser Literaturstelle (Zeitschrift "Plastverarbeiter" 1988, S. 18 ff) ausgewiesene Demonstrationsmodell einer Heizplatte berücksichtigt im Aufbau die Eigenschaften des Karbonvlieses, nämlich, daß das Kohlenstoffaservlies für sich mechanisch nicht belastbar ist. Sofern diese Fasern nicht auf Platten aus einem Feststoffdielektrikum angebracht bzw. in solche eingebettet sind und dadurch die Kohlenstoffasern in ihrer Anordnung zueinander innerhalb des Vlieses fixiert sind, verliert das Kohlenstoffaservlies die positiven Eigenschaften eines ohmschen Widerstandes. Versuche haben ergeben, daß insbesondere bei wechselhafter mechanischer Beanspruchung die einzelnen Kohlenstoffasern durch Reibung der einzelnen Fasern untereinander innerhalb des Faservlieses zerfallen und das Faservlies in eine Pulverform übergegangen ist. Diese Empfindlichkeit des Kohlenstoffaservlieses gegenüber mechanischen Beanspruchungen schließt die Verwendung desselben als einen ohmschen Widerstand in mechanisch hoch belasteten Flächengebilden zunächst aus.The demonstration model of a heating plate shown in this literature reference (magazine "Plastverarbeiter" 1988, p. 18 ff) takes into account the properties of the carbon fleece, namely that the carbon fiber fleece cannot be mechanically loaded by itself. If these fibers are not attached to or embedded in plates made of a solid dielectric and the carbon fibers are thereby fixed in their arrangement relative to one another within the fleece, the carbon fiber fleece loses the positive properties of an ohmic resistance. Experiments have shown that the individual carbon fibers disintegrate within the nonwoven fabric due to the friction of the individual fibers with one another, in particular in the event of changing mechanical loads, and the nonwoven fabric has changed into a powder form. This sensitivity of the carbon fiber fleece to mechanical stresses initially precludes its use as an ohmic resistance in mechanically highly stressed fabrics.
Mit der Erfindung wird bezweckt, bei flächenförmigen Heizelementen für großflächige Strahlungsheizeinrichtungen einerseits den Gesamtwirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme-Strahlungsenergie zu erhöhen und damit die Heizkosten für den Betreiber zu senken und andererseits die Kosten für eine Installation von großflächigen Strahlungsheizeinrichtungen, in denen Heizelemente verwendet werden, zu senken, sowie eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Fläche des Heizelementes für Strahlungsheizeinrichtungen zu erreichen und den Einsatz derselben als Bahnenware nicht auf reine Neubauten zu beschränken, wobei die Anpassung an unterschiedliche Raumkonturen bei der Montage ohne großen Aufwand möglich sein muß und sich dasselbe, als Heizmatte eingesetzt, unterschiedlichen Oberflächenformen gut anpassen muß.The aim of the invention is to increase the overall efficiency in the conversion of electrical energy into heat radiation energy in the case of sheet-like heating elements for large-area radiation heating devices, and thus to lower the heating costs for the operator, and on the other hand to reduce the costs for installing large-area radiation heating devices in which heating elements are used to reduce, as well as to achieve a uniform temperature distribution over the surface of the heating element for radiant heaters and not to limit the use of the same as web material to pure new buildings, whereby the adaptation to different room contours during assembly must be possible without great effort and the same , used as a heating mat, must adapt well to different surface shapes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Elektroenergie in Wärmeenergie umwandelndes flächenförmiges flexibles Heizelement mit einer definierten mechanischen Festigkeit unter Verwendung von faserförmigen oder filament-artigen Kohlenstoffmodifikationen und mit einem sich während des Gebrauchs nicht verändernden Widerstandswert, d. h. mit einer konstant bleibenden Heizleistung für wärmestrahlende, weitgehend flexible Flächengebilde zu entwickeln, innerhalb dessen das dominierende Wärmeäquvalent aus der zugeführten Elektroenergie weitestgehend in langwellige Infrarot-Strahlung umgewandelt wird und dabei gleichzeitig nur eine schwache Erwärmung des wärmestrahlenden Flächengebildes selbst um nicht mehr als 20 K über der Umgebungstemperatur eintritt.The invention is based on the object of converting an electrical energy into heat energy sheet-like flexible heating element with a defined mechanical strength using fibrous or filament-like carbon modifications and with a resistance value that does not change during use, i. H. with a constant heating output for heat-radiating, largely flexible fabrics, within which the dominant heat equivalent from the electrical energy supplied is largely converted into long-wave infrared radiation and at the same time only a weak heating of the heat-radiating fabric itself by no more than 20 K above that Ambient temperature occurs.
