DE4447407C2 - Flexible surface heating element and method for producing a flexible surface heating element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein als Fußbodenbelag einsetzbares flexibles Flächenheizelement gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.The invention relates to a usable as a floor covering flexible surface heating element according to the preamble of the patent claim 1.

Die bekannten, Elektroenergie in Wärmeenergie umwandelnden Heizsysteme sind als elektrische Widerstandsheizungen ausge­ bildet, deren in metallischen Leitern erzeugte Wärmeenergie vorwiegend Flächen von Heizkörpern oder Luft oder Flüssig­ keiten als Wärmeträger erwärmt. Bei der Umsetzung von Elektro­ nergie in Wärmeenergie erwärmt sich das Material der Wider­ standsheizung auf eine im Vergleich zu den angestrebten Raum­ temperaturen hohe Temperatur und diese bewirkt, sofern die erzeugte Wärme nicht anderweitig an Wärmeträger abgegeben wird, eine von der Widerstandsheizung ausgehende Wärmestrah­ lung durch eine auf einige 100 K über der Umgebungstemperatur erhitzte, als Strahler wirkende Widerstandsheizung. Bei diesen Heizsystemen erfolgt erfahrungsgemäß die Erwärmung der Umge­ bung 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 deshalb unterdrückt bzw. nicht zur Raumer­ wärmung herangezogen. Der Wirkungsgrad von elektrischen Wider­ standsheizsystemen ist aus diesem Grunde unbefriedigend.The well-known, converting electrical energy into thermal energy Heating systems are designed as electrical resistance heaters forms whose thermal energy generated in metallic conductors predominantly surfaces of radiators or air or liquid heated as a heat transfer medium. When implementing electrical Energy in thermal energy warms the material of the counter parking heater on a compared to the desired space high temperature and this causes, if the generated heat is not otherwise given to heat transfer medium is a heat beam emitted by the resistance heater by a few 100 K above the ambient temperature heated resistance heater acting as a radiator. With these  Experience has shown that heating systems heat the surrounding area exercise mainly through forced or free convection. The heat radiation, which is also emitted by a radiator with a experience high temperatures, is known to be uncomfortable felt and is therefore suppressed or not to space heating used. The efficiency of electrical contr parking heating systems is therefore unsatisfactory.

Bei der Nutzung nichtelektrischer Heizsysteme sind durch Ab­ senkung der Temperaturen des Wärmeträgermediums, d. h. durch die Einführung von Niedertemperaturheizsystemen bei ent­ sprechender Vergrößerung der Heizflächen, erhebliche Senkungen des Energiebedarfs der Heizungen erreicht worden. Als effektive Heizsysteme wurden Niedertemperaturluftheizungen entwickelt. Heizsysteme mit einer auf Konvektion beruhenden Wärmeübertra­ gung oder solche, die auf Basis der Umwälzung von erwärmter Luft beruhen, haben jedoch den Nachteil einer erheblichen Staubbelastung für die hiermit beheizten Räume. Erhöhte Staub­ konzentration 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, from Ab lowering the temperatures of the heat transfer medium, d. H. by the introduction of low temperature heating systems at ent speaking enlargement of the heating surfaces, significant reductions of the energy requirements of the heaters. As effective Heating systems have developed low temperature air heaters. Heating systems with heat transfer based on convection tion or those based on the circulation of heated Air based, but have the disadvantage of a significant Dust pollution for the rooms heated with this. Increased dust concentration in combination with low humidity, such as at relatively high air temperatures in such heated rooms are common, lead to physiologically perceived as uncomfortable Conditions and negative effects on human Respiratory tract.

Nachteile dieser Art werden weitgehend durch Niedertemperatur- Strahlungsheizungen vermieden. Bei solchen erfolgt die Erwär­ mung der zu beheizenden Räume überwiegend durch Wärme-Strah­ lung im Infrarotbereich über zu erwärmende Körper, und nur zu einem geringen Teil durch Konvektion und/oder durch Wärmelei­ tung, d. h. durch die Erwärmung von Körpern im Raum. Disadvantages of this type are largely caused by low-temperature Radiant heating avoided. In such cases, heating takes place of the rooms to be heated mainly by heat radiation in the infrared range over bodies to be heated, and only to a small part by convection and / or by heat tung, d. H. by heating bodies in the room.  

