EP1088467A1

EP1088467A1 - Elektrisches widerstandsheizelement

Info

Publication number: EP1088467A1
Application number: EP99929202A
Authority: EP
Inventors: Manfred Elsässer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2001-04-04
Also published as: US6423951B1; ZA200007358B; CA2335712A1; DE19826544C1; EA002704B1; WO1999066766A1; EA200100036A1; AU4609799A

Abstract

Das elektrische Widerstandsheizelement (1) umfasst eine flächige Widerstandsschicht (2), die eine Widerstandsmasse - vorzugsweise mit einem elektrisch leitenden Polymer - enthält und zwischen mindestens zwei als Flächenelektroden ausgebildeten, elektrisch leitenden Schichten (3, 4, 7) angeordnet ist, so dass sich ein Sandwichelement ergibt. Jede Schicht (3, 4, 7) ist mittels Kontaktzungen (33, 34) mit je einer Stromzuführungsleitung verbindbar; wenigstens eine Aussparung (5) in der ersten elektrisch leitenden Schicht (3) ist gegenüber einer Aussparung (6) der zweiten elektrisch leitenden Schicht (4) so versetzt angeordnet, dass die beiden Aussparungen (5, 6) - in Projektion aufeinander gesehen - im Abstand voneinander liegen. Die Aussparungen (5, 6) liegen im Randbereich der elektrisch leitenden Schicht (3, 4, 7), und wenigstens eine Kontaktzunge (34) ist im Bereich der Aussparung (5) einer ersten elektrisch leitenden Schicht (4) durch die Widerstandsschicht (2) hindurch mit der jeweils anderen elektrisch leitenden Schicht (3) elektrisch kontaktierbar und mechanisch verbindbar. Die Kontaktzunge (34) ist vorzugsweise auch mit der Widerstandsschicht (2) mechanisch - insbesondere durch Crimpen - verbindbar.

Description

ELEKTRISCHES WIDERSTANDSHEIZELEMENT

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Widerstandsheizelemente werden in vielen Bereichen, z.B. in der Bauindustrie als Fußbodenheizung eingesetzt. Die herkömmlich verwendeten Widerstandsheizelemente, bei denen die Wärme durch sogenannte Heizdrähte oder Heizfolien erzeugt wird, weisen den Nachteil auf, daß sie empfindlich gegenüber mechanischer Belastung sind und es darüber hinaus eines Fachmannes für den präzisen Einbau bedarf.

In der US-A-4'801784 ist ein selbstregulierendes Heizelement für die Kabelzubehör- und Rohrschutz-Industrie beschrieben, das mit Flächenelektroden und einer zwischen den Flächenelektroden angeordneten Widerstandsschicht arbeitet. Die Kontaktierung der Flächenelektroden mit den Stromzuführungsleitungen erfolgt bei einem solchen Heizelement beispielsweise mit Nieten. Das Kontaktieren erfordert somit das Aufbringen von Druck, wodurch eine Berührung zwischen den Flächenelektroden und somit ein Kurzschluß auftreten kann.

Weiterhin ist aus der DE-Al-2'856'178 eine elektrische Heizmatte bekannt, bei der Heizleiter auf eine Grundfolie auflaminiert oder aufkaschiert sind. Zum Verbinden dieser Heizleiter mit Heizleitern benachbarter Heizmatten sind Anschlußbereiche vorgesehen, in denen die Heizleiter freiliegen und durch ein galvanisches Verfahren mit Lot oder durch mechanische Verfahren mittels Nieten verbunden werden können. Bei einem solchen Aufbau ist ein Kurzschluß nicht zu befürchten, da keine Flächenelektroden vorgesehen sind, die beim Nieten in Kontakt treten können. Das Erzeugen einer Heizmatte bestimmter Abmessungen kann jedoch das Verbinden einer Vielzahl von Heizmatten erforderlich machen.

Für den Einsatz eines Widerstandsheizelementes z.B. als Fußbodenheizung ist zum einen die gleichmäßige Wärmeabgabe über die Fläche und zum anderen die Einfachheit und Beständigkeit des Einbaus und der elektrischen Kontaktierung von Bedeutung. Weiterhin muß das Widerstandsheizelement bezüglich seiner Abmessungen flexibel gestaltbar sein, um der Größe der zu beheizenden Fläche Rechnung tragen zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Widerstandsheizel- ment zu schaffen, bei dem ohne die Gefahr eines Kurzschlusses oder einer Beschädigung des Widerstandsheizelementes eine Kontaktierung auf einfache Weise erzielt werden kann, die gleichzeitig mechanischen Belastungen standhält. Weiterhin soll das Widerstandsheizelement kontinuierlich herstellbar sein, bezüglich seiner Größe flexibel gestaltet werden können, einfach zu handhaben sein und den Einsatz auch in feuchter Umgebung erlauben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Widerstandsheizelement gelöst, das die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Als Flächenelektroden werden im Sinne dieser Erfindung elektrisch leitende Schichten bezeichnet, an denen die Widerstandsschicht anliegt und über die die Stromzufuhr erfolgt.

