EP4192192A2 - Elektrische flächenheizung basierend auf einer gitter-förmigen grundstruktur mit unterschiedlichen faserelementen - Google Patents

Elektrische flächenheizung basierend auf einer gitter-förmigen grundstruktur mit unterschiedlichen faserelementen Download PDF

Info

Publication number
EP4192192A2
EP4192192A2 EP22211148.6A EP22211148A EP4192192A2 EP 4192192 A2 EP4192192 A2 EP 4192192A2 EP 22211148 A EP22211148 A EP 22211148A EP 4192192 A2 EP4192192 A2 EP 4192192A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
fiber element
surface heating
fiber
electric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22211148.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4192192A3 (de
Inventor
Urs Hunziker
Maximilian Johannes WURMITZER
Karl Egger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ke Kelit GmbH
Original Assignee
Ke Kelit GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ke Kelit GmbH filed Critical Ke Kelit GmbH
Publication of EP4192192A2 publication Critical patent/EP4192192A2/de
Publication of EP4192192A3 publication Critical patent/EP4192192A3/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • H05B3/342—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs heaters used in textiles
    • H05B3/347—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs heaters used in textiles woven fabrics
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/026—Heaters specially adapted for floor heating

Definitions

  • the invention relates to an electric surface heating for the construction sector with a lattice-like basic structure, which has fiber elements with different properties in the longitudinal and transverse direction. Furthermore, the invention relates to a surface heating system which has the electric surface heating. Furthermore, the invention relates to a method for producing the electric surface heating. In addition, the invention relates to the use of a woven basic structure as an electric panel heater.
  • the invention can thus relate to the technical field of heating systems, in particular electrical panel heating systems.
  • Electric panel heaters with electric heating elements are known as flat resistance heaters or systems based on heating cables.
  • EFHs can pose reliability and safety risks.
  • EFHs can, for example, be firmly connected to a structure or covering that stresses, particularly tensile stresses, from the building (e.g. settlement cracks in the concrete) or from the covering (e.g. shrinkage of plastic floors due to ageing) are transferred to the heating element. This is particularly the case with designs that are provided with holes or recesses for mortar or adhesive to penetrate.
  • heating elements can often have a proportion of carbon, in particular graphite, as the active heating material, which is then subjected to the tensile stresses described above. These tensile stresses act on the carbon (graphite) components and can negatively change their resistance and thus their heating behavior. This problem can be particularly noticeable with foil systems (or other thin and elastic embeddings of heating elements).
  • a woven lattice-like basic structure which has electrically insulating fibers with a coating of heating material, is described as being used as elastic electric surface heating.
  • an eFH can be understood in particular as a device which emits thermal energy when electrical energy is supplied to it.
  • the eFH is preferably flat, ie it has two main directions of extension (length direction x and width direction y).
  • An eFH can have a heating element, eg a heating wire, a heating cable, a heating foil, or a heating surface.
  • a heating wire e.g a heating wire, a heating cable, a heating foil, or a heating surface.
  • a heating cable is used as the heating element.
  • a heating cable in particular in a curved, more particularly meandering arrangement, can be attached to a carrier material or embedded in the carrier material.
  • the carrier structure can be designed as a film, which can then be transported on rollers. To lay the eFH as a wall, ceiling or floor covering, the rolls can then be unrolled and fastened.
  • the installed eFH can be covered with a floor, eg parquet, or with wallpaper.
  • electric panel heating can be used in the construction sector, for example house construction and building construction.
  • An eFH can have a modular structure and have a number of heating components. In one example, the term "construction" does not include industrial or aviation applications.
  • heating component or “heating element” can in particular refer to an element which is particularly suitable for dissipating heat to the environment when electrical energy is supplied.
  • a heating element can, for example, comprise a heating wire, a heating cable, a heating foil, or a heating surface.
  • a heating element can also be realized, for example, by a copper track or a heating material such as a heating lacquer.
  • the term “basic structure” can refer in particular to a material structure that can be used as a framework for an eFH.
  • the basic structure can have a stabilizing effect against tension.
  • there should be a certain elasticity so that an elastic eFH is possible.
  • the basic structure is structured as a fabric, lattice, or mesh.
  • the basic structure is constructed as a fleece and/or from fibers.
  • the (lattice-shaped) basic structure can in particular have longitudinal elements and transverse elements. These elements in turn have fiber elements.
  • the material of the fiber elements can have an increased tensile strength, for example glass fiber can be used as a material.
  • the basic structure can be manufactured for use as an eFH scaffold. This can have the advantage that a large area can be covered with little material, and yet there is a (tensile) stress-stabilizing effect.
  • Corresponding structures are known from reinforcement fabric and plaster reinforcements, but have hitherto been used for a different purpose.
  • fiber element (alternatively: filament) can be understood in particular as a linear element of the basic structure which has an extension in one spatial direction that is significantly greater than the extension in the other two spatial directions.
  • a fiber element is characterized in that it is particularly long and thin (and elastic).
  • a fiber element can have an inorganic material (eg glass fiber) or an organic material (carbon fiber, plastic).
  • a fiber element comprises a metal, eg copper.
  • the fiber element can be configured like a cable, for example.
  • the fiber material is preferably non-combustible.
  • the first fiber element comprises a metal
  • the second and third fiber elements comprise a glass fiber reinforced one have plastic. In this case, the first fiber element has a low resistance, while the second and the third fiber element have a high resistance.
  • a fiber element refers here in particular to the longitudinal extension.
  • a fiber element may comprise a single fiber or a multiplicity of fibers (e.g. fiber bundles).
  • a fiber element can have a large number of glass fibers.
  • a metal cable without individual fibers can also be referred to as a fiber element in this context.
  • a specific exemplary embodiment of a second/third fiber element can be: Carbon Roving ZOLTEK PX35 from Zoltek Europe, H-2537 Nyergesüjfalu in Hungary.
  • the term "electrically conductive heating material” can in particular refer to an electrically conductive material which is suitable for use as a coating (for an electrically insulating base element) and which is also suitable for functioning as a heating element.
  • the heating material can be a heating lacquer.
  • a heating lacquer can be an electrically conductive substance that can be processed in liquid form and can change into a hard or gelled form, e.g. by means of curing, drying out, or reacting. This heating material is used in particular as a heating component in the surface heating system described here.
  • the third fiber element is provided with a heating material.
  • the electrically conductive first fiber element can be used here as a power supply for the heating material.
  • the term "elastic insulating material” can in particular refer to an electrically insulating material which is suitable for embedding the (coated) base element.
  • a thermoplastic elastomer or silicone for example, can be suitable.
  • an elastic material e.g. an eFH
  • an elastic eFH can return to its original shape (essentially) non-destructively after the action of a force.
  • an elastic eFH can be rolled up, while this is not possible with a non-elastic eFH.
  • tensile strength (or tear strength) can relate in particular to a strength parameter of the basic structure.
  • the tensile strength can be determined according to ISO 537.
  • the term “surface heating module” can in particular refer to one or more heating elements, which can be summarized as a module.
  • a module can, for example, be specifically controlled/regulated by a control device.
  • such a heating component can be distinguished from another heating component.
  • a heating component can particularly preferably be a module which can be controlled/regulated independently of other heating components.
  • an eFH can (at least partially) have a modular structure, ie have a plurality of heating component modules.
  • a heating component can, for example, be a specific section of a heating element (e.g. heating cable) or a lattice structure made up of a number of rod-shaped heating elements.
  • a heating component can be a heating field (or heating zone) in a heating surface.
  • a heating component can be a partitioned or separable area.
  • a heating component can be arranged (also inseparably) together with other heating components in the same area (e.g. floor of a room), in which case each heating component can still be controlled/regulated independently of the other heating components.
  • a heating component can represent a surface heating module or be part of a surface heating module.
  • a surface heating module can also have a control device or control device, in particular the control device/control device being integrated into the surface heating module.
  • the invention can be based on the idea that an (elastic) electric surface heating can be provided for the construction sector, which is stable on the one hand and is also supplied with electricity safely and reliably on the other if a grid-shaped (longitudinal element and transverse elements) basic structure is selected, in which (isolated) first fiber elements are introduced as longitudinal elements, which have a significantly higher electrical conductivity (and a higher coefficient of expansion) than second and third fiber elements.
  • second/third high-impedance fiber elements with a low expansion coefficient in combination with first low-impedance (high current-carrying capacity) fiber elements with a higher expansion coefficient causes stabilization and improvement of the electrical properties can be.
  • a higher coefficient of thermal expansion e.g. second fiber element e-glass (5 ⁇ 10-6/Kelvin) and first fiber element copper (16 ⁇ 10-6/Kelvin) or aluminum (23 ⁇ 10-6/Kelvin
  • second fiber element e-glass 5 ⁇ 10-6/Kelvin
  • first fiber element copper (16 ⁇ 10-6/Kelvin) or aluminum (23 ⁇ 10-6/Kelvin) can increase by a factor of 2 to 3. If the eFH basic structure is completely embedded in a solid mass (e.g.
  • the fiber elements have no alternative but create shear or tensile stresses when the temperature changes than the (parallel) second fiber elements. This expansion of the first fiber elements can lead to improved contact between the fiber elements (heating lines) and to a reduction in hotspot formation at the transitions/interfaces.
  • the low-impedance fiber elements e.g. copper cables
  • the low-impedance fiber elements can also be used as feed lines and/or heating elements.
  • the chassis is formed (at least in part) as a woven fabric, with the longitudinal members forming the warp(s) of the fabric and the transverse members forming the weft of the fabric.
  • Weaving can also achieve some self-retaining of the weft in the transverse direction if the warps are kept under enough tension in the longitudinal direction. This can be of particular importance given the large openings (compared to the area occupied by the material of the net) in the net (so that when installed in a surface the adhesive, screed, cement, etc. can pass through these openings and solidify the net), since straight in the case of large openings in a netting product, there is no longer any great cohesion between warp and weft.
  • Subsequent coating with a binder can have a stabilizing effect, but until the binder is stiffened, high tensile stress on the warp can reduce or prevent slipping at the interfaces between warp and weft.
  • the special feature of the material selection for the fiber elements can play a role here: if, for example, a particularly high-tensile non-conductor (e.g. made of e-glass) is placed in the immediate vicinity of the first fiber element, the tension on the chain filaments required to prevent slipping can be maintained without that the first fiber element experiences an overstretching.
  • the basic structure is formed (at least in part) by means of at least one of weaving, fixing, knotting, or knitting, the fibers of the longitudinal elements and the transverse elements.
  • This production of the net structure can be achieved by several different production processes, including lattice-like laying of filaments and fixing at the crossing points, knotted filaments, knotless knitting (textile net forming techniques), knitting.
  • the first fiber element has metal, in particular copper or aluminum.
  • the first fiber element is designed as a cable.
  • an electrically conductive material with a comparatively high thermal expansion can be provided in a cost-effective manner.
  • the first fiber element can also be used as an electrical supply line or even as a heating material.
  • the second fiber element and/or the third fiber element has a high resistance, in particular an electrically insulating design.
  • a plurality of second fiber elements which have different physical properties, are preferably arranged parallel to the first fiber element in order to enable the behavior described above.
  • the second fiber elements can be designed like the third fiber elements (also with heating material), but they can also have a different composition.
  • the second fiber element and/or the third fiber element has at least one from the group consisting of: polyethylene, HP-polyethylene, polyamide, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyetheretherketone, aramid, para-aramid, in particular Kevlar, carbon , Glass, cellulose, flax, jute, cotton, basalt, a non-combustible material, an inorganic material. This can have the advantage that proven and industry-relevant materials can be implemented directly.
  • the eFH also has an electrically conductive heating material as a heating component, which at least partially encloses the third fiber element (in one example also second fiber elements).
  • the electrically conductive heating material has penetrated at least partially into the material of the basic structure, in particular has flowed into spaces between fibers (in particular glass fibers) of the basic structure.
  • the basic structure or the second/third fiber element for the application of heating material is soaked in heating material in a processing step, whereby this penetrates into the material.
  • heating material e.g. heating lacquer
  • this also becomes electrically conductive inside and becomes a heat generator. Penetration allows more heating material to accumulate per volume, which can result in deeper resistance. This can be of particular advantage in the case of longer current paths and low supply voltages, because this allows a higher heating output to be achieved (in particular with operating voltages of, for example, below 60 V).
  • the heating material has at least one from the group consisting of: heating lacquer (e.g. EHC-OL-SC), carbon, in particular graphite, conductive carbon black, copper, aluminum, silver, a 2K material, an electrically conductive hardener, an electrically conductive binding material, a thermoplastic elastomer, an ester, in particular polyvinyl ester, polyacrylic, polyacrylonitrile.
  • heating lacquer e.g. EHC-OL-SC
  • carbon in particular graphite
  • conductive carbon black copper, aluminum, silver, a 2K material
  • an electrically conductive hardener an electrically conductive binding material
  • thermoplastic elastomer an ester, in particular polyvinyl ester, polyacrylic, polyacrylonitrile.
  • the heating material has an elastic extensibility which is greater than an elastic extensibility of the second/third fiber element.
  • An advantageous aspect can be an adjustability of the elasticity of the heating material. If this is selected in such a way that the elastic extensibility is greater than that of the fiber elements, the heating material is not stretched to the deformation limit when the tensile loads are transferred to the eFH and can thus largely retain its electrical properties.
  • the electrically conductive heating material is 1/100 or more, in particular 1/20 or more, further in particular 1/5 or more, of the volume (or thickness and/or density) of the second/third Fiber element (especially a single fiber or a fiber bundle) penetrated or flowed.
  • the capillary suction capability of a heterogeneous matrix material e.g. staple fiber: air and fiber material
  • a heterogeneous matrix material e.g. staple fiber: air and fiber material
  • the heating material not only adheres to the surface of the basic structure, but at least partially penetrates more than one tenth of the diameter of a carrier thread, preferably more than one fifth, particularly preferably more than half of the carrier thread.
  • a higher temperature is provided inside the basic structure than on the surface of the basic structure. As described above, this can be due to the fact that heating material has penetrated into the interstices of the basic structure.
  • the interior of the basic structure also becomes electrically conductive and becomes a heat generator. Since the heat is only dissipated outside, depending on the design variant, heat builds up inside and the temperature is therefore higher than outside.
  • the eFH has a binder which at least partially encloses the second/third fiber element.
  • the binder can be electrically conductive or electrically insulating.
  • the binder can shrink by more than 0.5%, in particular by more than 2%, more particularly by more than 8% of its volume.
  • the heating material replaces or supplements the binder, which can lead to material savings.
  • an area of the basic structure can be left without heating material.
  • normal insulating binders can be used or, alternatively, reinforcement elements made of other materials can be used (e.g. subrack materials for electronic components, which also contain the power supply lines to the heating material).
  • areas of the basic structure can be free of heating material, in particular reinforced by a non-conductive stiffening material (binder, carrier material for electronic components, etc.), in particular with electrical leads also being introduced in this area.
  • a non-conductive stiffening material binder, carrier material for electronic components, etc.
  • the binder is (at least partially) introduced, in particular attached to the recesses.
  • independent heating components/panel heating modules can be delimited in an electrically insulating and stabilizing manner.
  • binders by using suitable binders, it can be achieved that they experience shrinkage (e.g. volume reduction due to loss of solvent/water) when a higher viscosity is reached (as part of the gelation process) or during final curing.
  • shrinkage e.g. volume reduction due to loss of solvent/water
  • This can be used with suitable dimensioning of material diameters (low-resistance conductor or heating filament) in relation to binder sheath thickness to increase the contact pressure between heating filament (heating material) and low-resistance conductor (first fiber elements).
  • material diameters low-resistance conductor or heating filament
  • binder sheath thickness to increase the contact pressure between heating filament (heating material) and low-resistance conductor (first fiber elements).
  • this mechanism is also supported by capillary, adhesive and cohesive forces.
  • volume reduction process taking place here according to the invention does not take place through thermal change, but through chemical/physical volume reduction in the transition from "slightly stiff” to "stiffened” of the binder takes place - the compression effect can, however, be subject to the same geometry mechanics.
  • This radial compression can increase the contact pressure between the two types of conductors (fiber elements) for a better connection.
  • Corresponding improvements in contact have already been found in binders with a volume reduction/shrinkage of more than 0.5%, in particular more than 2%, preferably more than 8%.
  • the second fiber elements and/or the third fiber elements are coated with a coating, in particular the heating material and/or the binder.
  • the coating has a thickness in the range of 0.01 to 4 mm, in particular 0.05 and 2 mm, more particularly 0.1 and 1 mm.
  • an interface between the first fiber element and the third fiber element is at least partially covered with the coating.
  • the eFH also has: insulation and/or separation at an interface between the first fiber element and the third fiber element.
  • a coating can advantageously increase the contact pressure.
  • An additional increase in contact pressure can be achieved by multiple coatings (application of a coatings when the underlying coating is at least half stiffened) can be achieved. If you want to increase this effect, you can also use more strongly shrinking materials for the outer covering, such as those used for heat-shrink films (and thus, for example, laminate the net-shaped basic structure between two layers of heat-shrink film and then thermally shrink them).
  • an outer covering of the point of intersection of the third fiber element and the first fiber element is preferably minimally covered by coating, more preferably a large-area coating covering is provided.
  • heating material binder, and coating can also overlap.
  • individual warp threads are insulated so that they have no contact with the heating lacquer/heating element or electrically conductive weft of the third fiber element (e.g. carbon rovings).
  • This can allow later installation of a controller (control unit) for individual bays using a separate connection.
  • This can, for example, be produced using insulation displacement technology in such a way that the controller can draw the energy from the isolated chain and regulate it when it is released to the field.
  • this insulation can only be temporary and can be removed again after impregnation.
  • the eFH has an (elastic) insulating material in which the basic structure is at least partially embedded.
  • the elastic insulation material has at least one from the group consisting of: silicone, polyurethane, in particular a polyurethane dispersion, a 2K elastomer, in particular based on at least one of epoxy, polyurethane, polyurea.
  • the elastic insulation material can be cured by means of UV light and/or polyaddition. This can have the advantage that proven and industry-relevant materials can be implemented directly.
  • the enveloping external insulation can be made alkali-resistant.
  • UV-crosslinking silicone has in resistance to weak acids and alkalis on the various design variants.
  • the insulation material can continue to provide the basic functionalities of reinforcement fabrics/plaster reinforcements in the area close to the surface: bridging cracks in the plaster, prevention of damage, slip resistance during installation, surface irregularities can be compensated for, absorption of stresses caused by temperature (e.g. interesting for thermal insulation composite systems (ETICS) and stabilization).
  • bridging cracks in the plaster e.g. interesting for thermal insulation composite systems (ETICS) and stabilization).
  • the electric surface heating is designed as a heating foil. This can have the advantage that the elastic eFH can be transported efficiently and installed with little effort and a low installation height.
  • the electric surface heating can be rolled up.
  • it can be rolled up into rolls with a diameter of 2 m or less, in particular 1.2 m or less, more particularly 65 cm or less, more particularly 40 cm or less. This measure also enables efficient transport and simple assembly.
  • the eFH is wheeled for transport to the destination.
  • the eFH described can now make it possible to produce narrow rolls for transport by combining it with a correspondingly suitable insulation material with a high restoring force.
  • the non-plastic deformation of the base element can be used, which can consist of a plurality of individual fibers (a so-called roving), for example. These measures can make it possible to roll the eFH with a particularly small diameter (diameter seen overall).
  • the waviness of the electrical surface heating after it has been unrolled is 20 cm or less, in particular 12 cm or less, more particularly 5 cm or less, more particularly 2 cm or less.
  • a particularly efficient and robust embedding in a floor covering e.g. mortar, adhesive, plaster, etc. can therefore be made possible.
  • waviness can refer to uneven surfaces that occur periodically at longer intervals than roughness, which can be defined as a deviation from an ideal surface that repeatedly occurs at relatively longer intervals than depth.
  • the memory effect of bending the heating track is reduced.
  • the undesired memory effect of a heating track being "rolled up" e.g. due to the imprinting of the roll shape when a heating track is stored for a long time
  • This memory effect can be reduced by using a very thin structure or by adjusting the properties of the binder appropriately. This is shown, for example, by the fact that after a heating sheet has been unrolled, it does not have any bulging in relation to the lying surface of more than 10 cm, preferably more than 3 cm, in particular more than 1 cm. Small bumps are kept flat, e.g. by the adhesive force (or the adhesion forces in the fluid or gel phase) of the binding material (adhesive, mortar, etc.).
  • the electric surface heating also has: a control unit for controlling/regulating a heating output, in particular with the control unit being coupled to the first fiber element, further in particular with this first fiber element being formed separately from the third fiber element.
  • a control unit for controlling/regulating a heating output, in particular with the control unit being coupled to the first fiber element, further in particular with this first fiber element being formed separately from the third fiber element.
  • the electric surface heating also has: a sensor unit, in particular a temperature sensor, which is coupled to the basic structure via a sensor line, in particular woven into it.
  • the openings of the basic structure have a diameter in the range of 0.5 mm to 120 mm, in particular 1.5 mm to 80 mm, more particularly 3 mm to 45 mm, in the plan view. This can result in a stable yet elastic mesh and the embedding material can pass through these openings.
  • the electric surface heating at least partially has a thickness (z) of 10 mm or less, more particularly 8 mm or less, more particularly 5 mm or less, more particularly 3 mm or less. This advantageously results in a particularly small installation height. With particularly thin but high-strength base materials or with flat (not round, i.e. oval or flat-lying rectangular) strands of the base element, a very small construction height can be achieved.
