DE202007016096U1 - panel heating - Google Patents
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- H05B3/267—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an organic material, e.g. plastic
Abstract
Flächenheizelement, das wärmeerzeugende elektrische Heizleiter (2), die auf einem Heizleiterträger (1) angeordnet sind, sowie elektrische Anschlüsse für den Heizstrom aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Heizleiterträgers (1), auf dem die Heizleiter (2) angeordnet sind, ganz oder teilweise mit einem Klebstoffverbund (3) abgedeckt ist.surface heating, the heat-producing electrical heating conductors (2) mounted on a heat conductor carrier (1) are arranged, and having electrical connections for the heating current, characterized characterized in that the surface of the Heizleiterträgers (1), on which the heating conductors (2) are arranged, in whole or in part covered with an adhesive composite (3).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Flächenheizelement gemäß des Oberbegriffes des Anspruches 1.The The invention relates to a surface heating element according to the preamble of claim 1.
Flächenheizelemente sind bekannt. Sie bestehen im Wesentlichen aus flächig auf einem Träger angeordneten Heizleitern.radiant panels are known. They consist essentially of area arranged a carrier Heat conductors.
Beim
direkten Auftrag eines Flächenheizelementes
auf solche zu erwärmenden
Trägerkörper nach
Werden anstelle metallischer Werkstoffe schlechter Wärme leitende plastische Trägerkörper oder z.B. Verbundwerkstoffe eingesetzt, so ist die Wärmeleitfähigkeit entsprechend niedriger und die Effektivität des Heizers wird weiter verringert, das Temperaturgefälle zwischen Schicht und Trägerkörper vergrößert sich.Become instead of metallic materials poor heat conductive plastic carrier body or e.g. Composite materials used, so the thermal conductivity is correspondingly lower and the effectiveness the heater is further reduced, the temperature gradient between Layer and carrier body increases.
Der
direkte Auftrag eines wärmeerzeugenden
Lacksystems auf einen zu erwärmenden
Trägerkörper durch
Aufdrucken, Spritzen oder andere Verfahren hat nach der
Außerdem führen die mechanischen Spannungen bei dünnen Trägermaterialien zu Verbiegungen und Verwölbungen des Trägermaterials. Das System wird im Betriebsfall instabil. Es treten sich ständig ändernde mechanische Spannungszustände je nach Wärmeverteilung und Wärmemenge auf.In addition, the lead mechanical stresses in thin support materials to bends and warps of the carrier material. The system becomes unstable during operation. There are constantly changing ones mechanical stress conditions each after heat distribution and amount of heat on.
Bei den relativ dicken metallischen Trägermaterialien werden die aufgrund der unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten auftretenden mechanischen Spannungen nahezu 100%ig in die elektrisch leitfähige Schicht eingeprägt, was zu lokalen Widerstandsänderungen in der wärmeerzeugenden Schicht und damit zu lokalen Leistungsänderungen führen kann. Die dünne wärmeerzeugende Schicht wird mechanisch und thermisch überlastet und schließlich unendlich zerstört. Werden schlecht wärmeleitende nichtmetallische Trägerwerkstoffe eingesetzt, sinkt aufgrund der in der Regel niedrig wärmeleitfähigen Materialien entweder die Effektivität des Heizers oder die Oberflächentemperatur der wärmeerzeugenden Schicht. Deshalb muss die Temperatur reduziert werden, um eine thermische Überlastung zu vermeiden. Ähnlich wirken sich die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Mehrschichtsystemen aus, die verschiedene Materialien unterschiedlicher elastischer und thermischer Eigenschaften enthalten. Aufgrund der vielen Wärme- und Haftfestigkeitsübergänge sind bei diesen Materialien die Verhältnisse noch wesentlich komplizierter und störanfälliger.at the relatively thick metallic support materials are due to the different coefficients of linear expansion occurring mechanical stresses almost 100% in the electrically conductive layer imprinted, resulting in local resistance changes in the heat-producing Shift, which can lead to local performance changes. The thin heat-generating layer is mechanically and thermally overloaded and after all infinitely destroyed. Become poorly heat-conductive non-metallic carrier materials used, decreases due to the usually low thermal conductivity materials either the effectiveness of the heater or the surface temperature the heat-producing Layer. Therefore, the temperature must be reduced to a thermal overload to avoid. Similar affect the different thermal expansion coefficients in multi-layer systems, the different materials of different elastic and thermal properties. Due to the many heat and adhesion transitions are with these materials the conditions even more complicated and prone to failure.
