DE3720598A1 - Aus plattenfoermigen einzelelementen bestehender keramischer wand- oder bodenbelag - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Belag und eine elektrisch lei­ tende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 5.

Plattenförmige, elektrisch leitende keramische Körper lassen sich zu mehreren zu einem Belag für Wand- und Fußbodenbe­ kleidungen zusammenstellen und stehen dann mit einer unter dem Belag vorzusehenden elektrisch ableitenden Unterkon­ struktion elektrisch leitend in Verbindung. Solche Wand- und /oder Fußbodenkonstruktionen eignen sich beispielsweise für Operationssäle, Laboratorien, feuergefährdete Industrieräume, wie Lackierereien, Lackfabriken, Lagerhallen für leicht ent­ zündbare Chemikalien, wie Lösungsmittel od. dgl., usw. In neuerer Zeit besteht ein Bedarf an solchen keramischen Platten auch für Bereiche, in denen eine spürbare elektrische Entladung bei Personen vermieden werden soll, wie beispiels­ weise in Büroräumen, in denen Computer und ähnliche elek­ trische und elektronische Geräte aufgestellt sind oder in denen elektronische Bauteile, wie Chips, hergestellt werden. An Fuß­ bodenbeläge in Operationssälen wird die Forderung gestellt, daß eine ständige Ableitung von statischer Elektrizität ge­ währleistet ist, zugleich aber verhindert wird, daß ein Ab­ fluß von Strom in gefährlicher Stärke beim Berühren mangel­ haft isolierter, stromführender Teile durch den menschli­ chen Körper erfolgt. Auch hier finden solche plattenförmige elektrisch leitende keramische Elemente als Bestandteile von Bodenbelägen Verwendung. Soll die gestellte Forderung erfüllt sein, dann müssen solche Beläge einen elektri­ schen Widerstand in der Größenordnung von 10⁴ bis 10⁶ Ohm aufweisen.

Solche aus keramischen plattenförmigen Elementen erstellte Beläge haben gegenüber PVC- und anderen Kunststoffbelägen Vorteile, weil jene eine nur unzureichende Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel und andere zur Reinigung und Desinfektion verwendete Chemikalien aufweisen. Außerdem müssen für solche Bodenbeläge zu ihrer Verbindung mit der elektrisch ableitenden Unterkonstruktion elektrisch lei­ tende organische Kleber verwendet werden, deren Leitfähig­ keitswerte nicht über längere Zeiträume hinweg stabil sind.

Bei Teppichbelägen aus Kunststoffasern kommt es darüber hinaus zu der bekannten Selbstaufladung mit statischer Elektrizität, die man durch Einweben oder sonstigen Einbau von elektrisch leitenden Fäden oder Drahtgeweben zu vermeiden versucht, ein Vorgehen, das teuer ist und auch nicht zu befriedigenden Ergebnissen führt.

Zuerst hat man versucht, auf plattenförmigen keramischen Elementen zur Herstellung solcher ableitender Beläge auf der Sichtseite der Platten einen elektrisch leitenden Überzug vorzusehen. In "Baukeramik" 8/84, Seite 96, ist eine grau-blaue Leitfliese im Format 15×15 cm beschrie­ ben, die aus keramischem Material besteht und einen über die Seitenkanten hinweggezogenen elektrisch leitenden Überzug aufweist, so daß die Ableitung von Elektrizität nur über das an die Kanten solcher Platten anstoßende Fu­ genmaterial erfolgen kann, das dann aus elektrisch leitend gemachten Grundstoffen bestehen muß. Da solches Fugenmate­ rial dazu neigt nachzuschwinden, besteht die Gefahr, daß der elektrische Kontakt mit den Fliesenkanten wenigstens teilweise verlorengeht. Außerdem wäscht sich solches Fugenmaterial bei häufiger Reinigung rasch aus, was ebenfalls zur Verringerung der Kontaktflächen führen kann. Damit ändert sich nicht nur der Ableitwiderstand, sondern es leidet auch die mechanische Belastbarkeit des Plattenbelages. Außerdem entstehen beim Schwinden bzw. beim Abgetragenwerden des Fugenmaterials zwischen den Plattenkanten und dem Fugenmaterial kleinste Zwi­ schenräume, die sich mit Keimen zusetzen konnen, was z.B. für Operationsräume absolut untragbar ist. Schließ­ lich sind die bekannten Platten vergleichsweise kleinfor­ matig, so daß sie der in der Prüfnorm verlangten Stand­ ortübergangswiderstandsnorm (VDE-Bestimmung 0100/5.73 nicht genügen.