  • the low installation height can be achieved, e.g. ⁇ 20 mm (reinforcement fabric laid in adhesive for tiles), in particular ⁇ 10 mm (e.g. plaster reinforcement with finished plaster on top for a wall).
  • the installation height is measured without taking into account the height/thickness of connection cables and/or power supply units.
  • the nominal heating power is between 50 W and 200 W per m 2 , in particular between 100 W and 200 W per m 2 . This ensures efficient heating performance.
  • the first fiber element should have a current carrying capacity (or current carrying capacity) of > 5 A so that sufficient energy can be fed into the heating element to achieve the nominal heating power.
  • the nominal heat output can be understood as the output under the intended normal voltage (depending on the system design, this can be 48 V AC or 60 V DC for low-voltage systems, for example). Excessive heat output can lead to overheating of locally thermally insulating items on the floor (e.g. clothes) - but can also lead to local overheating in the transition from the low-impedance conductor (first fiber element) to the heating filament (heating element). A heating output that is too low In one example, this may not be enough to bring the room up to the target temperature within a short time.
  • the electric panel heater is configured to operate heating components with a voltage of 60 V or less. As a result, energy can be saved while operational reliability can be increased.
  • the flexural rigidity of the electric surface heating is different in the longitudinal direction (MD) and transverse direction (CD), in particular the difference being more than 1%, in particular more than 5%, more particularly more than 10%.
  • MD longitudinal direction
  • CD transverse direction
  • Appropriate measures can thus be taken to achieve different rigidity in MD and CD. If, for example, the heater only has to be rolled in MD for transport, a different rigidity can be set in CD. With higher stiffness in CD, more stability for lying flat in CD is achieved. With a higher stiffness in MD, the risk of buckling around a fiber element in CD is reduced. Depending on the detailed requirements of the heating system, a different rigidity can be adjusted. This can be achieved, for example, by adapting the cross sections and/or the aspect ratios of cross sections of the fiber elements. For example, a copper strand with a square cross-section is stiffer in MD than a copper strand with a large width and small height (i.e. a thin ribbon in MD).
  • this can be achieved by pre-treating the fiber elements (liquid-repellent/liquid-attracting, compared to the binder) or by pre-stiffening the fiber elements.
  • rigidity can be understood as meaning the flexural rigidity of the finished heating track.
  • the electric surface heating also has: at least one electric supply line, which is coupled to a heating component of the eFH.
  • a heating component of the eFH In particular by means of at least one from the group consisting of: clamps, soldering, gluing, welding, insulation displacement connections, knots, further in particular with the electrical supply line being woven into the basic structure.
  • the heating material can be supplied directly with electrical energy (e.g. from the socket) using tried-and-tested and established technology.
  • a contact-improving measure (relating to the electrical contact) is applied to improve the electrical connection (i.e. to reduce the contact resistance) at at least individual (if not all) crossing points between the heating filament (third fiber element) and the supply filament (supply line and/or first fiber element).
  • the insulating material embeds the at least one electrical supply line (at least partially).
  • the at least one electrical supply line at least partially.
  • the second fiber element and/or the third fiber element has a tensile strength of 10 MPa or more, in particular 100 MPa or more, in particular 1000 MPa or more, further in particular 1200 MPa or more.
  • the tensile strength of the materials used for the mesh is at least similar to a tensile strength of graphite (depending on 20-70 MPa). Tensile strengths above 100 MPa and above 1000 MPa can be preferred. While common (simple) plastics can be used for lower tensile strengths (e.g. PE, PA, PP, PET, etc.), more special plastics (PEEK and similar) are available for higher tensile strengths (> 100 MPa). With a material class of over > 1000 MPa, e.g. HP-PE, aramid fibers or glass fibers are possible. In the case of organic materials in the medium tensile strength range, natural fibers such as flax, jute, cellulose, cotton, basalt fibers etc. can also be considered.
  • the fiber elements have at least one from the group consisting of: a fleece, an inorganic material, a non-combustible material.
  • a fleece can have the advantage that the heating material can be absorbed particularly efficiently, resulting in a low-impedance heating element that can be particularly suitable for low supply voltages.
  • This fleece can have recesses for the penetration of adhesive/plaster/mortar, etc.
  • this fleece contains glass fibers or consists of glass fibers (for example glass fiber fleeces such as are used to repair damage to the bodywork of automobiles).
  • Inorganic and/or non-combustible materials can be laid on/in a substrate in a particularly safe and robust manner.
  • fibers are used to produce a thread, a rope, a bundle or a twine, from which the basic fabric of the basic structure is then produced.
  • this allows good flexibility to be achieved and, on the other hand, the heating material can either "claw" at the surface of the thread (or the fibers) or penetrate at least into the upper areas of the thread (or the fibers) through capillary forces and thus particularly good adhesion to reach.
  • the high temperature insensitivity of glass fibers can be advantageous here with regard to aging (e.g. compared to a plastic, which would promote thermal oxidation).
  • a concrete (example) implementation consists of a glass fiber net, which is made up of strands of 6 yarns with 300 tex in the y-direction and a roving with 2400 tex in the x-direction and has a mesh size of 4 cm (e.g. the basic net from PFL 130 40x40 from Solidian).
  • the tear strength of the electrical surface heating (or the high-tensile basic structure) in the main directions of extension (MD, CD) is 200 N/5 cm or more, in particular 1000 N/5 cm or more, more particularly 2000 N/5 cm or more more.
  • the tear strength after manufacture of the electric surface heating is reduced by 50% or less within 10 years. As a result, a particularly stable and high-tensile eFH can be provided.
  • Efficient resistance to aging can be achieved in particular by using rovings in combination with the outer hermetic covering (insulation material): in one example, after aging for ten years, the above values will be reduced by less than 50%.
  • the heating element hardens over a period of several years.
  • the material is harder two years after production than 24 hours after production; this hardness is in particular 5% or more, more particularly 15% or more, more particularly 30% or more.
  • a special elastic heating lacquer is used. This can be of great importance for the time between fabrication and laying on site. In one example, the hardening and embrittlement changes in the heating lacquer that take place after installation in the building object can no longer be a problem. On the contrary, it can even be desirable after installation if the heating lacquer adheres extremely firmly to the base material. For this reason, a heating lacquer is used in this example, which initially has special elastic properties after production, but which then becomes harder and more brittle over time.
  • the electric surface heating also has: a further insulating material, which is applied to the insulating material.
  • a second (independent) layer of insulation/protection and/or a grounding shield is applied to the outer electrical insulation. This allows additional personal protection, especially when the system is operated with voltages above 60 V.
  • the basic structure has recesses on which no heating component is arranged.
  • these recesses serve as a delimitation for separate panel heating modules. This can have the advantage that surface heating modules that are independent of one another can be provided, which can be clearly defined (in particular can be controlled/regulated independently of one another).
  • heating area can in particular refer to an area within an electric surface heating system which has an electric heating component and is therefore not suitable for being processed (in particular drilled through).
  • a heating cable is embedded in a support structure of the electric surface heating.
  • the probability of damaging the heating component e.g. the heating cable, the heating foil
  • the heating area underneath e.g. through the support structure of the electric surface heating
  • This probability can be so increased in the heating area that a person skilled in the art advises against piercing because the risk of damage is too great.
  • heating area refers not only to the heating component itself, but also to the surrounding area around the heating component, in which machining or drilling would generally not be carried out because safety is jeopardized.
  • heating area of an electric surface heating is defined or documented.
  • the term "free area" can in particular refer to an area within an electric surface heating system which has no electric heating component or no heating element and is therefore suitable for being processed (in particular drilled through).
  • no heating cable is embedded in an area of the support structure of the electric surface heating.
  • a heating foil has free areas without a heating function.
  • heating foil sections are used as heating areas, between which free areas are then left.
  • the free area can have appropriate dimensions so that drilling through non-transparent covering material and the free area underneath is possible without risk.
  • the size of the free area can be selected in such a way that the probability of missing the free area when drilling becomes negligibly small.
  • the electric surface heating has, at least in sections, 10 or more per square meter in particular 20, further in particular 40 or more free areas, in particular recesses.
  • the eFH can be designed in such a way that it has a plurality of cutouts which are larger than 1 cm in the x and y direction, preferably larger than 2 cm, particularly preferably larger than 3 cm .
  • assembly fluid can pass through these openings and thus form a stable connection between the subfloor and the top covering after the mounting fluid has hardened (in certain cases, the mounting fluid can also form the top covering immediately after hardening (poured floor).
  • the electric surface heating also has: at least one control device.
  • the control device is configured to control and/or regulate an energy supply to a heating component of the eFH, and wherein the control device is further configured to control the energy quantity of the energy supply in such a way that a time-limited energy burst is sent to the heating component provided to the eFH.
  • control device can refer in particular to a device, e.g. a computer, a PLC (programmable logic controller), a computer system, a processor, which is suitable for controlling the energy supply to an electric surface heating or to control (and regulate) individual heating components.
  • a device e.g. a computer, a PLC (programmable logic controller), a computer system, a processor, which is suitable for controlling the energy supply to an electric surface heating or to control (and regulate) individual heating components.
  • the term “energy supply” can relate in particular to an electric energy supply.
  • the energy supply is realized by a power cable, which provides electricity to the electric surface heating or a heating element of the eFH.
  • the control device can be implemented in such a way that the amount of electrical energy provided to the eFH is controlled or regulated, e.g. by means of a control computer.
  • a plurality of energy supply lines are controlled by a computer system and readjusted during operation by means of a sensor network.
  • control device can be set up in such a way that the amount of energy in an energy burst can be variably adjusted.
  • the control device can use this amount of energy determine it yourself or have it specified (e.g. by a user or another control system).
  • control device can refer to a single device or a plurality of devices, each of which can be referred to as a "controller".
  • an eFH can have a control device which consists of a plurality of control units, each of which is assigned to a heating component (in particular is integrated into the respective heating component).
  • the control device can measure the local temperature of a heating component by means of a temperature sensor system (e.g. temperature sensor) and possibly determine the current energy consumption.
  • the control device can be set up to provide a specific temperature characteristic(s) (heat profile) to a specific heating component.
  • the term “energy surge” can refer in particular to an amount of energy (in the context of an energy supply to an eFH) that is significantly higher than the usual amount of energy that is supplied to an eFH during operation.
  • the amount of energy in an energy burst can be at least 40% or more, in particular twice (or more) the usual amount of energy that is supplied to an eFH in steady-state operation.
  • the amount of energy of the energy burst may essentially correspond to the maximum (heating) output).
  • the energy requirement is 50 W/m 2 with leveled-off operation in the height of winter, with the maximum output being 80 to 150 W/m 2 .
  • the significantly higher amount of energy of the energy surge can lead to a corresponding heat surge (or a heat surge that corresponds to the energy amount of the energy surge) in an eFH, or an initial thermal overheating.
  • a thermal shock can lead to a sudden, extremely rapid heating of the eFH and thus also of the surrounding space.
  • immediate heating to a comfortable temperature not necessarily reaching an absolute temperature
  • such an energy burst can be carried out on a heating cable, but not on a self-limiting heating cable (which limits the temperature using a PTC thermistor or PTC effect achieved, whereby an increase in temperature leads to an increase in resistance and thus a reduction in energy), because in the latter the temperature-dependent resistance of the self-limiting material (see below) would counteract rapid heating.
  • the duration of the energy burst is in the range of 20 seconds to 20 minutes (in particular 10 minutes, more particularly 5 minutes, more particularly 2 minutes).
  • the energy burst has at least one characteristic from the group consisting of: locally variable, dependent on historical data, dependent on the environmental conditions. Accordingly, the energy burst can advantageously be used in a dynamic manner. In particular, heating components can be subjected to different energy bursts independently of one another.
  • An electric panel heater can be provided which allows selective and rapid heating, but is at the same time safe and reliable if a control device of the eFH applies specific temperature characteristics to different heating components of the eFH independently of one another.
  • a region of the third fiber element has no heating material, with this region forming a boundary between the first surface heating module and the second surface heating module.
  • the electrical surface heating is (at least partially) embedded in a substrate material.
  • the substrate material includes at least one of the group consisting of floor covering, wall covering, wallpaper, concrete, cement, screed, tile, wood, laminate, plastic, adhesive.
  • the substrate material also has: a surface heating top layer, which is arranged on the electric surface heating, wherein a temperature difference, in the operating mode, between the heating element and the surface heating top layer is 10 ° C or less, in particular 7 ° C or less, more particularly 5°C or less.
  • a temperature difference, in the operating mode, between the heating element and the surface heating top layer is 10 ° C or less, in particular 7 ° C or less, more particularly 5°C or less.
  • surface heating can be implemented in such a way that it can be installed as close as possible to the surface of the building volume to be heated.
  • the heater when used as a reinforcement fabric, the heater can be used very close to the surface without the negative effects of mechanical loads.
  • Usual sensitive electrical heaters have to be installed deeper in the structure of a wall or floor (because they are either thicker or have to be installed deeper in the floor/wall due to sensitivity (necessary pressure load distribution of point surface loads) to mechanical loads).
  • the joining comprises: at least partially weaving the basic structure, wherein the longitudinal elements form the warp of the fabric and the transverse elements form the weft of the fabric (see above).
  • the method also includes: enclosing the third fiber element with a binder and/or a heating material.
  • the third fiber element is first surrounded by the heating material. According to a further exemplary embodiment, the third fiber element is first surrounded by the binder.
  • the method also includes: leaving an area of the third fiber element free, in particular this area forming a boundary between surface heating modules.
  • the electrically conductive heating material liquid or solid when enclosing.
  • the enclosing has at least one from the group consisting of: impregnation, imprinting, laminating, plasma coating, etching, vapor deposition, spraying, brushing, gluing, printing.
  • the enclosing involves immersing or immersing the base element in a liquid that forms the heating element (simple variant: lacquer with copper or carbon particles).
  • a liquid that forms the heating element simple variant: lacquer with copper or carbon particles.
  • Other variants of this configuration apply a solid or liquid heating material by spraying, painting, vaporizing, gluing or similar methods.
  • a corresponding application can be structured below.
  • the provision also includes: modifying the surface properties of the base element, in particular by means of coating.
  • the surface properties of the base element material material selection/coating/treatment
  • penetration of the heating material into the base material can be achieved even if the heating material is only superficially added (e.g. by printing), e.g. due to the capillary effect of fiber bundles. This advantageously reduces the superficial damage sensitivity of the eFH.
  • the method further comprises: isolating and/or separating the heating material from the first fiber element at an interface of the first fiber element and the third fiber element.
  • the enclosing also includes: leaving areas of the basic structure free to provide recesses, in particular by means of at least one from the group consisting of: screen printing, reserve printing, in particular wax reserve printing, temporary covering.
  • the base element is covered in places before being coated with the heating material. This can be done using stencils, temporary coverings (e.g. wax or resin that can be removed later), printing industry mechanisms, etc. This can have the advantage that the surface heating can be divided up so that several heating components (fields) or surface heating modules can be implemented.
  • the embedding further includes: soaking the base element enclosed by the heating element in the elastic insulating material.
  • the embedding also includes: curing of the elastic insulation material, in particular by means of UV radiation and/or polyaddition.
  • the method is carried out (at least in part) in a reel-to-reel process.
  • the outer electrical insulation of the eFH is applied in a roll-to-roll production.
  • the insulation material can consist of a silicone material, for example, through which the base element is pulled (soaked) after the heating material has been applied and dried. Subsequent curing by means of UV curing can allow rapid curing, so that the insulation material can then be rolled up again on rolls.
  • a copper cable is used for the first time as a single warp (or as an addition to individual warp threads) for weaving an electrical panel heating element. Furthermore, for the first time, a conductively coated glass fiber or a carbon filament is used as a weft (in the case of mostly insulating glass fibers as a warp) in an eFH. A net-like surface heating is provided, with at least individual filaments being used in MD, which have low-resistance properties with high current-carrying capacity.
  • figure 1 shows a plan view of a basic structure 110 of an electric surface heating (eFH) 100 according to an embodiment of the invention.
  • the electric panel heater 100 is elastic and the basic structure 110 is grid-shaped or net-shaped, resulting in a plurality of openings 115 .
  • a plurality of longitudinal elements 111 extend along a longitudinal direction MD (machine direction) of the basic structure and a plurality of transverse elements 112 extend along a transverse direction CD (cross direction) of the basic structure 110.
  • the basic structure 110 is designed as a woven fabric, wherein the longitudinal elements 111 form the warp of the fabric, and the transverse elements 112 form the weft of the fabric.
  • the longitudinal elements 111 have at least a first fiber element 120 and second fiber elements 130 parallel to one another, with the number of second fiber elements 130 being higher.
  • the first fiber element 120 has a low resistance, has a permanent current-carrying capacity of at least 5 A, and has a high coefficient of thermal expansion compared to the second fiber element 130 (in at least one coordinate direction).
  • the first fiber element 120 comprises a metal (in particular copper or aluminum) and is preferably designed as a cable (a thick carbon filament is also possible, for example).
  • the second fiber element 130 has a high resistance, is essentially electrically insulating, and has e-glass, for example.
  • the transverse elements 112 have third fiber elements 140 which can be configured similarly to the second fiber elements 130 .
  • the third fiber elements 140 also have a lower electrical conductivity and a lower thermal expansion coefficient than the first fiber element 120.
  • the third fiber elements 140 also have an electrically conductive heating material 160 as a heating component/heating element, which is applied, for example, as a heating lacquer layer.
  • the heating material 160 preferably has an elastic extensibility which is greater than an elastic extensibility of the third fiber element 140.
  • FIG 2 shows a detailed view of the basic structure 110 of the electric surface heating 100 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • a first fiber element 120 is designed as a copper cable and third fiber elements 140 are alternately pushed through between two parallel parts of the first fiber element 120 . There are thus interfaces/crossing points 125 at the push-through points.
  • FIG 3 shows a plan view of an electric panel heater 100 according to an embodiment of the invention.
  • the eFH 100 has the basic structure 110 described above, which is embedded by an (elastic) insulating material 130 as a carrier structure.
  • the basic structure 110 forms the heating element of the eFH 100.
  • the electric panel heater 100 also has: a heating area 102 in which the heating element 110 is arranged, and a free area 104 in which the heating element 110 is not arranged.
  • the latter serves as a free zone, for example to drill holes if the electric surface heating 100 is covered by a floor or wallpaper and is no longer visible.
  • the electric surface heating 100 has a first surface heating module 108 (first zone) in which a first heating element (first field) is arranged, and a second surface heating module 109 (second zone) in which the second heating element (second field) is arranged. Both surface heating modules 108, 109 are connected to one another via a connecting element 170. Furthermore, the eFH 100 can have a control device, not shown (e.g. integrated into the connection element 170). In one exemplary embodiment, the control device can control or regulate the surface heating modules 108, 109 (or their heating components) independently of one another.
  • the heating element 110 is connected to a source of electrical power by means of leads 171,172.
  • the feed lines 171, 172 are embedded in the insulating material 150 at least in sections.
  • FIGS. 4a to 4c show detailed views of fiber elements of the electrical surface heating 100 according to embodiments of the invention.
  • Figure 4a shows a cross section through a third fiber element 140, which is embedded in the insulation material 150.
  • a layer (or a coating) of an electrically conductive heating material encloses the fiber element 140.
  • the latter is electrically insulating, so that the heating material 160 can be controlled in a targeted manner.
  • Figure 4b also shows a cross section through a third fiber element 140 with the difference that glass fiber bundles are used. Gaps are thus created between the glass fibers, into which electrically conductive heating material 160 can flow during a manufacturing process (eg impregnation).
  • a manufacturing process eg impregnation
  • a higher temperature can be reached inside the fiber element 140 than on the surface of the fiber element 140.
  • Figure 4c 12 shows an interface 125 between a first fiber element 110 in the longitudinal direction MD and a third fiber element 140 in the transverse direction CD.
  • the interface 125 is essentially covered or at least once surrounded by a binder 165 .
  • the Figures 5a to 5c 12 show interfaces 125 between longitudinal elements 111 and transverse elements 112 according to embodiments of the invention.
  • the Figures 5a and 5b show knotted intersections 125, particularly twisted and braided.
  • the Figure 5c shows a non-knotted, woven interface 125.
  • FIG 6 shows a plan view of an electric surface heating 100, which has surface heating modules 108, 109, according to an embodiment of the invention.
  • the section shown can have an area of approximately 1 m ⁇ 1 m.
  • the surface heating modules 108, 109 are designed as individually controllable fields: Auxiliary lines (first and second fiber elements) are woven into the basic structure 110, which can then be separated at suitable points.
  • a control unit 170 is arranged within a surface heating module 108 and can specifically control this field, for example.
  • Sensor lines 180 may be coupled to controller 160 .
  • Separate temperature sensors 185 can measure the temperature in individual fields and thus provide the temperature data required for regulation.
  • the temperature can be measured at several points within a field and, if there is a risk of overheating, the amount of energy supplied to an entire field can be throttled. This prevents local overheating and, for example, small children playing on the bathroom floor cannot injure themselves.
  • supply lines 171, 172 to the individual panel heating modules 108, 109 are provided. These can also be integrated with first fiber elements 120 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

