НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ПОЛА, СТЕН ИЛИ ПОТОЛКА
HEATING DEVICE FOR FLOOR COVERING, WALLS OR CEILING

Область техники
Изобретение относится к нагревательному устройству и прежде всего к элементу обогрева пола. Известные виды теплых полов имеют нагревательные средства, расположенные под напольным покрытием, например под каменными плитами, керамической плиткой, паркетными элементами или ламинатными панелями. Нагревательные средства могут состоять из электрически нагреваемой фольги.
Уровень техники
В устройствах уровня техники произведенное тепло должно вначале проникнуть внутрь каменных плит, керамической плитки, паркетных элементов или ламинатных панелей, прежде чем помещение будет нагрето до необходимого уровня. С одной стороны, такой нагрев происходит вследствие этого относительно медленно. С другой стороны, сравнительно много тепла выделяется на пол нежелательным образом.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание нагревательного элемента, с помощью которого можно достичь хороших результатов нагревания.
Для решения задачи напольный элемент имеет нагревательное средство и соединен с ним.
Чтобы в сравнении с современным уровнем техники более целенаправленно и быстро подвести выработанное тепло в предназначенное для обогрева помещение, средства нагрева, в отличие от решений, известных из уровня техники, располагаются в одном варианте исполнения не под покрытием (т.е. настилом или облицовкой), следовательно, под каменной плитой, керамической плиткой, паркетным элементом или ламинатной панелью, а внутри покрытия (т.е. настила или облицовки), следовательно, в каменной плите, керамической плитке, паркетном элементе или ламинатной панели, и предпочтительно в верхней трети поверхности пола.
Ламинатная панель содержит декоративный слой, который находится на несущем слое. Несущий слой состоит, как правило, из плиты, которая изготавливается обычно из древесного материала. Такая плита в настоящее время представляет собой предпочтительно древесно-волокнистую плиту средней плотности (MDF), высокой плотности (HDF) или ламинат сплошного настила, чтобы способствовать прочному бесклеевому соединению панелей.
Особо быстро и целенаправленно тепло может подводиться в предназначенное для обогрева помещение, если средство нагрева находится в предпочтительном варианте исполнения между несущим слоем и декоративной бумагой. Исходящее от средства нагрева тепло в этом случае особенно быстро попадает в предназначенное для обогрева помещение. Достигаются высокие значения коэффициента полезного действия.
Средство нагрева состоит преимущественно из проводов, или жил, или шнуров, которые имеют соответствующую низкую электропроводность. Тонкие жилы, или шнуры, или провода можно размещать внутри каменной плиты, керамической плитки, паркетного элемента или ламинатной панели. В таком случае по сравнению с нагревательным устройством в форме фольги обнаруживаются сравнительно ограниченные механические проблемы из-за различных расширений и усадок внутри покрытия пола, стен или потолка.
Провода, или жилы, или шнуры с низкими значениями электропроводности имеют преимущественно очень маленькие диаметры, например, от 0,5 до 0,01 мм. С одной стороны, такого рода жилы или провода могут изготовляться достаточно механически прочными. С другой стороны, такие провода или жилы довольно тонкие для их незатруднительного размещения внутри каменной плиты, керамической плитки, паркетного элемента или ламинатной панели.
Из технологических соображений предпочтительна заделка в каменной плите, керамической плитке, паркетном элементе или ламинатной панели сетки или текстильной плоской структуры «Gelege», содержащей провода или жилы с низкой электропроводностью. Прежде всего следует предпочесть такую сетку или плоскую текстильную структуру в случае слоистой структуры покрытия, состоящего из каменных плит, керамических плиток, паркетных элементов или ламинатных панелей. Нагревательное средство, представленное, к примеру, в форме текстильной плоской структуры, можно обрабатывать так же, как и другие слои, что упрощает производство, особенно в случае ламинатных панелей.
Сетка или текстильная плоская структура в случае ламинатной панели прессуется вместе с остальными слоями, такими, как несущая плита, пропитанные смолами стабилизирующий слой, декоративная бумага, оверлей, а также при необходимости крафт-бумага. Таким образом, нет необходимости в дополнительном рабочем этапе для соединения нагревательного устройства с панелью.