Diese Aufgabe wurde durch ein Verfahren zur Herstellung eines mechanisch belastbaren flächenförmigen Schichtverbundes zwischen einer mechanisch nicht belastbaren Faserbahn und mindestens einer mechanisch belastbaren, vorwiegend textilen Gewebe- oder Vliesbahn gelöst, bei dem erfindungsgemäß nach einer flächenförmigen Auslegung einer dielektrischen textilen Gewebe- oder Vliesbahn auf diese eine mechanisch begrenzt belastbare, aus elektrisch leitenden Fasern, vorwiegend Kohlenstoffasern oder aus einem Gemisch von Kohlenstoffasern und nichtleitenden Fasern, beispielsweise Glasfasern, bestehende Faserbahn mit einer ungeordneten Anordnung von Fasern hinsichtlich ihrer Längs- und Querorientierung, in Form eines Faservlieses oder in einem geordneten Zustand in Form eines Gewebes, Gewirkes oder eines Gestrickes aus Kohlenstoffasern aufgebracht wird, und diese Bahnen oder eine weitere dielektrische, textile Gewebebahn anschließend auf die mechanisch begrenzt belastbare, elektrische Faserbahn aufgebracht und diese dann beispielsweise durch Vernadeln miteinander mechanisch verbunden werden.This task was predominantly achieved by a method for producing a mechanically resilient sheet-like composite of layers between a mechanically not resilient fiber web and at least one mechanically resilient Solved textile fabric or nonwoven web, in which according to the invention, according to a planar design of a dielectric textile fabric or nonwoven web, there is a mechanically resilient fiber web consisting of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers or a mixture of carbon fibers and non-conductive fibers, for example glass fibers is applied with a disordered arrangement of fibers with regard to their longitudinal and transverse orientation, in the form of a nonwoven fabric or in an ordered state in the form of a woven, knitted or knitted fabric made of carbon fibers, and these webs or a further dielectric, textile fabric web is subsequently applied to the mechanically electrical fiber web with limited load capacity is applied and these are then mechanically connected to one another, for example by needling.
Sofern dieser flächenförmige Schichtverbund einer höheren, und zwar teilweise einer punktförmigen mechanischen Belastung ausgesetzt ist, wird in Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zwecks Lagefixierung der Kohlenstoffasern in ihren Kreuzungs- bzw. Berührungspunkten die mechanisch begrenzt belastbare, elektrisch leitende Faserbahn vor oder während der Verarbeitung zu einem Schichtverbund partiell vorimprägniert oder mit einem Kunststoff beschichtet, wobei die Vorimprägnierung und/oder Beschichtung der elektrisch leitenden nicht-metallischen Fasern der Faserbahn mittels einer gefüllten oder ungefüllten kompakten oder geschäumten, aus einem Polymer bestehenden Kunststoffkombination erfolgt. Weiterhin wird nach einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens der aus Trägerschicht, Faserbahn und Deckschicht bestehende Schichtverbund wahlweise mit einem Auftrag aus einem aus PVC-Paste bestehenden Plastisol, aus einem High-Solid-System (PUR) oder mit einem Auftrag aus einer sich im thermoplastischen Zustand befindenden Polymerschmelze versehen und anschließend werden die Trägerschicht, die Faserbahn und die Deckschicht unter Aufwendung einer Fügekraft zu einem Schichtverbund vereint.If this sheet-like layer composite is exposed to a higher, and sometimes a point-like, mechanical load, the mechanically limited loadable, electrically conductive fiber web becomes one in the embodiment of the method proposed according to the invention for fixing the position of the carbon fibers in their crossing or contact points Layer composite partially pre-impregnated or coated with a plastic, the pre-impregnation and / or coating of the electrically conductive non-metallic fibers of the fiber web being carried out by means of a filled or unfilled compact or foamed plastic combination consisting of a polymer. Furthermore, according to a further embodiment of the proposed method, the layer composite consisting of carrier layer, fiber web and cover layer is optionally with an application of a plastisol consisting of PVC paste, a high-solid system (PUR) or with an application of a thermoplastic Condition of the polymer melt and then the carrier layer, the fiber web and the cover layer are combined to form a layer composite by applying a joining force.
