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Dokumentenidentifikation DE60307269T2 26.07.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001507905
Titel METALLFASERN ENHALTENDES, ELEKTRISCH LEITENDES GARN
Anmelder Naamloze Vennootschap Bekaert S.A., Zwevegem, BE
Erfinder VERSTRAETEN, Steve, B-2018 Antwerpen, BE;
PAVLINEC, Jan, 60325 Frankfurt am Main, DE;
SPELEERS, Pol, B-8790 Waregem, BE
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60307269
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.05.2003
EP-Aktenzeichen 037301942
WO-Anmeldetag 06.05.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/EP03/50142
WO-Veröffentlichungsnummer 2003095725
WO-Veröffentlichungsdatum 20.11.2003
EP-Offenlegungsdatum 23.02.2005
EP date of grant 02.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.07.2007
IPC-Hauptklasse D02G 3/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse D02G 3/44(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Garn, das Metallfasern umfasst, und ausführlicher ein elektrisch leitendes Garn, das einen verringerten elektrischen Widerstand aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bereitstellung eines derartigen, Metallfasern umfassenden elektrisch leitenden Garns mit verringertem elektrischen Widerstand.

Allgemeiner Stand der Technik

Elektrisch leitendes Garn, das Metallfasern umfasst oder daraus besteht, ist in der Technik bekannt. Gewöhnlich, aber nicht notwendigerweise, sind die Metallfasern bündelgezogene Fasern, die meist aus einer Edelstahllegierung hergestellt sind.

Das elektrisch leitende Garn kann entweder Metallfilamente (die sogenannte "endlos lange" Fasern sind) umfassen, oder kann verhältnismäßig kurze, eine Länge, die gewöhnlich zwischen 1 und 20 cm liegt, aufweisende Fasern (die sogenannte Stapelfasern sind) umfassen.

Gegenwärtig ist die Verwendung derartiger elektrisch leitender Garne, besonders Edelstahlfilamentgarne, als elektrischer Widerstand für Anwendungen in heizbaren Textilien wie etwa Kleidungsstücken oder Fahrzeugsitzheizsystemen bekannt. Ein derartiges heizbares Textil, das elektrisch leitende Garne umfasst, die Metallfasern umfassen, ist in EP-0 505 936 A1 offenbart.

Kurzdarstellung der Erfindung

Ein Edelstahlfasern umfassendes elektrisch leitendes Garn als Gegenstand der Erfindung umfasst ferner mindestens ein langgestrecktes Element gleich neben den Edelstahlfasern. Das langgestreckte Element weist eine Außenfläche auf, die aus Metall oder einer Metalllegierung bereitgestellt ist, welche bzw. welches einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als die Edelstahlfasern aufweist.

Dieses langgestreckte Element kann einen Kern und eine Außenfläche umfassen, wovon nach der gegenwärtigen Erfindung mindestens die Außenschicht aufgrund des Metalls oder der Metalllegierung, aus der bzw. dem sie bereitgestellt ist, elektrisch leitend ist. Es ist klar, dass der Kern ebenfalls aus Metall oder einer Metalllegierung bereitgestellt sein kann. Es ist sogar so, dass das langgestreckte Metallelement einen Kern und eine Außenschicht aus dem gleichen Material umfassen kann. Im letzteren Fall versteht ein Fachmann, dass sich ein langgestrecktes Element, das zur Gänze aus einem Metall oder einer Metalllegierung bereitgestellt ist, als ein langgestrecktes Element als Gegenstand der Erfindung versteht.

Die Außenschicht kann unter Verwendung verschiedener Prozesse bereitgestellt werden, falls das langgestreckte Element nicht zur Gänze aus einem Metall oder einer Metalllegierung bereitgestellt wurde. Eine Außenschicht kann einem Kern durch Eintauchen, Extrusion, Sputtern, Aufdampfen oder jede beliebige andere in der Technik bekannte Technik bereitgestellt werden.

Das langgestreckte Element kann alle möglichen radialen Querschnitte aufweisen, doch vorzugsweise weist es einen runden oder rechteckigen Querschnitt auf. Die Oberfläche der Außenschicht beträgt vorzugsweise mehr als 5 der Oberfläche eines radialen Querschnitts des langgestreckten Elements.

Ein derartiger Querschnitt weist vorzugsweise einen äquivalenten Durchmesser von mehr als 10 &mgr;m und insbesondere mehr als 20 &mgr;m, zum Beispiel mehr als 50 &mgr;m oder sogar mehr als 100 &mgr;m, auf. Der äquivalente Durchmesser versteht sich als der Durchmesser eines imaginären Kreises, der die gleiche Oberfläche wie der Querschnitt des langgestreckten Elements aufweist.