Für diese Niedertemperatur-Strahlungsheizungen liegen eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen vor. Bei diesen werden als elektrische Widerstandsheizungen vorwiegend streifen- oder drahtförmige Widerstands-Heizelemente benutzt. 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. eingesetzt. Der Erzielung eines hohen Wirkungs­ grades für die Umwandlung elektrischer Energie in Infrarot- Strahlungsenergie steht die zu hohe Elektroenergiezufuhr je Flächeninhalt (größer als 300 W/m²) und das Fehlen von Be­ dingungen für eine möglichst verlustfreie Abgabe der zuge­ führten Energie in Form von Strahlungsenergie entgegen. Andere Lösungen gehen, auch aus Gründen der Vermeidung zu hoher Temperaturen und damit der Entzündung brennbarer Stoffe im Be­ reich der Heizung, von einer zu geringen Energiezufuhr, bei­ spielsweise bei 80 W/m², aus, was eine Vergrößerung der er­ forderlichen Strahlungsheizflächen erforderlich macht und eine sehr gute Wärmedämmung eines Gebäudes voraussetzt.There are a large number of proposed solutions for these low-temperature radiant heaters. In these, strip or wire-shaped resistance heating elements are mainly used as electrical resistance heaters. To convert the heat initially generated into radiation energy z. T. flat radiating bodies, such as films or layers of carbon (soot, graphite), electrically conductive ores, ceramics, etc. used. The achievement of a high degree of efficiency for the conversion of electrical energy into infrared radiation energy is due to the excessive supply of electrical energy per 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 opposite. Other solutions are based, also for reasons of avoiding too high temperatures and thus the ignition of flammable substances in the area of the heating, from an insufficient energy supply, for example at 80 W / m ² , which makes it necessary to enlarge the radiant heating surfaces required and requires very good thermal insulation of a building.

Nach der DE 39 22 465 C2 ist ein Bodenbelag mit einer in einer Strahlungskörperschicht eingebetteten elektrischen Wider­ standsheizung bekannt geworden. Diese Widerstandsheizung ist als Film ausgebildet und enthält ein Gemisch bestehend aus körniger und pulverförmiger Kohle, körnigen und pulverförmigen elektrisch leitenden Erzen, aus körnigen und pulverförmigen, halbleitenden keramischen Stoffen, Harzen, Zinkonerden, Metalloxiden, und dgl..According to DE 39 22 465 C2 is a floor covering with one in one Radiation body layer embedded electrical resist parking heater became known. This resistance heater is formed as a film and contains a mixture consisting of granular and powdered coal, granular and powdered electrically conductive ores, from granular and powdery, semiconducting ceramic materials, resins, zinc clays, Metal oxides, and the like.

Durch die offengelegte Patentanmeldung DE-OS 26 19 466 ist ein flächenhaftes, mit elektrischer Energie gespeistes Raumhei­ zungs-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 be­ sitzt nach dem Schutzbegehren dieser offengelegten Patentan­ meldung eine Folienform. Die Stromzuführung zu dem Flächen­ heizleiter erfolgt an den gegenüberliegenden Seiten desselben, entlang jeweils einer ausgedehnten Linie über Bändern aus Metall, vorzugsweise Kupferlitzenbänder, die durch Aufnähen oder Aufheften am Rand des Flächenheizleiters zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes mit der Widerstandsschicht des Flächenheizleiters verbunden sind. Der Flächenheizleiter weist ein Trägergewebe aus einem isolierenden Material, z. B. Glas­ fasern auf, das mit einer Komposition, die elektrisches Wider­ standsmaterial enthält, imprägniert und zur elektrischen Iso­ lierung 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 Imprägnie­ rung des Stützgewebes. Durch diese Imprägnierung mittels einer auf die Fasern des Stützgewebes aufgetragenen 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 Stützgewebes selbst den Charakter eines nichtleitenden Stützgewebes bei­ behalten.Through the published patent application DE-OS 26 19 466 is a areal, heated by electrical energy prefabricated element became known, in which at all  Make its area essentially the same amount electrical energy is converted into heat, this has a surface heating conductor. This surface heating conductor be sits after the request for protection of this published patent message a slide shape. The power supply to the surface heating conductor is on the opposite sides of the same, along an extended line across bands Metal, preferably copper braid, by sewing or tacking on the edge of the surface heating element for production an electrical contact with the resistance layer of the Surface heating conductor are connected. The surface heating conductor points a carrier fabric made of an insulating material, e.g. B. glass fiber that with a composition, the electrical contradiction contains stand material, impregnated and for electrical insulation on both sides with a non-conductive, mechanical solid film is surrounded airtight and watertight. After this Teaching is the base fabric for one electrically conductive film. The leading, from electrical Resistance material existing film is created by impregnation support fabric. This impregnation with a dispersion applied to the fibers of the support fabric the non-conductive fibers either with an electrical Layer wrapped or between the non-conductive fibers of the Support tissue is an electrically conductive resistance substance embedded like a film, with the fibers of the supporting tissue even the character of a non-conductive support fabric to keep.