Das erfindungsgemäße Widerstandsheizelement, das auch als Widerstandssandwich bezeichnet wird, bietet aufgrund der Aussparungen in den Flächenelektroden vorgegebene Kontaktstellen, an denen jeweils eine Flächenelektrode einfach mit der Stromleitung verbunden werden kann. Die Kontaktierung kann durch Verpressen mit hohen Drücken erfolgen. Hierbei wird bei einem Widerstandsheizelement mit zwei Flächenelektroden das Werkzeug so angesetzt, daß es zum einen in die Aussparung einer Flächenelektrode eingreift und zum anderen die Widerstandsschicht, die weitere Flächenelektrode und die Stromzuführungseinrichtung bzw. das Kontaktelement umgreift. Selbst bei hohen Drücken kann der Kontakt zwischen den Flächenelektroden wegen der Aussparung nicht entstehen und ein Durchbzw. Überschlagen der Spannung wird vermieden.

Bei der Herstellung einer kraft- oder formschlüssigen Verbindung zwischen der Stromzuführung und der Flächenelektrode können bei dem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement auch Kontäktbauteile eingesetzt werden, die die Flächenelektroden in der Tiefe kontaktieren. Hierbei können Klemmen verwendet werden, die an vorgegebenen Stellen von oben und unten über elektrisch leitende Kontaktzungen oder -zahne in das Widerstandsheizelement eingreifen. Die eine Kontaktzunge wird auf der einen Seite des Widerstandsheizelementes in die Aussparung der ersten Flächenelektrode eingebracht, durchdringt die Widerstandsschicht und steht mit der zweiten Flächenelektrode in Kontakt. Von der anderen Seite kontaktiert die zweite Kontaktzunge die zweite Flächenelektrode. Die beiden Kontaktzungen sind wiederum mit einer Stromleitung, z.B. der Phase, elektrisch verbunden. Eine solche Kontaktierung in der Tiefe des Widerstandsheizelementes ist nur mit einem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement möglich. Bei herkömmlichen Widerstandsheizelementen würde eine solche Art der Kontaktierung die Flächenelektroden kurz schließen und das Widerstandsheizelement beschädigen. Die erfindungsgemäße Art der Kontaktierung bietet aber über den präzisen Anschluß genau einer Flächenelektrode hinaus den Vorteil, daß die formschlüssige Verbindung zwischen der Flächenelektrode und der Stromversorgung auch Zug - und Schubbelastungen standhalten kann.

Um den jeweiligen Kontaktbauteil kann eine Dichtung, z.B. in Form einer Silikonlippe, vorgesehen sein. Beim erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement kann der Kontaktbauteil mit dem für eine Abdichtung erforderlichen Druck aufgepresst werden. Somit steht auch die Möglichkeit des Einsatzes in feuchter Umgebung offen.

Das erfindungsgemäße Widerstandsheizelement kann einfach durch herkömmliche Laminierungsvorgänge hergestellt werden und aufgrund des geringen Risikos des Kurzschlusses bei der Kontaktierung auch von elektrotechnisch wenig vorgebildeten Arbeitern (z.B. Bauarbeitern) kontaktiert und eingebaut werden.

Durch die Anordnung der Aussparungen in den Randbereichen der elektrisch leitenden Schichten kann jede einzelne der zwei oder mehr Schichten gezielt kontaktiert werden. So können in dem Widerstandsheizelement ein Schutzleiter, ein Nulleiter und eine an die Phase angeschlossene Schicht angeordnet sein. Jede dieser Schichten kann einzeln in der Tiefe kontaktiert werden, ohne dabei die elektrisch leitenden Schichten kurzzuschließen. Auch bei einer Kontaktierung unter hohem Druck tritt keine der drei Schichten mit einer anderen in Berührung und ein Kurzschluß wird somit wirksam verhindert.

An dem Widerstandsheizelement können nach Anspruch 4 entlang der Ränder der elektrisch leitenden Schichten jeweils mehrere Gruppen von Aussparungen vorgesehen sein, wobei jede einzelne Schicht jeweils mindestens eine Aussparung aufweist. Die Abstände zwischen den Gruppen von Aussparungen sind vorzugsweise gleichmäßig.

Bei dieser Ausführungsform stehen somit mehrere Kontaktstellen am Rand des Widerstandsheizelementes zur Verfügung. Die Anzahl der Aussparungen, die pro Gruppe vorgesehen ist, richtet sich nach der Anzahl der elektrisch leitenden Schichten, die in dem Widerstandsheizelement vorliegen. Die Anzahl der Aussparungen pro Gruppe ist vorzugsweise um eins niedriger als die Anzahl der Schichten. Bei der Vielzahl der Kontaktstellen kann beim Einbau des Widerstandsheizelementes vor Ort entschieden werden, welche der Kontaktstellen der Stromquelle am nächsten liegt und somit mit dieser kontaktiert werden soll.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 5 sind neben den Kontaktmöglichkeiten im Randbereich des Widerstandsheizelementes zusätzliche Kontaktie- rungsmöglichkeiten in der Fläche gegeben. Wird das Widerstandsheizelement geschnitten und verläuft der Schnitt durch die in der Fläche vorgesehenen, zusätzlichen Aussparungen, so können diese nach dem Teilen des Widerstandsheizelementes als Kontaktstelle am Rand dienen. Bei dieser Ausführungsform kann somit das Widerstandsheizelement vor Ort in die gewünschte Größe geschnitten werden, wobei immer mehrere Kontaktie- rungsmöglichkeiten zum Kontaktieren der einzelnen elektrisch leitenden Schichten am Rand des Widerstandsheizelementes gegeben sind. Der räumliche Abstand der Projektion der einzelnen Aussparungen liefert eine erhöhte Sicherheit, um den Kontakt zwischen den elektrisch leitenden Schichten bzw. zwischen den Kontaktzungen der Stromzuführungsleitungen vermeiden zu können. Der Kontaktbauteil, z.B. eine Klemme mit Kontaktzungen, der in der Regel eine kleinere Abmessung als die Aussparung aufweist, muß bei dieser bevorzugten Ausführungsform nicht exakt in der Mitte der Aussparung der einen elektrisch leitenden Schicht angesetzt werden, sondern kann auch nahe zum Rand der Aussparung eingreifen, solange er die Bedingung des Anspruches 2 erfüllt. Durch diese zusätzliche Sicherung ist die Kontaktierung des Widerstandsheizelementes erheblich erleichtert und bedarf keiner Präzisionswerkzeuge.

