DE3827825A1 - Flaechiges keramisches verbundelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein flächiges keramisches Verbund­ element gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf plattenartige Verbundelemente, die als Raumheizelement dienen und vor­ nehmlich als Fußbodenbelag oder Belag für die Verkleidung von Wänden verwendet werden.

Flächige keramische Formkörper in Form von beheizbaren Fußbodenplatten werden in jüngster Zeit mehr und mehr als Raumheizelemente verwendet. Die Beheizbarkeit dieser Platten ist dadurch gegeben, daß die Platten an einer Seite mit einer Heizschicht in Form einer elektrischen Widerstandsbeschichtung versehen sind.

Ein bekannter keramischer Formkörper (DE-A-25 35 622) besteht aus einem keramischen Trägerkörper, auf dem eine Heizleiterschicht aufgebracht ist, die nach oben hin durch eine aufgespritzte Kunststoffschicht abge­ deckt ist. Die Heizschicht selbst ist aufwendig her­ gestellt, weil sie aus einer dispersen Anhäufung elek­ trisch leitender Graphitteilchen gebildet ist, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind, wobei der Dispersion zusätzlich Metallpartikel zugesetzt sind, um die negative Temperaturabhängigkeit des elektri­ schen Widerstands der Kohlenstoffteilchen zu kom­ pensieren. Diese Heizschicht bedarf, falls der Form­ körper als Fußbodenbelag verwendet werden soll, einer Deckschicht, um die für einen Fußbodenbelag erforder­ liche Kratzfestigkeit zu ergeben.

Bei einem weiteren bekannten Formkörper (FR-A-24 90 056) ist die auf einem keramischen Trägermaterial aufge­ brachte Heizleiterschicht aus einer Schichtenfolge gebildet, nämlich einer Schicht aus Metalloxiden, einer Schicht aus Graphitteilchen und einer weiteren Schicht aus Azetylenruß, wobei die Schichtenfolge oben von einer Schutzschicht überdeckt ist. Auch diese Heiz­ leiterschicht ist außerordentlich aufwendig und ins­ besondere sind von Formkörper zu Formkörper gleich­ bleibende bzw. reproduzierbare Heizeigenschaften kaum erzielbar.

Diese Nachteile sind durch einen bekannten flächigen keramischen Formkörper (EP-A- 1 57 179) behoben, der auf einer Seite mit einer elektrischen Widerstands­ beschichtung versehen ist, die aus nicht-metalli­ schen, elektrisch leitenden Partikeln gebildet ist, welche in eine elektrisch nicht oder nur schlecht leitende Trägersubstanz eingebettet sind. Der Form­ körper wird vornehmlich in Form einer Platte ver­ wendet, deren Dicke im Verhältnis zur Oberfläche 1 : 45 000 und deren flächenmäßige Erstreckung mindestens das Vierfache einer Platte von 30 × 30 cm beträgt. Derartige flächige keramische Formkörper haben sich in der Praxis als Raumheizelemente be­ währt. Insbesondere als Fußbodenheizung werden diese Elemente in beliebiger Vervielfachung und gewünschter Gliederung eingesetzt, wobei eine gleichmäßige Wärmestrahlung gewährleistet ist. Besonderes vorteilhaft werden diese Formkörper in Form von großformatigen Platten mit Abmessungen gleich oder größer 60 × 60 cm eingesetzt.