Weiterhin ist aus der Literatur bekannt geworden, daß wegen der elektrischen und thermischen Eigenschaften von Kohlen­ stoffaserstoffen sich diese als Heizschicht an verstärkten Kunststoffkomponenten angebracht, eignen. It has also become known from the literature that because of the electrical and thermal properties of coal these are reinforced as a heating layer Plastic components attached, are suitable.  

Das in dieser Literaturstelle (Zeitschrift "Plastverarbeiter" 1988, S. 18 ff) ausgewiesene Demonstrationsmodell einer Heiz­ platte berücksichtigt im Aufbau die Eigenschaften des Karbon­ vlieses, nämlich, daß das Kohlenstoffaservlies für sich mecha­ nisch 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 ins­ besondere 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 Emp­ findlichkeit des Kohlenstoffaservlieses gegenüber mecha­ nischen 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 reference (magazine "Plastverarbeiter" 1988 , p. 18 ff) takes into account the properties of the carbon fleece in the structure, namely that the carbon fiber fleece is mechanically not resilient. 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 precludes the use of the same as an ohmic resistance in mechanically highly stressed fabrics.

Weiterhin ist durch die DE-AS 20 54 896 eine flexible elek­ trische Flächenheizeinrichtung bekannt geworden, die einen aus Kohlenstoff und elektrischem Isolierstoff bestehenden bieg­ samen Widerstandskörper aufweist, an dem Elektroden angebracht sind und der mit einer oder mehreren mit Kunstharz getränkten Schichten nach außen abgedichtet ist, wobei dieser Wider­ standskörper aus zu einem Vlies oder Filz verarbeiteten Kohlenstoffasern und Fasern aus wärmefestem Isolierstoff be­ steht. Dieser Widerstandskörper ist aus Papier oder Filz ge­ fertigt, der eine Anzahl von in beliebiger Richtung ausge­ richteten Kohlenstoffasern enthält. Ein- oder beidseitig ist dieser durch eine bzw. je eine aus einer Mehrzahl von Papier oder Stoffblättern hergestellte Schicht abgedeckt, die mit einem synthetischen Harz getränkt sind und gemeinsam mit dem Widerstandskörper einem Heißpressvorgang unterzogen werden, um einen einteiligen Körper mit diesem zu bilden. Furthermore, DE-AS 20 54 896 is a flexible elec trische surface heating device become known that one out Carbon and electrical insulation existing bieg Has seed resistance body attached to the electrodes are and that with one or more impregnated with synthetic resin Layers is sealed to the outside, this contr stand body made of a fleece or felt Carbon fibers and fibers made of heat-resistant insulating material stands. This resistance body is made of paper or felt manufactures a number of in any direction contains directed carbon fibers. Is on one or both sides this by one or each of a plurality of paper layer or fabric sheet covered with are soaked in a synthetic resin and together with the Resistance bodies are subjected to a hot pressing process in order to to form a one-piece body with this.  

Mit der DE-AS 24 01 203 B2 ist ein biegsames elektrisches Flächenheizelement bekannt geworden, das ein Elektroenergie in Wärme umsetzendes Widerstandsbauteil aus elektrisch leitfähig gemachtem Kunststoff aufweist. Der elektrisch leitfähig ge­ machte Kunststoff ist als Vlies ausgebildet und besitzt zur Kontaktierung an den seitlichen Begrenzungen Metallbänder, die als Elektroden zur Stromzuführung dienen.With DE-AS 24 01 203 B2 is a flexible electrical Surface heating element has become known that an electrical energy in Heat-converting resistance component made of electrically conductive made of plastic. The electrically conductive ge made plastic is designed as a fleece and owns Contacting on the side boundaries metal strips that serve as electrodes for power supply.