Eine Verbesserung beschreibt die europäische Patentanmel­ dung 86 109 754.1, die auf die Anmelderin zurückgeht. Aus ihr ist ein plattenartiges keramisches Element be­ kannt, das auf einer Sichtseite mit einer elektrisch lei­ tenden Oberflächenglasur versehen ist, die bei Verlegung des plattenartigen keramischen Elementes mit mehreren solcher Elemente zu einem Belag für Wand- oder Fußboden­ bekleidungen mit einer unter dem Belag vorzusehenden, elektrisch ableitenden Unterkonstruktion leitend in Verbindung steht. Die Verlegung solcher Platten z.B. zu einem Fußbodenbelag ist somit völlig unabhängig vom Fu­ genmaterial, so daß ein Fugenmaterial gewählt werden kann, das hinsichtlich seiner Abriebfestigkeit, seiner Elastizität, insbesondere Dauerelastizität, und seiner hygienischen Eigenschaften allen an ein solches Material zu stellenden Forderungen in vollem Umfang gerecht wird und ermöglicht, daß wenigstens ein Teil der der Sichtseite abgewendeten Seite des plattenartigen keramischen Elementes mit einem elektrisch gut leitenden Material beschichtet werden kann, das mit der Oberflächenglasur elektrisch leitend in Verbindung steht.

Um von der Ableitung über das Fugenmaterial unabhängig zu werden, wurde auch bereits zu Fußbodenfliesen übergegan­ gen, die durch Brennen von geformten Mischungen aus Stein­ zeug- oder Töpferton und Eisenoxid in einer beim Brennen von Bodenfliesen üblichen Atmosphäre hergestellt sind. Die DE-B-17 71 361 beschreibt ein Verfahren zur Her­ stellung solcher elektrisch halbleitender keramischer Bodenfliesen. Allerdings erhält man durch die Beimen­ gung von Eisenoxid zum keramischen Material dunkel ge­ färbte unglasierte keramische Oberflächen.

Nach der DE-B- 12 78 321 werden zur Herstellung elektrisch halbleitender keramischer Bodenfliesen Mischungen ver­ wendet, die durch Zugabe von weiteren Oxiden, wie ZnO, CuO, CoO, PbO, Sb₂O₃, BaO, CaO, MgO u.a. einzeln oder gemischt und in Mengen von 0,5 bis 7%, bezogen auf den gebrannten Scherben, ein weiteres Absinken des spezifi­ schen Widerstandes bewirken sollen und Veränderungen der Brennfarbe von rot bis schwarz erlauben. Diese Fliesen werden aus dem Ausgangsmaterial gepreßt und daher sind sie in ihren Größenabmessungen auf z.B. 5×5 cm be­ schränkt, wie sich aus einem Hinweis aus der DE-B- 12 13 336 ergibt.

Aus dieser DE-B- 12 13 336 entnimmt der Fachmann ferner ein Verfahren zur Herstellung elektrisch halbleitender Fliesen, gemäß dem gekörnte keramische Bodenfliesenmasse herkömmlicher Art im Gewichtsverhältnis 4:1 bis 12:1 mit einer Fe₂O₃ und andere Metalloxide, vorzugsweise ZnO enthaltenden keramischen Masse, die im gebrannten Zustand einen elektrisch leitenden Scherben ergibt, ge­ mischt, zu Fliesen verpreßt und bei 1200 bis 1250°C im normalen Industrieofen bei oxidierender Atmosphäre gebrannt wird.