Die Ausführungsform nach Anspruch 6 bringt den Vorteil, daß beim Zuschnitt des Widerstandsheizelementes auf die gewünschte Größe gerade Schnitte entlang einer der Längs- bzw. Querlinien, auf denen sich die zusätzlichen Aussparungen befinden, gelegt werden können.

Weiters wird nach Anspruch 7 bzw. 8 durch freie, d.h. nicht leitende Bereiche an Stellen, an denen ein Kurzschluß auftreten könnte, z.B. im Bereich der Krafteinwirkung beim Kontaktieren, einem Kurzschluß und anderen Beschädigungen, z.B. durch Durchschlagen der Spannung, entgegengewirkt. Ein allfälliges Füllmaterial kann so gewählt werden, daß es gleichzeitig verstärkende bzw. versteifende Eigenschaften aufweist und als Isolierung dient. Dadurch kann dem Widerstandsheizelement in einzelnen Bereichen eine zusätzliche Stabilität verliehen werden und die elektrisch leitenden Schichten können voneinander isoliert werden.

Da in dem Randbereich die Kontaktierung und damit die Krafteinwirkung erfolgt, dient das Aussparen von Widerstandsmasse in diesem Bereich als zusätzliche Sicherung. Die rasterförmige Erstreckung solcher Bereiche entlang von Linien in Längs- und Breitenrichtung des Widerstandsheizelementes, die vorzugsweise mit den Linien übereinstimmen, auf denen die zusätzlichen Aussparungen in der Fläche der elektrisch leitenden Schichten ange- ordnet sind, erleichtert das Teilen des Widerstandsheizelementes in kleinere Stücke, weil die Linien als Schnittkanten dienen. Insbesondere bei Füllmaterial, das versteifende bzw. verstärkende Eigenschaften besitzt, kann somit die Beschädigung des Widerstandsheizelementes durch Zusammendrücken der Widerstandsschicht an der Schnittkante vermieden werden. Zudem kann die isolierende Eigenschaft des Füllmaterials, insbesondere an den Stellen der Aussparungen, an denen die Kontaktierung erfolgt, ebenfalls einem Kurzschluß entgegenwirken.

Öffnungen in den elektrisch leitenden Schichten nach Anspruch 9 bzw. 10, die beispielsweise in Form von kreisrunden Löchern vorliegen können, erlauben es, das Widerstandsheizelement durch herkömmliche Befestigungsmittel, z.B. Nägel oder Schrauben, an der Wand oder am Fußboden zu befestigen. Ein Kurzschluß über den Nagel oder die Schraube wird hierbei durch die Öffnungen verhindert.

Auch im Bereich der Öffnungen kann Füllmaterial, das vorzugsweise verstärkende oder versteifende Eigenschaften besitzt und als Isolierung dienen kann, zusätzlich als Befestigung fungieren. Wird die Schraube oder der Nagel durch die Widerstandsschicht geführt, die an dieser Stelle mit dem Füllmaterial versehen ist, kann ein radiales Verschieben der Schraube in der Öffnung, z.B. aufgrund des Eigengewichts des Widerstandsheizelementes bei einer Befestigung an der Wand, durch das Füllmaterial verhindert werden.

Umfaßt die Widerstandsschicht ein Trägermaterial, das nach Anspruch 11 mit der Widerstandsmasse beschichtet ist, kann die Elastizität bzw. Plastizität der Widerstandsschicht durch die geeignete Wahl des Trägermaterials eingestellt werden. Zudem kann auch der Widerstandswert der Widerstandsschicht bei einem solchen Aufbau ideal eingestellt werden. Je poröser das Trägermaterial gewählt wird, um so mehr Widerstandsmasse kann von ihm aufgenommen werden. Zudem kann das Trägermaterial in einer durchgehenden Schicht vorliegen, bei der lediglich die Bereiche, die frei von Widerstandsmasse sein sollen, bei der Beschichtung mit Widerstandsmasse ausgespart werden. Die Herstellung der Widerstandsschicht, die z.B. durch Offsetdruck erfolgen kann, ist einfach und erlaubt eine präzise Anordnung von Bereichen mit und Bereichen ohne Widerstandsmasse.

Ein elektrisch leitendes Polymer läßt sich leicht auf ein Trägermaterial aufbringen; zugleich können mit einer solchen Widerstandsmasse hohe elektrische Heizleistungen erzielt werden. Weiterhin ist das elektrisch leitende Polymer flexibel, so daß auch eine mechanische Belastung, z.B. durch Aufrollen des Widerstandsheizelementes, nicht zur Beschädigung der Widerstandsmasse und damit zu unerwünschten Abrissen in der elektrischen Leitung im Widerstandsheizelement führt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert: Es zeigen:

Fig.la: eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Widerstandsheizelementes mit zwei Flächenelektroden;

Fig.lb: Draufsicht auf das erfindungsgemäße Widerstandsheizelement gemäß Fig.la;

Fig.2: einen perspektivischen Ausschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Widerstandsheizelementes mit zwei Flächenelektroden und einer zusätzlichen elektrisch leitenden Schicht;

Fig.3: einen Teilschnitt durch ein Widerstandsheizelement gemäß Fig.2 mit Kontaktbauteil;

Fig.4: eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Widerstandsheizelement, mit zwei Flächenelektroden, einer zusätzlichen elektrisch leitenden Schicht und mehreren Aussparungen in der Fläche.