Die in der DE-AS 20 57 017 offenbarte technische Lehre be­ trifft gleichfalls eine elektrische Flächenheizeinrichtung. Als Heizelement wird hier eine papierblattartige, aus Kohlen­ stoffasern bestehende Folie verwendet, wobei die Kohlenstoff­ fasern mit einem karbonisierten Bindemittel zwecks Sicherung der gewünschten Folienform gebunden sind. Nach dieser Lösung ist außerdem bekannt, daß das Kohlenstoffaserpapier mit einem isolierenden Kunstharzüberzug versehen ist.The technical teaching disclosed in DE-AS 20 57 017 be also hits an electric panel heater. As a heating element here is a sheet of paper made of coal Existing fiber used film, the carbon fibers with a carbonized binder for security the desired film shape are bound. After this solution it is also known that the carbon fiber paper with a insulating synthetic resin coating is provided.

Durch die DE-OS 21 47 137 ist weiterhin eine Flächenheizvor­ richtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben bekannt geworden. Als Flächenheizvorrichtung findet hiernach ein elek­ trisch leitfähiges Flachmaterial mit einem hohen Kohlenstoff- Fasergehalt als wärmeerzeugendes Element Verwendung. Diese Flächenheizvorrichtung besteht aus einer elektrisch leitenden, papierartigen Folie mit einem Anteil an Kohlenstoff-Fasern. Diese leitfähige, als Flächenheizung dienende Folie trägt in den Randbereichen zur Kontaktierung Metallelektroden. Das ge­ samte Element ist mit einem Kunstharzfilm abgedeckt.DE-OS 21 47 137 is still a heating element direction and a method for producing the same is known become. According to this, an elec trically conductive flat material with a high carbon Fiber content used as a heat generating element. This Surface heating device consists of an electrically conductive, paper-like film with a share of carbon fibers. This conductive film, which serves as surface heating, contributes to the edge areas for contacting metal electrodes. The ge The entire element is covered with a synthetic resin film.

Nach der DE 23 03 389 C2 ist ein elektrisch leitender, Kohlen­ stoff- und Synthetikfasern mit Latexbindung enthaltender Filz zur Verwendung als Heizvorrichtung bekannt, die gute mecha­ nische Eigenschaften aufweisen soll. Der elektrisch leitende Filz wird durch Vernadelung in seiner Belastbarkeit erhöht. According to DE 23 03 389 C2 is an electrically conductive, carbon felt and synthetic fibers with latex binding known for use as a heater, the good mecha African properties should have. The electrically conductive Needle felt increases its resilience.  

In der DE 40 19 447 wird ein elektrisches Heizelement, das aus Kohlenstoffäden besteht, die in ein Kohle/Glas-Hybridgewebe eingebettet sind, beschrieben.In DE 40 19 447 an electric heating element is made Carbon threads exist that are in a carbon / glass hybrid fabric are embedded.

In der DE-OS 18 08 022 wird ein biegsames elektrisches Flächenheizelement beschrieben, das ein elektrisch leitendes Polyestervlies als Widerstandsteil aufweist, das mit zur Strom zuführung dienenden Metallbändern ausgestattet ist, die auf dem Polyestervlies aufliegen, wobei das Polyestervlies und die Metallbänder von einseitig mit einer klebfähigen Schicht versehenen isolierenden Faservliesen vollständig umschlossen und fest miteinander verbunden sind.In DE-OS 18 08 022 a flexible electrical Surface heating element described, which is an electrically conductive Has polyester fleece as a resistance part that to the current feeder serving metal strips is equipped on rest on the polyester fleece, the polyester fleece and the Metal tapes from one side with an adhesive layer provided insulating fiber fleece completely enclosed and are firmly connected.

Mit der Erfindung wird bezweckt, bei flächenförmigen Heiz­ elementen für großflächige Strahlungsheizeinrichtungen einer­ seits den Gesamtwirkungsgrad bei der Umwandlung von elek­ trischer Energie in Wärme-Strahlungsenergie zu erhöhen und damit die Heizkosten für den Betreiber zu senken und anderer­ seits die Kosten für eine Installation von großflächigen Strahlungsheizeinrichtungen zu senken, sowie eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Fläche des Heizelementes für Strahlungsheizeinrichtungen zu erreichen.The object of the invention is for sheet-like heating elements for large area radiant heaters on the one hand the overall efficiency when converting elec to increase tric energy in heat radiation energy and thereby lowering heating costs for the operator and others on the one hand, the cost of installing large areas Lower radiant heaters, as well as an even one Temperature distribution over the area of the heating element for To achieve radiant heaters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einem flexiblen, Kohlenstoffasern enthaltenden Flächenheizelement, die für den Einsatz in Fußbodenbelägen erforderliche mechanische Festig­ keit zu verbessern und die Konstanz des Widerstandswertes beim Gebrauch zu gewährleisten.The invention has for its object a flexible, Surface heating element containing carbon fibers, which is for the Mechanical strength required for use in floor coverings and improve the constancy of the resistance value at To ensure use.