Alle aufgrund von elektrischer Körperleitung oder auf­ grund elektrisch leitender Oberflächenglasuren elektrisch leitenden keramischen Boden- oder Wandbeläge setzen nach dem heutigen Stand der Technik eine elektrisch leitende Unterkonstruktion voraus, um eine elektrische Ableitung zu gewährleisten. Diese Unterkonstruktionen bestehen zum Beispiel darin, daß geerdete Kupferbänder auf dem Estrich verlegt sind und diese entweder direkt oder über elektrisch leitende Kleber mit den elektrisch ablei­ tenden keramischen Teilen in Verbindung stehen. Diese Art der Ableitung über eine Unterkonstruktion setzt eine sehr exakte und aufwendige Verlegung der ableitenden Teile voraus und ist wegen der Kosten, die mit dieser Verwendung und Applizierung eines elektrisch leitenden Klebers verbunden sind, vergleichsweise teuer und auf­ wendig. Die Alterungsbeständigkeit solcher Kleber läßt zudem ebenfalls zu wünschen übrig, da sie sich nicht nur auf die mechanische Festigkeit, sondern auch auf die Zuverlässigkeit der elektrischen Ableiteigenschaf­ ten auswirkt. Die Haftungsfähigkeit solcher elektrisch leitender Kleber ist weiterhin eingeschränkt wegen der notwendigen Beimengung elektrisch leitender Partikel, die die Klebeeigenschaften mindern.

Hier setzt die Erfindung an, indem sie vorschlägt, auf die elektrische Ableitung mit Hilfe einer elektrisch lei­ tenden Unterkonstruktion zu verzichten, sondern diese über die Flanken elektrisch leitender keramischer Einzelele­ mente und in das Fugenraster eingebetteter Leiterbahnen, die selbst geerdet sind und die mit den Flanken der keramischen Einzelelemente elektrisch leitend in Ver­ bindung gebracht worden sind, zu gewährleisten. Dadurch, daß sich die Leiterbahnen in der Ebene des Plattenbela­ ges befinden, können die Plattenelemente konventionell in ein Mörtelbett auf den vorhandenen Estrich verlegt wer­ den, wodurch die mechanischen Haftungsmängel, die auf dem Einsatz organischer Kleber beruhen und die damit verbundene Unzuverlässigkeit der elektrischen Ableitung vermieden werden. Voraussetzung für die angestrebte Lösung ist, daß die an der Plattenoberfläche anliegende elektrische Spannung infolge fachgerecht ausgelegter Körperleitung oder Herumziehen der elektrisch leiten­ den Oberflächenglasur über die Flanken der keramischen Plattenelemente an diesen Flanken zur Verfügung ge­ stellt wird. Unter Ausnutzung der beim Verlegen von plattenförmigen keramischen Körpern zu einem Belag ent­ stehenden Fugen als vorgegebene Verlegerichtung und Aufnahmeort von elektrisch leitenden Vorrichtungen kön­ nen diese mit den Flanken der benachbarten Plattenele­ mente elektrisch leitend in Verbindung gebracht werden. Es können hierbei alle zur Verfügung stehenden Fugen, vorzugsweise einer Hauptrichtung ausgewählt werden oder auch mindestens jede zweite Fuge einer Hauptrichtung, um alle Plattenelemente zu erfassen.

Die elektrisch leitenden Vorrichtungen in Form von Lei­ terbahnen können in unterschiedlicher Form ausgeführt sein, wobei jedoch ein dauerhafter Kontakt zwischen Leiterbahn und Flanke des Plattenelementes sicherge­ stellt sein muß.

Eine vorzugsweise Ausführung besteht aus einer Leiter­ bahn, die aus einer elastischen Seele wie z.B. Gummi, und einer Ummantelung aus gut leitendem Material z.B. einem litzenartigen Gewebe von Cu-Bronze oder ver­ zinktem Stahl gebildet ist. Eine weitere Ausführung besteht aus einer Leiterbahn aus einem Draht, der mit in vorgege­ benen Abständen sich selbst an den Flanken der Platten­ elemente sich beklemmenden spangenartigen Brückenele­ mente versehen ist.

