EP3740030A2 - Flächenheizelement - Google Patents
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- H05B2214/04—Heating means manufactured by using nanotechnology
Definitions
- the invention relates to a surface heating element with a flexible carrier.
- Such film heaters are already known.
- the known heaters have meander-shaped conductor tracks that are printed on a film and that heat up when a current flows.
- These flexible heating foils can be used, for example, to heat vehicle interiors and / or vehicle seats. Thanks to the flexible carrier, the heaters can also be easily attached to molded parts such as the interior trim of vehicles or seats.
- Foil heating in the form of surface heating has also been used to heat rooms. The temperatures achievable with the previous heaters were not, however, satisfactory.
- the invention is based on the object of proposing a surface heating element with which higher temperatures can also be achieved and which is easy to manufacture.
- a surface heating element with a flexible carrier on which a heating surface is applied which is characterized in that the heating surface is formed from at least one heating paste based on acrylate or PU with conductive fillers.
- the heating element according to the invention has a heating surface and can therefore achieve higher and more uniform temperatures than known foil heating elements.
- Another advantage of a heating surface compared to meander-shaped heating conductors is that mechanical damage to the heating surface does not lead to a total failure of the heating element, as occurs when heating conductors are severed.
- the heating surface can be produced in any shape and size and thus optimally adapted to the particular application of the heating element.
- the conductive fillers of the heating pastes can preferably be carbon blacks, metal flakes, graphite and / or silver nanospheres.
- the heating surface is formed by several layers of heating pastes.
- the multi-layer structure ensures a high heat storage capacity.
- the layers are flexible and mechanically very stable, so that even strong bending of the carrier does not lead to the paste layers becoming detached.
- control electronics for the heating surface In addition to the heating surface, electronic components of control electronics for the heating surface, conductor tracks, LEDs, sensors and / or contacts can also be applied to the carrier. Alternatively, these elements of the control electronics can of course also be arranged separately and away from the heating surface. In addition to the heating surface, only contacts are applied to the carrier in this case.
- the electronic components can be printed, glued, soldered or riveted or pressed onto the carrier. These elements can also be placed on the carrier with the aid of automatic placement machines.
- the carrier can preferably be made of siliconized paper or a PE film. These materials have sufficient tear strength and high flexibility at the same time.
- the at least one heating paste can advantageously be printed onto the carrier, it being possible to use standard printing methods for this purpose.
- a reflective layer is applied between the heating surface and the carrier.
- the reflective layer ensures good heat radiation and at the same time protects the wearer from overheating.
- the reflective layer can be formed by metal plates embedded in an aqueous adhesive system.
- the surface heating element can be switched on and off by an external switch.
- the carrier can, for example, have a switching zone next to the heating surface on which the switch is applied.
- the switch is formed from two electrically conductive layers separated from one another by compressible spacers, the layers being water-based dispersions based on polyurethane with inserted conductive elements.
- the spacers can be compressed by pressure to such an extent that the two conductive layers come into mutual contact and the heating surface is thus supplied with electricity.
- the production of the layers from aqueous dispersions ensures an environmentally friendly design of the heating element, since no solvents are used.
- the surface heating element can be provided with an adhesive layer.
- the adhesive layer can preferably be printed on and consist of a thermoplastic adhesive. This reacts under the influence of heat, so that the surface heating element can be thermally connected to a carrier part.
- Fig. 1 shows a surface heating element 10 with a flexible carrier 11, which can for example be a plastic film or a siliconized paper.
- a heating surface 12 is applied to the carrier 11.
- This is formed from at least one heating paste, wherein the heating paste can be, for example, an acrylate or PU system with conductive additives.
- Particularly suitable additives are particles made of copper, aluminum, graphite, silver or soot particles.
- the heating paste thus has a low electrical resistance.
- a reflective layer 17 is provided under the heating surface 12, which can be formed, for example, by aluminum particles embedded in an aqueous adhesive system.
- contact surfaces 13, 14 are arranged on the reflective layer 17, which can be formed from a water-based, electrically conductive dispersion. Acrylic polymers with copper and / or silver particles as additives are particularly suitable for this.
- the contact surfaces 13, 14 thus have very good adhesion to the carrier 11 and have a good shielding effect. They are used to connect electrical cables 15, 16 in order to be able to connect the heating surface 12 to a power source (not shown).
- FIG. 2 a second embodiment of a surface heating element 10 'is shown.
- a two-part heating surface 12 ' is arranged here directly on a flexible support 11'.
- Each half 12a 'and 12b' of the heating surface 12 ' is laterally bordered by contact surfaces 13a', 13b 'which are used to connect cables 15a, 15b, 16a, 16b leading to a power source (not shown).