Прежде всего при изготовлении ламинатных панелей особо предпочтительна форма исполнения, при которой нагревательный элемент представлен в виде сетки или текстильной плоской структуры. Именно у ламинатных панелей различные слои над несущей плитой наносятся с помощью смолы. Используемая при изготовлении ламинатных панелей смола может проникать в сетку или текстильную плоскую структуру. Это обеспечивает механически прочную поверхность. Кроме того, сетка способна улучшить сопротивление ударной нагрузке поверхности ламинатной панели, а именно тогда, когда сетка содержит прочные на разрыв волокна, такие как стекловолокно. Улучшенное сопротивление ударной нагрузке прежде всего имеет преимущество в том случае, когда панели образуют напольное покрытие.
Чтобы достичь желаемой тепловой мощности, следует установить соответствующее маленькое электрическое сопротивление жилы или провода, предназначенных для нагревания. В качестве основных металлов для сплавов реостатной проволоки подходят прежде всего медь, никель, железо, особо предпочтительны со следующими составами:
- Ni-Cr (65-80% Ni + 1,5% Si; напр., 80-20)
- Ni-Cr-Fe (35-60% Ni + Si, Nb; напр., 60-15-24)
- Ni-Cr-Co-Mo-Ti
- Cu-Ni с долей от 2 до 45% Ni
- Ni-Cr-Al с долей от 35 до 95% Ni
- Ni-Cr-Si с долей от 70 до 80% Ni
- Fe-Cr-Al (-Mo).
3
Вышеуказанные сплавы имеют надлежащее электрическое сопротивление, составляющее при температуре 20°С от 50 до 150 µОм/см.
Особо предпочтительны сплавы Ni-Cr, а также Ni-Cr-Al. По сравнению со сплавами с большой долей железа они выгодным образом не имеют магнитных свойств, что, как правило, относится к желаемым характеристикам покрытий. По сравнению со сплавами Cu-Ni сплавы Ni-Cr целесообразно имеют ограниченную плотность и ограниченное термическое расширение. Прежде всего ограниченное термическое расширение представляет преимущество, так как благодаря этому обеспечивается стабильность конечного продукта. Кроме того, преимуществом является то, что предел прочности при разрыве и электрическое сопротивление по сравнению со сплавами Cu-Ni больше, что также представляет преимущество у конечного продукта.
Чтобы увеличить электрическое сопротивление, а также термическую проводимость, предпочтительно предусмотреть составляющую хрома по меньшей мере 10%, предпочтительно по меньшей мере 15% по массе в сплаве.
Известные сплавы, которые в основном удовлетворяют требованиям, как правило, относительно хрупкие. Изготовление провода из хрупкого сплава проблематично. Наиболее хорошо подходит сплав NiCr20AlSi предпочтительно со следующими составляющими в мас.%: 3,5 Al, 20 Сr, 0,5 Fe, Ni остаток. Сплав может содержать дополнительно Si, а именно, например, 1% Si. Сплав имеет надлежащую электрическую проводимость и, с другой стороны, все-таки механически пригоден для изготовления посредством вытягивания проволоки с диаметром менее 0,05 мм. Доля Сr может при этом варьировать. Она составляет, например, от 15 до 25 массовых частей в сплаве.
Предпочтительно используемый сплав NiCr содержит небольшое содержание Si % по массе, например менее 3 мас.% и более 0,5 мас.%, прежде всего для того, чтобы повысить предел прочности при разрыве сплава.
Добавка алюминия благоприятно улучшает помимо прочего коррозионные свойства и приводит к образованию твердого раствора. Поэтому сплав NiCr содержит предпочтительно несколько массовых частей алюминия и особо предпочтительно от 1 до 5 мас.%.
Чтобы сократить расходы на изготовление, сетка или плоская текстильная структура состоит, с одной стороны, из проводов, или жил, или шнуров, которые могут служить электрическим источником необходимого тепла (далее называемые нагревательными проводами, соотв. нагревательными жилами (шнурами), а с другой стороны, из сравнительно недорогих жил, с которыми переплетены нагревательные провода и нагревательные жилы соответственно. Сравнительно недорогие жилы (шнуры) состоят, к примеру, из не проводящего электричество пластика, усиленных стекловолокном полимерных материалов или стекловолокна.