In Fig.la ist ein Widerstandsheizelement 1 dargestellt, bei dem eine Widerstandsschicht 2 zwischen zwei elektrischen Schichten (im folgenden auch Flächenelektroden genannt) 3 und 4 angeordnet ist. An einer Kante der Flächenelektrode 3 ist eine Aussparung 5 vorgesehen. Diese ist versetzt zu der Aussparung 6, die im Randbereich der Flächenelektrode 4 angeordnet ist.

Fig.la ist eine Explosionsdarstellung des Widerstandsheizelementes. Die Flächenelektroden 3 und 4 werden mit der Widerstandsschicht 2 z.B. durch Verkleben verbunden. Zum Kontaktieren des dargestellten Widerstandsheizelementes kann ein Kontaktbauteil, z.B. eine Klemme mit Kontaktzungen (siehe Teil 34 in Fig.3), am Rand des Widerstandsheizelementes angesetzt werden. Hierdurch kann durch Eingreifen in die Aussparung 6 die Flächenelektrode 3 mit einer Stromzuführungsleitung verbunden werden. Wird der Kontaktbauteil in der Aussparung 5 angesetzt, so kann dadurch ein Kontakt zwischen einer Stromzuführungsleitung und der Flächenelektrode 4 erzeugt werden.

In Fig.lb ist die relative Lage der Aussparungen 5 und 6 zueinander dargestellt. Wie sich aus der Figur lb ergibt, überlappen die Aussparungen 5 und 6 in ihrer Projektion aufeinander nicht. Der Abstand zwischen den Aussparungen 5 und 6 wird so gewählt, daß zum einen ein Einfluß des auf den Bereich einer Aussparung ausgeübten Drucks beim Kontaktieren auf die benachbarte Aussparung vermieden wird und zum anderen das Anschließen der Flächenelektroden an Stromleitungen, die in einem Kabel geführt werden, möglich ist.

In Fig.2 ist ein Widerstandsheizelement 1 dargestellt, bei dem drei elektrisch leitende Schichten (zwei Flächenelektroden und eine weitere elektrisch leitende Schicht) 3,4 und 7 vorgesehen sind. Die elektrisch leitende Schicht 7 wird von einer Isolierschicht 8 bedeckt und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine weitere Isolierschicht 9 von der Flächenelektrode 4 getrennt. Die Widerstandsschicht 2 ist zwischen den Flächenelektroden 3 und 4 angeordnet, wobei die der Widerstandsschicht 2 abgewandte Seite der Flächenelektrode 3 von einer weiteren Isolierschicht 10 bedeckt ist.

Jede der elektrisch leitenden Schichten weist mehrere Aussparungen in ihrem Randbereich auf. Die Aussparungen sind in Gruppen von je zwei angeordnet. Die Aussparungspaare sind jeweils so angeordnet, daß sich eine Aussparung mit einer Aussparung einer weiteren elektrisch leitenden Schicht deckt und zu den Aussparungen der dritten elektrisch leitenden Schicht versetzt angeordnet ist. Soll beispielsweise die elektrisch leitende Schicht 7 als Schutzleiter, die elektrisch leitende Schicht 4 als Nulleiter und die elektrisch leitende Schicht 3 als an die Phase angeschlossene Schicht fungieren, so kann jede dieser drei elektrisch leitenden Schichten 3,4 und 7 aufgrund der Aussparungen einzeln kontaktiert werden. Hierzu wird der Kontakt zu der elektrisch leitenden Schicht 4 hergestellt, indem der Kontaktbauteil an der Position A so angesetzt wird, daß er das komplette Widerstandsheizelement durchgreift. Durch Aufbringen von Druck und Einbringen von (hier nicht dargestellten, siehe jedoch Fig.3) Kontaktzungen kann die eine Zunge durch die Aussparung A' sowie durch die Isolierschichten 8 und 9 zu der elektrisch leitenden Schicht 4 gelangen und diese kontaktieren. Von unten greift eine zweite Kontaktzunge durch die Aussparung A", die Isolierschicht 10 sowie durch die Widerstandsschicht 2 ein und gelangt so an die Unterseite der elektrisch leitenden Schicht 4. Entsprechend können die elektrisch leitenden Schichten 3 durch die Aussparungen B', B" sowie die elektrisch leitende Schicht 7 durch die Aussparung C und C" kontaktiert werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Randbereich 21 der Widerstandsschicht mit einem isolierenden Füllmaterial versehen. Die Widerstandsmasse befindet sich in dieser Ausführungsform lediglich in dem mit 22 bezeichneten Bereich der Widerstandsschicht. Am Rand des Widerstandsheizelementes 1 befindet sich somit ein verstärkter bzw. versteifter Bereich 1 der Widerstandsschicht 2, der zudem isolierende Eigenschaften aufweist. Eine Kontaktierung durch diese Widerstandsschicht 2 kann daher ohne Spannungsabfall bzw. ohne die Gefahr eines Kurzschlusses erfolgen. Weiterhin sind in Fig.2 Öffnungen 11 in den elektrisch leitenden Schichten dargestellt. Diese Öffnungen 11 sind kreisrund und in der Fläche der elektrisch leitenden Schichten 3,4 und 7 jeweils so angeordnet, daß sich die einzelnen Öffnungen 11 der elektrisch leitenden Schichten 3,4 und 7 decken. Auf der Widerstandsschicht 2 ist im Bereich der Öffnungen 11 ein weiterer Bereich 23 vorgesehen, in dem sie frei von Widerstandsmasse und vorzugsweise mit Füllmaterial versehen ist, das verstärkende und isolierende Eigenschaften aufweist. Wird durch die Öffnungen 11 ein Befestigungsmittel, z.B. eine Schraube, durch das Widerstandsheizelement 1 geführt, so tritt diese Schraube mit keiner der elektrisch leitenden Schichten 3, 4 oder 7 in Kontakt und wird insbesondere von der mit Isoliermaterial versehenen Widerstandsschicht 2 im Bereich 23 gehalten.