- a thermistor 18 is also provided, which is connected via printed conductor tracks 19 to a plug 20 and LEDs 21, 22, which indicate two different heating levels.
- the plug 20 and the LEDs 21, 22 are attached to an extension tongue 11a 'of the carrier 11'.
- a switch 23 which can be actuated by pressure or wiping is also arranged on the tongue 11a ', so that here the heating element 10' can be switched on and off in the immediate vicinity of the heating surface 12 '.
- Fig. 3 illustrates the layer structure of the heating element 10 'from Fig. 2 in the area of the switch 23.
- a layer 24 of a transparent polyurethane dispersion is applied to the carrier 11 '.
- a reflective layer 17 ′ which can be formed by aluminum particles embedded in an aqueous adhesive system.
- a further layer 25 made of a transparent polyurethane dispersion is provided above this before the actual switch 23, which consists of three layers 26, 27 and 28, follows.
- the first layer 26 is a first conductive layer made of an electrically conductive acrylic polymer dispersion, which can contain copper and silver particles as additives.
- the layers 26 and 28 could, however, also be made of the same material.
- a protective layer 29 to which, for example, an adhesive layer 30 made of thermoplastic plastic granulate or powder or made of an adhesive paste can be applied.
- an adhesive layer 30 made of thermoplastic plastic granulate or powder or made of an adhesive paste can be applied.
- the heating element 10 ′ can be laminated onto a further component, for example an interior trim part of a vehicle.
- All layers 24, 17 'and 25-30 can be applied by means of printing processes.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Flächenheizelement mit einem flexiblen Träger.
- Solche Folienheizungen sind bereits bekannt. In der Regel weisen die bekannten Heizungen auf eine Folie aufgedruckte, mäanderförmige Leiterbahnen auf, die sich bei einem Stromfluss erwärmen. Diese flexiblen Heizfolien können beispielsweise zur Beheizung von Fahrzeuginnenräumen und/oder Fahrzeugsitzen eingesetzt werden. Durch den flexiblen Träger lassen sich die Heizungen leicht auch auf Formteile wie Innenverkleidungen von Fahrzeugen oder Sitzen aufbringen.
- Auch zur Beheizung von Räumen wurden Folienheizungen in Form von Flächenheizungen schon eingesetzt. Die mit den bisherigen Heizungen dabei erzielbaren Temperaturen waren jedoch nicht zufriedenstellend.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächenheizelement vorzuschlagen, mit dem auch höhere Temperaturen erzielbar sind und das einfach in der Herstellung ist.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Flächenheizelement mit einem flexiblen Träger, auf den eine Heizfläche aufgebracht ist, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizfläche aus mindestens einer Heizpaste auf Acrylat- oder PU-Basis mit leitfähigen Füllstoffen gebildet ist.
- Im Gegensatz zu bekannten Heizelementen mit mäanderförmigen Heizleiterbahnen weist das erfindungsgemäße Heizelement eine Heizfläche auf und kann daher höhere und gleichmäßigere Temperaturen erzielen als bekannte Folienheizelemente. Die Heizfläche kann dabei auf >= 80°C aufheizbar sein, sodass mit dem Flächenheizelement sogar Räume eines Gebäudes beheizbar sind. Ein weiterer Vorteil einer Heizfläche im Vergleich zu mäanderförmigen Heizleitern besteht darin, dass mechanische Verletzungen der Heizfläche nicht zu einem Totalausfall des Heizelements führen wie bei einem Durchtrennen von Heizleitern.
- Die Heizfläche kann in beliebigen Formen und Größen hergestellt werden und somit optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall des Heizelements angepasst werden.
- Die leitfähigen Füllstoffe der Heizpasten können vorzugsweise Ruße, Metallplättchen, Graphite und/oder Silber-Nanokugeln sein.
- Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Heizfläche von mehreren Schichten von Heizpasten gebildet ist. Der mehrschichtige Aufbau sorgt für eine hohe Wärmespeicherkapazität. Gleichzeitig sind die Schichten flexibel und mechanisch sehr stabil, sodass auch ein starkes Biegen des Trägers nicht zum Ablösen der Pastenschichten führt.
- Neben der Heizfläche können auf den Träger auch elektronische Bauelemente einer Ansteuerelektronik für die Heizfläche, Leiterbahnen, LEDs, Sensoren und/oder Kontakte aufgebracht sein. Alternativ können diese Elemente der Ansteuerelektronik natürlich auch separat und entfernt von der Heizfläche angeordnet werden. Neben der Heizfläche sind in diesem Fall nur Kontakte auf dem Träger aufgebracht.