Diese Aufgabe wurde durch die im Patentanspruch 1 im gekenn­ zeichneten Teil angegebene Merkmalskobination gelöst. This object was characterized by the in claim 1 Drawn part of the specified combination of characteristics solved.  

Die Vorteile dieser Erfindung bestehen darin, daß einerseits bedingt durch den Einsatz eines Faservlieses vorwiegend aus Kohlenstoffasern als eine strahlende Widerstandsschicht in dem entwickelten flexiblen Flächenheizelement ein hoher Umset­ zungsgrad von eingespeister Elektroenergie in Wärmestrahlung erreicht wird und andererseits die Erwärmung der Oberfläche der Widerstandsschicht nicht über eine zulässige Temperatur­ grenze von 28°C ansteigt, weil dieses Faservlies mit seinem Aufbau dem eines idealen schwarzen Körpers sehr nahe kommt. Weiter wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, daß die eingesetzte, aus Kohlenstoffasern bestehende Widerstands­ schicht mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann, wo­ durch das Kohlenstoffaservlies in der vorliegenden Ausführung als Heizelement in wärmestrahlende flexible Flächenheiz­ elemente eingebracht werden kann.The advantages of this invention are that, on the one hand mainly due to the use of a non-woven fabric Carbon fibers as a radiating resistance layer in the developed flexible surface heating element a high implementation Degree of electrical energy fed into heat radiation is achieved and on the other hand the heating of the surface the resistance layer does not have an allowable temperature limit of 28 ° C increases because this non-woven fabric with its Structure that comes very close to an ideal black body. It is further achieved by the method according to the invention that the carbon fiber resistance used layer can be exposed to mechanical stress where through the carbon fiber fleece in the present embodiment as a heating element in heat radiating flexible surface heating elements can be introduced.

Weitere Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims marked.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und besteht in der erreichten hohen Festigkeit des flexiblen Flächenheizelementes hinsicht­ lich einer punktförmigen mechanischen Belastung der elektrisch leitenden aus nichtmetallischen Fasern bestehenden Wider­ standsschicht. Dies wird hervorgerufen durch eine Lagefixie­ rung der Fasern in ihren Kreuzungs- bzw. Berührungspunkten durch eine oberflächige Belegung der Fasern oder partielle Imprägnierung der Widerstandsschicht mit einer gefüllten oder ungefüllten kompakten oder geschäumten, aus Polymeren beste­ henden Kunststoffkomposition. Dabei bleibt die elektrische Kontaktierung der Fasern untereinander und die Flexibilität der Widerstandsschicht erhalten.Another advantage of the invention lies in the design of the method according to the invention and consists in the achieved high strength of the flexible surface heating element Lich a punctiform mechanical load on the electrical conductive contr consisting of non-metallic fibers level shift. This is caused by a fixed position tion of the fibers at their crossing or contact points by superficial covering of the fibers or partial Impregnation of the resistance layer with a filled or unfilled compact or foamed, best of polymers existing plastic composition. The electrical remains  Contacting the fibers with each other and the flexibility the resistance layer.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist ein erfindungsgemäß aufgebautes flexibles Flächenheizelement im Schnitt dargestellt.The invention is described below using an exemplary embodiment are explained in more detail. In the accompanying drawing is a Flexible surface heating element constructed according to the invention in Section shown.