Eine andere Lösung sieht das Einlagern der wärmeerzeugenden Schicht (Flächenheizelement) zwischen zwei isolierenden Schichten (Sandwichtechnologie) vor. Damit wird zwar der mechanischen Verbiegung teilweise entgegen gewirkt. Die Wärmeenergie wird aber beidseitig gleich schlecht abgeleitet. Solche Elemente sind aufgrund dieser Eigenschaften nur bedingt geeignet für die Herstellung eines einseitigen Wärmestrahlers. Wärmeenergie geht entweder rückseitig verloren oder sie muss durch umfangreiche wärmedämmende Materialien abgefangen werden.A another solution sees the warehousing of the heat-producing Layer (surface heating element) between two insulating layers (sandwich technology). This will be Although the mechanical bending partially counteracted. The Thermal energy but is derived equally badly on both sides. Such elements are due to these properties only partially suitable for the production a one-sided heat radiator. Thermal energy either go back lost or it must be intercepted by extensive heat-insulating materials become.
Ein
weiterer Nachteil ist die Verwendung schwarzer wärmeerzeugender Schichten in
Form karbonhaltiger Lacke wie in der
Aus allen den genannten Gründen sind diese Flächenheizelemente nachteiligerweise in der Regel auf eine maximale Temperatur von ca. 80°C begrenzt.Out all the reasons mentioned These are surface heating elements disadvantageously, usually to a maximum temperature of about 80 ° C limited.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Flächenheizer anzubieten, der
- – die Wärmeenergie möglichst verlustarm einseitig an einen Trägerkörper abgibt, der gleichzeitig der wärmespendende Strahlungskörper ist,
- – die entstehende Wärmeenergie an der Oberfläche eines Flächenheizelementes mit Widerstandsheizung schnellstmöglich über Wärmeleitung und Wärmestrahlung in den Wärmestrahlungskörper weiterleitet und dadurch das Temperaturgefälle zwischen wärmeerzeugender Schicht und Heizkörperoberfläche verringert,
- – die thermisch bedingten mechanischen Spannungen aufgrund unterschiedlicher linearer Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Flächenheizelement und dem Wärmestrahlungskörper verringert und der
- – mechanische Spannungen zwischen dem Trägerkörper und dem Heizelement bzw. Wärmestrahler elastisch abfängt.
- - the heat energy dissipates as low as possible on one side to a carrier body, which is also the heat-emitting radiation body,
- - The resulting thermal energy on the surface of a surface heating element with resistance heating as soon as possible via heat conduction and heat radiation in the heat radiation body passes and thereby reduces the temperature gradient between the heat generating layer and the radiator surface,
- - Reduces the thermally induced stress due to different linear expansion coefficients between the surface heating element and the heat radiating body and the
- - Elastic intercepts elastic stresses between the support body and the heating element or heat radiator.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Flächenheizelement, das wärmeerzeugende elektrische Heizleiter, die auf einem Heizleiterträger angeordnet sind, sowie elektrische Anschlüsse für den Heizstrom aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche des Heizleiterträgers, auf dem die Heizleiter angeordnet sind, ganz oder teilweise mit einem Klebstoffverbund abgedeckt ist.The solution the task is done with a surface heating element, the heat-producing electrical heating conductor, which is arranged on a Heizleiterträger are, as well as electrical connections for the heating current and characterized in that the surface of the Heizleiterträgers, on which the heating conductors are arranged, in whole or in part with covered an adhesive composite.
Das Flächenheizelement ist vorteilhafterweise außerordentlich flexibel und elastisch und lässt sich auf unterschiedlich geformte Trägerkörper aufkleben.The panel heating is advantageously extraordinary flexible and elastic and can be Stick on differently shaped carrier body.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments are specified in the subclaims.