Nach diesem Verfahren ist ein flächenförmiges Heizelement für ein flexibles wärmestrahlendes Flächengebilde herstellbar, in dem Elektroenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird, wobei das Heizelement aus einer flächenförmig ausgebildeten, nicht-metallische Werkstoffe enthaltenden Widerstandheizung besteht, und erfindungsgemäß das flächenförmige Heizelement aus einer Trägerschicht und einer darauf oder darin angeordneten und mit dieser mechanisch verbundenen, aus elektrisch leitenden, nicht-metallische Fasern enthaltenden, mechanisch begrenzt belastbaren Faserbahn besteht und die elektrisch leitende Faserbahn an ihren gegenüberliegenden Seiten mit je einer das Anlegen einer Spannung an die Faserbahn ermöglichenden Stromversorgungseinrichtung versehen ist. Das flächenförmige Heizelement besteht aus einer mechanisch belastbaren Trägerschicht, einer mechanisch belastbaren Deckschicht und einer dazwischen angeordneten und mit diesen vorgenannten Schichten mechanisch verbundenen, aus einer elektrisch leitenden, keine metallischen Fasern enthaltenden, mechanisch begrenzt belastbaren Faserbahn, die an ihren gegenüberliegenden Seiten mit je einer das Anlegen einer Spannung an die Faserbahn ermöglichenden Stromversorgungseinrichtung versehen ist. Das flächenförmige Heizelement besteht aus einem vorzugsweise durch Vernadeln mechanisch erzeugten Schichtverbund zwischen einer dielektrischen textilen Trägerschicht und einer elekrisch leitenden Faserbahn oder aus einer dielektrischen, textilen Trägerschicht, einer elektrisch leitenden Faserbahn und einer dielektrischen textilen Deckschicht. Die mechanisch begrenzt belastbare Faserbahn besteht aus elektrisch leitenden Fasern, vorwiegend Kohlenstoffasern, wobei diese hinsichtlich ihrer Längs- und Querorientierung in ungeordneten Richtungen liegen und ein Faservlies bilden.According to this method, a sheet-like heating element for a flexible heat-radiating flat structure can be produced, in which electrical energy is converted into thermal energy, the heating element consisting of a sheet-like resistance heater containing non-metallic materials, and according to the invention the sheet-like heating element from a carrier layer and a layer thereon or arranged therein and with this mechanically connected, made of electrically conductive, non-metallic fibers, mechanically limited resilient fiber web and the electrically conductive fiber web is provided on its opposite sides with a power supply device enabling the application of a voltage to the fiber web. The sheet-like heating element consists of a mechanically resilient carrier layer, a mechanically resilient cover layer and an interposed and mechanically connected to these aforementioned layers, made of an electrically conductive, mechanically limited resilient fiber web containing no metallic fibers, each of which has a Applying a voltage to the fiber supply enabling power supply device is provided. The sheet-like heating element consists of a layer composite, preferably mechanically produced by needling, between a dielectric textile carrier layer and an electrically conductive fiber web or from a dielectric, textile carrier layer, an electrically conductive fiber web and a dielectric textile top layer. The mechanically limited loadable fiber web consists of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers, these lying in unordered directions with regard to their longitudinal and transverse orientation and forming a nonwoven fabric.
Die mechanisch begrenzt belastbare Faserbahn besteht aus einem Gemisch von elektrisch leitenden Fasern, oder von elektrisch leitenden und nichtleitenden Fasern, vorwiegend aus Kohlenstoffasern, oder einem Gemisch aus Kohlenstofffasern und Glasfasern bzw. und/oder Textilfasern, wobei diese Fasern hinsichtlich ihrer Längs- und Querorientierung in ungeordneten Richtungen liegen und ein Faservlies bilden. Die mechanisch begrenzt belastbare Faserbahn kann aus elektrisch leitenden Fasern, vorwiegend Kohlenstoffasern bestehen, die zu Bündeln zusammengefaßt sind, in denen eine Vielzahl von seidenartigen Kohlenstoffäden, sogenannten Kohlenstoffaser-Filamenten, in ihrer Längsrichtung parallel zueinander liegend angeordnet sind, wobei diese Kohlenstoffaserbündel mittels quer zu ihrer Faserlängsrichtung vorgesehenen Kunstfaserfäden zu einem gewebeartigen Flächengebilde verbunden sind, in denen die Kohlenstoffaserbündel als sogenannte Kettfäden und die Kunstfaserfäden als sogenannte Schußfäden angebracht sind. Die mechanisch nicht belastbare Faserbahn kann aus einem aus elektrisch leitenden Fasern, vorwiegend Kohlenstoffasern oder einem Gemisch von elektrisch nichtleitenden Fasern und Kohlenstoffasern gewebten, gewirkten oder gestrickten