Es wird eine elektrische Flächenheizung (100) zum Verlegen im Baubereich beschrieben, wobei die elektrische Flächenheizung (100) im Wesentlichen elastisch ist und eine Gitter-förmige, insbesondere Netz-förmige, Grundstruktur (110) aufweist, welche eine Mehrzahl von Öffnungen (115) hat, wobei die Grundstruktur (110) aufweist:
i) eine Mehrzahl von Längselementen (111), welche sich entlang einer Längsrichtung (MD) der Grundstruktur (110) erstrecken, wobei die Längselemente (111) aufweisen:
ia) ein erstes Faserelement (120), welches niederohmig ist und eine permanente Stromtragfähigkeit von zumindest 5 A aufweist, und
ib) ein zweites Faserelement (130),
wobei das erste Faserelement (120) eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das zweite Faserelement (130), und
wobei das erste Faserelement (120) in zumindest einer Koordinatenrichtung denselben oder einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Faserelement (130);

ii) eine Mehrzahl von Querelementen (112), welche sich entlang einer Querrichtung (CD) der Grundstruktur (110) erstrecken, wobei die Querelemente (112) aufweisen:
iia) ein drittes Faserelement (140),
wobei das erste Faserelement (120) eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das dritte Faserelement (140).

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Flächenheizung für den Baubereich mit einer Gitter-förmigen Grundstruktur, welche in Längsrichtung und Querrichtung Faserelemente verschiedener Eigenschaften aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Flächenheiz-System, welches die elektrische Flächenheizung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Flächenheizung. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verwenden einer gewebten Grundstruktur als elektrische Flächenheizung.
  • Die Erfindung kann sich somit auf das technische Gebiet von Heizsystemen, insbesondere elektrischen Flächenheiz-Systemen, beziehen.
    • Technischer Hintergrund
  • Elektrische Flächenheizungen (eFH) mit elektrischen Heizelementen sind als flächige Widerstandsheizungen oder heizkabelbasierende Systeme bekannt. Allerdings können (fest eingebaute) elektrische Flächenheizungen Zuverlässigkeits- und Sicherheitsrisiken darstellen. EFHs können beispielsweise derart fest mit einem Baukörper oder Deckbelag verbunden sein, dass sich Spannungen, insbesondere Zugspannungen, aus dem Gebäude (z.B. Setzungsrisse im Beton) oder vom Deckbelag (z.B. alterungsbedingte Schrumpfung von Kunststoffböden) auf das Heizelement übertragen. Dies insbesondere bei Ausführungen, welche zur Mörtel- oder Kleberdurchdringung mit Löchern oder Aussparungen versehen sind.
  • In einem anschaulichen Beispiel können Heizelemente häufig einen Anteil von Kohlenstoff, insbesondere Graphit, als aktives Heizmaterial aufweisen, wobei dieser dann den oben beschriebenen Zugspannungen ausgesetzt ist. Diese Zugspannungen wirken auf die Kohlenstoff-(Graphit-) Komponenten und können deren Widerstand, und damit das Heizverhalten, negativ verändern. Diese Problematik kann sich besonders bei Foliensystemen (oder anderen dünnen und elastischen Einbettungen von Heizelementen) bemerkbar machen.
  • Bekannte Flächenheizungen haben die oben genannten Problematiken (insbesondere hinsichtlich Ausdehnungsverhalten) in Zusammenhang mit einer geeigneten Stromzuführung bislang nicht gelöst. Besonders wünschenswert kann daher ein System sein, welches in Einzelsystemen (z.B. 10 m lang und 1 m breit) organisiert ist, mit genügend Strom versorgt wird, günstig in der Herstellung ist, und zusätzlich ohne störende Welligkeit bis zur Einbettung auf dem Boden ausrollbar ist.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine (elastische) elektrische Flächenheizung für den Baubereich bereitzustellen, welche einerseits stabil verlegbar und andererseits sicher und zuverlässig Strom-versorgt ist.
  • Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine elektrische Flächenheizung zum Verlegen im Baubereich beschrieben, wobei die elektrische Flächenheizung (im Wesentlichen) elastisch (z.B. als Heizfolie ausgestaltet und einrollbar) ist und eine Gitter-förmige (insbesondere Netz-förmige) Grundstruktur aufweist, welche eine Mehrzahl von Öffnungen (zwischen Faserelementen) hat. Die Grundstruktur weist ferner auf:
    1. i) eine Mehrzahl von Längselementen, welche sich entlang einer Längsrichtung (machine direction MD) der Grundstruktur erstrecken, wobei die Längselemente aufweisen:
      • ia) ein erstes Faserelement (z.B. ein Kupferkabel), welches niederohmig ist und eine permanente Stromtragfähigkeit (Strombelastbarkeit) von zumindest 5 A (Ampere) aufweist, und
      • ib) ein zweites Faserelement (z.B. Glasfaser-verstärkter Kunststoff),
      • ic) wobei das erste Faserelement eine höhere elektrische Leitfähigkeit (Leitfähigkeit des Faserelements als Ganzes, nicht die spezifische Leitfähigkeit) aufweist als das zweite Faserelement, und
      • id) wobei das erste Faserelement in zumindest einer Koordinatenrichtung (x, y, z) denselben oder einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Faserelement,
    2. ii) eine Mehrzahl von Querelementen, welche sich entlang einer Querrichtung (cross-direction CD) der Grundstruktur erstrecken, wobei die Querelemente aufweisen:
      • iia) ein drittes Faserelement (z.B. Glasfaser-verstärkter Kunststoff, insbesondere mit einem Heizmaterial beschichtet oder ein carbon roving),
      • iib) wobei das erste Faserelement eine höhere elektrische Leitfähigkeit (und insbesondere in zumindest einer Koordinatenrichtung (x, y, z) denselben oder einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten) aufweist als das dritte Faserelement.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Flächenheiz-System beschrieben, welches aufweist:
    1. i) eine elektrische Flächenheizung wie oben ausgeführt,
    2. ii) einen Untergrund (z.B. ein Boden, eine Wand, eine Decke), wobei die elektrische Flächenheizung mit dem Untergrund fest verbunden (z.B. angeklebt, eingebettet, abgedeckt) ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer (im Wesentlichen) elastischen elektrischen Flächenheizung beschrieben, wobei das Verfahren aufweist:
    1. i) Bereitstellen einer Mehrzahl von Längselementen, welche sich entlang einer Längsrichtung erstrecken, wobei die Längselemente aufweisen:
      • ia) ein erstes Faserelement, welches niederohmig ist und eine permanente Stromtragfähigkeit von zumindest 5 A aufweist, und
      • ib) ein zweites Faserelement,
        • wobei das erste Faserelement eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das zweite Faserelement, und
        • wobei das erste Faserelement in zumindest einer Koordinatenrichtung denselben oder einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Faserelement;
    2. ii) Bereitstellen einer Mehrzahl von Querelementen, welche sich entlang einer Querrichtung erstrecken, wobei die Querelemente aufweisen:
      • iia) ein drittes Faserelement,
        wobei das erste Faserelementeine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das dritte Faserelement; und
      • iii) Verbinden (insbesondere Weben) der Längselemente und der Querelemente, um eine Gitter-förmige, insbesondere Netz-förmige, Grundstruktur mit der Längsrichtung und der Querrichtung zu erhalten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist beschrieben ein Verwenden einer gewebten Gitter-förmigen Grundstruktur, welche elektrisch isolierende Fasern mit Heizmaterial-Beschichtung aufweist, als elastische elektrische Flächenheizung.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist beschrieben ein Verwenden eines Metallkabels als Kette (im Sinne der Webtechnik) in der gewebten Grundstruktur (wie oben beschrieben), um ein spezifisches Ausdehnungsverhalten zu ermöglichen.
  • Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff "elektrische Flächenheizung" (eFH) insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, welche Wärmeenergie abgibt, wenn ihr elektrische Energie zugeführt wird. Bevorzugt ist die eFH flächig ausgebildet, weist also zwei Haupterstreckungsrichtungen (Längenrichtung x und Breitenrichtung y) auf. Eine eFH kann ein Heizelement aufweisen, z.B. einen Heizdraht, ein Heizkabel, eine Heizfolie, oder eine Heizfläche. In einem einfachen Ausführungsbeispiel kann eine eFH durch einen flächig angeordneten Heizdraht realisiert werden, welcher von Strom durchflossen wird, so dass er sich erwärmt und entsprechend Wärme an die Umgebung abgibt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Heizkabel als Heizelement verwendet. Dieses kann an oder in einem Trägermaterial einer Trägerstruktur (beispielsweise einer Trägerfolie) angeordnet sein. In einem bevorzugten Beispiel kann ein Heizkabel, insbesondere in gebogener, weiter insbesondere mäandrierender Anordnung, in einem Trägermaterial angebracht oder in dem Trägermaterial eingebettet sein. Beispielsweise kann die Trägerstruktur als Folie ausgebildet sein, welche dann auf Rollen transportierbar ist. Zum Verlegen der eFH als Wand-, Decken- oder Bodenbelag können die Rollen dann ausgerollt und befestigt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann die verlegte eFH mit einem Fussboden, z.B. Parkett, oder mit einer Tapete bedeckt werden. Insbesondere können elektrische Flächenheizungen im Baubereich, z.B. Hausbau und Gebäudebau, verwendet werden. Eine eFH kann modulartig aufgebaut sein und eine Mehrzahl von Heizkomponenten aufweisen. In einem Beispiel umfasst der Begriff "Baubereich" keine Industrie oder Aviatik Anwendungen.
  • Der Begriff "Heizkomponente" oder "Heizelement" kann sich im Rahmen dieses Dokuments insbesondere auf ein Element beziehen, welches besonders dafür geeignet ist, bei elektrischer Energie-Zufuhr Wärme an die Umgebung abzugeben. Ein Heizelement kann z.B. einen Heizdraht, ein Heizkabel, eine Heizfolie, oder eine Heizfläche umfassen. Auch kann ein Heizelement z.B. durch eine Kupferbahn oder ein Heizmaterial wie einen Heizlack realisiert werden.
  • Der Begriff "Grundstruktur" kann sich in diesem Dokument insbesondere auf eine Materialstruktur beziehen, welche als Gerüst für eine eFH verwendet werden kann. Insbesondere kann die Grundstruktur stabilisierend gegen Spannungen wirken. Andererseits soll eine gewisse Elastizität gegeben sein, damit eine elastische eFH ermöglicht ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Grundstruktur als Gewebe, Gitter, oder Netz strukturiert. In einem weiteren Beispiel ist die Grundstruktur als Vlies und/oder aus Fasern aufgebaut.
  • Die (Gitter-förmige) Grundstruktur kann insbesondere Längselemente und Querelemente aufweisen. Diese Elemente weisen wiederum Faserelemente auf. Das Material der Faserelemente kann eine erhöhte Zugfestigkeit aufweisen, so kann sich beispielsweise Glasfaser als ein Material anbieten. Die Grundstruktur kann für den Einsatz als eFH Gerüst hergestellt werden. Dies kann den Vorteil haben, dass mit wenig Material eine große Fläche abgedeckt werden kann, und sich dennoch eine (Zug-) Spannung-stabilisierende Wirkung ergibt. Entsprechende Strukturen sind von Armierungsgewebe und Putzbewehrungen bekannt, werden bislang aber für einen anderen Zweck verwendet.
  • Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff "Faserelement" (alternativ: Filament) insbesondere ein lineares Element der Grundstruktur verstanden werden, welches eine Ausdehnung in einer Raumrichtung aufweist, die deutlich größer ist als die Ausdehnung in die anderen beiden Raumrichtungen. In anderen Worten, ein Faserelement zeichnet sich dadurch aus, dass es besonders lang und dünn (und dabei elastisch) ausgestaltet ist. Ein Faserelement kann ein anorganisches Material (z.B. Glasfaser) oder ein organisches Material (Kohlenstofffaser, Kunststoff) aufweisen. In einem weiteren Beispiel weist ein Faserelement ein Metall, z.B. Kupfer, auf. Hierbei kann das Faserelement z.B. Kabel-artig ausgestaltet sein. Bevorzugt ist das Fasermaterial nicht brennbar. In einem Ausführungsbeispiel weist das erste Faserelement ein Metall auf, während das zweite und dritte Faserelement einen Glasfaserverstärkten Kunststoff aufweisen. Dabei ist das erste Faserelement niederohmig, während das zweite und das dritte Faserelement hochohmig sind.
  • Der Begriff "Faser" ist hierbei insbesondere auf die Längserstreckung bezogen. Ein Faserelement kann eine Einzelfaser oder eine Vielzahl von Fasern (z.B. Faserbündel) aufweisen. Beispielsweise kann ein Faserelement eine Vielzahl von Glasfasern aufweisen. Ein Metallkabel ohne Einzelfasern kann in diesem Zusammenhang aber auch als Faserelement bezeichnet werden. Ein konkretes Ausführungsbeispiel eines zweiten/dritten Faserelements kann sein: Carbon Roving ZOLTEK PX35 der Firma Zoltek Europe, H-2537 Nyergesüjfalu in Ungarn.
  • Der Begriff "elektrisch leitfähiges Heizmaterial" kann sich in diesem Dokument insbesondere auf ein elektrisch leitfähiges Material beziehen, welches geeignet ist als Coating (für ein elektrisch isolierendes Grundelement) verwendet zu werden, und welches ferner geeignet ist, als Heizelement zu fungieren. In einem Beispiel kann das Heizmaterial ein Heizlack sein. Ein Heizlack kann ein elektrisch leitfähiger Stoff sein, der in flüssiger Form verarbeitet werden kann und in eine harte oder gelierte Form übergehen kann, z.B. mittels Aushärten, Austrocken, oder Ausreagieren. Dieses Heizmaterial wird in der hier beschriebenen Flächenheizung insbesondere als Heizkomponente verwendet.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird insbesondere das dritte Faserelement mit einem Heizmaterial vorgesehen. Das elektrisch leitfähige erste Faserelement kann hierbei als Stromversorgung für das Heizmaterial verwendet werden.
  • Der Begriff "elastisches Isolationsmaterial" kann sich in diesem Dokument insbesondere auf ein elektrisch isolierendes Material beziehen, welches geeignet ist, das (beschichtete) Grundelement einzubetten. Um zusätzlich eine elastische Eigenschaft bereitzustellen, kann sich beispielswiese ein thermoplastisches Elastomer oder Silikon eignen.
  • Der Begriff "elastisch" ist im Rahmen dieses Dokuments insbesondere dahingehend auszulegen, dass ein elastisches Material (z.B. eine eFH) nach dem Einwirken einer Kraft (im Wesentlichen) zerstörungsfrei in die Ursprungsform zurückkehren kann. Eine elastische eFH kann beispielsweise einrollbar sein, während dies bei einer nicht elastischen eFH nicht möglich ist.
  • Der Begriff "Zugfestigkeit" (bzw. Reißfestigkeit) kann sich in diesem Dokument insbesondere auf einen Festigkeitskennwert der Grundstruktur beziehen. Insbesondere kann die Zugfestigkeit gemäß ISO 537 ermittelt werden.
  • Der Begriff "Flächenheizmodul" kann sich im Rahmen dieses Dokuments insbesondere auf ein oder mehr Heizelemente beziehen, welche sich als Modul zusammenfassen lassen. Ein solches Modul kann beispielsweise gezielt von einer Steuervorrichtung gesteuert/geregelt werden. Insbesondere ist eine solche Heizkomponente von einer weiteren Heizkomponente abgrenzbar. Besonders bevorzugt kann eine Heizkomponente ein Modul sein, welches unabhängig von anderen Heizkomponenten gesteuert/geregelt werden kann. Hierbei kann eine eFH (zumindest teilweise) modulartig aufgebaut sein, also eine Mehrzahl von Heizkomponenten Modulen aufweisen. Eine Heizkomponente kann z.B. ein bestimmter Abschnitt eines Heizelements (z.B. Heizkabel) sein oder auch eine Gitterstruktur aus einer Mehrzahl von stabförmigen Heizelementen. In einem Beispiel kann eine Heizkomponente ein Heizfeld (bzw. eine Heiz-Zone) in einer Heizfläche sein. Eine Heizkomponente kann ein abgetrennter oder abtrennbarer Bereich sein. In einem anderen Beispiel kann eine Heizkomponente zusammen mit weiteren Heizkomponenten in demselben Bereich (z.B. Fussboden eines Zimmers) (auch untrennbar) angeordnet sein, wobei dann aber jede Heizkomponente dennoch unabhängig von den anderen Heizkomponente gesteuert/geregelt werden kann. Eine Heizkomponente kann ein Flächenheizmodul darstellen oder Teil eines Flächenheizmoduls sein.
  • Ein Flächenheizmodul kann neben der Heizkomponente auch eine Steuervorrichtung oder Steuereinrichtung aufweisen, insbesondere wobei die Steuervorrichtung/Steuereinrichtung in das Flächenheizmodul integriert ist.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung auf der Idee basieren, dass eine (elastische) elektrische Flächenheizung für den Baubereich bereitgestellt werden kann, welche einerseits stabil und andererseits auch sicher und zuverlässig Strom-versorgt ist, wenn für die eFH eine Gitter-förmige (Längselement und Querelemente) Grundstruktur gewählt wird, in welcher (vereinzelte) erste Faserelemente als Längselemente eingebracht werden, welche eine deutlich höhere elektrische Leitfähigkeit (und einen höheren Ausdehnungskoeffizienten) aufweisen als zweite und dritte Faserelemente.
  • Es wurde erstaunlicherweise gefunden, dass bei der Verwendung von zweiten/dritten hochohmigen Faserelementen mit geringem Ausdehnungskoeffizienten in Zusammenspiel mit ersten niederohmigen (hohe Stromtragefähigkeit) Faserelementen mit höherem Ausdehnungskoeffizienten, eine Stabilisierung und Verbesserung der elektrischen Eigenschaften bewirkt werden kann. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird dies derzeit wie folgt verstanden:
    Ein höherer thermischer Ausdehnungskoeffizient (z.B. zweites Faserelement e-Glas (5 ∗ 10-6/Kelvin) und erstes Faserelement Kupfer (16 ∗ 10-6/Kelvin) oder Aluminium (23 ∗ 10-6/Kelvin) kann z.B. den Faktor 2 bis 3 betragen. Bei einer vollständigen Einbettung der eFH Grundstruktur in eine feste Masse (z.B. Beton), haben die Faserelemente keine Ausweichmöglichkeiten, sondern bilden Schub- oder Zugspannungen bei Temperaturänderungen. Bei aktivierter Heizung dehnen sich somit die ersten Faserelemente für die Versorgung der Heizung mehr aus als die (parallel liegenden) zweiten Faserelemente. Diese Ausdehnung der ersten Faserelemente kann zu einem verbesserten Kontakt zwischen den Faserelementen (Heizleitungen) und zu einer Reduktion der Hotspotbildung an den Übergängen/Schnittstellen führen.
  • Es wurde zudem erstaunlicherweise gefunden, dass diese Ausdehnung der niederohmigen ersten Faserelemente bei Erhitzung sich ideal mit der Eigenschaft von zweiten/dritten Faserelementen verbinden lassen kann, welche bei Erhitzung tendenziell in Querrichtung zur Faser dicker werden, in Faserlängsrichtung aber nur eine unwesentliche Längenänderung erleben. An den Kreuzungspunkten der Längs- und Querrichtung kann somit in Querrichtung eine mechanische Verdickung der dritten Faserelemente auf die Ausdehnung der ersten Faserelemente treffen. Diese Maßnahme kann ferner die entsprechenden elektrischen Übergangswiderstände reduzieren und einer lokalen Überhitzung entgegenwirken.
  • Die niederohmigen Faserelemente (z.B. Kupferkabel) können ferner als Zuleitungen und/oder Heizelemente verwendet werden.
    • Exemplarische Ausführungsbeispiele
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Grundstruktur (zumindest teilweise) als gewebtes Gewebe ausgebildet, wobei die Längselemente die Kette(n) des Gewebes bilden, und wobei die Querelemente den Schuss des Gewebes bilden. Dadurch kann sich der Vorteil ergeben, dass sich bei einfacher Herstellbarkeit eine geringe Aufbauhöhe und eine geringe Biegebelastung (und dadurch eine höhere Zugbelastung der Grundstruktur) erreicht werden kann.