In einer Ausführung der Erfindung ist das Flächenheizelement dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoffverbund mehrschichtig aufgebaut ist, wobei wärmeleitende Klebstoffschichten mit wärmeleitenden nichtselbstklebenden Zwischenschichten kombiniert sind. Damit wird ein besonders gegen mechanische Spannungen stabiler Verbund erreicht.In an execution The invention relates to the surface heating element characterized in that the adhesive composite multilayered is constructed, wherein thermally conductive Adhesive layers with heat-conducting non-self-adhesive interlayers are combined. This will be achieved a particularly stable against mechanical stress composite.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Klebstoffverbund besondere flexible und elastische Eigenschaften sowie eine gute Wärmeleitung auf, so dass insbesondere ein Aufkleben auf stark gekrümmte Flächen möglich ist. Die Flexibilität des Klebstoffverbundes wird durch entsprechende Eigenschaften des verwendeten Klebstoffes bzw. der Zwischenschichten erreicht.In In one embodiment of the invention, the adhesive composite has special flexible and elastic properties as well as good heat conduction, so that in particular a sticking on strongly curved surfaces is possible. The flexibility the adhesive compound is characterized by corresponding properties of used adhesive or the intermediate layers reached.
In einer weiteren Ausgestaltung weist der Klebstoffverbund außen eine lösbare Abdeckfolie auf, die vorteilhafterweise erst vor dem Aufkleben auf einen Trägerkörper entfernt wird.In a further embodiment, the adhesive composite has a outside releasable Cover film, which advantageously only before sticking to a Carrier body removed becomes.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Flächenheizelementes weist der Klebstoffverbund wärmeleitende nichtselbstklebende Zwischenschichten auf, die zwischen Klebstoffschichten angeordnet sind, die zur Stabilität des Klebstoffverbundes beitragen. Die Zwischenschichten können polymerer Natur, Metallfolien oder auch Mischungen aus Polymeren und Metall sein, wobei auch Schichten, die durch Aufdampfen von Materialien entstanden sind, im Klebstoffverbund angeordnet sein können.In a development of the surface heating element according to the invention, the Adhesive composite thermally conductive non-self-adhesive interlayers that are between adhesive layers are arranged, which contribute to the stability of the adhesive composite. The intermediate layers can polymeric nature, metal foils or mixtures of polymers and metal, but also layers that by vapor deposition of Materials are formed, be arranged in the adhesive composite can.
Schichten, die sehr gut wärmeleitende Eigenschaften aufweisen, z.B. metallhaltige Schichten, homogenisieren den Wärmedurchgang über die ganze Fläche und verhindern damit die Entstehung von sogenannten Hotspots.Layers, the very good thermal conductivity Have properties, e.g. metal-containing layers, homogenize the heat transfer over the whole area and thus prevent the emergence of so-called hotspots.
In einer Ausgestaltung enthält der Klebstoffverbund einen Transferklebstoff.In an embodiment contains the adhesive composite a transfer adhesive.
In einer weiterführenden Ausgestaltung ist der Klebstoffverbund mindestens eine, zweiseitig Klebstoff aufweisende, Zwischenschicht.In a continuing Embodiment is the adhesive composite at least one, two-sided adhesive having intermediate layer.
In einer Weiterbildung ist die zweiseitig Klebstoff aufweisende Zwischenschicht ein doppelseitiges Klebeband.In a development is the two-sided adhesive having intermediate layer a double-sided tape.
Eine Ausgestaltung des Flächenheizelementes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff gut wärmeleitende Füllstoffe enthält, damit die im Heizleiter erzeugte Wärme möglichst schnell auf einen Wärmestrahlungskörper übertragen wird.A Design of the surface heating element is characterized in that the adhesive has good thermal conductivity fillers contains so that the heat generated in the heating conductor transferred as quickly as possible to a heat radiation body becomes.
In einer weiteren Ausgestaltung enthalten die Füllstoffe Phenol-, Epoxid- oder andere Polymerharze.In In another embodiment, the fillers contain phenolic, epoxy or other polymer resins.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Füllstoffe eine oxidisch und/oder metallische Zusammensetzung auf.In Another embodiment of the invention, the fillers an oxidic and / or metallic composition.