Flächengebilde bestehen. Das aus Kohlenstoffasern bestehende Vlies weist erfindungsgemäß eine definierte Vliesdicke und eine mikroporöse Struktur mit in die Vliesdicke sich erstreckenden Hohlräumen auf.The mechanically limited loadable fiber web consists of a mixture of electrically conductive fibers, or of electrically conductive and non-conductive fibers, predominantly carbon fibers, or a mixture of carbon fibers and glass fibers or / and / or textile fibers, these fibers with respect to their longitudinal and transverse orientation disorderly directions and form a nonwoven fabric. The mechanically resilient fiber web can consist of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers, which are combined into bundles in which a large number of silk-like carbon threads, so-called carbon fiber filaments, are arranged parallel to one another in their longitudinal direction, these carbon fiber bundles being arranged transversely to them Synthetic fiber threads provided in the longitudinal direction are connected to form a fabric-like flat structure, in which the carbon fiber bundles are attached as so-called warp threads and the synthetic fiber threads as so-called weft threads. The mechanically non-resilient fiber web can consist of a flat fabric woven, knitted or knitted from electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers or a mixture of electrically non-conductive fibers and carbon fibers. According to the invention, the fleece consisting of carbon fibers has a defined fleece thickness and a microporous structure with cavities that extend into the fleece thickness.
Es wurde nämlich gefunden, daß das Kohlenstoffaservlies mit einer bestimmten Vliesdicke und einer bestimmten Faserdichte einen Strahlungskoeffizienten aufweist, der dem des idealen "Schwarzen Körpers", den es in der Wirklichkeit nicht gibt, sehr nahe kommt. Mit einer bestimmten mikroporösen Struktur versehen, ergeben sich zwischen den Kohlenstoffasern des Faservlieses sich in die Vliesdicke erstreckende Hohlräume, die nach der Definition in ihrer Ausbildung der einer "Black-box" entsprechen, d.h. mit großer Annäherung einen "Schwarzen Körper" bilden und als Ursache für den hohen Strahlungskoeffizienten anzusehen sind.It has been found that the carbon fiber fleece with a specific fleece thickness and a specific fiber density has a radiation coefficient which is very close to that of the ideal "black body", which does not exist in reality. Provided with a certain microporous structure, there are cavities extending between the carbon fibers of the nonwoven fabric which, according to the definition, correspond in their design to that of a "black box", that is to say they form a "black body" with great approximation and as the cause are to be considered for the high radiation coefficient.
Diesen Erkenntnissen folgend, wurde erfindungsgemäß ein Kohlenstoffaservlies eingesetzt, das den angestrebten hohen Umsetzungsgrad von aufgewendeter elektrischer Energie in Strahlungsenergie bei einer Kohlenstoffaservlies-Erwärmung innnerhalb eines Temperaturbereichs von bis 40° C aufweist.Based on these findings, a carbon fiber fleece was used in accordance with the invention which has the desired high degree of conversion of electrical energy used into radiation energy when the carbon fiber fleece is heated within a temperature range of up to 40 ° C.
Letztlich wurde zur Absicherung einer mechanischen Belastbarkeit des Kohlenstoffaservlieses nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das das flächenförmige flexible Heizelement bildende Faservlies ein- oder beidseitig mit einem gefüllten oder füllstoffreien kompakten oder geschäumten Polymer beschichtet, wobei die elektrisch leitenden Fasern ganz oder teilweise von dieser Polymerkomposition durchdrungen sind.Finally, in order to ensure the mechanical strength of the carbon fiber fleece according to a further feature of the invention, the fiber fleece forming the sheet-like flexible heating element was coated on one or both sides with a filled or filler-free compact or foamed polymer, the electrically conductive fibers being wholly or partly penetrated by this polymer composition .
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der nachfolgenden Zeichnung ist ein erfindungsgemäß aufgebautes flächenförmiges Heizelement für ein flexibles wärmestrahlendes Flächengebilde, in dem Elektroenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird, im Schnitt dargestellt.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the drawing below, a sheet-like heating element constructed according to the invention for a flexible heat-radiating sheet-like structure in which electrical energy is converted into thermal energy is shown in section.