Bei der Verwendung solcher Formkörper als beheizbarer Fußbodenbelag ergibt sich eine flächenmäßige Begrenzung für die Heizfläche auf etwa 20 qm, bedingt durch eine vorgeschriebene Überwachung mit Hilfe eines auf 16 A ausgelegten Leistungsrelais bei einer Betriebs­ spannung von 220 Volt, also einer Betriebsspannung, wie sie in Trockenräumen verwendet werden kann. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist allerdings bei der Anwendung derartiger keramischer Formkörper in Feuchträumen ein Sicherheitstrenntransformator für 42 Volt Kleinschutzspannung vorzusehen. Aufgrund des mit zunehmender elektrischer Leistung verbundenen Anstiegs der Kabelquerschnitte für die Stromzufuhr­ leitung zu den Widerstandsbeschichtungen der Form­ körper und der daraus resultierenden Begrenzung durch den zur Verfügung stehenden Fugenquerschnitt und die damit verbundenen Kosten ergibt sich eine an einen Stromkreis angeschlossene Heizungsfläche von maxi­ mal 5 m² in Feuchträumen. Die Sicherheitsgründe be­ ruhen auf der Vorsorge für den Fall, daß bei Beschädi­ gung eines an Spannung liegenden Elementes ein direk­ ter Kontakt zwischen elektrischer Widerstandsschicht und einem auf der Oberfläche des Elementes sich befin­ denden Feuchtigkeitsfilmes möglichst verhindert oder aber derselbe Effekt wegen Schwindung des Fugen­ materials und Eindringen von Feuchtigkeit an den Kanten des Elementes eintreten könnte. Diese Fälle würden insbesondere bei Anwendung einer Betriebs­ spannung von 220 Volt, wie sie für Trockenräume Verwendung finden kann, zur Gefährdung von Personen führen.

Diese Gefährdung verringert sich zwar mit Anwendung einer Kleinschutzspannung, jedoch resultiert daraus die bereits eingangs geschilderte Heizflächenbe­ grenzung auf ca. 25% der bei Normalspannung von 220 Volt zur Verfügung stehenden Heizfläche. Ferner ist der Einsatz eines bei Kleinschutzspannung er­ forderlichen Trenntrafos mit nicht unerheblichen Kosten verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein als Raumheiz­ element verwendbares Verbundelement mit erhöhter Sicherheit bei etwaigen Schäden des Fugenmaterials oder des Verbundelements selbst zu schaffen, wel­ ches gefahrlos auch bei hohen Betriebsspannungen betrieben werden kann und eine Maximierung der ver­ fügbaren Heizfläche, insbesondere auch in Feucht­ räumen, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 enthal­ tenden Merkmale gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmalen gekennzeichnet.

Nach Maßgabe der Erfindung wird anstelle der bislang verwendeten mit einer Heizschicht und ggf. einer da­ rüberliegenden Schutzschicht versehenen flächigen Formkörpern ein Verbundelement als Raumheizelement verwendet, bei dem der keramische Formkörper, der infolge der Heizleiterbeschichtung die eigentliche Heizfunktion ausübt, die Kernschicht des Verbund­ elements bildet. Auf diesem die Kernschicht dar­ stellenden keramischen Formkörper ist über eine als Kleber ausgebildete Isolierschicht eine Deck­ schicht in Form eines oder mehrerer flächiger Form­ körper aufgebracht. Die Kernschicht sowie die Isolierschicht sind schließlich durch eine Verguß­ masse an den nicht zur Deckschicht gerichteten Seiten vollfächig nach außen hin abgedeckt. Durch diesen Aufbau können elektrische Formkörper ohne Sicherheitsgefährdung und ohne übermäßige Sicher­ heitseinrichtungen mit Normalspannung von 220 Volt betrieben werden und wird eine maximale Heizfläche für einen aus diesen Verbundelementen gebildeten Belag ermöglicht. Das Verbundelement ist sowohl in Trockenräumen wie auch in Feuchträumen einsetz­ bar.

Die als Kleber ausgebildete Isolierschicht gewähr­ leistet einen Verbund zwischen der Kernschicht und einer die Sichtseite des Verbundelements bilden­ den Deckschicht. Diese Deckschicht, die aus einem oder mehreren flächigen, insbesondere plattenarti­ gen Körpern besteht, ist zweckmäßigerweise so aus­ gebildet, daß sie die von ihr überdeckte Kern- und Isolierschicht an deren Randkanten soweit in seitlicher Richtung über den gesamten Umfang der Kern- und Isolierschicht überragt, daß eine Rand­ fläche an der Unterseite der überstehenden Deck­ schicht entsteht, die genügend Platz bietet, um die Vergußmasse aufnehmen zu können, mit der die Kern- und Isolierschicht ummantelt wird. Dadurch werden der die Kernschicht darstellende keramische Formkörper und die zweckmäßigerweise die Heiz­ leiterschicht des keramischen Formkörpers nach oben hin abdeckende Isoslierschicht durch die Ver­ gußmasse wasserdicht ummantelt, wobei die Kern- und Isolierschicht sowohl durch die Vergußmasse wie auch durch die Deckschicht gegen Schädigungen wirkungsvoll gesichert sind.