Ein flexibles Flächenheizelement, bestehend aus einem mechanisch belastbaren flächenförmigen Schichtverbund zwischen einer mechanisch nicht belastbaren, elektrisch leitenden, nichtmetallischen Widerstandsschicht und mindestens einer mechanisch belastbaren, dielektrischen, vorwiegend textilen Gewebe-, Gewirke-, Gestricke- oder Vliesbahn, ist gebildet aus einer dielektrischen textilen Trägerschicht 1, einer elek­ trisch leitenden Widerstandsschicht 2 und einer weiteren dielektrischen textilen Deckschicht 3. Die elektrisch leitende Widerstandsschicht 2 ist an jeweils gegenüberliegenden Seiten 4; 5 mit einer nicht dargestellten Stromversorgungseinrichtung zum Anlegen einer Spannung an die elektrisch leitende Wider­ standsschicht 2 versehen. Der Schichtverbund wird zusätzlich durch ein sogenanntes Vernadeln nach dem Prinzip der Her­ stellung von Nadelfiz zu einem Schichtverbund mechanisch zu­ sammengefügt.A flexible surface heating element, consisting of a mechanically resilient sheet-like layer composite between a mechanically not resilient, electrically conductive, non-metallic resistance layer and at least one mechanically resilient, dielectric, predominantly textile fabric, knitted fabric, knitted or nonwoven web, is formed from a dielectric textile backing layer 1 , an electrically conductive resistance layer 2 and a further dielectric textile cover layer 3 . The electrically conductive resistance layer 2 is on opposite sides 4; 5 provided with a power supply device, not shown, for applying a voltage to the electrically conductive resistance layer 2 . The layer composite is additionally mechanically joined together by so-called needling according to the principle of the manufacture of needle felt to form a layer composite.

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. The layer composite produced by this process is mechanically resilient and can be further processed in and to be subjected to sheet-like structures and in these itself a supporting function in association with others Take over materials.  

Sofern dieser flächenförmige Schichtverbund einer höheren, und zwar teilweise einer punktförmigen mechanischen Belastung aus­ gesetzt ist, wird in Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorge­ schlagenen Verfahrens zwecks Lagefixierung der Kohlenstoff­ fasern in ihren Kreuzungs- bzw. Berührungspunkten die mecha­ nisch begrenzt belastbare, elektrisch leitende Widerstands­ schicht 2 vor oder während der Verarbeitung zu einem Schicht­ verbund 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 odergeschäumten, aus einem Polymer bestehenden Kunststoffkombination erfolgt, und dabei die Kohlenstoffasern elektrisch nicht voneinander isoliert werden, sondern lediglich beschichtet oder zwischen diesen beispiels­ weise eine Polymerkomposition eingelagert wird. Weiterhin wird nach einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Ver­ fahrens der aus Trägerschicht 1, Widerstandsschicht 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 einer aus einer sich im thermoplastischen Zustand befindenden Polymerschmelze versehen und anschließend werden die Trägerschicht 1, die Widerstands­ schicht 2 und die Deckschicht 3 unter Aufwendung einer Füge­ kraft 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 resilient, electrically conductive resistance layer 2 is designed 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 or partially or completely pre-impregnated or coated with a plastic during processing into a layer, 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 thereby the carbon fibers are not electrically insulated from one another, but merely coated or, for example, a polymer composition is embedded between them. Furthermore, according to a further embodiment of the proposed method, the layer composite consisting of carrier layer 1 , resistance layer 2 and cover layer 3 is optionally coated with an order from a plastisol consisting of PVC paste, from a high-solid system (PUR) or with one are provided in the thermoplastic state of the polymer melt and then the carrier layer 1 , the resistance layer 2 and the cover layer 3 are combined to form a layer composite using a joining force.

Das eingesetzte Kohlenstoffaservlies weist einen Fasergehalt von 80 bis 95% der Flächenmasse auf, wobei sich der Binder­ gehalt des Vieses auf 5 bis 15% der Flächenmasse erstreckt. Die Flächendicke beträgt dabei 0,20 bis 0,70 mm und das Flächengewicht liegt in einem Bereich von 20 bis 80 g/m². Die eingesetzten Fasern haben eine Stapellänge von 2 bis 20 mm, vorzugsweise 5 bis 15 mm und die Fasertiter liegt zwischen 1 dtex und 10 dtx. Neben den Kohlenstoffasern werden Aramid/­ Glas- bzw. Polyesterfasern mit einem Binderanteil von mindestens 10% eingesetzt.The carbon fiber fleece used has a fiber content of 80 to 95% of the basis weight, the binder content of the fleece extending to 5 to 15% of the basis weight. The area thickness is 0.20 to 0.70 mm and the area weight is in a range from 20 to 80 g / m ² . The fibers used have a staple length of 2 to 20 mm, preferably 5 to 15 mm and the fiber titer is between 1 dtex and 10 dtx. In addition to the carbon fibers, aramid / glass or polyester fibers with a binder content of at least 10% are used.