Die Leiterbahnen werden im Randbereich eines solchen Bodenbelages ggf. mit Hilfe von Krimmkontakten zusammen­ geführt und in geeigneter Weise geerdet.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet neben der konven­ tionellen Verlegung der plattenartigen Elemente die Möglichkeit, die Fugen mit einem Fugenmaterial auszu­ bilden, das hinsichtlich Abriebfestigkeit, Dauerela­ stizität und hygienischer Eigenschaften allen an ein solches Material zu stellenden Forderungen in vollem Umfang gerecht wird, ohne die Fuge selbst elektrisch leitend ausbilden zu müssen.

Die vorgeschlagene Lösung weist gegenüber den bisher bekannten Ausführungen die Möglichkeit auf, durch Wahl der Anzahl und Länge der Kontaktstellen je plattenarti­ gem Element den Ableitwiderstand zu bestimmen. Dies zeigt sich insbesondere für Platten gleicher elektri­ scher Ableitfähigkeit, d.h. gleichen Widerstandswertes, der durch die vorgenannten Maßnahmen erhöht werden kann, d.h. wahlweise mit einem Wert zwischen 10⁶ bis 10⁸ Ohm wirksam werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet auch den offensicht­ lichen Nachteil, eine Unbeständigkeit oder spürbare Änderung des Ableitwiderstandes hinnehmen zu müssen, wie sie durch die unvermeidbare Alterung des elektrisch leitenden organischen Klebers, dessen Einsatz bei der elektrischen Ableitung in die Unterkonstruktion un­ bedingt notwendig ist, bedingt ist. Auch wird die Gefahr des Auftretens von Schwachstellen, hervorgerufen durch nicht voll­ sattes Verlegen des plattenförmigen keramischen Elemen­ tes und damit verbundener Unbeständigkeit der elektri­ schen Arbeitseigenschaften vermieden.

Da elektrisch leitende Kleber oder Mörtel eine schlech­ tere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen als reines Metall, wie es erfindungsgemäß angewendet wird, und Ableitungsverluste wegen der gegebenen konzentrier­ ten linienförmigen Ableitungsmöglichkeit in wesentlich geringerem Maße auftreten als bei flächigem Ableiten über die Unterkonstruktion zu Leiterbahnen ergibt sich auch ein geringerer Materialaufwand, was zu Kostenein­ sparungen und Steigerung der Zuverlässigkeit der Ablei­ tung führt.

Die Erfindung eignet sich in besonderem Maße zur Sicher­ stellung der elektrischen Ableitung von großformatigen plattenförmigen keramischen Elementen z.B. 60/60 cm, so daß sich für die Erdungsleitung Abstände in der Größen­ ordnung von mindestens dem Doppelten der Kantenlänge einer Platte ergibt.

Bei kleineren Formaten ist die Zusammenfassung mehrerer Platten zu sinnvollen Verbundelementen in elektrischer Sicht durch kleine Überbrückungselemente, die eine Ab­ leitung von Platte zu Platte ermöglichen und die in der Ausführung den Brückenelementen gemäß Anspruch 9 ent­ sprechen können, zweckmäßig.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen aus plattenförmigen Einzelelementen bestehenden Belag,

Fig. 2 eine Schnittansicht des Belags nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelheit des Belags und einer Fuge in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3 einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungs­ form der elektrisch leitenden Vorrichtung sowie

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer solchen Vor­ richtung.

Fig. 1 zeigt in der Draufsicht einen plattenförmigen, aus elektrisch leitenden Einzelelementen 1 bestehenden Belag, bei dem elektrisch leitende Vorrichtungen fugenkonform verlaufen, dargestellt durch die Spur dieser Vorrichtun­ gen.

Fig. 2 stellt diesen Belag im Schnitt dar. Hier zeigt sich die erfindungsgemäße Ausbildung der elektrisch leitenden Einzelelemente 1, die über ihre Flanken 3 mit einer elek­ trisch leitenden Vorrichtung 4 elektrisch leitend in Ver­ bindung stehen. Es ist ersichtlich, daß die elektrisch leitende Vorrichtung 4 in Plattenebene verlegt ist. Die Einzelelemente 1 sind mit Hilfe eines konventionellen nicht elektrisch leitenden Verlegemörtels auf einem Untergrund 6 dauerhaft verlegt. Die Fugen werden mit einem elektrisch nicht leitenden Fugenmaterial 7 versehen. Im dargestellten Beispiel sind jeweils 2 Plattenpaare 1 einer elektrisch ableitenden Vorrichtung, dargestellt durch die Spur 2, zugeordnet.