Ein flächenförmiges Heizelement für ein flexibles, wärmestrahlendes Flächengebilde, bestehend aus einem mechanisch belastbaren flächenförmigen Schichtverbund zwischen einer mechanisch nicht belastbaren, elektrisch leitenden, nichtmetallischen Faserbahn und mindestens einer mechanisch belastbaren, dielektrischen, vorwiegend textilen Gewebe-, Gewirke-, Gestricke- oder Vliesbahn, ist gebildet aus einer dielektrischen textilen Trägerschicht 1, einer elektrisch leitenden Faserbahn 2 und einer weiteren dielektrischen textilen Deckschicht 3. Die elektrisch leitende Faserbahn 2 ist an jeweils gegenüberliegenden Seiten 4; 5 mit einer nicht dargestellten Stromversorgungseinrichtung zum Anlegen einer Spannung an die elektrisch leitende Faserbahn versehen. Der Schichtverbund wird erfindungsgemäß durch ein sogenanntes Vernadeln nach dem Prinzip der Herstellung von Nadelfiz zu einem Schichtverbund mechanisch zusammengefügt. Der nach diesem Verfahren hergestellte Schichtverbund ist mechanisch belastbar und kann einer Weiterverarbeitung in und zu flächenförmigen Gebilden unterzogen werden und in diesen selbst eine stützende Funktion im Verbund mit anderen Materialien übernehmen.A flat-shaped heating element for a flexible, heat-radiating flat structure, consisting of a mechanically resilient sheet-like composite between a mechanically not resilient, electrically conductive, non-metallic fiber web and at least one mechanically resilient, dielectric, predominantly textile woven, knitted, knitted or nonwoven web formed from a dielectric
Sofern dieser flächenförmige Schichtverbund einer höheren, und zwar teilweise einer punktförmigen mechanischen Belastung ausgesetzt ist, wird in Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zwecks Lagefixierung der Kohlenstoffasern in ihren Kreuzungs- bzw. Berührungspunkten die mechanisch begrenzt belastbare, elektrisch leitende Faserbahn 2 vor oder während der Verarbeitung zu einem Schichtverbund partiell oder vollständig vorimprägniert oder mit einem Kunststoff beschichtet, wobei die Vorimprägnierung und/oder Beschichtung der elektrisch leitenden nicht-metallischen Fasern der Faserbahn mittels einer gefüllten oder ungefüllten kompakten oder geschäumten, aus einem Polymer bestehenden Kunststoffkombination erfolgt, und dabei die Kohlenstoffasern elektrisch nicht voneinander isoliert werden, sondern lediglich beschichtet oder zwischen diesen beispielsweise eine Polymerkomposition eingelagert wird. Weiterhin wird nach einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens der aus Trägerschicht 1, Faserbahn 2 und Deckschicht 3 bestehende Schichtverbund wahlweise mit einem Auftrag aus einem aus PVC-Paste bestehenden Plastisol, aus einem High-Solid-System (PUR) oder mit einem aus einer sich im thermoplastischen Zustand befindenden Polymerschmelze versehen und anschließend werden die Trägerschicht 1, die Faserbahn 2 und die Deckschicht 3 unter Aufwendung einer Fügekraft zu einem Schichtverbund vereint.If this sheet-like layer composite is exposed to a higher, and in some cases a point-like, mechanical load, the mechanically limited loadable, electrically
Die Vorteile dieser Erfindung bestehen darin, daß einerseits ein Heizelement entwickelt wurde, in dem durch den Einsatz eines Faservlieses vorwiegend aus Kohlenstoffasern als eine strahlende Faserbahn ein hoher Umsetzungsgrad von eingespeister Elektroenergie in Wärmestrahlung bei einer Erwärmung der Oberfläche der Faserbahn nicht über eine zulässige Temperaturgrenze von 28 °C vorliegt, weil dieses Faservlies mit seinem Aufbau dem eines idealen schwarzen Körpers sehr nahe kommt. Andererseits wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, daß die eingesetzte, aus Kohlenstoffasern bestehende Faserbahn mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann, wodurch das Kohlenstoffaservlies in der vorliegenden Ausführung als Heizelement in wärmestrahlende flexible Flächengebilde eingebracht werden kann.The advantages of this invention are that, on the one hand, a heating element has been developed in which, by using a nonwoven predominantly made of carbon fibers as a radiating fiber web, a high degree of conversion of electrical energy fed into heat radiation when the surface of the fiber web is heated does not exceed a permissible temperature limit of 28 ° C because the structure of this nonwoven comes very close to that of an ideal black body. On the other hand, the method according to the invention ensures that the fiber web used, consisting of carbon fibers, can be subjected to mechanical loads, as a result of which the carbon fiber fleece in the present embodiment can be introduced as a heating element in heat-radiating flexible flat structures.
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