Claims (5)

1. Elektrisches flexibles Flächenheizelement mit einer Trägerschicht (1), einer Deckschicht (3), einer aus vor­ zugsweise mit einem Polymer vorimprägnierten Kohlenstoff­ fasern bestehenden Faserbahn (2) und mit an gegenüber­ liegenden Seiten angebrachten Anschlußelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Trägerschicht (1) und die Deckschicht (3) mechanisch belastbare Gewebe- oder Vliesbahnen sind,
• b) die Kohlefaserbahn (2), die Trägerschicht (1) und die Deckschicht (3) miteinander vernadelt sind,
• c) diese Schichten mit einem Auftrag aus einem aus PVC- Paste bestehenden Plastisol, aus einem High-Solid- System (PUR) oder aus einem Polymer versehen und
• d) unter Aufwendung einer Fügekraft zu einem Schichtver­ bund vereinigt sind.

1. Electrical flexible surface heating element with a carrier layer ( 1 ), a cover layer ( 3 ), a fiber web consisting of preferably pre-impregnated with a polymer fibers ( 2 ) and with connection electrodes attached on opposite sides, characterized in that

• a) the backing layer ( 1 ) and the top layer ( 3 ) are mechanically loadable woven or nonwoven webs,
• b) the carbon fiber web ( 2 ), the backing layer ( 1 ) and the cover layer ( 3 ) are needled together,
• c) these layers are coated with a plastisol, PVC paste, high solid system (PUR) or polymer coating and
• d) are combined to form a layer network using a joining force.