In einer Weiterbildung der Erfindung enthalten die Zwischenschichten des Klebstoffverbundes metallische Bestandteile zur Verbesserung der Wärmeleitung.In a development of the invention contain the intermediate layers the adhesive composite metallic components for improvement the heat conduction.
Eine weitere Ausgestaltung des Flächenheizelementes ist dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoffverbund auf dem Heizleiter teilflächig fixiert ist.A further embodiment of the surface heating element is characterized in that the adhesive composite on the heating conductor part of the area is fixed.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter Graphit enthält.A Embodiment of the invention is characterized in that the Heating conductor contains graphite.
Vorteilhafterweise erlaubt die Erfindung elektrische Heizer für Raumheizungen herzustellen, bei denen die erfindungsgemäßen Flächenheizelemente auf geeignete Wärmestrahlungskörper aufgeklebt werden.advantageously, allows the invention to produce electric heaters for space heaters, in which the surface heating elements according to the invention suitable heat radiation body are glued.
Zur Herstellung des Flächenheizelementes wird, bevorzugt in Form einer elektrisch leitfähigen Paste, auf einen thermisch dämmenden und elektrisch isolierenden Heizleiterträger z.B. mittels Druckverfahren, Sprüh- oder Walzverfahren möglichst großflächig ein Heizleiter aufgebracht, der anschließend thermisch ausgehärtet wird.to Production of surface heating element is, preferably in the form of an electrically conductive paste, to a thermal deadening and electrically insulating heating conductor carrier e.g. by means of printing process, spray or rolling as large as possible Heating conductor applied, which is then thermally cured.
Solche Heizleiterträger sind vorzugsweise geeignete Verbundwerkstoffe auf Basis polymerer Materialien, aber auch glas- oder keramikartige Werkstoffe.Such heating conductor are preferably suitable composites based on polymeric materials, but also glass or ceramic-like materials.
Auf die Oberfläche des Heizleiterträgers, auf dem der gehärtete Heizleiter aufgebracht ist, wird ein elektrisch isolierender Klebstoffverbund aufgeklebt. In den Klebstoff, z.B. ein Transferklebstoff, sind eine oder mehrere dünne elastische, elektrisch isolierende Schichten z.B. in Form dünner Folien eingelagert. Dieser Verbund hat die Aufgabe, auftretende mechanische Spannungen zwischen Trägerkörper (Heizkörper) und Flächenheizelement bzw. Wärmestrahler elastisch abzufangen und somit ein Ablösen des Wärmestrahlungskörpers vom Flächenheizelement bei thermischen Wechsellasten zu vermeiden. Der Klebstoffverbund des Flächenheizelementes übernimmt weiterhin die Aufgabe, schädliche, thermisch bedingte mechanische Restspannungen abzubauen, die an der Oberfläche entstehende Wärmemenge gleichmäßig über die Fläche zu verteilen, die Wärmemenge in den eigentlichen Wärmestrahlungskörper abzuleiten und eventuell thermische Hotspots abzubauen. Die Klebstoffschicht selbst ist mit wärmeleitfähigen Füllstoffen angereichert und hat eine bevorzugte Dicke von ca. 10 bis 30 μm.On the surface the Heizleiterträgers, on the hardened Heat conductor is applied, is an electrically insulating adhesive composite glued. In the adhesive, e.g. a transfer adhesive, are one or several thin ones elastic, electrically insulating layers e.g. in the form of thin films stored. This composite has the task of occurring mechanical Tensions between carrier body (radiator) and panel heating or heat radiator elastic intercept and thus a detachment of the heat radiation body of Surface heating element at avoid thermal cycling loads. The adhesive bond of the Surface heating element takes over continue the task of damaging, thermally induced mechanical residual stresses reduce the the surface amount of heat evenly over the area to distribute, the amount of heat to divert into the actual heat radiation body and possibly reduce thermal hotspots. The adhesive layer itself is with thermally conductive fillers enriched and has a preferred thickness of about 10 to 30 microns.
Bei Verwendung von graphithaltigen wärmeerzeugenden Heizleitern tritt der hohe Wärmestrahlungsanteil über den Klebstoff nahezu ungehindert in das Material des wärmespendenden Wärmestrahlungskörpers ein.at Use of graphitic heat-generating Heat conductors occurs the high heat radiation share on the Adhesive almost unhindered in the material of the heat-giving Heat radiation body.