Die Außenschicht des langgestreckten Elements ist vorzugsweise aus Cu, Al, Ag, Au, Ni, Ti, W, Zn, Cr, Sn, Pt, Cu-Legierung, Al-Legierung, Ag-Legierung, Au-Legierung, Ni-Legierung, Ti-Legierung, W-Legierung, Zn-Legierung, Cr-Legierung, Sn-Legierung, Pt-Legierung und Kombinationen davon bereitgestellt.

Der Kern des langgestreckten Elements kann aus einem Polymermaterial oder aus Cu, Al, Ag, Au, Ni, Ti, W, Zn, Cr, Sn, Pt, Cu-Legierung, Al-Legierung, Ag-Legierung, Au-Legierung, Ni-Legierung, Ti-Legierung, W-Legierung, Zn-Legierung, Cr-Legierung, Sn-Legierung, Pt-Legierung und Kombinationen davon bereitgestellt sein. Falls der Kern aus einem Polymermaterial bereitgestellt ist, wird vorzugsweise ein thermoplastisches Polymermaterial verwendet, das gegenüber Temperaturen über 100°C beständig ist. Insbesondere ist der Kern jedoch aus Cu, Al, Ag, Au, Ni, Ti, W, Zn, Cr, Sn, Pt, Cu-Legierung, Al-Legierung, Ag-Legierung, Au-Legierung, Ni-Legierung, Ti-Legierung, W-Legierung, Zn-Legierung, Cr-Legierung, Sn-Legierung, Pt-Legierung und Kombinationen davon bereitgestellt. Sogar noch bevorzugter ist ein Kern, der aus dem gleichen Material wie die Außenschicht besteht. Ein Fachmann versteht, dass das langgestreckte Element zur Gänze aus einem Metall oder einer Metalllegierung bereitgestellt sein kann. Der spezifische elektrische Widerstand der Metallaußenschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 500 &OHgr;·mm2/km und insbesondere im Bereich von 15 bis 90 &OHgr;·mm2/km.

Ein elektrisch leitendes Garn als Gegenstand der Erfindung umfasst auch Edelstahlfasern. Diese Fasern können im elektrisch leitenden Garn als Filamente (die sogenannte "endlos lange" Fasern sind) vorhanden sein, oder können als verhältnismäßig kurze, eine Länge, die gewöhnlich zwischen 1 und 20 cm liegt, aufweisende Fasern (die sogenannte Stapelfasern sind) vorhanden sein.

Die Edelstahllegierung, aus der die Edelstahlfasern bestehen, ist vorzugsweise aus Legierungen der Serie AISI 300 wie etwa AISI 302, 304, 316 oder 316L, oder Legierungen der Serie AISI 400 wie etwa AISI 430 bereitgestellt. Die Edelstahlfasern weisen vorzugsweise einen äquivalenten Durchmesser auf, der geringer als 50 &mgr;m ist, aber einen äquivalenten Durchmesser auf, der grösser als 0, 5 &mgr;m ist, und insbesondere zwischen 1 &mgr;m und 35 &mgr;m liegt. Der äquivalente Durchmesser einer Faser versteht sich als der Durchmesser eines imaginären Kreises, der die gleiche Oberfläche wie der Querschnitt der Faser aufweist. Der spezifische elektrische Widerstand liegt vorzugsweise im Bereich von 500 bis 900 &OHgr;·mm2/km.

Sowohl die Edelstahlfasern (Filamente oder Stapelfasern) als auch das langgestreckte Element können unter Verwendung verschiedener Spinntechniken wie etwa Kernspinntechnicken, Umspinntechniken, Drefspinntechniken, Mischspinntechniken oder Ringspinntechniken in ein elektrisch leitendes Garn als Gegenstand der Erfindung umgewandelt werden. Ein langgestrecktes Element und ein Edelstahlgarn können auch durch Schichtung eines oder mehrerer langgestreckter Elemente und eines oder mehrerer Edelstahlgarne unter Verwendung passender Schichtungstechniken in ein elektrisch leitendes Garn als Gegenstand der Erfindung umgewandelt werden.

Es ist wichtig, dass das langgestreckte Element und die Edelstahlfasern in einem engen Kontakt miteinander stehen. Vorzugsweise stellt das langgestreckte Element über im Wesentlichen die gesamte Länge des langgestreckten Elements einen Kontakt mit Edelstahlfasern her. Für im Wesentlichen jeden radialen Querschnitt des elektrisch leitenden Garns als Gegenstand der Erfindung muss ein Kontaktpunkt zwischen dem langgestreckten Element und mindestens einer Edelstahlfaser gefunden werden.