2. Elektrisches flexibles Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch begrenzt oder in definierten Grenzen belastbare Faserbahn (2) aus einem Gemisch von elektrisch leitenden und elektrisch nichtleitenden Fasern, vorwiegend einem Gemisch aus Kohlenstoffasern und Glasfasern bzw. und/oder Textilfasern besteht, wobei diese Fasern hinsichtlich ihrer Längs- und Querorientierung in ungeordneten Richtungen liegen und ein Faservlies bilden.2. Electrical flexible surface heating element according to claim 1, characterized in that the mechanically limited or within defined limits resilient fiber web ( 2 ) consists of a mixture of electrically conductive and electrically non-conductive fibers, predominantly a mixture of carbon fibers and glass fibers and / or textile fibers These fibers lie in disordered directions with respect to their longitudinal and transverse orientation and form a nonwoven fabric. 3. Elektrisches flexibles Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch begrenzt oder in definierten Grenzen belastbare Faserbahn (2) aus elektrisch leitenden Fasern vorwiegend Kohlenstoffasern besteht, die zu Bündeln zusammengefaßt sind, in denen eine Vielzahl von seidenartigen Kohlenstoffäden, soge­ nannte Kohlenstoffaser-Filamente, in ihrer Längsrichtung parallel zueinander liegend angeordnet sind, wobei diese Kohlenstoffaserbündel mittels quer zu ihrer Faserlängs­ richtung vorgesehenen Kunststoffaserfäden zu einem ge­ webeartigen Flächengebilde verbunden sind, in dem die Kohlenstoffaserbündel als sogenannte Kettfäden und die Kunststoffaserfäden als sogenannte Schußfäden angeordnet sind.3. Electrical flexible surface heating element according to claim 1, characterized in that the mechanically limited or within defined limits resilient fiber web ( 2 ) consists of electrically conductive fibers predominantly carbon fibers, which are combined into bundles in which a variety 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 connected by means of plastic fiber threads provided transversely to their fiber longitudinal direction to form a ge-like sheet-like structure in which the carbon fiber bundles are arranged as so-called warp threads and the plastic fiber threads are arranged as so-called weft threads. 4. Elektrisches flexibles Flächenheizelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch be­ grenzt oder in definierten Grenzen belastbare Faserbahn (2) entweder aus einem durch elektrisch leitende Fasern, vorwiegend Kohlenstoffasern oder ein Gemisch von elek­ trisch nichtleitenden Fasern und Kohlenstoffasern ge­ bildetes Faservlies, aus Kohlenstoffaser-Filamenten oder aus einem gewirkten oder gestrickten, Kohlenstoffaser- Flächengebilde besteht.4. Electrical flexible surface heating element according to claim 1 to 3, characterized in that the mechanically be limited or within defined limits resilient fiber web ( 2 ) either from one of electrically conductive fibers, predominantly carbon fibers or a mixture of electrically non-conductive fibers and carbon fibers is formed Non-woven fabric, made of carbon fiber filaments or from a knitted or knitted, carbon fiber fabric. 5. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen flexiblen Flächenheizelementes nach den Ansprüchen 1 bis 4, das mechanisch belastbar ist und aus mindestens einer mechanisch belastbaren, vorwiegend textilen Gewebe- oder Vliesbahn gebildeten Trägerschicht (1), aus einer aus Kohlenstofffasern bestehenden mechanisch nicht belast­ baren Faserbahn (2) und aus einer Deckschicht (3) be­ steht, wobei die elektrisch leitende, aus nicht­ metallischen Fasern bestehende Faserbahn (2) vor einer Einordnung in einen das Flächenheizelement bilden­ den Schichtverbund mittels einer gefüllten oder unge­ füllten kompakten oder geschäumten, aus vorzugsweise Polymeren bestehenden Kunststoffkomposition zur Lage­ fixierung der Fasern in ihren Kreuzungs- bzw. Berührungs­ punkten unter Aufrechterhaltung der elektrischen Kontak­ tierung der Fasern untereinander und der Flexibilität der Faserbahn (2) oberflächig belegt oder partiell impräg­ niert wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach flächenför­ miger Auslegung einer aus einer dielektrischen, textilen Gewebe- oder Vliesbahn bestehenden Trägerschicht (1) 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 (2) mit einer ungeordneten Anordnung von lagefixierten 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, die zuvor oder während des Aufbringens einer Vorimprägnierung oder Beschichtung mit einem Kunststoff zwecks Lagefixierung der Kohlen­ stofffasern unterzogen wurde bzw. wird, und diese Träger­ schicht (1) und Faserbahnen (2) oder eine weitere dielek­ trische, aus einer textilen Bahn bestehende Deckschicht (3) anschließend auf die mechanisch in definierten Grenzen belastbare elektrisch leitende Faserbahn (2) auf­ gebracht wird und diese miteinander vernadelt und dadurch mechanisch miteinander verbunden werden, dann der Schichtverbund, bestehend aus der Trägerschicht (1), der Faserbahn (2) und der Deckschicht (3), wahlweise mit einem Auftrag aus einem aus PVC-Paste bestehenden Plasti­ sol, aus einem High-Solid-System (PUR) oder aus einer sich im thermoplastischen Zustand befindenden Polymer­ schmelze versehen wird und anschließend die Trägerschicht (1), die Faserbahn (2) und die Deckschicht (3) unter Auf­ wendung einer Fügekraft zu einem Schichtverbund vereint werden.5. A method for producing an electrical flexible surface heating element according to claims 1 to 4, which is mechanically resilient and formed from at least one mechanically resilient, predominantly textile fabric or nonwoven web carrier layer ( 1 ), from a mechanically non-resilient fiber web consisting of carbon fibers ( 2 ) and from a cover layer ( 3 ) be, the electrically conductive, non-metallic fibers consisting of fiber web ( 2 ) form the composite layer by means of a filled or unfilled compact or foamed, preferably consisting of polymers prior to classification in a surface heating element Plastic composition to fix the position of the fibers in their crossing or contact points while maintaining the electrical contact between the fibers and the flexibility of the fiber web ( 2 ) is superficially or partially impregnated, characterized in that after surface-shaped he interpretation of a group consisting of a dielectric, textile woven or nonwoven web support layer (1) on this a limited mechanically loadable, of electrically conductive fibers mainly of carbon fibers or of a mixture of carbon fibers and non-conductive fibers, for example glass fibers, existing fiber web (2) with an unordered arrangement of positionally fixed fibers with regard to their longitudinal and transverse orientation in the form of a non-woven fabric or in an orderly state in the form of a woven, knitted or knitted fabric made of carbon fibers, which is applied beforehand or during the application of a pre-impregnation or coating with a plastic in order to fix the position the carbon fibers was or is subjected, and this carrier layer ( 1 ) and fibrous webs ( 2 ) or another dielectric, consisting of a textile web top layer ( 3 ) then electrically conductive to the mechanically resilient limits End fiber web ( 2 ) is brought up and these needled together and thereby mechanically connected to each other, then the layer composite, consisting of the carrier layer ( 1 ), the fiber web ( 2 ) and the cover layer ( 3 ), optionally with an order from one PVC paste existing Plasti sol, from a high-solid system (PUR) or from a thermoplastic polymer melt is provided and then the carrier layer ( 1 ), the fibrous web ( 2 ) and the top layer ( 3 ) under Auf application of a joining force to form a layer composite.