Wärmestrahlungskörper und Flächenheizelement sollten annähernd gleiche lineare Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien aufweisen. Im Niedertemperaturbereich des Heizers bis ca. 200°C sind das vorzugsweise spezielle aushärtbare Phenol-, Epoxid- oder andere Polymerharzsysteme. Im höheren Temperaturbereich sind auch glasartige Strukturen einsetzbar.Heat radiation body and panel heating should be approximate same linear expansion coefficients of the materials used exhibit. In the low temperature range of the heater to about 200 ° C are the preferably special curable Phenolic, epoxy or other polymeric resin systems. In the higher temperature range Glass-like structures can also be used.
Es ist vorteilhaft, den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Wärmestrahlungskörpers leicht höher zu wählen, als den des Flächenheizelementes, da einerseits nach dem Aushärteprozess eine Druckspannung im Heizleiter erreicht wird, die für die Stabilität des Heizsystems vorteilhaft ist, andererseits im Betriebsfall die Oberfläche des Heizleiters im Temperaturniveau höher liegt als die des Wärmestrahlungskörpers.It is advantageous, the linear expansion coefficient of the heat radiation body easily higher to choose, than that of the Flächenheizelementes, since on the one hand after the curing process a compressive stress in the heating element is achieved, which is responsible for the stability of the heating system is advantageous, on the other hand, in operation, the surface of the Heat conductor in the temperature level is higher than that of the heat radiation body.
Die Aushärtetemperatur des Heizleiters ist zeit- und temperaturabhängig. Sie wird vorteilhaft so gewählt, dass die Temperatur des Aushärtens 30% bis 50% höher liegt als die spätere Solltemperatur der Oberfläche der wärmeerzeugenden Schicht. Wird z.B. eine graphithaltige Polymerpaste eingesetzt und soll die spätere obere Gebrauchstemperatur des Heizers bei ca. 130°C liegen, so sollte die Aushärtetemperatur zwischen ca. 180° und 200°C liegen. Das ist damit begründet, dass im Betriebszustand des, das erfindungsgemäße Flächenheizelement enthaltenden, elektrischen Heizers ein niedriger mechanischer Spannungszustand erreicht wird, der in etwa dem des im Herstellungsprozess entstandenen eingefrorenen Zustands entspricht.The curing temperature the heating conductor is time and temperature dependent. It will be beneficial chosen so that the temperature of curing 30% to 50% higher lies as the later Target temperature of the surface the heat-producing Layer. If e.g. a graphite-containing polymer paste is used and should the later one upper service temperature of the heater at about 130 ° C, so should the curing temperature between about 180 ° and 200 ° C lie. That is justified, in the operating state of the surface heating element according to the invention, electric heater a low mechanical stress state which is roughly the same as that of the manufacturing process frozen state corresponds.
Das erfindungsgemäße Flächenheizelement wird anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert. Es zeigenThe Inventive surface heating is exemplified by drawings. Show it
In
In
- 11
- Heizleiterträgerheating conductor
- 22
- Heizleiterheating conductor
- 33
- Klebstoffverbundadhesive composite
- 3131
- Klebstoffschichtadhesive layer
- 3232
- Zwischenschichtinterlayer
- 44
- Abdeckfoliecover
- 55
- WärmestrahlungskörperHeat radiation body
- 5151
- Strahlungsflächeradiating surface
- 66
- WärmeübergangsrichtungHeat transfer direction
Claims (15)
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---|---|
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE202007016096U Expired - Lifetime DE202007016096U1 (en) | 2006-11-14 | 2007-11-14 | panel heating |
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---|---|
DE (1) | DE202007016096U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024088622A1 (en) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | Webasto SE | Heat exchanger, method for manufacturing a heat exchanger, and electric water heater |
-
2007
- 2007-11-14 DE DE202007016096U patent/DE202007016096U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024088622A1 (en) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | Webasto SE | Heat exchanger, method for manufacturing a heat exchanger, and electric water heater |
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R207 | Utility model specification |
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