- Die elektronischen Bauelemente können dabei auf den Träger aufgedruckt, aufgeklebt, aufgelötet oder mit dem Träger vernietet oder verpresst sein. Die Bestückung des Trägers mit diesen Elementen kann auch mit Hilfe von Bestückungsautomaten erfolgen.
- Der Träger kann vorzugsweise aus einem silikonierten Papier oder einer PE-Folie gefertigt sein. Diese Materialien weisen genügend Reißfestigkeit bei gleichzeitig hoher Flexibilität auf.
- Die mindestens eine Heizpaste lässt sich vorteilhafterweise auf den Träger aufdrucken, wobei hierzu Standarddruckverfahren eingesetzt werden können.
- Weiter ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Heizfläche und dem Träger eine Reflexionsschicht aufgebracht ist. Die Reflexionsschicht sorgt für eine gute Wärmeabstrahlung und schützt gleichzeitig den Träger vor Überhitzung. Die Reflexionsschicht kann dazu von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Metallplättchen gebildet sein.
- Das Flächenheizelement kann durch einen externen Schalter ein- und ausgeschaltet werden. Es ist jedoch auch möglich, die Heizfläche mittels eines auf dem Träger aufgebrachten, durch Wischen oder Druck betätigbaren Schalters zu aktivieren. Der Träger kann hierzu beispielsweise eine neben der Heizfläche liegende Schaltzone aufweisen, auf den der Schalter aufgebracht ist.
- Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Schalter von zwei durch komprimierbare Abstandshalter voneinander getrennten elektrisch leitfähigen Schichten gebildet ist, wobei die Schichten Wasser basierte Dispersionen auf Polyurethanbasis mit eingefügten leitfähigen Elementen sind. Durch Druck lassen sich die Abstandshalter soweit komprimieren, dass die beiden leitfähigen Schichten in gegenseitigen Kontakt kommen und dadurch die Heizfläche mit Strom versorgt wird. Die Herstellung der Schichten aus wässrigen Dispersionen sorgt für eine umweltfreundliche Gestaltung des Heizelements, da auf Lösemittel verzichtet wird.
- Zur Erleichterung des Aufbringens des Flächenheizelements auf einem Bauteil, beispielsweise eines Innenraumverkleidungsteils eines Fahrzeugs, kann es mit einer Klebeschicht versehen sein. Die Klebeschicht kann vorzugsweise aufgedruckt werden und aus einem thermoplastischen Klebstoff bestehen. Dieser reagiert unter Hitzeeinwirkung, sodass das Flächenheizelement thermisch mit einem Trägerteil verbunden werden kann.
- Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Flächenheizelementen mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Draufsicht auf ein erstes Flächenheizelement;
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf ein zweites Flächenheizelement mit integrierten elektronischen Bauelementen;
- Fig. 3
- einen schematischen Schichtaufbau des Flächenheizelements aus
Fig. 2 im Bereich eines Schalters. -
Fig. 1 zeigt ein Flächenheizelement 10 mit einem flexiblen Träger 11, der beispielsweise eine Kunststofffolie oder ein silikoniertes Papier sein kann. - Auf dem Träger 11 ist eine Heizfläche 12 aufgebracht. Diese ist aus mindestens einer Heizpaste gebildet, wobei die Heizpaste beispielsweise ein Acrylat- oder PU-System mit leitfähigen Additiven sein kann. Als Additive kommen insbesondere Partikel aus Kupfer, Aluminium, Graphit, Silber oder Rußpartikel in Frage. Die Heizpaste weist damit einen geringen elektrischen Widerstand auf.
- Unter der Heizfläche 12 ist eine Reflexionsschicht 17 vorgesehen, die beispielsweise von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Aluminium-Partikeln gebildet sein kann.
- Seitlich der Heizfläche 12 sind Kontaktierungsflächen 13, 14 auf der Reflexionsschicht 17 angeordnet, die aus einer wasserbasierten, elektrisch leitfähigen Dispersion gebildet sein können. Hierfür kommen insbesondere Acryl-Polymere mit Kupfer- und/oder Silberpartikeln als Additive in Frage. Damit erhalten die Kontaktierungsflächen 13, 14 eine sehr gute Haftung auf dem Träger 11 und weisen eine gute Abschirmwirkung auf. Sie dienen dem Anschluss von elektrischen Kabeln 15, 16, um die Heizfläche 12 mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) verbinden zu können.