Die als Kleber ausgebildete Isolierschicht, die die Kernschicht und die Deckschicht miteinander ver­ bindet, besitzt zweckmäßigerweise eine hohe Durch­ schlagsfestigkeit von größer oder gleich 30 kV/mm, da sie die Aufgabe übernimmt, die elektrische Heiz­ schicht der Kernschicht, die an einer 220-Volt- Spannung liegt, gegen eventuelle beschädigte Teile der Deckschicht eindringende Feuchtigkeit mechanisch und elektrisch abzuisolieren und als elektrisches Kunststoffbauteil zweckmäßigerweise mit einer sehr hohen elektrischen Festigkeit ausgerüstet ist. Neben dieser Eigenschaft soll die Isolierschicht auch eine gute Wärmeleitung gewährleisten, um eine schnelle und verlustfreie Wärmeübertragung an die Deckschicht sicherzustellen. Die der Deckschicht nicht zuge­ wandten Teile der Kern- und Isolierschicht sind mit einer vorzugsweise wasserdichten und schlecht wärmeleitenden Vergußmasse in der Weise abgedeckt bzw. ummantelt, daß eine feuchtigkeitsgeschützte wannenförmige Ummantelung entsteht, die auf der Sichtseite durch die Deckschicht begrenzt wird. An zwei gegenüberliegenden Seiten des Verbundele­ mentes wird an die Kontaktierungselemente der Heiz­ schicht ein Stromzuführungskabel gelegt, welches durch die Vergußmasse hindurchgeführt ist und den elektrischen Anschluß gewährleistet.

Als Vergußmasse eignet sich insbesondere eine zäh­ harte Masse aus einem modifizierten doppelt ver­ netzten Polyurethan, insbesondere ein unter der Bezeichnung Megithan und unter der Typenbezeich­ nung 2MD 112 in den Handel gebrachtes Material.

Für die Isolierschicht eignet sich ein Kleber in Form eines modifizierten, doppelt vernetzten Poly­ urethans, insbesondere ein unter der Bezeichnung Megithan-Kleber Type 2MD 111 in den Handel gebrach­ tes Erzeugnis.

Die Deckschicht kann vollflächig in Form eines flächigen, insbesondere plattenartigen Formkörpers, aber auch aus mehreren kleineren flächigen Form­ körpern gebildet sein, wobei das die Deckschicht bildende Material gute Strahlungswärme vermittelnde Eigenschaften sowie gut wärmeleitend und im Falle der Verwendung für Fußboden gute optische Gestal­ tungsmöglichkeiten, hohe Festigkeitseigenschaften gegen mechanische Beanspruchungen, Widerstands­ fähigkeit gegen chemische Angriffe und hohe Reini­ gungsfreundlichkeit aufweisen soll. Als Material für die Deckschicht eignet sich insbesondere Keramik, aber auch natürliche Werkstoffe, wie insbesondere Naturstein.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch ein plattenartiges Verbundelement, sowie

Fig. 2 eine Einzelheit von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein Verbundelement in Form einer groß­ formatigen Platte für die Verwendung als Fußbodenbe­ lag, die analog einer keramischen Platte auf einem entsprechenden Untergrund verlegbar ist. Als beson­ ders geeignete Größe für derartige Verbundelemente hat sich ein Format von etwa 60 × 60 cm herausge­ stellt. Das Verbundelement weist eine Kernschicht 1 in Form eines keramischen Formkörpers auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine kerami­ sche Platte gebildet ist, die auf ihrer der Sicht­ seite zugewandten Fläche mit einer Heizschicht ver­ sehen ist.