In Fig.3 ist der Schnitt durch eine Kontaktstelle des Widerstandsheizelementes gemäß Fig.2 an der Position B gezeigt. Der Kontaktbauteil 30 umfaßt zwei Schenkel 31,32, wobei jeder der Schenkel 31,32 eine Kontaktzunge 33,34 aufweist. Die Kontaktzunge 34 wird unter Druck durch die Isolierschicht 8, die Aussparung B' der elektrisch leitenden Schicht 7, die Isolierschicht 9, die Aussparung B" der elektrisch leitenden Schicht 4 und die Widerstandsschicht 2 im Bereich 21 geführt. Die Spitze der Kontaktzunge 34 erreicht so die elektrisch leitende Schicht 3 und bildet mit dieser eine formschlüssige Verbindung. Die Kontaktzunge 33 erstreckt sich durch die Isolierschicht 10 und greift in die elektrisch leitende Schicht 3 ein. An den anderen Enden weisen die Schenkel 31,32 Vorsprünge 35,36 auf, die unter Druck in eine Stromleitung eingreifen. Der Kontaktbauteil 30 besteht aus elektrisch leitendem Material, z.B. aus Kupfer. Durch den Kontakt zu der Stromleitung, z.B. der Phase auf der einen Seite und die elektrisch leitende Schicht 3 auf der anderen Seite, wird eine elektrische Verbindung hergestellt. Aufgrund des Eingriffes der Kontaktzungen in die elektrisch leitende Schicht 3 wird zugleich eine mechanisch feste Verbindung erzielt. Aufgrund der Aussparungen in den weiteren elektrisch leitenden Schichten 4 und 7, durch die die Kontaktzunge 34 durchgreift, wird ein unmittelbarer Kurzschluß der elektrisch leitenden Schichten vermieden. Versetzt zum Kontaktbauteil 30 sind entsprechende weitere Kontaktbauteile vorgesehen, die jeweils auf eine weitere Stromleitung zugreifen und diese mit einer der anderen elektrisch leitenden Schichten 4 oder 7 verbinden. Eine solche vorteilhafte Art der Kontaktierung ist nur mit dem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement möglich.

In Fig.4 ist ein Widerstandsheizelement 1 gezeigt, bei dem neben den Aussparungen am Rand, die mit I bezeichnet sind, zusätzlich Aussparungen II in der Fläche der einzelnen elektrisch leitenden Schichten vorgesehen sind. Diese Aussparungen sind entlang von Linien S angeordnet. Die Linien er- - li ¬

strecken sich in Längs- und Breitenrichtung des Widerstandsheizelementes 1. Beim Teilen eines solchen Widerstandsheizelementes 1 können die Linien S als Schnittkanten dienen. Dadurch werden Teile eines Widerstandsheizelementes zur Verfügung gestellt, die jeweils selbst als (kleineres) Widerstandsheizelement dienen können und in ihrem Randbereich mehrere Kontaktstellen aufweisen.

Die Breite des Widerstandsheizelementes kann je nach Einsatzgebiet variieren. Mit dem erfindungsgemäßen Heizelement können aber Breiten von z.B. 1,5 m realisiert werden. Die Linien, entlang derer Aussparungen in den Flächen der einzelnen elektrisch leitenden Schichten vorgesehen sind, können z.B. in Abständen von 20 cm angeordnet sein. Auch eine feinere Unterteilung des Widerstandsheizelementes, d.h. ein Vorsehen mehrerer Linien in der Längs- und Breitenrichtung, ist möglich, sofern vor Ort besonders kleine Widerstandsheizelemente benötigt werden.

Zusätzliche Aussparungen III in der Fläche können auch so angeordnet sein, daß sie sich über die Linien S hinweg erstrecken. Dadurch wird beim Teilen des Widerstandsheizelementes 1 auf jedem der entstehenden Widerstandsheizelementteile eine Kontaktmöglichkeit am Rand gegeben.

Die Dicken der einzelnen Schichten des Widerstandsheizelementes können je nach Einsatzgebiet unterschiedlich gewählt werden. So können z.B. die Widerstandsschicht eine Dicke von 1 mm und die elektrisch leitenden Schichten sowie die Isolierschichten eine geringere Dicke, z.B. von nur 0,1 mm, aufweisen.