Fig. 3 zeigt in einer Vergrößerung eine mögliche Ausge­ staltung einer elektrisch leitenden Vorrichtung 4, die mit den elektrisch leitenden Flanken 3 eines elektrisch leitenden Einzelelementes 1 in Verbindung steht und des­ sen Verlegung auf elektrisch nicht leitendem Mörtel 5 und einem tragenden Untergrund 6 sowie die zugehörige Verfugung 7 als Schnitt.

Fig. 4 zeigt eine analoge Darstellung wie Fig. 3, jedoch mit der Abweichung, daß hier die elektrisch leitende Vorrichtung 4 als ein sich selbst zwischen den Flanken 3 des Plattenelementes 1 beklemmenden Kontaktelementes besteht.

Fig. 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform der leistenför­ migen elektrisch leitenden Vorrichtung 4, die aus einer Seele 8 und einer litzenartigen Umhüllung 9 besteht.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der leiter­ förmigen elektrisch leitenden Vorrichtung 4, die aus einem sich selbst beklemmenden Kontaktelement 10 und dazugehörigem Leiterdraht 11 besteht.

Im Falle eines mit einer elektrisch leitenden Oberflächen­ glasur versehenen Einzelelementes erfolgt die Verbindung mit der elektrisch ableitenden Vorrichtung zweckmäßiger­ weise dadurch, daß die Glasur über die Flanken gezogen ist und somit die Vorrichtung kontaktiert. Im Falle von Körperleitung, also bei Einlagerung von leitenden Par­ tikeln in der keramischen Masse selbst, erfolgt die lei­ tende Verbindung unmittelbar über die freie Flanken­ fläche des Einzelelements.

Claims (10)

1. Aus plattenförmigen Einzelelementen bestehender kerami­ scher Wand- oder Bodenbelag, dessen Einzelelemente elek­ trisch leitend ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der elektrischen Spannung über die Flanken (3) des plattenförmigen keramischen Elementes (1) und über in Plattenebene verlegte elektrisch leiten­ de Vorrichtungen (4) erfolgt.

2. Belag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Flanke (3) des keramischen Elementes (1) mit einer elektrisch leitenden und in Plattenebene verlegten Vorrichtung (4) elektrisch leitend in Ver­ bindung steht.

3. Belag nach Anspruch 2, welcher mit einer elektrisch lei­ tenden Oberflächenglasur versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Glasur über die Flanken (3) gezogen ist.

4. Belag nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Vorrichtungen (4) in mindes­ tens einer bevorzugten fugenkonformen Richtung des Plat­ tenbelages in der Plattenebene angeordnet sind.

5. Elektrisch leitende Vorrichtung für keramische Wand- oder Bodenbeläge nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Vorrichtungen (4) aus Leiterbahnen bestehen, die mit den Flanken (3) von in Verlegerichtung einer Leiterbahn angetroffenen keramischen Elemente (1) elektrisch leitend in Verbindung gebracht werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn mit den Flanken aller in Verlegerichtung der Leiterbahn angetroffenen keramischen Elemente elektrisch leitend verbunden wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn aus einer kabelförmigen Bahn gebildet ist, bei der die Seele (8) aus einem elastischen Werkstoff und die Umhüllung (9) aus einem leitenden, insbesondere metallisch leitenden Material besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterkabel unter radialer Vorspannung und damit selbstbeklemmend in den Fugen verlegt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn aus einer Kombination von elektrisch leitendem Draht oder Kabel und dazwischen angeordneten, sich selbstbeklemmenden, elektrisch leitenden Kontakt­ elementen besteht.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der elektrisch leitenden Kontaktelemente je Plattenelement (1) und deren Längenabmessung so be­ messen ist, daß der Ableitwiderstand sich auf Werte zwischen 10⁶ und 10⁸ Ohm einstellt.