  • Durch das Weben kann auch eine gewisse Selbsthaltung des Schusses in Querrichtung erreicht werden, wenn die Ketten in Längsrichtung unter genügend Spannung gehalten werden. Dies kann bei den großen Öffnungen (gegenüber der vom Material des Netzes belegten Fläche) im Netz (damit beim Einbau in eine Fläche der Kleber, Estrich, Zement usw. durch diese Öffnungen durchtreten und das Netz verfestigen kann) von besonderer Bedeutung sein, da gerade bei großen Öffnungen in einem Netzprodukt kein großer Zusammenhalt mehr zwischen Kette und Schuss besteht.
  • Ein nachherige Coating mit einem Binder (siehe unten) kann zwar stabilisierend wirken, aber bis zur Aussteifung des Binders kann mittels einer hohen Zugspannung auf der Kette das Verrutschen der Schnittstellen von Kette und Schuss reduziert, bzw. verhindert werden. Hier kann die Besonderheit der Materialauswahl für die Faserelemente mitspielen: wenn zum Beispiel in direkter Umgebung des ersten Faserelements ein besonders zugfester Nichtleiter (z.B. aus e-Glas) platziert wird, kann so die für die Verrutschungssicherung benötige Spannung auf den Kettenfilamenten aufrecht erhalten werden, ohne dass das erste Faserelement eine Überdehnung erlebt.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Grundstruktur (zumindest teilweise) gebildet mittels zumindest einem von Weben, Fixieren, Knoten, oder Stricken, der Fasern der Längselemente und der Querelemente. Dies kann den Vorteil haben, dass auf einfache Weise eine Grundstruktur mit geringer Aufbauhöhe und geringer Zugbelastung erhalten werden kann.
  • Diese Herstellung der Netzstruktur kann durch mehrere unterschiedliche Herstellungsverfahren erreicht werden, u.a. Gitter-artiges Aufeinanderlegen von Filamenten und Fixierung an den Kreuzpunkten, geknotete Filamente, knotenloses Wirken (textile Netzformtechniken), Stricken.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das erste Faserelement Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, auf. Insbesondere ist das erste Faserelement als Kabel ausgebildet. Durch diese Maßnahme kann auf kostengünstige Weise ein elektrisch leitfähiges Material mit vergleichsweise hoher thermischer Ausdehnung bereitgestellt werden. Das erste Faserelement kann zudem als elektrische Zuleitung oder sogar als Heizmaterial verwendet werden.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das zweite Faserelement und/oder das dritte Faserelement hochohmig, insbesondere elektrisch isolierend, ausgebildet. Bevorzugt sind parallel zu dem ersten Faserelement eine Mehrzahl von zweiten Faserelementen angeordnet, welche andere physikalische Eigenschaften aufweisen, um das oben beschriebene Verhalten zu ermöglichen. Die zweiten Faserelemente können wie die dritten Faserelemente (auch mit Heizmaterial) ausgestaltet sein, aber auch eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das zweite Faserelement und/oder das dritte Faserelement zumindest eines auf aus der Gruppe, welche besteht aus: Polyethylen, HP-Polyethylen, Polyamid, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyetheretherketon, Aramid, Para-Aramid, insbesondere Kevlar, Kohlenstoff, Glas, Zellulose, Flachs, Jute, Baumwolle, Basalt, ein nicht-brennbares Material, ein anorganisches Material. Dies kann den Vorteil haben, dass erprobte und Industrie-relevante Materialien direkt implementiert werden können.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die eFH ferner ein elektrisch leitfähiges Heizmaterial als Heizkomponente auf, welches das dritte Faserelement (in einem Beispiel auch zweite Faserelemente) zumindest teilweise umschließt. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das elektrisch leitfähige Heizmaterial zumindest teilweise in Material der Grundstruktur eingedrungen, insbesondere in Zwischenräume zwischen Fasern (insbesondere Glasfasern) der Grundstruktur eingeflossen.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Grundstruktur oder das zweite/dritte Faserelement zur Aufbringung von Heizmaterial (z.B. Heizlack) in einem Verarbeitungsschritt in Heizmaterial getränkt, wobei dieser in das Material eindringt. Dadurch wird dieses auch in seinem Innern elektrisch leitend und zu einem Wärmeerzeuger. Durch das Eindringen kann sich mehr Heizmaterial pro Volumen akkumulieren, was zu einem tieferen Widerstand führen kann. Dies kann besonders bei längeren Stromwegen und tiefen Versorgungsspannungen von Vorteil sein, denn dadurch lässt sich eine höhere Heizleistung realisieren (insbesondere bei Betriebsspannungen von beispielsweise unter 60 V).
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Heizmaterial zumindest eines aus der Gruppe auf, welche besteht aus: Heizlack (z.B. EHC-OL-SC), Kohlenstoff, insbesondere Graphit, Leitruß, Kupfer, Aluminium, Silber, einem 2K-Material, einem elektrisch leitfähigen Härter, einem elektrisch leitfähigen Bindematerial, einem thermoplastischen Elastomer, einem Ester, insbesondere Polyvinylester, Polyacryl, Polyacrylnitril. Dies kann den Vorteil haben, dass erprobte und Industrie-relevante Materialien direkt implementiert werden können.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Heizmaterial eine elastische Dehnbarkeit auf, welche grösser ist als eine elastische Dehnbarkeit des zweiten/dritten Faserelements.
  • Ein vorteilhafter Aspekt kann eine Einstellbarkeit der Elastizität des Heizmaterials sein. Wenn diese so gewählt wird, dass die elastische Dehnbarkeit grösser ist als diejenige der Faserelemente, wird das Heizmaterial bei auf die eFH übertragenen Zugbelastungen nicht bis zur Deformationsgrenze gedehnt und kann so seine elektrischen Eigenschaften weitgehend beibehalten.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das elektrisch leitfähige Heizmaterial in 1/100 oder mehr, insbesondere in 1/20 oder mehr, weiter insbesondere in 1/5 oder mehr, des Volumens (bzw. der Dicke und/oder der Dichte) des zweiten/dritten Faserelements (insbesondere einer Einzelfaser oder eines Faserbündels) eingedrungen bzw. eingeflossen.
  • In einem Beispiel kann die kapillare Saugfähigkeit eines heterogenen Grundstruktur-Materials (z.B. Stapelfaser: Luft und Fasermaterial) ausgenützt werden, so dass dieses eine größere Menge Heizmaterial aufnehmen kann und dadurch die Gleichförmigkeit der Widerstandswerte genauer gesteuert werden kann. Dadurch kann erreicht werden, das Heizmaterial nicht nur an der Oberfläche der Grundstruktur anhaftet, sondern zumindest teilweise in mehr als ein Zehntel des Durchmessers eines Trägerfadens eindringt, bevorzugt mehr als ein Fünftel, besonders bevorzugt mehr als die Hälfte des Trägerfadens.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist (im Betriebsmodus bzw. Heizmodus der eFH) eine höhere Temperatur im Inneren der Grundstruktur bereitgestellt als an der Oberfläche der Grundstruktur. Dies kann, wie oben beschrieben, dem Umstand geschuldet sein, dass Heizmaterial in Zwischenräume der Grundstruktur eingedrungen ist.
  • Dadurch wird auch das Innere der Grundstruktur elektrisch leitend und zu einem Wärmeerzeuger. Da die Wärme erst außerhalb abgeleitet wird, entsteht je nach Ausführungsvariante im Innern eine Hitzestau und dadurch eine höhere Temperatur als Außen.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die eFH einen Binder auf, welcher das zweite/dritte Faserelement zumindest teilweise umschließt. Der Binder kann elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend sein. Bei einem Aushärten kann der Binder um mehr als 0,5%, insbesondere um mehr als 2%, weiter insbesondere um mehr als 8%, seines Volumens schrumpfen. Das Heizmaterial ersetzt oder ergänzt dabei den Binder, was zu einer Materialeinsparung führen kann.
  • Bei der Herstellung der eFH kann ein Bereich der Grundstruktur ohne Heizmaterial belassen werden. In diesem Bereich kann zum Beispiel normaler isolierender Binder eingesetzt werden oder alternativ Verstärkungselemente aus anderen Materialien verwendet werden (z.B. Baugruppenträgermaterialien für Elektrokomponenten, welche auch gleich die Stromzuführungen zum Heizmaterial beinhalten).
  • In einem Beispiel können Bereiche der Grundstruktur frei von Heizmaterial sein, insbesondere durch ein nichtleitendes Versteifungsmaterial (Binder, Trägermaterial für Elektrokomponenten, usw.) verstärkt sein, insbesondere wobei in diesem Bereich auch elektrische Zuführungen eingebracht sind.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Binder (zumindest teilweise) eingebracht, insbesondere an den Aussparungen angebracht. Dadurch kann eine Abgrenzung unabhängiger Heizkomponenten/Flächenheizmodule elektrisch isolierend und stabilisierend vorgesehen werden.
  • Erstaunlicherweise wurde zusätzlich eine weitere Funktionalisierung des Binders erreicht: durch geeignete Binder kann erreicht werden, dass diese beim Erreichen einer höheren Viskosität (im Rahmen des Gelierungsprozesses) bzw. beim finalen Aushärten eine Schrumpfung (z.B. Volumenreduktion durch Abgang von Lösungsmittel/Wasser) erleben. Dies kann bei geeigneter Dimensionierung von Materialdurchmessern (Niedrigohmleiter oder Heizfilament) gegenüber Binderhüllendicke dazu verwendet werden, den Anpressdruck zwischen Heizfilament (Heizmaterial) und Niedrigohmleiter (erste Faserelemente) zu erhöhen. Nebst den impliziten Effekten eines ,Zusammenziehens', ähnlich einem Schrumpfschlauch (allenfalls weniger Durchmesserreduktion, als auch weniger Kraft der radialen Kompression, allenfalls Volumenreduktion in alle Richtungen) wird dieser Mechanismus auch Durch Kapillar-, Adhäsions- und Kohäsionskräfte unterstützt.
  • In Analogie zur Kesselformel entsteht eine radiale Kompression (analog zum Druck im Kessel), um Kreuzungen zwischen Niedrigohmleiter und Heizfilament, welche durch die entstehenden Zugkräfte in Tangentialrichtung aufgrund von volumetrischer Schrumpfung während dem Aushärteprozess des Binders auftreten. Dies hat zur Folge, dass bei einer gleichmäßigen volumetrischen Reduktion eines Zylinders (als Modell eines Coatings auf einem Filament) eine Reduktion des Innendurchmessers stattfindet, was die Kompression erhöht. Aus diesem Grund werden in einem Beispiel keine konkaven Metallformen beim Glasgießen verwendet: die gleichförmige thermische Volumenreduktion der Metallform würde eine derart große Kompression bewirken, dass das Glas springen kann, weil das Metall einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das Glas hat.
  • Der hier erfindungsgemäß ablaufende Volumenreduktionsprozess findet aber nicht durch thermische Veränderung, sondern durch
    chemische/physikalische Volumenreduktion im Übergang zwischen "etwas steif" auf "ausgesteift" des Binders statt - der Kompressionseffekt kann aber derselben Geometriemechanik unterliegen.
  • Diese radiale Kompression kann den Kontaktdruck zwischen den beiden Leitertypen (Faserelementen) erhöhen und so für eine bessere Verbindung sorgen. Entsprechende Kontaktverbesserungen konnten bereits bei Bindern mit Volumenreduktion/Schrumpfungen von über 0.5%, insbesondere über 2%, bevorzugt über 8% festgestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die zweiten Faserelemente und/oder die dritten Faserelemente mit einem Coating, insbesondere dem Heizmaterial und/oder dem Binder, beschichtet. Dies insbesondere wobei das Coating eine Dicke in dem Bereich 0,01 bis 4 mm, insbesondere 0,05 und 2 mm, weiter insbesondere 0,1 und 1 mm, aufweist.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Schnittstelle zwischen dem ersten Faserelement und dem dritten Faserelement mit dem Coating zumindest teilweise abgedeckt.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die eFH ferner auf: eine Isolation und/oder eine Separation an einer Schnittstelle zwischen dem ersten Faserelement und dem dritten Faserelement.
  • Ein Coating kann den Kontaktdruck vorteilhaft erhöhen. Eine zusätzliche Kontaktdruckerhöhung kann durch mehrfache Coatings (Aufbringen eines Coatings, wenn jeweils das darunterliegende Coating mindestens zur Hälfte ausgesteift ist) erreicht werden. Wenn man diesen Effekt verstärken will, können auch stärker schrumpfende Materialien für die äußere Umhüllung verwenden werden, wie sie zum Beispiel für Heißschrumpffolien verwendet werden (und so zum Beispiel die netzförmige Grundstruktur zwischen zwei Lagen Heißschrumpffolie einlaminieren und diese dann thermisch schrumpfen).
  • Hierfür wird bevorzugt eine äußere Bedeckung des Schnittpunkts von drittem Faserelement und erstem Faserelement minimal von Coating bedeckt, weiter bevorzugt wird eine großflächige Coating-Bedeckung vorgesehen.
  • In einem Ausführungsbeispiel können sich die Begriffe Heizmaterial, Binder, und Coating auch überschneiden.
  • In einem Beispiel sind einzelne Kettenfäden (Längselemente) isoliert, so dass sie keinen Kontakt zum Heizlack/Heizelement oder elektrisch leitendem Schuss der dritten Faserelemente (z.B. carbon rovings) haben. Dies kann den späteren Einbau eines Controllers (Steuereinheit) für einzelne Felder mittels einer separaten Verbindung erlauben. Diese kann zum Beispiel in Schneideklemmtechnik derart hergestellt werden, dass der Controller die Energie aus der isolierten Kette beziehen und diese bei der Abgabe an das Feld regeln kann. Diese Isolation kann bei der Verwendung von Heizlack auch nur temporär sein und nach dem Tränken wieder entfernt werden.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die eFH ein (elastisches) Isolationsmaterial auf, in welchem die Grundstruktur zumindest teilweise eingebettet ist. Dadurch kann eine stabile und robuste eFH bereitgestellt werden, welche dennoch elastisch ist.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das elastische Isolationsmaterial zumindest eines auf aus der Gruppe, welche besteht aus: Silikon, Polyurethan, insbesondere einer Polyurethan-Dispersion, einem 2K-Elastomer, insbesondere auf der Basis von zumindest einem von Epoxid, Polyurethan, Polyharnstoff. Insbesondere ist das elastische Isolationsmaterial mittels UV-Licht und/oder Polyaddition aushärtbar. Dies kann den Vorteil haben, dass erprobte und Industrie-relevante Materialien direkt implementiert werden können.
  • Die umhüllende Außenisolation (Isolationsmaterial) kann in einem Beispiel alkalibeständig realisiert werden. Beispielsweise UV-vernetzendes Silikon weist in den verschieden Ausführungsvarianten bereits eine Beständigkeit gegen schwache Säuren und Laugen auf.
  • Mittels des Isolationsmaterials können in einem Ausführungsbeispiel die Grundfunktionalitäten von Armierungsgeweben/Putzbewehrungen im oberflächennahen Bereich weiterhin zur Verfügung gestellt werden: Risse im Putz überbrücken, Vorbeugung von Schäden, Schiebefestigkeit bei der Montage, Oberflächenunregelmäßigkeiten können ausgeglichen werden, Abfangen von Spannungen, die durch Temperatur entstehen (z.B. interessant bei Wärmedämmverbundsystemen (WDVS), und Stabilisation).
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die elektrische Flächenheizung als Heizfolie ausgestaltet. Dies kann den Vorteil haben, dass die elastische eFH effizient transportiert und mit geringem Aufwand und niedriger Aufbauhöhe montiert werden kann.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die elektrische Flächenheizung einrollbar. Insbesondere einrollbar zu Rollen mit einem Durchmesser von 2 m oder weniger, insbesondere 1,2 m oder weniger, weiter insbesondere 65 cm oder weniger, weiter insbesondere 40 cm oder weniger. Auch diese Maßnahme ermöglicht einen effizienten Transport und eine einfache Montage.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die eFH für den Transport an den Zielort gerollt. Damit ein möglichst kleines Transportvolumen erreicht wird, kann es erwünscht sein, eine Rollware in Rollen mit möglichst kleinem Durchmesser zusammenzurollen. Dies ist bei Heizsystemen vor allem durch die Dicke und mechanische Festigkeit limitiert. Insbesondere der Übergang von elastischer zu deformierender Dehnung ist ein limitierender Faktor, weil dann beim Ausrollen an der Wand oder auf dem Boden Dellen entstehen, welche nicht mehr nur durch Ausrollen flach gemacht werden können.
  • Die beschriebene eFH kann es nun aber erlauben durch Kombination mit einem entsprechend geeigneten Isolationsmaterial mit hoher Rückstellkraft enge Rollen für den Transport herzustellen. Zusätzlich kann die nicht plastische Verformung von dem Grundelement genutzt werden, welches z.B. aus einer Mehrzahl von Einzelfasern (ein sogenanntes Roving) bestehen kann. Durch diese Maßnahmen kann es ermöglicht sein, Rollen der eFH mit einem besonders kleinen Durchmesser (Durchmesser gesehen über alles) zu rollen.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Welligkeit der elektrischen Flächenheizung nach einem Ausrollen 20 cm oder weniger, insbesondere 12 cm oder weniger, weiter insbesondere 5 cm oder weniger, weiter insbesondere 2 cm oder weniger. Daher kann eine besonders effiziente und robuste Einbettung in einen Bodenbelag (z.B. Mörtel, Kleber, Putz, etc.) ermöglicht sein.
  • Der Begriff "Welligkeit" kann hierbei die größte maximale Amplitude sein von einem aus der Gruppe Buckel, hochstehende Enden/Ecken, Delle, eine Welle auf einer flachen Unterlage. In anderen Worten kann sich die Welligkeit auf unebene Oberflächen beziehen, die periodisch in längeren Abständen als eine Rauheit auftreten, was als Abweichung von einer idealen Oberfläche definiert werden kann, die wiederholt in relativ längeren Intervallen auftritt als die Tiefe.
  • In einem Beispiel wird der Memoryeffekt einer Verbiegung der Heizbahn reduziert. Der unerwünschte Memoryeffekt des "aufgerollt seins" einer Heizbahn (z.B. durch Einprägung der Rollenform bei langem Lagern einer Heizbahn) tritt beim Verlegen durch ein "nicht flach auf dem Boden liegen wollen" der Heizbahn störend in Erscheinung. Durch Verwendung eines sehr dünnen Aufbaus oder durch geeignete Eigenschaftseinstellung des Binders kann dieser Memoryeffekt reduziert werden. Dies zeigt sich z.B. dadurch, dass nach dem Ausrollen einer Heizbahn diese keine Auswellung gegenüber der Liegefläche von mehr als 10 cm, bevorzugt als 3 cm, insbesondere mehr als 1 cm aufweist. Kleine Unebenheiten werden z.B. durch die Klebekraft (oder die Adhäsionskräfte in der Fluid- oder Gelphase) des einbindenden Materials (Kleber, Mörtel, usw.) flachgehalten.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung ferner auf: eine Steuereinheit zum Steuern/Regeln einer Heizleistung, insbesondere wobei die Steuereinheit mit dem ersten Faserelement gekoppelt ist, weiter insbesondere wobei dieses erste Faserelement separat von dem dritten Faserelement ausgebildet ist. Auf diese Weise ist eine gezielte Ansteuerung ermöglicht und Faserelement können separat zum heizen verwendet werden.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung ferner auf: eine Sensoreinheit, insbesondere ein Temperatur-Sensor, welcher über eine Sensor-Leitung mit der Grundstruktur gekoppelt, insbesondere eingewoben, ist.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weisen die Öffnungen der Grundstruktur in der Draufsicht einen Durchmesser im Bereich 0,5 mm bis 120 mm, insbesondere 1,5 mm bis 80 mm, weiter insbesondere 3 mm bis 45 mm, auf. Dadurch kann sich ein stabiles und dennoch elastisches Netz ergeben und das Einbettungsmaterial kann durch diese Öffnungen hindurchtreten.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung zumindest teilweise eine Dicke (z) von 10 mm oder weniger, weiter insbesondere 8 mm oder weniger, weiter insbesondere 5 mm oder weniger, weiter insbesondere 3 mm oder weniger, auf. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders kleine Aufbauhöhe. Durch besonders dünne aber hochfeste Grundmaterialien oder durch flache (nicht runde, d.h. ovale oder flachliegend rechteckige) Stränge des Grundelements kann somit eine sehr kleine Aufbauhöhe erreicht werden.