- In
Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Flächenheizelements 10' gezeigt. Auf einem flexiblen Träger 11' ist hier direkt eine zweigeteilte Heizfläche 12' angeordnet. Jede Hälfte 12a' und 12b' der Heizfläche 12' ist seitlich von Kontaktflächen 13a', 13b' berandet, die dem Anschluss von zu einer Stromquelle (nicht gezeigt) führenden Kabeln 15a, 15b, 16a, 16b dienen. Es ist außerdem ein Thermistor 18 vorgesehen, der über gedruckte Leiterbahnen 19 mit einem Stecker 20 sowie LEDs 21, 22, die zwei unterschiedliche Heizstufen anzeigen, verbunden. Der Stecker 20 und die LEDs 21, 22 sind auf einer Erweiterungszunge 11a' des Trägers 11' aufgebracht. Auf der Zunge 11a' ist außerdem ein durch Druck oder Wischen betätigbarer Schalter 23 angeordnet, sodass hier das Heizelement 10' in unmittelbarer Nähe zur Heizfläche 12' ein- und ausgeschaltet werden kann. -
Fig. 3 verdeutlicht den Schichtaufbau des Heizelements 10' ausFig. 2 im Bereich des Schalters 23. Auf dem Träger 11' ist zunächst eine Schicht 24 aus einer transparenten Polyurethandispersion aufgebracht. Anschließend folgt eine Reflexionsschicht 17', die von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Aluminiumpartikeln gebildet sein kann. Darüber ist eine weitere Schicht 25 aus einer transparenten Polyurethandispersion vorgesehen, bevor der eigentliche Schalter 23, der aus drei Schichten 26, 27 und 28 besteht, folgt. Die erste Schicht 26 ist eine erste leitfähige Schicht aus einer elektrisch leitfähigen Acryl-Polymer-Dispersion, die Kupfer- und Silberpartikel als Additive enthalten kann. Darüber folgt eine Abstandsschicht 27 aus Silikon oder aus einer Polyurethandispersion und anschließend eine zweite leitfähige Schicht 28, die beispielsweise aus einer wässrigen Polyurethadispersion mit Graphit hergestellt sein kann. Die Schichten 26 und 28 könnten jedoch auch aus dem gleichen Material gefertigt sein. - Oberhalb der Schicht 28 und damit des Schalters 23 ist eine Schutzschicht 29 angeordnet, auf die beispielsweise eine Klebeschicht 30 aus thermoplastischem Kunststoffgranulat oder -pulver oder aus einer Klebepaste aufgebracht sein kann. Mit Hilfe der Klebeschicht 30 lässt sich das Heizelement 10' auf ein weiteres Bauteil, beispielsweise ein Innenverkleidungsteil eines Fahrzeugs aufkaschieren.
- Sämtliche Schichten 24, 17' und 25 - 30 können mittels Druckverfahren aufgebracht werden.
Claims (13)
- Flächenheizelement mit einem flexiblen Träger (11, 11'), auf den eine Heizfläche (12, 12') aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') aus mindestens einer Heizpaste auf Acrylat- oder PU-Basis mit leitfähigen Füllstoffen gebildet ist.
- Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstoffe Ruße, Metallplättchen, Graphite und/oder Silber-Nanokugeln sind.
- Flächenheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') von mehreren Schichten von Heizpasten gebildet ist.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Träger (11, 11') elektronische Bauelemente einer Ansteuerelektronik für die Heizfläche (12, 12'), Leiterbahnen (19), LEDs (21, 22), Sensoren (18) und/oder Kontakte aufgebracht sind.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Bauelemente (19 - 23) auf den Träger (11, 11') aufgedruckt, aufgeklebt, aufgelötet oder mit dem Träger (11, 11') vernietet oder verpresst sind.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (11, 11') aus einem silikonierten Papier oder einer PE-Folie gefertigt ist.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Heizpaste auf den Träger (11, 11') aufgedruckt ist.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') auf >= 80°C aufheizbar ist.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Heizfläche (12, 12') und dem Träger (11, 11') eine Reflexionsschicht (17, 17') aufgebracht ist.
- Flächenheizelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsschicht (17, 17') von in ein wässriges Klebesystem eingebetteten Metallplättchen gebildet ist.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfläche (12, 12') mittels eines durch Wischen oder Druck betätigbaren Schalters (23) aktivierbar ist.
- Flächenheizelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (23) von zwei durch komprimierbare Abstandshalter (27) voneinander getrennten elektrisch leitfähigen Schichten (26, 28) gebildet ist, wobei die Schichten (26, 28) Wasser basierte Dispersionen auf Polyurethanbasis mit eingefügten leitfähigen Elementen sind.
- Flächenheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Klebeschicht versehen ist.
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