Als Heizschicht eignet sich insbesondere eine elek­ trische Widerstandsbeschichtung in Form von nicht­ metallischen, elektrisch leitenden Teilchen, insbe­ sondere Graphitteilchen, die in einer nicht oder nur schlecht leitenden Trägersubstanz eingebettet sind entsprechend der europäischen Patentanmeldung 8 51 02 232.7. Mit dem keramischen Formkörper 1 ist über eine als Kleber ausgebildete elektrische Isolier­ schicht 3 eine Deckschicht 4 fest verbunden, die aus einem oder mehreren flächigen Formkörpern im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel durch einen plattenartigen kera­ mischen Formkörper gebildet ist. Als Material für die Deckschicht eignet sich insbesondere Keramik, jedoch auch Naturstein. Die Deckschicht 4 steht seitlich geringfügig über die Randkante der Isolierschicht 3 und der Kernschicht 1 vor, so daß eine freie umlaufen­ de untere Randfläche an der Deckschicht verbleibt, die frei ist zur bündigen Aufnahme einer Vergußmas­ se 5, die die seitlichen Ränder der Isolierschicht und der Kernschicht sowie die untere Fläche der Kern­ schicht 1 vollflächig ummantelt.

Die Dicke der Kernschicht 1 aus keramischem Material beträgt etwa 6 mm. Die auf der Kernschicht aufge­ brachte Heizschicht in Form einer elektrischen Wider­ standsbeschichtung besitzt eine Dicke von etwa 150 Mikrometer. Die elektrische Isolierschicht ist zweckmäßigerweise aus einem modifizierten doppelt ver­ netzten Polyurethan gebildet und weist im dargestell­ ten Ausführungsbeispiel eine Dicke von etwa 2 mm auf.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem für die Deckschicht keramisches Material verwendet wird, be­ trägt die Dicke der Deckschicht 4 etwa 8 mm. Die Dicke der Vergußmasse, die die Kernschicht 1 und die Iso­ lierschicht 3 ummantelt, beträgt etwa 3 mm. Die Verguß­ masse selbst ist aus einem modifizierten, doppelt ver­ netzten Polyurethan hergestellt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, erfolgt die Stromver­ sorgung des Raumheizelements über durch die Verguß­ masse geführte Anschlußleitungen 7, die mit Leiter­ bahnen 6 verbunden sind, welche an den Seitenrän­ dern der die Heizschicht 2 bildenden elektrischen Widerstandsbeschichtung angeordnet und gleichfalls von der Vergußmasse ummantelt sind.

Claims (7)

1. Flächiges keramisches Verbundelement, gebildet aus einem flächigen keramischen Formkörper, der auf einer Seite mit einer Heizschicht in Form einer elektrischen Widerstandsbeschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Formkörper die Kernschicht (1) des Verbundelementes bildet, mit Hilfe einer als Kleber aus­ gebildeten Isolierschicht (3) mit einem oder mehreren als Deckschicht (4) dienenden flächigen Formkörper (n) verbunden ist und Kern- sowie Isolierschicht (1; 3) durch eine Vergußmasse (5) an den nicht zur Deckschicht (4) ge­ richteten Seiten vollflächig abgedeckt sind.

2. Verbundelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächige Deckschicht (4) die Randkanten der kera­ mischen Kernschicht (1) und der Isolierschicht (3) seitlich geringfügig über den gesamten Umfang überragt.

3. Verbundelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Kleber ausgebildete Isolierschicht (3) eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von größer oder gleich 30 kV/mm und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.

4. Verbundelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse (5) wasser- und feuchtigkeitsundurch­ lässig, schlecht wärmeleitend und mit hoher Festigkeit ausgebildet ist.

5. Verbundelement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flächige Deckschicht (3) aus einem gut wärme­ leitenden Material von geringer Wandstärke gebildet ist.

6. Verbundelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flächige Deckschicht aus keramischem Material oder aus Naturstein gebildet ist.

7. Verbundelement nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromversorgung der Heizschicht (2) Leiterbah­ nen (6) an den seitlichen Rändern der Widerstandsbe­ schichtung angeordnet sind, deren Anschlußleitungen (7) durch die Vergußmasse nach außen geführt sind.