In dem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement liegen vorzugsweise drei elektrisch leitende Schichten vor. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, mehr als drei elektrisch leitende Schichten vorzusehen, wobei die Aussparungen der Schichten so angeordnet sind, daß beim Eingreifen des Kontaktbauteils, z.B. einer Kontaktzunge, diese nur eine einzige elektrisch leitende Schicht erreicht. Die Aussparungen sind demzufolge bei einem erfindungsgemäßen Heizelement immer so angeordnet, daß sich jeweils eine Aussparung einer elektrisch leitenden Schicht mit jeweils einer an einer oder mehreren weiteren elektrisch leitenden Schichten vorgesehenen Aussparung deckt, ggenüber einer Aussparung einer einzigen anderen elektrisch leitenden Schicht jedoch versetzt ist.

Die Aussparungen sind vorzugsweise an der Kante der elektrisch leitenden Schicht angeordnet, können aber auch in einem geringen Abstand von der Kante im Randbereich der elektrisch leitenden Schicht liegen. Die Aussparungen können verschiedenste Formen aufweisen, z.B. rechteckig oder rund sein. Hierbei entspricht die Form und Größe der Aussparung der einen Schicht vorzugsweise der Form und Größe der Aussparungen der weiteren Schichten. Die Aussparungen können beispielsweise eine Breite oder einen Durchmesser von 5mm, vorzugsweise von 10mm, aufweisen. Auch der Abstand zwischen der Projektion der Aussparungen, die in einer Gruppe angeordnet sind, beträgt beispielsweise 5mm, vorzugsweise 10mm.

Werden mehrere Gruppen von Aussparungen entlang des Randbereiches oder entlang von Linien in Längs- bzw. Breitenrichtung vorgesehen, so kann der Abstand zwischen diesen beliebig gewählt werden und beträgt z.B. 100 oder 50mm.

Die Isolierschichten können aus bekannten Isoliermaterialien, z.B. Polyester bestehen. Die einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Widerstandsheizelementes können durch herkömmliche Verfahren miteinander verbunden werden. So kann die Widerstandsschicht mit den diese umgebenden elektrisch leitenden Schichten durch eine Haftmittelschicht verbunden werden, die zuvor auf die elektrisch leitenden Schichten aufgebracht wird. Die Haftmittelschicht hat vorzugsweise denselben Leitwert bzw. Widerstand wie die Widerstandsschicht. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, daß die in der Widerstandsschicht vorgesehene Widerstandsmasse gleichzeitig als Haftmittel dient. Die Isolierschichten können an den elektrisch leitenden Schichten durch Einbringen von Kunststoffolien, z.B. Polyesterfolien, zwischen diesen Schichten und anschließender thermischer Behandlung miteinander verbunden werden. Vorzugsweise ist die Widerstandsschicht in den Bereichen, in denen ein Füllmittel in der Widerstandsschicht vorgesehen ist, nicht mit den elektrisch leitenden Schichten, die diese umgeben, verklebt bzw. verbunden. Insbesondere in den Randbereichen bzw. entlang der Linien, an denen das Widerstandsheizelement geschnitten werden kann, weist diese Unterbrechung der Verbindung einen großen Vorteil auf.

Zur Vermeidung von Überschlagsspannungen werden vorzugsweise die elektrisch leitenden Schichten so dimensioniert, daß ihr Rand gegenüber der Widerstandsschicht um einige Millimeter zurücktritt (siehe Fig.2). Ist die elektrisch leitende Schicht in diesem Bereich nicht mit der Widerstandsschicht verklebt, so läßt sich der Teil der elektrisch leitenden Schicht, der zur Vermeidung von Überschlagsspannungen abgetrennt werden soll, nach dem Schneiden leicht durch Abziehen entfernen. Dieser Bereich, der sich über die Randbereiche sowie gegebenenfalls über rasterförmig angeordnete Linien erstreckt, ist gegenüber der Gesamtgröße des Widerstandsheizelementes gering. Beispielsweise weisen die linienförmigen Bereiche, in denen keine Widerstandsmasse - aber gegebenenfalls Füllmaterial - in der Widerstandsschicht vorgesehen ist, eine Breite von ca. 10 mm auf. Der benachbarte Bereich der Widerstandsschicht, in dem Widerstandsmasse vorliegt, hingegen kann z.B. eine Breite von ca. 100 mm aufweisen. In dem von Füllmaterial bzw. Isoliermaterial bedeckten Bereich der Widerstandsschicht erfolgt ein Temperaturausgleich über die Fläche der elektrisch leitenden Schicht. Dadurch kommt es auch in diesen Bereichen nicht zu Temperaturstaus.

Durch die geringe Abmessung der Bereiche, in denen die Widerstandsschicht mit einem Füllmaterial versehen sein kann, wird auch die Flexibilität des gesamten Widerstandsheizelementes nicht beeinträchtigt. Es ist somit möglich, Widerstandsheizelemente beliebiger Größe herzustellen, die in Bereichen entlang von Linien, die sich in Längs- und Breitenrichtung erstrek- ken, Füllmaterial in der Widerstandsschicht aufweisen. Aufgrund der Flexibilität des gesamten Widerstandsheizelementes kann dieses als Endlospro- dukt hergestellt werden. Dieses Endlosprodukt kann auf Rollen aufgehaspelt und nach Bedarf abgerollt werden. Zur Herstellung eines solchen Endlosmaterials werden herkömmliche Laminierungsvorrichtungen eingesetzt, bei denen mehrere Schichten zu einer Multilayerstruktur verarbeitet werden. Die definierten Schnittkanten, entlang deren sich die in der Fläche vorgesehenen zusätzlichen Aussparungen in den elektrisch leitenden Schichten befinden, sowie die Kontaktstellen im Randbereich und die Positionen der Öffnungen in den elektrisch leitenden Schichten werden vorzugsweise auf einer der äußeren Isolierschichten gekennzeichnet. Somit ist es möglich, das Widerstandsheizelement vor Ort in die gewünschte Größe zu schneiden und mit der Stromleitung zu kontaktieren. Das kontaktierte Widerstandsheizelement kann dann an den Stellen, an denen Öffnungen in den elektrisch leitenden Schichten vorgesehen sind, mit der Wand oder dem Boden verbunden, z.B. verschraubt werden.