Vorzugsweise werden die Abmessungen und die Anzahl der langgestreckten Elemente wie auch die Anzahl der Edelstahlfasern im Garn in einer solchen Weise gewählt, dass die langgestreckten Elemente mehr als 5 Vol.%, aber weniger als 75 Vol.%, des elektrisch leitenden Garns darstellen.

Das langgestreckte Element kann an der Außenfläche des elektrisch leitenden Garns vorhanden sein, oder kann sich im Volumen des elektrisch leitenden Garns als Gegenstand der Erfindung, z.B. in der Nähe des Kerns des elektrisch leitenden Garns, befinden.

Ein elektrisch leitendes Garn als Gegenstand der Erfindung weist einen linearen elektrischen Widerstand auf, der niedriger als 395 &OHgr;/m, insbesondere niedriger als 100 &OHgr;/m, oder sogar geringer als 71 &OHgr;/m gehalten werden kann. Der lineare elektrische Widerstand beträgt jedoch vorzugsweise mehr als 0,1 &OHgr;/m, und insbesondere mehr als 0,2 &OHgr;/m, wie etwa 0,5 &OHgr;/m, 2 &OHgr;/m, 7 &OHgr;/, 14 &OHgr;/m oder 30 &OHgr;/m.

Derartige elektrisch leitende Garne werden vorzugsweise in Textilanwendungen wie etwa heizbaren Textilien, Kleidungsstücken oder Decken, oder zur Bereitstellung von heizbaren Fahrzeugsitzen oder Sitzbezügen angewendet. Das elektrisch leitende Garn kann auch zum Leiten von elektrischem Strom und/oder Signalen z.B. in textilen Web- oder Wirkstoffen verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden, wobei

1 schematisch eine Seitenansicht eines elektrisch leitenden Garns als Gegenstand der Erfindung zeigt.

2, 3, 4 und 5 zeigen schematisch einen radialen Querschnitt dieses elektrisch leitenden Garns als Gegenstand der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Eine Seitenansicht eines elektrisch leitenden Garns als Gegenstand der Erfindung ist in 1 schematisch gezeigt. Das elektrisch leitende Garn 11 umfasst drei Einfachgarne 12a, 12b und 12c aus Edelstahlfasern 13, wobei jedes der Einfachgarne aufeinander geschichtet ist, wodurch ein dreilagiges Garn bereitgestellt wird.

Ein radialer Querschnitt nach der Ebene AA' eines solchen elektrisch leitenden Garns ist in 2 schematisch gezeigt.

Das elektrisch leitende Garn umfasst ein langgestrecktes Element 14, das einen Kern 15 und eine Außenschicht 16 aufweist. Der Kern 15 ist aus einem rechteckigen Polyesterband bereitgestellt, das mit einer Cu-Umhüllung bedeckt ist, die die Außenschicht 16 bereitstellt.

Alternativ kann wie in 3 gezeigt durch Bereitstellen z.B. eines Polyamidkerns 17, der mit einer Ag-Umhüllung bedeckt ist, die die Metallaußenschicht 18 bereitstellt, ein langgestrecktes Element 14 bereitgestellt sein, das einen runden Querschnitt aufweist.

Vorzugsweise kann jedoch wie in 4 gezeigt ein Kupferdraht 19 als ein langgestrecktes Element verwendet werden, das sowohl einen Kern als auch eine Außenschicht aus einer Metalllegierung aufweist, die Cu ist.

Als ein Beispiel umfasst ein dreilagiges elektrisch leitendes Garn drei Einfachgarne, die jeweils 275 Filamente mit einem äquivalenten Durchmesser von 12 &mgr;m aus der Legierung AISI 316L umfassen und unter Verwendung von 100 Windungen pro Meter in der Z-Richtung gezwirnt sind. Diese drei Einzelgarne sind zusammen mit einem Cu-Filament mit einem Durchmesser von 148 &mgr;m geschichtet.

Das so erhaltene elektrisch leitende Garn weist einen linearen elektrischen Widerstand von 1,2 &OHgr;/m auf, die Fasern aus dem Edelstahl AISI 316L weisen einen spezifischen elektrischen Widerstand von 983 &OHgr;·mm2/km auf, während die Cu-Außenschicht (und der Kern) einen spezifischen elektrischen Widerstand von 17 &OHgr;·mm2/km aufweist.

Über die Länge des elektrisch leitenden Garns als Gegenstand der Erfindung stellen die Edelstahlfilamente 84,6 Vol.% und die Cu-Filamente 15,4 Vol.% des elektrisch leitenden Garns bereit.