  • Durch die hohe mechanische Stabilität der beschriebenen eFH kann die geringe Aufbauhöhe erreicht werden, z.B. < 20 mm (Armierungsgewebe in Kleber für Fließen eingelegt), insbesondere < 10 mm (z.B. Putzbewehrung mit Fertigputz darüber für eine Wand). Die Aufbauhöhe wird in einem Beispiel gemessen ohne Berücksichtigung der Höhen/Dicken von Anschlusskabeln und/oder Netzteilen.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die nominale Heizleistung zwischen 50 W und 200 W pro m2, insbesondere zwischen 100 W und 200 W pro m2. Dadurch kann eine effiziente Heizleistung gewährleistet sein.
  • Damit die beschriebene eFH in Bahnen realisiert werden kann (z.B. 1 m x 10 m) sollte das erste Faserelement eine Stromtragfähigkeit (oder Strombelastbarkeit) von > 5 A aufweisen, damit genügend Energie zum Erreichen der nominalen Heizleistung in das Heizelement eingespeist werden kann. Als nominale Heizleistung kann die Leistung unter der vorgesehenen Normalspannung verstanden werden (dies kann z.B. je nach Systemauslegung bei Kleinspannungsanlagen bei 48 V Wechselstrom oder bei 60 V Gleichstrom sein). Eine zu hohe Heizleistung kann zu einer Überhitzung der bei lokal thermisch isolierenden Sachen auf dem Boden führen (z.B. Kleider) - kann aber auch zu lokalen Überhitzungen im Übergang Niedrigohmleiter (erstes Faserelement) zu Heizfilament (Heizelement) führen. Eine zu tiefe Heizleistung kann in einem Beispiel nicht ausreichen, um den Raum innert kurzer Zeit auf die Soll-Temperatur zu bringen.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die elektrische Flächenheizung konfiguriert, Heizkomponenten mit einer Spannung von 60 V oder weniger zu betreiben. Dadurch kann Energie gespart werden, während die Betriebssicherheit erhöht werden kann.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Biegesteifigkeit der elektrischen Flächenheizung in Längsrichtung (MD) und Querrichtung (CD) unterschiedlich, insbesondere wobei der Unterschied mehr als 1%, insbesondere mehr als 5%, weiter insbesondere mehr als 10 %, beträgt. Dies kann den Vorteil haben, dass eine höhere Stabilität für die (elastische) eFH erreicht wird.
  • Durch geeignete Maßnahmen kann somit eine unterschiedliche Steifigkeit in MD und CD erreicht werden. Wenn die Heizung z.B. für den Transport nur in MD gerollt werden muss, kann in CD eine andere Steifigkeit eingestellt werden. Bei einer höheren Steifigkeit in CD wird mehr Stabilität für das Flachliegen in CD erreicht. Bei einer höheren Steifigkeit in MD wird die Gefahr eines Einknickens um ein Faserelement in CD reduziert. Je nach Detailanforderungen an das Heizsystem kann so eine unterschiedliche Steifigkeit angepasst werden. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Querschnitte und/oder die Seitenverhältnisse von Querschnitten der Faserelemente angepasst werden. Eine Kupferlitze mit einem quadratischen Querschnitt ist z.B. in MD steifer als eine Kupferlitze mit großer Breite und kleiner Höhe (also ein dünnes Band in MD). Bei unveränderten Querschnitten kann dies durch Vorbehandlung der Faserelemente (Flüssigkeit-abstoßend/Flüssigkeit-anziehend, gegenüber dem Binder) oder durch Vorversteifen der Faserelemente erreicht werden. Unter Steifigkeit kann in diesem Zusammenhang die Biegesteifheit der fertigen Heizbahn verstanden werden.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung ferner auf: zumindest eine elektrische Zuleitung, welche an eine Heizkomponente der eFH gekoppelt ist. Insbesondere mittels zumindest einem aus der Gruppe, welche besteht aus: Klammer, Lötung, Klebung, Schweissung, Schneideklemmverbindung, Knoten, weiter insbesondere wobei die elektrische Zuleitung in die Grundstruktur eingewoben ist.
    Dadurch kann das Heizmaterial mittels erprobter und etablierter Technik direkt mit elektrischer Energie (z.B. aus der Steckdose) versorgt werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird zur besseren elektrischen Verbindung (also zur Reduktion des Übergangswiderstandes) an zumindest einzelnen (wenn nicht allen) Kreuzungspunkten zwischen Heizfilament (drittes Faserelement) und Versorgungsfilament (Zuleitung und/oder erstes Faserelement) eine (den elektrischen Kontakt betreffende) kontaktverbessernde Maßnahme angebracht.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel bettet das Isolationsmaterial die zumindest eine elektrische Zuleitungen (zumindest teilweise) ein. Dadurch kann eine besonders stabile und dennoch elastische eFH mit integrierten Funktionalitäten bereitgestellt werden. Dadurch können insbesondere Fehlerströme vom Heizsystem auf die Baustruktur reduziert oder verhindert werden.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das das zweite Faserelement und/oder das dritte Faserelement eine Zugfestigkeit von 10 MPa oder mehr, insbesondere 100 MPa oder mehr, insbesondere 1000 MPa oder mehr, weiter insbesondere 1200 MPa oder mehr, auf.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Zugfestigkeit der für das Netz verwendeten Materialien zumindest ähnlich einer Zugfestigkeit von Graphit (je nach 20 - 70 MPa). Bevorzugt können Zugfestigkeiten über 100 MPa und über 1000 MPa sein. Während bei tieferen Zugfestigkeiten gebräuchliche (einfache) Kunststoffe zur Anwendung kommen können (z.B. PE, PA, PP, PET, etc.), stehen für die höheren Zugfestigkeiten (> 100 MPa) entsprechend speziellere Kunststoffen (PEEK und ähnliche) zur Verfügung. Bei einer Materialklasse von über > 1000 MPa sind z.B. HP-PE, Aramidfasern, oder Glasfasern, möglich. Bei den organischen Materialien im mittleren Zugfestigkeitsbereich können zusätzlich Naturfasern wie Flachs, Jute, Zellulose, Baumwolle, Basaltfasern usw. in Frage kommen.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weisen die Faserelemente zumindest eines auf aus der Gruppe, welche besteht aus: einem Vlies, einem anorganischem Material, einem nicht brennbarem Material.
  • Ein Vlies kann den Vorteil haben, dass das Heizmaterial besonders effizient aufgesogen werden kann und so ein niederohmiges Heizelement entsteht, das für tiefe Versorgungsspannungen besonders geeignet sein kann. Dieses Vlies kann Aussparungen für die Durchdringung von Kleber-/Putz-/Mörtel usw. aufweisen. In einem Beispiel hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn dieses Vlies Glasfasern enthält oder aus Glasfasern besteht (z.B. Glasfaservliese, wie sie zur Reparatur von Karosserieschäden bei Autos verwendet werden).
  • Anorganische und/oder nicht brennbare Materialien können besonders sicher und robust an/in einem Untergrund verlegt werden.
  • Es kann vorteilhaft sein, wenn aus Fasern ein Faden, ein Seil, ein Bündel, oder ein Zwirn hergestellt wird, aus welchem dann das Grundgewebe der Grundstruktur hergestellt wird. Dadurch lässt sich einerseits eine gute Flexibilität erreichen und andererseits kann das Heizmaterial sich entweder an der Oberfläche des Fadens (oder der Fasern) ,verkrallen' oder durch Kapillarkräfte zumindest in die oberen Bereiche des Fadens (oder der Faser) eindringen und so eine besonders gute Haftung erreichen. Die hohe Temperaturunempfindlichkeit von Glasfasern kann hier vorteilhaft sein in Bezug auf Alterung (z.B. gegenüber einem Kunststoff, bei welchem die thermische Oxidation begünstigt würde).
  • Eine konkrete (beispielhafte) Realisierungsform besteht aus einem Glasfaser-Netz, das sich in y-Richtung aus Strängen von 6 Garnen mit 300 Tex und in x-Richtung aus einem Roving mit 2400 Tex zusammensetzt und eine Maschenweite um 4 cm aufweist (z.B. das Basisnetz von PFL 130 40x40 der Firma Solidian).
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Reißfestigkeit der elektrischen Flächenheizung (bzw. der hochzugfesten Grundstruktur) in den Haupterstreckungsrichtungen (MD, CD) 200 N/5 cm oder mehr, insbesondere 1000 N / 5 cm oder mehr, weiter insbesondere 2000 N/5 cm oder mehr. Insbesondere reduziert sich die Reißfestigkeit nach Herstellung der elektrischen Flächenheizung innerhalb von 10 Jahren um 50% oder weniger. Dadurch kann eine besonders stabile und zugfeste eFH bereitgestellt werden.
  • Insbesondere durch Verwendung von Rovings in der Kombination mit der äußeren hermetischen Umhüllung (Isolationsmaterial) kann so eine effiziente Alterungsbeständigkeit erreicht werden: in einem Beispiel werden nach einer zehnjährigen Alterung die obigen Werte um weniger als 50% reduziert sein.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel härtet das Heizelement (bzw. Heizmaterial) über einen mehrjährigen Zeitraum hinweg aus. Insbesondere ist das Materials zwei Jahre nach der Herstellung härter als 24 Stunden nach der Herstellung, insbesondere beträgt diese Härte 5% oder mehr, weiter insbesondere 15% oder mehr, weiter insbesondere 30% oder mehr.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird ein spezieller elastischer Heizlack verwendet. Dies kann für die Zeit zwischen Herstellung und Verlegung auf dem Bau von großer Wichtigkeit sein. Die danach stattfindenden Verhärtungs- und Versprödungsveränderungen des Heizlackes können in einem Beispiel nach dem Einbau in das Bauobjekt nicht mehr problematisch sein. Im Gegenteil kann es nach dem Einbau sogar wünschenswert sein, wenn der Heizlack ausgesprochen fest am Basismaterial anhaftet. Aus diesem Grund wird in diesem Beispiel ein Heizlack verwendet, welcher in der ersten Zeit nach der Herstellung besondere elastische Eigenschaften aufweist, dafür aber im weiteren zeitlichen Verlauf härter und spröder wird.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung ferner auf: ein weiteres Isolationsmaterial, welches auf das Isolationsmaterial aufgebracht ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird auf die äußere elektrische Isolation eine zweite (unabhängige) Isolation/Schutzschicht und/oder ein Erdungsschirm aufgebracht. Dies erlaubt einen zusätzlichen Personenschutz, insbesondere wenn das System mit Spannungen über 60 V betrieben wird.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die Grundstruktur Aussparungen auf, an welchen keine Heizkomponente angeordnet ist. Insbesondere wobei diese Aussparungen als Abgrenzung separater Flächenheizmodule dienen. Dies kann den Vorteil haben, dass voneinander unabhängige Flächenheizmodule bereitgestellt werden können, welche eindeutig abgrenzbar sind (insbesondere unabhängig voneinander gesteuert/geregelt werden können).
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung ferner auf:
    1. i) einen Heizbereich, in welchem eine Heizkomponente, insbesondere mit Heizelement, angeordnet ist; und
    2. ii) einen Freibereich, in welchem die Heizkomponente, insbesondere mit Heizelement, nicht angeordnet ist.
    Insbesondere ist eine Erstreckung des Freibereichs in einer Haupterstreckungsrichtung (entlang der X- und Y-Achse) der elektrischen Flächenheizung 1 cm oder mehr, insbesondere 2 cm oder mehr, weiter insbesondere 3 cm oder mehr.
  • Der Begriff "Heizbereich" kann sich im Rahmen dieses Dokuments insbesondere auf einen Bereich innerhalb einer elektrischen Flächenheizung beziehen, welcher eine elektrische Heizkomponente aufweist und daher nicht dazu geeignet ist bearbeitet (insbesondere durchbohrt) zu werden. In einem Beispiel eines Heizbereichs ist in einer Trägerstruktur der elektrischen Flächenheizung ein Heizkabel eingebettet. In dem Heizbereich kann die Wahrscheinlichkeit deutlich erhöht sein, bei einem Bohren durch nicht-transparentes Abdeckmaterial und den darunterliegenden Heizbereich (z.B. durch die Trägerstruktur der elektrischen Flächenheizung), die Heizkomponente (z.B. das Heizkabel, die Heizfolie) und/oder deren Isolierung zu beschädigen (oder zu durchbohren). Diese Wahrscheinlichkeit kann in dem Heizbereich derart erhöht sein, dass ein Fachmann von dem Durchbohren abrät, weil die Gefahr einer Beschädigung zu gross ist. Der Begriff "Heizbereich" bezeichnet in einem Beispiel nicht nur die Heizkomponente selbst, sondern auch den umliegenden Bereich um die Heizkomponente herum, in welchem ein Bearbeiten bzw. ein Durchbohren generell nicht durchgeführt werden würde, weil eben die Sicherheit gefährdet ist. In einem Beispiel wird der Heizbereich einer elektrischen Flächenheizung definiert bzw. dokumentiert.
  • Der Begriff "Freibereich" kann sich im Rahmen dieses Dokuments insbesondere auf einen Bereich innerhalb einer elektrischen Flächenheizung beziehen, welcher keine elektrische Heizkomponente bzw. kein Heizelement aufweist und daher dazu geeignet ist bearbeitet (insbesondere durchbohrt) zu werden. In einem Beispiel eines Freibereichs ist in einem Bereich der Trägerstruktur der elektrischen Flächenheizung kein Heizkabel eingebettet. In einem anderen Beispiel weist eine Heizfolie Freibereiche ohne Heizfunktion auf. In einem weiteren Beispiel werden Heizfolien-Abschnitte als Heizbereiche verwendet, zwischen welchen dann Freibereiche gelassen werden. Der Freibereich kann entsprechende Ausmasse aufweisen, so dass ein Bohren durch nicht-transparentes Abdeckmaterial und den darunterliegenden Freibereich gefahrlos ermöglicht ist. Die Größe des Freibereichs kann hierbei derart gewählt sein, dass die Wahrscheinlichkeit den Freibereich bei einem Bohren zu verfehlen, vernachlässigbar gering wird.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung zumindest abschnittsweise pro Quadratmeter 10 oder mehr, insbesondere 20, weiter insbesondere 40 oder mehr Freibereiche, insbesondere Aussparungen, auf.
  • Damit auf die eFH wenig mechanische Kräfte wirken, kann die eFH derart ausgestaltet werden, dass sie eine Mehrzahl von Aussparungen aufweist, welche in x- und y-Richtung grösser als 1 cm sind, bevorzugt grösser als 2 cm, besonders bevorzugt größer 3 cm sind. Dadurch kann durch diese Öffnungen Montagefluid durchtreten und so nach deinem Aushärten des Montagefluids eine stabile Verbindung zwischen Unterboden und Deckbelag bilden (in bestimmten Fällen kann das Montagefluid nach dem Aushärten auch gleich den Deckbelag bilden (gegossener Fußboden).
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung ferner auf: zumindest eine Steuervorrichtung. Insbesondere wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist eine Energie-Zufuhr zu einer Heizkomponente der eFH zu steuern und/oder zu regeln, und wobei die Steuervorrichtung ferner konfiguriert ist die Energie-Menge der Energie-Zufuhr derart zu steuern, dass ein zeitlich begrenzter Energiestoss an die Heizkomponente der eFH bereitgestellt wird.
  • Der Begriff "Steuervorrichtung" kann sich in diesem Dokument insbesondere auf eine Vorrichtung, z.B. einen Computer, eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung), ein Computersystem, einen Prozessor, beziehen, welcher/welches geeignet ist, die Energie-Zufuhr zu einer elektrischen Flächenheizung bzw. zu einzelnen Heizkomponenten zu steuern (und zu regeln).
  • Im Falle einer elektrischen Flächenheizung kann sich der Begriff "Energie-Zufuhr" insbesondere auf eine elektrische Energieversorgung beziehen. In einem einfachen Ausführungsbeispiel wird die Energie-Zufuhr durch ein Stromkabel realisiert, welches elektrischen Strom an die elektrische Flächenheizung, bzw. ein Heizelement der eFH bereitstellt. Die Steuervorrichtung kann hierbei derart implementiert werden, dass die Menge an elektrischer Energie, welche der eFH bereitgestellt wird, z.B. mittels eines Steuercomputers, gesteuert bzw. geregelt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden eine Mehrzahl von Energie-Zufuhr Leitungen von einem Computersystem gesteuert und mittels eines Sensornetzwerks während des Betriebs nachgeregelt.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung derart eingerichtet sein, dass die Energie-Menge eines Energiestosses variabel einstellbar ist. Insbesondere kann die Steuervorrichtung diese Energie-Menge selbst bestimmen oder auch vorgegeben bekommen (z.B. von einem Benutzer oder einem weiteren Steuersystem).
  • Der Begriff "Steuervorrichtung" kann ein einzelnes Gerät bezeichnen oder auch eine Mehrzahl von Geräten, von denen jedes einzelne als "Steuereinheit" bezeichnet werden kann. In einem exemplarischen Beispiel kann eine eFH eine Steuervorrichtung aufweisen, welche aus einer Mehrzahl von Steuereinheiten besteht, von denen jede einer Heizkomponente zugeordnet ist (insbesondere in die jeweilige Heizkomponente integriert ist). Die Steuervorrichtung kann in einem Beispiel mittels einer Temperatursensorik (z.B. Temperaturfühler) die lokale Temperatur einer Heizkomponente messen und allenfalls den aktuellen Energieverbrauch bestimmen. Ferner kann die Steuervorrichtung eingerichtet sein, eine bestimmte Temperaturcharakteristik(en) (Wärmeprofil) an eine bestimmte Heizkomponente bereitzustellen.
  • Der Begriff "Energiestoss" kann sich in diesem Dokument insbesondere auf eine Energie-Menge (im Kontext einer Energie-Zufuhr zu einer eFH) beziehen, welche deutlich über der gewöhnlichen Energie-Menge liegt, welche einer eFH im Betrieb zugeführt wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Energie-Menge eines Energiestosses zumindest 40% oder mehr, insbesondere das Doppelte, (oder mehr) der gewöhnlichen Energie-Menge betragen, welche einer eFH im eingependelten Betrieb zugeführt wird. In einem spezifischen Beispiel kann die Energie-Menge des Energiestosses im Wesentlichen der maximalen (Heiz-) Leistung entsprechen). In einem weiteren spezifischen Beispiel beträgt der Energiebedarf 50 W/m2 bei eingependeltem Betrieb im Hochwinter, wobei die Maximalleistung 80 bis 150 W/m2 sein kann.
  • Die deutlich höhere Energie-Menge des Energiestosses kann in einer eFH zu einem entsprechenden Wärmestoss (bzw. einem Wärmestoss, welcher zu der Energie-Menge des Energiestosses korrespondiert) führen, bzw. einer initialen thermischen Überhitzung. Ein solcher Wärmestoss kann in einem Beispiel zu einer plötzlichen, extrem schnellen, Aufheizung der eFH und damit auch der umgebenden Räumlichkeit führen. Somit kann eine sofortige Aufheizung auf eine komfortable Temperatur (nicht unbedingt Erreichen einer absoluten Temperatur) erreicht werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein solcher Energiestoss an einem Heizkabel durchführbar, aber nicht an einem selbstbegrenzenden Heizkabel (welches eine Temperaturbegrenzung durch Kaltleiter oder PTC-Effekt erreicht, wobei eine Temperaturerhöhung zu Widerstandserhöhung somit Energiereduktion führt), denn in letzterem würde der Temperatur-abhängige Widerstand des selbstbegrenzenden Materials (siehe unten) einer schnellen Erwärmung entgegenwirken.
  • In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel liegt die Dauer des Energiestosses in dem Bereich 20 Sekunden bis 20 Minuten (insbesondere 10 Minuten, weiter insbesondere 5 Minuten, weiter insbesondere 2 Minuten).
  • Durch die großflächig ausgelegte Wärmeerzeugung kann insbesondere eine Boostfunktion (Energiestoss) ohne große Temperaturunterschiede realisiert werden. Eine Boostfunktion erlaubt es, innert kurzer Zeit eine große Energiemenge einem Raum zuzuführen. Eine Boostfunktion erlaubt es, innert kurzer Zeit eine große Energiemenge einem Raum zuzuführen. Dabei können folgende Mechanismen miteinander gekoppelt werden:
    1. i) Schnellaufheizung des ganzen Raumes.
    2. ii) Ortsabhängige Schnellaufheizung (z.B. unter einem Fenster, wenn dieses geöffnet wurde oder für einige Zeit nach dessen Schließung).
    3. iii) Boostfunktion lokal abhängig von vorher aufgezeichneten Daten, welche z.B. beinhalten können, auf welchen Heizkomponenten (Feldern) wieviel Heizenergie in den Raum abgestrahlt werden kann. Diese Daten können z.B. durch Konfigurieren, Einlernen oder gezieltes Kalibrieren entstanden sein.