Нагревательные провода или нагревательные жилы (шнуры) проходят преимущественно внутри сетки или текстильной плоской структуры по существу в одном направлении параллельно друг другу, а сравнительно недорогие жилы по существу перпендикулярно к ним. Такое расположение удобно для возможности дальнейшего использования сетки без деформации.
Для возможности хорошей обработки сетки или текстильной плоской структуры, служащей в качестве нагревательного устройства, выполняющих функцию рабочей поверхности материала, например декоративной бумаги или стабилизирующего слоя, необходимо выбирать материалы сетки таким образом, чтобы жилы или провода не подвергались деформации. Чтобы достичь этого, сравнительно недорогие жилы состоят предпочтительно из усиленных стекловолокном полимерных материалов, или стекловолокна, или сопоставимого прочного на разрыв пластика.
Чтобы еще более уменьшить искривление сетки или текстильной плоской структуры при обработке, диаметр сравнительно недорогих жил или шнуров предпочтительно соответствует диаметру нагревательных проводов или нагревательных жил (шнуров).
При изготовлении ламинатной панели верхние слои пропитываются смолой, которая служит для соединения слоев. Исходя из параметров расширения в этом случае особо хорошо подходит стекловолокно, чтобы интегрироваться в поверхность такой панели. Кроме этого, поверхность панели в таком случае особо ударопрочная. Следовательно, такие панели особенно хорошо подходят в качестве напольного покрытия.
Для возможности дополнительного снижения расходов на изготовление и помимо этого особо точной установки требуемого электрического сопротивления в качестве нагревательных проводов или нагревательных жил (шнуров) используются жилы (шнуры) с металлическим покрытием. Жилы (шнуры) до нанесения металлического покрытия состоят в таком случае, например, из пластика, усиленных стекловолокном полимерных материалов или стекловолокна. По вышеназванным причинам у ламинатных панелей следует предпочесть стекловолокно с металлическим покрытием.
Металлическое покрытие осуществляется в особо доступной форме исполнения посредством вакуумного напыления. Хотя в этом случае сцепление между металлическим покрытием и жилой не очень хорошее. Однако это обычно не является критичным, так как жила уложена в последующем продукте и затем покрытие обычно подвергается ограниченной нагрузке. В ином случае на жилу (шнур) наносится металлическое покрытие посредством реактивного напыления. Ионы металла ускоряются в таком случае посредством электрического поля по направлению к жиле и с большой скоростью попадают на жилу. Соединение между жилой и ее металлической оболочкой в этом случае значительно прочнее по сравнению с вакуумным напылением. Механическая нагрузка такого нагревательного провода или нагревательной жилы (шнура) может быть больше.
В особо предпочтительной форме исполнения сетка, служащая в качестве нагревательного элемента, имеет участки со сравнительно хорошей электропроводностью, которые проходят перпендикулярно нагревательным проводам или нагревательным жилам (шнурам) и электрически связаны с ними. Эти участки со сравнительно хорошей электропроводностью служат для электропитания нагревательных проводов или нагревательных жил (шнуров). Следовательно, электрическое сопротивление участков со сравнительно хорошей электропроводностью меньше по сравнению с электрическим сопротивлением нагревательных проводов или нагревательных жил. Участки со сравнительно хорошей электропроводностью изготавливаются преимущественно посредством нанесения металлического покрытия.
В предпочтительной форме исполнения изобретения нагревательные элементы находятся внутри панелей или плит, которые должны компоноваться для покрытия пола, стены или потолка. Нагревательные элементы различных панелей или плит соединяются друг с другом таким образом, что из панелей или плит выводятся вниз электрические провода нагревательных элементов и надлежащим образом электрически соединяются друг с другом. Такие элементы покрытия могут легко монтироваться, при этом электрическое соединение незаметно на видимой поверхности покрытия стены, потолка или пола.
Электрическое соединение между различными элементами покрытия осуществляется предпочтительно через штекерные разъемы для возможности простой укладки. Особо предпочтительны в этом случае два различных типа штекерных разъемов, которые с одной стороны рассчитаны для соединения с плюсовым полюсом и с другой стороны - для соединения с минусовым полюсом. Различные типы штекерных разъемов несовместимы друг с другом, таким образом исключается ошибочная перестановка электрических полюсов. Даже необученный человек, самостоятельно выполняющий работу, сможет в этом случае без проблем произвести укладку такого покрытия.