Das erhaltene Garn kann als ein Heizelement in einem Web- oder Wirktextilstoff verwendet werden, der als heizbares Textil z.B. zum Heizen von Autositzen oder Textilstoffen, die zum Abdecken derartiger Sitze verwendet werden, verwendet werden soll.

Als eine alternative Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, kann das langgestreckte Element 51, das ein genau gleicher Kupferdraht wie in der Ausführungsform von 4 ist, in der Nähe des Kerns des mehrlagigen elektrisch leitenden Garns vorhanden sein, das drei Einfachgarne 52 umfasst, die jeweils 275 Filamente 53 mit einem äquivalenten Durchmesser von 12 &mgr;m aus AISI 316L umfassen. Der elektrische Widerstand dieser Ausführungsform ist mit dem Widerstand der Ausführungsform von 4 vergleichbar.


Anspruch[de]
Elektrisch leitendes Garn (11), das Edelstahlfasern (13) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Garn (11) mindestens ein langgestrecktes Element (14, 19) umfasst, wobei das langgestreckte Element (14, 19) eine Außenfläche (16) aufweist, die aus Metall oder einer Metalllegierung bereitgestellt ist, welche bzw. welches einen niedrigeren spezifischen elektrischen widerstand als die Edelstahlfasern (13) aufweist. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1, wobei die langgestreckten Elemente (14, 19) über im Wesentlichen die gesamte Länge der langgestreckten Elemente (14, 19) mit den Edelstahlfasern (13) in Kontakt stehen. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die langgestreckten Elemente mehr als 5 Vol.% des elektrisch leitenden Garns (11) darstellen, wobei die langgestreckten Elemente (14, 19) weniger als 75 Vol.% des elektrisch leitenden Garns (11) darstellen. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 3, wobei die langgestreckten Elemente (14, 19) dem elektrisch leitenden Garn (11) durch einen Kernspinnvorgang, einen Umspinnvorgang, einen Ringspinnvorgang oder einen Schichtungsvorgang bereitgestellt werden. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 4, wobei das Metall oder die Metalllegierung aus der Gruppe gewählt wird, die aus Cu, Al, Ag, Au, Ni, Ti, W, Zn, Cr, Sn, Pt, Cu-Legierung, Al-Legierung, Ag-Legierung, Au-Legierung, Ni-Legierung, Ti-Legierung, W-Legierung, Zn-Legierung, Cr-Legierung, Sn-Legierung, Pt-Legierung und Kombinationen davon besteht. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 5, wobei das langgestreckte Element ferner einen Kern (15) umfasst, wobei der Kern durch die Außenschicht (16) umhüllt ist, wobei der Kern aus einem Polymermaterial bereitgestellt ist. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 5, wobei das langgestreckte Element (14, 19) ferner einen Kern (15) umfasst, wobei der Kern (15) durch die Außenschicht (16) umhüllt ist, wobei der Kern (15) aus einem Metall oder einer Metalllegierung bereitgestellt ist, das/die aus der Gruppe gewählt wird, die aus Cu, Al, Ag, Au, Ni, Ti, W, Zn, Cr, Sn, Cu-Legierung, Al-Legierung, Ag-Legierung, Au-Legierung, Ni-Legierung, Ti-Legierung, W-Legierung, Zn-Legierung, Cr-Legierung, Sn-Legierung und Kombinationen davon besteht. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 7, wobei der Kern (15) und die Außenschicht (16) aus dem gleichen Metall oder der gleichen Metalllegierung bereitgestellt sind. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Edelstahlfasern (13) einen äquivalenten Durchmesser aufweisen, der weniger als 50 &mgr;m beträgt, wobei die Edelstahlfasern (13) einen äquivalenten Durchmesser aufweisen, der mehr als 0,5 &mgr;m beträgt. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 8, wobei das langgestreckte Element (14, 19) ein Draht ist. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 10, wobei das langgestreckte Element (14, 19) einen äquivalenten Durchmesser aufweist, der mehr als 10 &mgr;m beträgt. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 11, wobei die Edelstahlfasern (13) Edelstahlfilamente sind. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 11, wobei die Edelstahlfasern Stapelfasern sind. Elektrisch leitendes Garn (11) nach Anspruch 1 bis 13, wobei der lineare elektrische Widerstand des elektrisch leitenden Garns niedriger als 395 &OHgr;/m ist. Verwendung eines elektrisch leitenden Garns (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in heizbaren Textilien. Verwendung eines elektrisch leitenden Garns (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um einen heizbaren Fahrzeugsitz oder Sitzbezüge bereitzustellen. Verwendung eines elektrisch leitenden Garns (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, um elektrischen Strom oder elektrische Signale zu leiten.






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