    4. iv) Kurzzeitige Überhitzung eines lokalen Feldes im Wissen um die Wärmespeicher und -leitfähigkeit des Bodenaufbaus. Dabei kann die Temperaturbegrenzungsfunktion eines einzelnen Feldes kurzzeitig übersteuert werden, im Wissen, dass die über der eFH liegenden baulichen Komponenten für eine gezielte Verzögerung der Wärmeabgabe (Speicherfunktion) und Temperaturmaximalbegrenzung sorgen (beispielsweise ein dicker Steinboden kann zuerst einmal sehr viel Wärmeenergie aufnehmen, bis diese dann an den Raum abgegeben wird).
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Energiestoss zumindest ein Merkmal auf aus der Gruppe, welche besteht aus: örtlich variabel, abhängig von historischen Daten, abhängig von den Umgebungsbedingungen. Entsprechend kann der Energiestoss vorteilhaft auf dynamische Weise eingesetzt werden. Insbesondere können Heizkomponenten unabhängig voneinander mit verschiedenen Energiestößen beaufschlagt werden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist die elektrische Flächenheizung ferner auf:
    1. i) ein erstes Flächenheizmodul, und
    2. ii) ein zweites Flächenheizmodul, wobei zumindest eine Steuervorrichtung an das erste Flächenheizmodul und an das zweite Flächenheizmodul gekoppelt ist. Insbesondere ist die Steuervorrichtung konfiguriert
      1. a) das erste Flächenheizmodul gemäß einer ersten Temperaturcharakteristik zu steuern und/oder zu regeln, und, unabhängig davon,
      2. b) das zweite Flächenheizmodul gemäß einer zweiten Temperaturcharakteristik zu steuern und/oder zu regeln, weiter insbesondere wobei die erste Temperaturcharakteristik von der zweiten Temperaturcharakteristik verschieden ist.
  • Es kann eine elektrische Flächenheizung bereitgestellt werden, welche ein selektives und schnelles Aufheizen erlaubt, aber zugleich sicher und zuverlässig ist, wenn eine Steuervorrichtung der eFH verschiedene Heizkomponenten der eFH unabhängig voneinander mit spezifischen Temperaturcharakteristiken beaufschlagt.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist ein Bereich des dritten Faserelements kein Heizmaterial auf, wobei dieser Bereich eine Abgrenzung zwischen dem ersten Flächenheizmodul und dem zweiten Flächenheizmodul bildet.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des elektrischen Flächenheiz-Systems ist die elektrische Flächenheizung (zumindest teilweise) in ein Untergrund-Material eingebettet ist. Insbesondere weist das Untergrund-Material zumindest eines auf der Gruppe, welche besteht aus Bodenbelag, Wandbelag, Tapete, Beton, Zement, Estrich, Fließen, Holz, Laminat, Kunststoff, Klebstoff. Für die beschriebene eFH ergibt sich ein breites Anwendungsfeld, welches verschiedenste Materialien eines Untergrundes (Boden, Wand, Decke) umfassen kann.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Untergrund-Material ferner auf: eine Flächenheizung-Deckschicht, welche auf der elektrischen Flächenheizung angeordnet ist, wobei ein Temperaturunterschied, im Betriebsmodus, zwischen dem Heizelement und der Flächenheizung-Deckschicht 10°C oder weniger, insbesondere 7°C oder weniger, weiter insbesondere 5°C oder weniger, ist. Es kann sich der Vorteil ergeben, dass eine effiziente und robuste Heizleistung bei geringer Aufbauhöhe erreicht ist. Dies kann insbesondere erreicht werden durch eine dünne und breitflächig erwärmende eFH mit effizienter Wärmeleitung.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann eine Flächenheizung derart realisiert werden, dass sie möglichst nahe an der Oberfläche des zu beheizenden Gebäudevolumens installiert werden kann. Insbesondere durch die Verwendung als Armierungsgewebe kann die Heizung sehr nahe an der Oberfläche ohne negative Auswirkungen von mechanischen Belastungen eingesetzt werden. Übliche empfindliche Elektroheizungen müssen tiefer im Aufbau eine Wand oder eines Bodens eingebaut werden (weil sie entweder dicker sind oder wegen Empfindlichkeit (nötige Drucklastverteilung von punktuellen Oberflächenlasten) gegenüber mechanischen Belastungen tiefer im Boden/Wand installiert werden müssen).
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens weist das Verbinden auf: zumindest teilweises Weben der Grundstruktur, wobei die Längselemente die Kette des Gewebes bilden, und wobei die Querelemente den Schuss des Gewebes bilden (siehe oben).
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Umschließen des dritten Faserelements mit einem Binder und/oder einem Heizmaterial.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel wird das dritte Faserelement zuerst mit dem Heizmaterial umschlossen. Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel wird das dritte Faserelement zuerst mit dem Binder umschlossen.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Freilassen eines Bereichs des dritten Faserelements, insbesondere wobei dieser Bereich eine Abgrenzung zwischen Flächenheizmodulen bildet.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist
    das elektrisch leitfähige Heizmaterial beim Umschließen flüssig oder fest.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Umschließen zumindest eines auf aus der Gruppe, welche besteht aus: Tränken, Aufdrucken, Laminieren, Plasmacoating, Ätzen, Bedampfen, Sprühen, Streichen, Kleben, Drucken. Eine Vielzahl erprobter und standardisierter Verfahren können somit in vorteilhafter Weise direkt zum Einsatz kommen.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist das Umschließen auf ein Tauchen oder des Grundelements in einer Heizelement-bildenden Flüssigkeit (einfache Variante: Lack mit Kupfer oder Kohlenstoffpartikeln). Andere Varianten dieser Ausgestaltung bringen ein festes oder flüssiges Heizmaterial durch Sprühen, Streichen, Bedampfen, Kleben oder ähnliche Verfahren auf. Eine entsprechende Aufbringung kann nachfolgend strukturiert werden.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Bereitstellen ferner auf: Modifizieren der Oberflächeneigenschaften des Grundelements, insbesondere mittels Coating.
  • Durch die Steuerung der Oberflächeneigenschaften des Grundelement-Materials (Materialwahl/Coating/Behandlung) kann auch bei nur oberflächlicher Heizmaterial-Zugabe (z.B. durch Drucken), z.B. aufgrund der Kapillarwirkung von Faserbündeln, ein Eindringen des Heizmaterials in des Grundmaterial erreicht werden. Dies reduziert in vorteilhafter Weise die oberflächliche Beschädigungsempfindlichkeit der eFH.
  • Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Isolieren und/oder Separieren des Heizmaterials von dem ersten Faserelement an einer Schnittstelle von dem ersten Faserelement und dem dritten Faserelement.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Umschließen ferner auf: Freilassen von Bereichen der Grundstruktur zum Bereitstellen von Aussparungen, insbesondere mittels zumindest einem aus der Gruppe, welche besteht aus: Siebdruck, Reservedruck, insbesondere Wachsreservedruck, temporäres Abdecken.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird das Grundelement vor der Beschichtung mit dem Heizmaterial stellenweise abgedeckt. Dies kann durch Schablonen, temporäre Abdeckungen (z.B. Wachs oder Harz, das später wieder entfernt werden kann), Mechanismen der Druckindustrie, usw. realisiert werden. Dies kann den Vorteil haben, dass dadurch die Flächenheizung aufgeteilt werden kann, so dass mehrere Heizkomponenten (Felder) oder Flächenheizmodule realisiert werden können.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Einbetten ferner auf: Tränken des von dem Heizelement umschlossenen Grundelements in das elastisches Isolationsmaterial. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist das Einbetten ferner auf: Aushärten des elastischen Isolationsmaterials, insbesondere mittels UV-Strahlung und/oder Polyaddition.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird das Verfahren (zumindest teilweise) in einem reel-to-reel Prozess durchgeführt.
  • In einem Beispiel wird die äußere elektrische Isolation der eFH in einer Rolle-zu-Rolle Produktion aufgebracht. Dadurch kann zum Beispiel das Isolationsmaterial aus einem Silikonmaterial bestehen, durch welches das Grundelement nach dem Aufbringen und Trocknen des Heizmaterials gezogen wird (tränken). Eine nachfolgende Aushärtung mittels UV-Härtung kann eine schnelle Aushärtung erlauben, so dass das Isolationsmaterial dann wieder auf Rollen aufgerollt werden kann.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.
    • Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Grundstruktur einer elektrischen Flächenheizung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • Figur 2 zeigt eine Detailaufnahme der Grundstruktur der elektrischen Flächenheizung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine elektrische Flächenheizung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • Figuren 4a bis 4c zeigen Detailansichten von Faserelementen der elektrischen Flächenheizung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
    • Figuren 5a bis 5c zeigen schematisch Schnittstellen von Faserelementen der elektrischen Flächenheizung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
    • Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf eine elektrischem Flächenheizung, welche Flächenheizmodule aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    Detaillierte Beschreibung der Figuren
  • Bevor die Figuren detailliert beschrieben werden, findet sich im Folgenden zunächst eine Diskussion einiger exemplarischer Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird erstmals ein Kupferkabel als einzelne Kette (oder als Beilauf einzelner Kettenfäden) für das Weben eines elektrischen Flächenheizelementes verwendet. Ferner wird erstmals eine leitend umhüllte Glasfaser oder ein Carbonfilament als Schuss (bei mehrheitlich isolierenden Glasfasern als Kette) in einer eFH verwendet. Es wird eine netzartige Flächenheizung bereitgestellt, wobei in MD zumindest einzelne Filamente verwendet werden, welche niederohmige Eigenschaften mit hoher Stromtragfähigkeit aufweisen.
  • Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ergeben sich z.B. folgende drei Varianten für die Realisierung der eigentlichen Heizleiter in CD (dritte Faserelemente):
    1. i) Verwendung von carbon-rovings, welche an den entsprechenden Stellen (Schnittstellen) mit einer Steuerung oder einem Niedrigohmleiter (erste Faserelemente) in MD verbunden werden. Danach wird das noch nicht eigenstabile Netz (Grundstruktur) in ein Material getaucht, welches einen Binder zur Erreichung der nötigen Transport- und Installationsstabilität enthält.
    2. ii) Verwendung von isolierenden Materialien in CD (insbesondere e-Glas). Nach der Netzherstellung wird das noch nicht eigenstabile Netz in einem Material getaucht, welches sowohl einen Binder zur Erreichung der nötigen Transport- und Installationsstabilität enthält, als auch eine mittlere elektrische Leitfähigkeit aufweist, welche dann als Heizleiter (Heizelement) dient. Bei dieser Variante sollten eventuell einzelne Übergänge an Leiter in MD isoliert oder nach der Aufbringung elektrisch aufgetrennt werden.
    3. iii) Verwendung von isolierenden Materialien in CD (insbesondere e-Glas), welches vorgängig mit einem elektrisch leitenden Coating versehen wurden, oder in einen elektrisch leitenden Lack getaucht wurden. Danach wird das noch nicht eigenstabile Netz in einem Material getaucht, welches einen Binder zur Erreichung der nötigen Transport- und Installationsstabilität enthält.
    Bei allen Varianten kann anschließend Ruhezeit für die Verfestigung gelassen werden (Trocknung, Abgasen von Lösungsmitteln oder Ausreagieren von Gelierungs-/Härtungsprozessen, usw.) und das Netz kann für den Transport konfektioniert und aufgerollt werden.
  • Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Grundstruktur 110 einer elektrischen Flächenheizung (eFH) 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Flächenheizung 100 ist elastisch und die Grundstruktur 110 ist Gitter-förmig bzw. Netz-förmig, wodurch sich eine Mehrzahl von Öffnungen 115 ergeben. Eine Mehrzahl von Längselementen 111 erstrecken sich entlang einer Längsrichtung MD (machine direction) der Grundstruktur und eine Mehrzahl von Querelementen 112 erstrecken sich entlang einer Querrichtung CD (cross direction) der Grundstruktur 110. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Grundstruktur 110 als gewebtes Gewebe ausgebildet, wobei die Längselemente 111 die Kette des Gewebes bilden, und die Querelemente 112 den Schuss des Gewebes bilden.
  • Die Längselemente 111 weisen zumindest ein erstes Faserelement 120 und zweite Faserelemente 130 parallel zueinander auf, wobei die Anzahl der zweiten Faserelemente 130 höher ist. Das erste Faserelement 120 ist niederohmig ist mit einer permanenten Stromtragfähigkeit von zumindest 5 A auf, und weist, verglichen mit dem zweiten Faserelement 130, (in zumindest einer Koordinatenrichtung) einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Das erste Faserelement 120 weist ein Metall (insbesondere Kupfer oder Aluminium) auf und ist bevorzugt als Kabel ausgebildet (ein dickes Carbonfilament ist aber beispielsweise auch möglich). Das zweite Faserelement 130 ist hochohmig, im Wesentlichen elektrisch isolierend, ausgebildet und weist beispielsweise e-Glas auf.
  • Die Querelemente 112 weisen dritte Faserelemente 140 auf, welche ähnlich den zweiten Faserelementen 130 ausgestaltet sein können. Insbesondere weisen die dritten Faserelemente 140 ebenfalls eine geringere elektrische Leitfähigkeit und einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf als das erste Faserelement 120. Die dritten Faserelemente 140 weisen zudem ein elektrisch leitfähiges Heizmaterial 160 als Heizkomponente/Heizelement auf, welches beispielsweise als Heizlack-Schicht aufgetragen ist. Das Heizmaterial 160 weist bevorzugt eine elastische Dehnbarkeit auf, welche grösser ist als eine elastische Dehnbarkeit des dritten Faserelements 140.
  • Figur 2 zeigt eine Detailansicht der Grundstruktur 110 der elektrischen Flächenheizung 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein erstes Faserelement 120 ist als Kupferkabel ausgebildet und dritte Faserelemente 140 werden alternierend zwischen zwei parallelen Teilen des ersten Faserelements 120 hindurchgeschoben. An den Durchschiebepunkten ergeben sich somit Schnittstellen/Kreuzungspunkte 125.
  • Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine elektrische Flächenheizung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die eFH 100 weist die oben beschriebene Grundstruktur 110 auf, welches von einem (elastischen) Isolationsmaterial 130 als Trägerstruktur eingebettet ist. Die Grundstruktur 110 bildet hierbei das Heizelement der eFH 100.
  • Die elektrische Flächenheizung 100 weist ferner auf: einen Heizbereich 102, in welchem das Heizelement 110 angeordnet sind, und einen Freibereich 104, in welchem das Heizelement 110 nicht angeordnet ist. Letzterer dient als Freihaltezone, um beispielsweise Bohrungen durchzuführen, wenn die elektrische Flächenheizung 100 von einem Boden oder einer Tapete überdeckt wird und nicht mehr sichtbar ist.
  • Die elektrische Flächenheizung 100 weist ein erstes Flächenheizmodul 108 (erste Zone) auf, in welchem ein erstes Heizelement (erstes Feld) angeordnet ist, und ein zweites Flächenheizmodul 109 (zweite Zone), in welchem das zweite Heizelement (zweites Feld) angeordnet ist. Beide Flächenheizmodule 108, 109 sind über ein Verbindungselement 170 miteinander verbunden. Ferner kann die eFH 100 eine nicht gezeigte Steuervorrichtung aufweisen (z.B. integriert in das Verbindungselement 170). In einem Ausführungsbeispiel kann die Steuervorrichtung die Flächenheizmodule 108, 109 (bzw. deren Heizkomponenten) unabhängig voneinander steuern bzw. regeln.
  • Das Heizelement 110 ist mittels Zuleitungen 171, 172 an eine elektrische Stromquelle angeschlossen. Zumindest abschnittsweise sind die Zuleitungen 171, 172 in das Isolationsmaterial 150 eingebettet.
  • Die Figuren 4a bis 4c zeigen Detailansichten von Faserelementen der elektrischen Flächenheizung 100 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • Figur 4a zeigt einen Querschnitt durch ein drittes Faserelement 140, welches in dem Isolationsmaterial 150 eingebettet ist. Eine Schicht (bzw. ein Coating) eines elektrisch leitfähigen Heizmaterials (z.B. Heizlack) umschließt das Faserelement 140. Letzteres ist elektrisch isolierend, so dass das Heizmaterial 160 gezielt angesteuert werden kann.
  • Figur 4b zeigt ebenfalls einen Querschnitt durch ein drittes Faserelement 140 mit dem Unterschied, dass Glasfaserbündel verwendet werden. Zwischen den Glasfasern entstehen somit Zwischenräume, in welche elektrisch leitfähiges Heizmaterial 160 während eines Herstellungsprozesses (z.B. Tränken) einfließen kann. Mittels dieser Ausgestaltung kann eine besonders kompakte eFH 100 bereitgestellt werden. In speziellen Ausführungsformen kann im Inneren des Faserelements 140 eine höhere Temperatur erreicht werden als an der Oberfläche des Faserelements 140.
  • Figur 4c zeigt eine Schnittstelle 125 zwischen einem ersten Faserelement 110 in der Längsrichtung MD und einem dritten Faserelement 140 in der Querrichtung CD. Die Schnittstelle 125 ist von einem Binder 165 im Wesentlichen abgedeckt bzw. zumindest einmal umfasst.
  • Die Figuren 5a bis 5c zeigen Schnittstellen 125 zwischen Längselementen 111 und Querelementen 112 gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Figuren 5a und 5b zeigen geknotete Schnittstellen 125, insbesondere gedreht und geflochten. Die Figur 5c zeigt eine nicht-geknotete, gewebte Schnittstelle 125.
  • Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf eine elektrischem Flächenheizung 100, welche Flächenheizmodule 108, 109 aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem exemplarischen Beispiel kann der gezeigte Ausschnitt etwa eine Fläche von 1 m × 1 m aufweisen. Die Flächenheizmodule 108, 109 sind als einzeln ansteuerbare Felder ausgestaltet: Hilfsleitungen (erste und zweite Faserelemente) werden in die Grundstruktur 110 eingewoben, welche dann an geeigneten Stellen aufgetrennt werden können. Ein Steuereinheit 170 ist innerhalb eines Flächenheizmoduls 108 angeordnet und kann z.B. speziell dieses Feld ansteuern. Sensorleitungen 180 können mit der Steuereinheit 160 gekoppelt sein. Separate Temperatursensoren 185 können die Temperatur in einzelnen Felder messen und so die für die Regelung benötigen Temperaturdaten liefern. Aus Sicherheitsgründen kann innerhalb eines Feldes an mehreren Stellen die Temperatur gemessen werden und bei Überhitzungsgefahr dann ein ganzes Feld in der zugeführten Energiemenge gedrosselt werden. So sind lokale Überhitzungen ausgeschlossen und es kann sich z.B. kein Kleinkind verletzen, das auf dem Badezimmerfußboden spielt. Ferner sind Zuleitungen 171, 172 zu den einzelnen Flächenheizmodulen 108, 109 vorgesehen. Diese können auch mit ersten Faserelementen 120 integriert werden.
    • Bezuaszeichen
    • 100
    Elektrische Flächenheizung
    102
    Heizbereich
    104
    Freibereich
    108
    Erstes Flächenheizmodul
    109
    Zweite Flächenheizmodul
    110
    Grundstruktur
    111
    Längselemente
    112
    Querelemente
    115
    Öffnungen
    120
    Erstes Faserelement, niederohmiges Faserelement
    125
    Schnittstelle
    130
    Zweites Faserelement, hochohmiges Faserelement
    140
    Drittes Faserelement, hochohmiges Faserelement
    150
    Elastisches Isolationsmaterial
    160
    Heizmaterial, Heizkomponente
    165
    Binder
    170
    Verbindungselement, Steuereinheit, Steuervorrichtung
    171
    Erste elektrische Zuleitung
    172
    Zweite elektrische Zuleitung
    180
    Sensor-Leitung
    185
    Sensor
    CD
    Querrichtung
    MD
    Längsrichtung, Maschinenrichtung