Штекерный разъем имеет предпочтительно металлические втулки или гнезда, выводящие вниз из плиты или из панели от нагревательного устройства. С обратной стороны в таком случае локальный разъем может вставляться в соответствующее гнездо. Для одного электрического полюса гнездо имеет, например, круглое сечение, а для другого полюса, например, многогранное сечение. Штекеры имеют соответственно круглую или многогранную форму. Таким образом, можно легко различать плюсовое полюсное соединение от минусового полюсного соединения.
В случае панелей или плит с прямоугольной поверхностью электропитание от одной плиты или одной панели к следующей осуществляется параллельно длинным сторонам поверхности. Участки с лучшей и хорошей электропроводностью внутри панели или внутри плиты в таком случае проходят параллельно длинным сторонам. Они граничат в таком случае с обеими длинными сторонами. Нагревательные провода или нагревательные жилы (шнуры) электрически соединены с обоими участками с хорошей проводимостью и проходят перпендикулярно к ним, следовательно, параллельно узким сторонам плиты или панели с прямоугольной поверхностью. Электрический ток подводится затем к одному участку с хорошей проводимостью и вновь отводится от другого. Такое расположение в случае плит или панелей с прямоугольной поверхностью наиболее предпочтительно по монтажно-техническим причинам.
Электрическое соединение одной плиты или одной панели с прямоугольной поверхностью с другой предпочтительно осуществлять также параллельно длинным сторонам по монтажно-техническим причинам. Соответствующий электрический провод, расположенный внутри покрытия, образованного из плит или панелей, проходит в таком случае параллельно длинным сторонам панелей или плит.
Втулки или гнезда, предназначенные для вышеуказанного электрического контактирования, в случае плит или панелей с прямоугольной поверхностью расположены предпочтительно с примыканием к длинным сторонам. Вдоль длинной стороны имеется предпочтительно большое число таких равномерно расположенных втулок или гнезд. На одной длинной стороне находятся в таком случае втулки или гнезда для плюсового полюса, а на другой стороне втулки или гнезда для минусового полюса. Данное расположение гарантирует легкое управление электрическим соединением между панелями или плитами.
Электропитание для такого покрытия осуществляется в таком случае от края покрытия, а именно в предпочтительной форме исполнения от края, который образуется узкими сторонами плит или панелей с прямоугольной поверхностью.
Для электрического соединения двух плит или панелей используется преимущественно токопроводящая плоская зона, которая может быть соответствующим образом оснащена штекерными разъемами. Такую плоскую зону можно без проблем разместить внутри покрытия.
2
Электрическое нагревательное устройство предпочтительно граничит по меньшей мере с крафт-бумагой, следовательно, механически прочной бумагой весом обычно от 100 до 200 г/м. Термически обусловленные напряжения могут быть снижены благодаря крафт-бумаге, что улучшает стабильность конструкции. Так, например, в случае ламинатной панели такая крафт-бумага находится с целью снижения термических напряжений предпочтительно между несущей плитой и нагревательным устройством, которое представлено, например, в виде сетки или текстильной плоской структуры. Такие термические напряжения снижаются дополнительно, если нагревательное устройство находится между двумя листами крафт-бумаги.
Если нагревательное устройство залито смолой, то с целью снижения термических напряжений предпочтительно выбрать смолу, которая имеет в отвержденном состоянии ограниченную плотность полимерной сетки. Фенольная смола является смолой с ограниченной плотностью полимерной сетки в контексте настоящего изобретения. Аминная смола напротив обнаруживает высокую плотность полимерной сетки в контексте настоящего изобретения. Модифицированная аминная смола или смесь смол может в свою очередь показать ограниченную плотность полимерной сетки в контексте настоящего изобретения.
Прежде всего, в случае ламинатной панели нагревательное устройство закрепляется с помощью смолы, которая имеет ограниченную плотность полимерной сетки. Находящиеся сверху слои, такие как декоративная бумага, а также оверлей, напротив, пропитаны смолой, например аминосмолой, с относительно высокой плотностью полимерной сетки. Таким образом, с одной стороны оказывается содействие снижению термических напряжений, а с другой стороны достигаются хорошие показатели прочности на износ, сопротивления ударной нагрузке, а также химической стойкости на поверхности.