Das erfindungsgemäße Widerstandsheizelement kann aufgrund der durch die Aussparungen in den einzelnen elektrisch leitenden Schichten gegebenen Kontaktierungsmöglichkeiten vielseitig - insbesondere auch in feuchter Umgebung - eingesetzt werden. Die Kontaktierung kann unter hohem Druck erfolgen, wobei zusätzliche Silikonlippen an den Kontaktstellen als Abdichtung gegen Wasser verwendet werden können. Weiterhin kann bei dem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement die Kontaktierung so erfolgen, daß der Kontakt mit den elektrisch leitenden Schichten in der Tiefe, d.h. an der Position der jeweiligen elektrisch leitenden Schicht erfolgt. Es ist somit lediglich notwendig, die Eintrittsstellen der Kontaktzungen bzw. -nasen abzudichten. Die gesamte restliche Oberfläche des Widerstandsheizelementes, insbesondere auch der Rand der Widerstandsschicht bzw. der elektrisch leitenden Schichten, kann durch eine Polyesterfolie, die aufgeschweißt wird, wasserdicht gemacht werden. An den Eintrittsstellen der Schrauben wird eine Dichtung gegen Wassereintritt durch den Schraubenkopf erzielt, der gegebenenfalls zusätzlich eine Silikonlippe am Rand aufweisen kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement können somit Dichtigkeiten gegen Wasser erreicht werden, die es erlauben, das Widerstands- heizelement auch in Bereichen von Spritzwasser einzusetzen. Aufgrund der durch die Aussparungen gegebenen Kontaktierungsmöglichkeiten, die eine hohe Sicherheit gegen Beschädigung des Widerstandsheizelementes ermöglichen, kann es in der Niederspannungs- aber auch in der Netzspannungstechnik eingesetzt werden.

Je nach Einsatzgebiet wird eine geeignete Widerstandsschicht gewählt. Vorzugsweise dient als Trägermaterial der Widerstandsschicht ein Fasergewebe oder ein flexibler, poröser Kunststoff. Beispielsweise können Glasfasermatten oder Polypropylenvliese eingesetzt werden. Durch die Porosität bzw. die Dichte des Trägermaterials kann die Menge der Widerstandsmasse, die von der Widerstandsschicht aufgenommen werden kann, beeinflußt werden.

Als Widerstandsmasse wird vorzugsweise ein Kunststoff gewählt, der ein elektrisch leitendes Polymer umfaßt. Als elektrisch leitendes Polymer können insbesondere Polymere Anwendung finden, die durch Metall- oder Halbmetallatome, die an die Polymere angelagert sind, leitend sind. Es können sowohl elektrisch leitende Polymerisate wie Polystyrol, Polyvinylharze, Polyacrylsäure-Derivate und Mischpolymerisate derselben, als auch elektrisch leitende Polyamide und deren Derivate, Polyfluorkohlenwasserstoffe, Epoxyharze und Polyurethane verwendet werden.

Als elektrisch leitende Schichten können Metallschichten eingesetzt werden, wobei insbesondere Aluminiumfolien, die ein Ausstanzen der Aussparungen sowie der Öffnungen erlauben, bevorzugt eingesetzt werden. In dieser Ausführungsform können die Widerstandsmasse bzw. das Füllmaterial auf das Trägermaterial der Widerstandsschicht im Offsetdruckverfahren aufgebracht werden.

Als elektrisch leitende Schichten können aber auch Metallschichten aus z.B. Aluminium, Kupfer, Nickel usw. eingesetzt werden, die mittels anderer, an sich bekannter Beschichtungsverfahren aufgebracht wurden, wie z.B. durch Spritzen, Sputtern oder Bedampfen. Dies bietet den Vorteil, daß die der Kontaktierung bzw. der Befestigung der Heizsandwichelemente dienende Struktur der Aussparungen in den leitenden Schichten in einfacher Weise über entsprechende Schablonen erzeugt werden kann. Insbesondere für das Metallspritzen ist Voraussetzung eine möglichst homogene, durchgehend porenfreie Widerstandsschicht, die eine Kurzschlußbildung zwischen benachbarten, leitenden Schichten verhindert. Die Widerstandsmasse selbst muß in dieser Ausführungsform vor der Beschichtung der Trägerschicht in einem Vakuumgefäß entlüftet werden.

Als Füllmaterial wird vorzugsweise nicht leitendes Kunstharz eingesetzt, wobei das Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit des Füllmaterials zu der elektrischen Leitfähigkeit der Widerstandsmasse vorzugsweise größer als 1 :5 ist.