Claims (15)

  1. Eine elektrische Flächenheizung (100) zum Verlegen im Baubereich, wobei die elektrische Flächenheizung (100) im Wesentlichen elastisch ist und eine Gitter-förmige, insbesondere Netz-förmige, Grundstruktur (110) aufweist, welche eine Mehrzahl von Öffnungen (115) hat, wobei die Grundstruktur (110) aufweist:
    eine Mehrzahl von Längselementen (111), welche sich entlang einer Längsrichtung (MD) der Grundstruktur (110) erstrecken, wobei die Längselemente (111) aufweisen:
    ein erstes Faserelement (120), welches niederohmig ist und eine permanente Stromtragfähigkeit von zumindest 5 A aufweist, und
    ein zweites Faserelement (130),
    wobei das erste Faserelement (120) eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das zweite Faserelement (130), und
    wobei das erste Faserelement (120) in zumindest einer Koordinatenrichtung denselben oder einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Faserelement (130);
    eine Mehrzahl von Querelementen (112), welche sich entlang einer Querrichtung (CD) der Grundstruktur (110) erstrecken, wobei die Querelemente (112) aufweisen:
    ein drittes Faserelement (140),
    wobei das erste Faserelement (120) eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das dritte Faserelement (140).
  2. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß Anspruch 1,
    wobei die Grundstruktur (110) zumindest teilweise als gewebtes Gewebe ausgebildet ist,
    wobei die Längselemente (111) die Kette des Gewebes bilden, und
    wobei die Querelemente (112) den Schuss des Gewebes bilden.
  3. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
    wobei die Grundstruktur (110) zumindest teilweise gebildet ist mittels zumindest einem von Weben, Fixieren, Knoten, oder Stricken, der Fasern der Längselemente (111) und der Querelemente (112);
    wobei das erste Faserelement (120) Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, aufweist,
    insbesondere wobei das erste Faserelement (120) als Kabel ausgebildet ist;
    wobei das zweite Faserelement (130) und/oder das dritte Faserelement (140) hochohmig, insbesondere elektrisch isolierend, ausgebildet ist;
    wobei das zweite Faserelement (130) und/oder das dritte Faserelement (140) zumindest eines aufweist aus der Gruppe, welche besteht aus: Polyethylen, HP-Polyethylen, Polyamid, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyetheretherketon, Aramid, Para-Aramid, insbesondere Kevlar, Kohlenstoff, Glas, Zellulose, Flachs, Jute, Baumwolle, Basalt, ein nicht-brennbares Material, ein anorganisches Material.
  4. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
    ein elektrisch leitfähiges Heizmaterial (160) als Heizkomponente, welches das dritte Faserelement (140) zumindest teilweise umschließt;
    insbesondere wobei das Heizmaterial (160) zumindest eines aus der Gruppe aufweist, welche besteht aus: Heizlack, Kohlenstoff, insbesondere Graphit, Leitruß, Kupfer, Aluminium, Silber, einem 2K-Material, einem elektrisch leitfähigen Härter, einem elektrisch leitfähigen Bindematerial, einem thermoplastischen Elastomer, einem Ester, insbesondere Polyvinylester, Polyacryl, Polyacrylnitril.
  5. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei das Heizmaterial (160) eine elastische Dehnbarkeit aufweist, welche grösser ist als eine elastische Dehnbarkeit des dritten Faserelements (140); und/oder
    wobei das elektrisch leitfähige Heizmaterial (120) in 1/100 oder mehr, insbesondere in 1/20 oder mehr, weiter insbesondere in 1/5 oder mehr, des Volumens des dritten Faserelements (140) eingedrungen ist.
  6. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
    einen Binder (165), welcher das dritte Faserelement (140) zumindest teilweise umschließt,
    insbesondere wobei der Binder (165) elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend ist,
    weiter insbesondere wobei der Binder (165) bei einem Aushärten um mehr als 0,5%, insbesondere um mehr als 2%, weiter insbesondere um mehr als 8%, seines Volumens schrumpft.
  7. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die zweiten Faserelemente (130) und/oder die dritten Faserelemente (140) mit einem Coating, insbesondere dem Heizmaterial (160) und/oder dem Binder (165), beschichtet sind;
    insbesondere wobei das Coating eine Dicke in dem Bereich 0,01 bis 4 mm, insbesondere 0,05 und 2 mm, weiter insbesondere 0,1 und 1 mm, aufweist; weiter insbesondere wobei eine Schnittstelle (125) zwischen dem ersten Faserelement (120) und dem dritten Faserelement (140) mit dem Coating zumindest teilweise abgedeckt ist.
  8. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
    eine Isolation und/oder eine Separation an einer Schnittstelle (125) zwischen dem ersten Faserelement (120) und dem dritten Faserelement (140).
  9. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
    ein elastisches Isolationsmaterial (150), in welchem die Grundstruktur (110) zumindest teilweise eingebettet ist,
    insbesondere wobei das elastische Isolationsmaterial (150) zumindest eines aufweist aus der Gruppe, welche besteht aus: Silikon, Polyurethan, insbesondere einer Polyurethan-Dispersion, einem 2K-Elastomer, insbesondere auf der Basis von zumindest einem von Epoxid, Polyurethan, Polyharnstoff,
    insbesondere wobei das elastische Isolationsmaterial mittels UV-Licht und/oder Polyaddition aushärtbar ist;
    wobei die elektrische Flächenheizung (100) als Heizfolie ausgestaltet ist, insbesondere wobei die elektrische Flächenheizung (100) einrollbar ist, insbesondere einrollbar zu Rollen mit einem Durchmesser von 2 m oder weniger, insbesondere 1,2 m oder weniger, weiter insbesondere 65 cm oder weniger, weiter insbesondere 40 cm oder weniger;
    wobei die Welligkeit der elektrischen Flächenheizung (100) nach einem Ausrollen 20 cm oder weniger, insbesondere 12 cm oder weniger, weiter insbesondere 5 cm oder weniger, weiter insbesondere 2 cm oder weniger, beträgt;
    eine Steuereinheit (170) zum Steuern/Regeln einer Heizleistung, insbesondere wobei die Steuereinheit (170) mit dem ersten Faserelement (120) gekoppelt ist,
    weiter insbesondere wobei dieses erste Faserelement (120) separat von dem dritten Faserelement (140) ausgebildet ist;
    wobei die Öffnungen (115) der Grundstruktur (110) in der Draufsicht einen Durchmesser im Bereich 0,5 mm bis 120 mm, insbesondere 1,5 mm bis 80 mm, weiter insbesondere 3 mm bis 45 mm, aufweisen;
    wobei die elektrische Flächenheizung (100) zumindest teilweise eine Dicke von 10 mm oder weniger, weiter insbesondere 8 mm oder weniger, weiter insbesondere 5 mm oder weniger, weiter insbesondere 3 mm oder weniger, aufweist;
    wobei die nominale Heizleistung zwischen 50 W und 200 W pro m2, insbesondere zwischen 100 W und 200 W pro m2, ist;
    wobei die elektrische Flächenheizung (100) konfiguriert ist, Heizkomponenten mit einer Spannung von 60 V oder weniger zu betreiben;
    eine elektrische Zuleitung (171, 172), welche an eine Heizkomponente der elektrischen Flächenheizung (100) elektrisch gekoppelt ist,
    insbesondere mittels zumindest einem aus der Gruppe, welche besteht aus: Klammer, Lötung, Klebung, Schweissung, Schneideklemmverbindung, Knoten, weiter insbesondere wobei die elektrische Zuleitung (171, 172) in die Grundstruktur (110) eingewoben ist;
    wobei das zweite Faserelement (130) und/oder das dritte Faserelement (140) eine Zugfestigkeit von 10 MPa oder mehr, insbesondere 100 MPa oder mehr, insbesondere 1000 MPa oder mehr, weiter insbesondere 1200 MPa oder mehr, aufweist;
    wobei die Reißfestigkeit der elektrischen Flächenheizung (100) in den Haupterstreckungsrichtungen (MD, CD) 200 N/5 cm oder mehr, insbesondere 1000 N / 5 cm oder mehr, weiter insbesondere 2000 N/5 cm oder mehr, ist, weiter insbesondere wobei sich die Reißfestigkeit nach Herstellung der elektrischen Flächenheizung (100) innerhalb von 10 Jahren um 50% oder weniger reduziert;
    wobei die Grundstruktur (110) Aussparungen aufweist, an welchen keine Heizkomponente angeordnet ist,
    insbesondere wobei diese Aussparungen als Abgrenzung separater Flächenheizmodule (108, 109) dienen;
    einen Heizbereich (102), in welchem eine Heizkomponente angeordnet ist; und
    einen Freibereich (104), in welchem die Heizkomponente nicht angeordnet ist,
    insbesondere wobei eine Erstreckung des Freibereichs (104) in einer Haupterstreckungsrichtung der elektrischen Flächenheizung (100) 1 cm oder mehr, insbesondere 2 cm oder mehr, weiter insbesondere 3 cm oder mehr, beträgt;
    wobei die Biegesteifigkeit der elektrischen Flächenheizung (100) in Längsrichtung (MD) und Querrichtung (CD) unterschiedlich ist,
    insbesondere wobei der Unterschied mehr als 1%, insbesondere mehr als 5%, weiter insbesondere mehr als 10 %, beträgt;
    wobei die elektrische Flächenheizung (100) zumindest abschnittsweise pro Quadratmeter 10 oder mehr, insbesondere 20, weiter insbesondere 40 oder mehr Freibereiche (104), insbesondere Aussparungen, aufweist.
  10. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
    eine Steuervorrichtung (170),
    wobei die Steuervorrichtung (170) konfiguriert ist eine Energie-Zufuhr zu einer Heizkomponente der elektrischen Flächenheizung (100) zu steuern und/oder zu regeln, und
    wobei die Steuervorrichtung (170) ferner konfiguriert ist die Energie-Menge der Energie-Zufuhr derart zu steuern, dass ein zeitlich begrenzter Energiestoss an die Heizkomponente der elektrischen Flächenheizung (100) bereitgestellt wird; insbesondere ferner aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:
    wobei der Energiestoss zumindest ein Merkmal aufweist aus der Gruppe, welche besteht aus: örtlich variabel, abhängig von historischen Daten, abhängig von den Umgebungsbedingungen;
    wobei die elektrische Flächenheizung (100) ferner aufweist:
    ein erstes Flächenheizmodul (108); und
    ein zweites Flächenheizmodul (109);
    wobei die Steuervorrichtung (170) an das erste Flächenheizmodul (108) und an das zweite Flächenheizmodul (109) gekoppelt ist, und wobei die Steuervorrichtung (170) konfiguriert ist
    das erste Flächenheizmodul (108) gemäß einer ersten Temperaturcharakteristik zu steuern und/oder zu regeln, und, unabhängig davon,
    das zweite Flächenheizmodul (109) gemäß einer zweiten Temperaturcharakteristik zu steuern und/oder zu regeln,
    wobei die erste Temperaturcharakteristik von der zweiten Temperaturcharakteristik verschieden ist;
    wobei ein Bereich des dritten Faserelements (140) kein Heizmaterial (160) aufweist, und
    wobei dieser Bereich eine Abgrenzung zwischen dem ersten Flächenheizmodul (108) und dem zweiten Flächenheizmodul (109) bildet.
  11. Die elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend:
    eine Sensoreinheit (185), insbesondere ein Temperatur-Sensor, welche über eine Sensor-Leitung (180) mit der Grundstruktur (110) gekoppelt, insbesondere eingewoben, ist;
  12. Ein Flächenheiz-System, welches aufweist:
    eine elektrische Flächenheizung (100) gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche;
    einen Untergrund, wobei die elektrische Flächenheizung (100) mit dem Untergrund fest verbunden ist.
  13. Das elektrische Flächenheiz-System gemäß Anspruch 12,
    wobei die elektrische Flächenheizung (100) zumindest teilweise in ein Untergrund-Material eingebettet ist,
    insbesondere wobei das Untergrund-Material zumindest eines aus der Gruppe aufweist, welche besteht aus Bodenbelag, Wandbelag, Tapete, Beton, Zement, Estrich, Fließen, Holz, Laminat, Klebstoff,
    weiter insbesondere wobei das Untergrund-Material ferner aufweist:
    eine Flächenheizung-Deckschicht, welche auf der elektrischen Flächenheizung (100) angeordnet ist,
    wobei ein Temperaturunterschied, im Betriebsmodus, zwischen der Grundstruktur (110) und der Flächenheizung-Deckschicht 10°C oder weniger, insbesondere 7°C oder weniger, weiter insbesondere 5°C oder weniger, ist.
  14. Ein Verfahren zum Herstellen einer im Wesentlichen elastischen elektrischen Flächenheizung (100), wobei das Verfahren aufweist:
    Bereitstellen einer Mehrzahl von Längselementen (111), welche sich entlang einer Längsrichtung (MD) erstrecken, wobei die Längselemente (111) aufweisen:
    ein erstes Faserelement (120), welches niederohmig ist und eine permanente Stromtragfähigkeit von zumindest 5 A aufweist, und
    ein zweites Faserelement (130),
    wobei das erste Faserelement (120) eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das zweite Faserelement (130), und
    wobei das erste Faserelement (120) in zumindest einer Koordinatenrichtung denselben oder einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das zweite Faserelement (130);
    Bereitstellen einer Mehrzahl von Querelementen (112), welche sich entlang einer Querrichtung (CD) erstrecken, wobei die Querelemente (112) aufweisen:
    ein drittes Faserelement (140),
    wobei das erste Faserelement (120) eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das dritte Faserelement (140);
    Verbinden der Längselemente (111) und der Querelemente (112), um eine Gitter-förmige, insbesondere Netz-förmige, Grundstruktur (110) mit der Längsrichtung (MD) und der Querrichtung (CD) zu erhalten.
  15. Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Verfahren zumindest eines der folgenden Merkmale aufweist:
    wobei das Verbinden aufweist:
    zumindest teilweises Weben der Grundstruktur (110),
    wobei die Längselemente (111) die Kette des Gewebes bilden, und
    wobei die Querelemente (112) den Schuss des Gewebes bilden;
    Umschließen des dritten Faserelements (130) mit einem Binder (165) und/oder einem Heizmaterial (160), insbesondere
    wobei das dritte Faserelement (130) zuerst mit dem Heizmaterial (160) umschlossen wird, oder
    wobei das dritte Faserelement (130) zuerst mit dem Binder (165) umschlossen wird;
    Freilassen eines Bereichs des dritten Faserelements (140), insbesondere wobei dieser Bereich eine Abgrenzung zwischen Flächenheizmodulen (108, 109) bildet;
    wobei das elektrisch leitfähige Heizmaterial (120) beim Umschließen flüssig oder fest ist;
    wobei das Umschließen zumindest eines aufweist aus der Gruppe, welche besteht aus: Tränken, Aufdrucken, Laminieren, Plasmacoating, Ätzen, Bedampfen, Sprühen, Streichen, Kleben, Drucken;
    Isolieren und/oder Separieren des Heizmaterials (160) von dem ersten Faserelement (120) an einer Schnittstelle von dem ersten Faserelement (120) und dem dritten Faserelement (140);
    wobei das Umschließen ferner aufweist:
    Freilassen von Bereichen der Grundstruktur (110) zum Bereitstellen von Aussparungen,
    insbesondere mittels zumindest einem aus der Gruppe, welche besteht aus:
    Siebdruck, Reservedruck, insbesondere Wachsreservedruck, temporäres Abdecken;
    wobei das Verfahren einen reel-to-reel Prozess aufweist.
EP22211148.6A 2021-12-03 2022-12-02 Elektrische flächenheizung basierend auf einer gitter-förmigen grundstruktur mit unterschiedlichen faserelementen Pending EP4192192A3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021131971.4A DE102021131971A1 (de) 2021-12-03 2021-12-03 Elektrische Flächenheizung basierend auf einer Gitter-förmigen Grundstruktur mit unterschiedlichen Faserelementen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP4192192A2 true EP4192192A2 (de) 2023-06-07
EP4192192A3 EP4192192A3 (de) 2023-10-11