Если нагревательное устройство состоит из ткани, сетки или текстильной плоской структуры из стекловолокна, предпочтительным является его закрепление эпоксидной смолой. Эпоксидная смола имеет ограниченную плотность полимерной сетки в контексте настоящего изобретения. Прежде всего, в этом случае достигается снижение термических напряжений в достаточной мере, так что нет необходимости в дополнительной крафт-бумаге для дальнейшего снижения термических напряжений.
Осуществление изобретения
Далее изобретение подробнее объясняется на примерах исполнения.
Фигура 1 показывает нагревательное устройство с нагревательными жилами или шнурами 1, расположенными параллельно друг другу внутри ткани, сетки или текстильной плоской структуры. Перпендикулярно нагревательным жилам или шнурам 1 проходят жилы или шнуры 2, не проводящие электричество, с которыми переплетены нагревательные жилы 1. Тем самым представлена плоская схема, которая может хорошо обрабатываться и вставляться в панель. Например, благодаря металлическому покрытию были получены участки 3 с высокой электропроводностью, которые проходят параллельно жилам 2, не проводящим электричество, и электрически связаны с нагревательными жилами 1. Между участками 3 с хорошей электропроводностью всегда находится большое число жил 2, не проводящих электричество.
Чтобы можно было использовать такое нагревательное устройство при изготовлении ламинатных панелей, расстояние между двумя участками 3 с хорошей проводимостью составляет обычно от 1 до 40 см. Такие расстояния подходят для панелей с прямоугольной поверхностью, у которых узкая сторона составляет от 15 до 50 см.
Фигура 2 показывает в разрезе типичную конструкцию ламинатной панели. Плита 4 придает панели механическую прочность. Поверх плиты имеется система 5 слоев, которая включает нагревательное устройство. Предпочтительно размещение нагревательного устройства, как показано на фиг.1. Однако речь также может идти о фольге. Система 5 слоев может содержать крафт-бумагу, которая находится сверху и/или снизу нагревательного устройства. Система 5 слоев предпочтительно содержит смолу с низкой плотностью полимерной сетки, например фенольную или эпоксидную смолу.
Поверх системы 5 слоев находится система 6 слоев, которая содержит смолу, обладающую высокой плотностью полимерной сетки. Обычно речь идет при этом об аминосмоле. Система 6 слоев обычно содержит прежде всего декоративную бумагу с находящимися на ней износостойкими частицами, такими как корунд. Корунд, как правило, наносится сверху, а именно, например, с помощью прозрачного оверлея.
Под плитой 4 обычно находится система 7 слоев со стабилизирующим слоем, которая соединена с плитой 4 с помощью смолы, например, по соображениям стоимости, мочевино-формальдегидной смолы. Под системой 7 слоев может размещаться звукоизолирующий слой 8.
Электропроводящие втулки 9 ведут снизу к нагревательному устройству и особо предпочтительно к участкам 3 с хорошей электропроводностью согласно фиг.1. Втулки 9 расположены как правило, как вдоль, так и смежно к длинной стороне панели с прямоугольной поверхностью. Параллельно к ним проходят в таком случае участки 3 с хорошей электропроводностью поверх втулок 9. Втулки 9, расположенные таким образом ниже участка 3 с хорошей электропроводностью, имеют принципиально одинаковую форму и одинаковый диаметр. Втулки, которые ведут к соседнему участку 3 с хорошей электропроводностью, имеют предпочтительно другую форму и/или другой диаметр, чтобы избежать таким образом ошибок при электрических монтажных работах.
Фигура 3 показывает две панели с прямоугольной нижней стороной, соединенные друг с другом с помощью не представленных пазов и вставных шипов. Нижняя сторона имеет вдоль длинных сторон к втулке 9 круглое поперечное сечение, а к другой втулке 10 - прямоугольное поперечное сечение. Втулки 9 электрически соединены с одним электропроводящим участком 3, а втулки 10 электрически соединены с другим электропроводящим участком 3. Плоская лента 11 с выступающими штекерными разъемами с прямоугольным поперечным сечением соединяет две втулки 10, которые относятся к разным панелям. Плоская лента 12 с выступающими на одной стороне штекерными разъемами с круглым поперечным сечением электрически соединяет соответственно две втулки 9.