Claims

PATENT ANSPRÜCHE

1. Elektrisches Widerstandsheizelement (1) mit einer flächigen Widerstandsschicht (2), die eine Widerstandsmasse - vorzugsweise mit einem elektrisch leitenden Polymer - enthält und zwischen mindestens zwei als Flächenelektroden ausgebildeten, elektrisch leitenden Schichten (3,4,7) angeordnet ist, so dass sich ein Sandwichelement ergibt, wobei jede Schicht (3,4,7) mittels Kontaktzungen (33,34) mit je einer Stromzuführungsleitung verbindbar ist und wenigstens eine Aussparung (5) in der ersten elektrisch leitenden Schicht (3) gegenüber einer Aussparung (6) der zweiten elektrisch leitenden Schicht (4) so versetzt angeordnet ist, dass die beiden Aussparungen (5,6) - in Projektion aufeinander gesehen - im Abstand voneinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (5,6) im Randbereich der elektrisch leitenden Schicht (3,4,7) liegen und wenigstens eine Kontaktzunge (34) im Bereich der Aussparung (5) einer ersten elektrisch leitenden Schicht (4) durch die Widerstandsschicht (2) hindurch mit der jeweils anderen elektrisch leitenden Schicht (3) elektrisch kontaktierbar und mechanisch verbindbar ist, wobei die Kontaktzunge (34) vorzugsweise auch mit der Widerstandsschicht (2) mechanisch - insbesondere durch Crimpen - verbindbar ist. (Fig.s 1,3)

2. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zweier nebeneinander liegender Aussparungen (5,6) und/ oder eines Kontaktbauteiles (33,34) vom Rand der betreffenden Aussparung (5,6) so gross gewählt ist, dass der Widerstand der Widerstandsschicht (2) in ihrer Fläche in dem betreffenden Bereich wenigstens fünfmal höher ist als senkrecht zur Fläche.

3. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine weitere, elektrisch leitende Schicht (7) umfaßt, die durch eine Isolierschicht (9) von einer der beiden elektrisch leitenden Schichten (4) getrennt ist, wobei jede der elektrisch leitenden Schichten (3,4,7) jeweils mindestens zwei Aussparungen (A^',B'; B",C; A",C") aufweist und wenigstens eine Aussparung (A") einer elektrisch leitenden Schicht (3) an einer Stelle (A) liegt, an der in nur einer (4) der jeweils anderen elektrisch leitenden Schichten keine Aussparung angeordnet ist, so dass jede Stromzuführungsleitung (33,34) - z.B. mittels einer an sich bekannten Crimp-Klemme - durch die Aussparungen (A',A") mit derjenigen elektrisch leitenden Schicht (4) kontaktierbar ist, die in der Projektion der betreffenden Aussparungen (A'.A") nicht ausgespart ist. (Fig.2)

4. Widerstandsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Ränder der elektrisch leitenden Schichten (3,4,7) jeweils mehrere - vorzugsweise gleichmässig voneinander beabstandete - Gruppen von Aussparungen vorgesehen sind. (Fig.4)

5. Widerstandsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (3,4,7) zusätzliche Aussparungen (II) in der Fläche aufweisen, die so angeordnet sind, daß jede elektrisch leitende Schicht (3,4,7) jeweils mindestens eine nicht ausgesparte Stelle aufweist, an der sich die entsprechenden Aussparungen der anderen Schichten mit den zusätzlichen Aussparungen (II) decken. (Fig.4)

6. Widerstandsheizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Aussparungen (II) jeweils in der Fläche der elektrisch leitenden Schichten (3,4,7) rasterförmig entlang von Linien (S) in Längsund/oder Breitenrichtung des Widerstandsheizelementes (1) in - vorzugsweise gleichmässig voneinander beabstandeten - Gruppen angeordnet sind.

7. Widerstandsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (2) wenigstens einen Bereich (21, 23) aufweist, der frei von Widerstandsmasse ist und vorzugsweise ein Füllmaterial enthält, das insbesondere ein Kunstharz mit höchstens 20% der Leitfähigkeit der Widerstandsmasse ist.

8. Widerstandsheizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich der wenigstens eine Bereich (21) über den Randbereich der Widerstandsschicht (2) und/oder rasterförmig entlang von Linien (S) in Längsund/oder Breitenrichtung des Widerstandsheizelementes (1) erstreckt und vorzugsweise nicht mit der jeweils angrenzenden elektrisch leitenden Schicht verbunden ist.

9. Widerstandsheizelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (3,4,7) jeweils mindestens eine Öffnung (11) in der Fläche aufweisen, welche Öffnungen (11) sich mit- einander und mit dem wenigstens einen Bereich (23) in der Widerstandsschicht (2), der frei von Widerstandsmasse ist, in der Projektion decken.

10. Widerstandsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (2) ein Trägermaterial umfaßt, das mit der Widerstandsmasse beschichtet ist.

11. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Länge von mindestens der 10-fachen, vorzugsweise mindestens der 100-fachen Breite aufgerollt und von der Rolle abrollbar ist.

12. Widerstandsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der jeweils äussersten elektrisch leitenden Schichten (3,7) von einer Isolierschicht (10,8) abgedeckt ist, auf der vorzugsweise die Lage der darunter befindlichen Aussparungen (5,6; A,B,C) und/oder Öffnungen (11,23) markiert ist.

13. Widerstandsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht im wesentlichen porenfrei ist, wobei gegebenenfalls wenigstens eine elektrisch leitende Schicht eine Spritzmetallschicht ist.

14. Auf einem Untergrund montiertes Widerstandsheizelement nach Anspruch 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Befestigungsmittel, wie z.B. eine Schraube, durch die Öffnungen (11) in den Untergrund dringt und vorzugsweise mittels einer an der Unterseite ihres Kopfes angebrachten Ringdichtung das Widerstandsheizelement gegen Spritzwasser schützt.