Family

ID=84387750

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22211148.6A Pending EP4192192A3 (de) 2021-12-03 2022-12-02 Elektrische flächenheizung basierend auf einer gitter-förmigen grundstruktur mit unterschiedlichen faserelementen

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4192192A3 (de)
DE (1) DE102021131971A1 (de)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7315574A (nl) * 1973-11-14 1975-05-16 Benoit De La Bretoniere Andre Weefsel.
DE4019357C1 (en) 1990-06-18 1991-08-01 G. Bopp & Co Ag, Zuerich, Ch Flexible, electrically heatable, transparent panel - has heating grid embedded in sheet of thermoplastic material suitable for rear window of convertible car
DE19910677B4 (de) 1999-03-11 2005-02-17 Eht Haustechnik Gmbh Muffenlose elektrische Verbindung
US6649886B1 (en) * 2002-05-11 2003-11-18 David Kleshchik Electric heating cloth and method
DE10211721B4 (de) 2002-03-18 2004-07-22 Heitexx Ltd. Heizleiter und Verwendung des Heizleiters
DE202005000886U1 (de) 2005-01-19 2006-06-29 Kronospan Technical Co. Ltd., Engomi Heizeinrichtung für Wand-, Decken- oder Fußbodenbeläge
FR2922405B1 (fr) 2007-10-15 2010-10-15 Mdb Texinov Sas Armures chauffantes
TW200925344A (en) 2007-12-12 2009-06-16 Everest Textile Co Ltd Electric heating fabric device
EP2116778B1 (de) 2008-05-09 2016-03-16 Kronoplus Technical AG Beheizbares Belagsystem
GB2544163A (en) * 2015-04-22 2017-05-10 Apollo Sun Global Co Ltd A conductive fabric including conductive yarns
KR101754924B1 (ko) 2016-04-11 2017-08-09 주식회사 이에스에너지 가요성 탄소발열패드의 제조방법
DE102019131880B4 (de) 2019-11-25 2023-02-09 Ke Kelit Kunststoffwerk Gmbh Elektrische Flächenheizung mit über Bereichsmarker bestimmbarem Freibereich

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021131971A1 (de) 2023-06-07
EP4192192A3 (de) 2023-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3058597B1 (de) Photovoltaik-paneel und verfahren zu dessen herstellung
EP1835786B1 (de) Flächenheizelement und Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizelementes
EP2753881B1 (de) Heizelement und verfahren zum herstellen eines heizelements
DE4447407C2 (de) Flexibles Flächenheizelement und Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Flächenheizelementes
EP2563574A2 (de) Aktorisches, sensorisches und/oder generatorisches faserverbundbauteil und verfahren zu seiner herstellung
WO2012163325A1 (de) Verfahren zur herstellung einer oberflächenstruktur mit blitzschutz sowie damit herstellbare oberflächenstruktur
AT525149A2 (de) Elektrische Flächenheizung basierend auf einem mit Heizelement umschlossenen Grundelement
EP4192192A2 (de) Elektrische flächenheizung basierend auf einer gitter-förmigen grundstruktur mit unterschiedlichen faserelementen
EP4282225B1 (de) Flächenheizelement und verfahren zu dessen herstellung
EP1842394A1 (de) Heizeinrichtung für wand-, decken oder fussbodenbeläge
DE102014004118A1 (de) Neuartiges blitzschutzmaterial für faerverbundbauteile
EP3325267A1 (de) Werkstoff mit mindestens zweischichtiger hülle
DE102014105215A1 (de) Heizelement
EP3144138A1 (de) Trägerfolie für ein klettverlegesystem einer flächentemperierungssystems, diese umfassendes flächentemperierungssystem sowie herstellung eines flächentemperierungssystems
EP3144136A1 (de) Trägerfolie für ein klettverlegesystem einer flächentemperierungssystems, dieses umfassendes flächentemperierungssystem sowie zur herstellung eines flächen-temperierungssystems
DE10291136B4 (de) Verfahren zur Herstellung von adaptronischen Mikrosystemen
WO2012100997A2 (de) Faserverbundkunststoff sowie herstellungsverfahren dazu
EP3016475B1 (de) Vorrichtung mit heizbarer flächen von homogener wärmeverteilung
EP2749711A2 (de) Multifunktionales Fasergewebe
DE102018101719A1 (de) Bodenheizung
WO2017202551A1 (de) Isolationsband, elektrische maschine und verfahren zum herstellen des isolationsbands und der elektrischen maschine
DE102022104390B4 (de) Verfahren zum elektrischen Kontaktieren, Kontaktierungsgarn und Verwendung des Kontaktierungsgarns
DE102023113534A1 (de) Elektrische Heizschicht und Verfahren zu deren Herstellung
DE102019124647A1 (de) Fliese und Verfahren zur Herstellung einer Fliese
EP2716436B1 (de) Kohlenstoffverbundbauteil

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H05B 3/34 20060101AFI20230905BHEP

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240327

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20251203