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Elektrischer Widerstand.
Der Aufbau elektrischer Widerstände, insbesondere Heizkörper, ist in der Regel recht verwickelt.
Begründet erscheint dies durch den Umstand, dass der Widerstandsdraht gegen Berührung, Feuchtig- keitszutritt usw. geschützt werden und diese Schutzeinrichtungen wieder elektrisch einwandfrei gegen die stromführenden Teile isoliert werden müssen. Hiedurch ergeben sich beispielsweise bei Öfen für
Raumheizungszwecke teuere und umständliche Bauarten, insbesondere wenn, wie etwa bei Garage- heizungen, die Rücksicht auf Feuersgefahr und Spritzwasser besondere Einrichtungen fordert.
Es ist schon vorgeschlagen worden, metallisches Widerstandsmaterial in nicht leitende, insbeson- dere keramische, kitt-oder zementartige Stoffe und bakelitartige Massen einzubetten. Verschiedene nachteilige Eigenschaften dieser Einbettungsmaterialien stehen aber einer ausgedehnten Anwendung im Wege. Dagegen hat sich gezeigt, dass Polymerisate organischer Verbindungen mit mindestens einer
Kohlenstoffdoppelbindung als Einbettungsstoffe für elektrisches Widerstandsmaterial in ganz beson- derer Weise geeignet sind. Diese Polymerisate haben ein geringes spezifisches Gewicht ; sie sind in hervorragendem Masse bearbeitbar, zäh, praktisch unzerbrechlich und lassen sich leicht als dünne
Folien herstellen sowie auch zu schwierig gestalteten Gegenständen formen.
Gegen Feuchtigkeit sind sie unempfindlich ; da sie kein Wasser aufnehmen, ist ihr an sich sehr hoher Isolationswiderstand vom Feuchtigkeitsgrad unabhängig. Ferner ist ihre Hitzebeständigkeit sehr gross und die geringe Wärmeleitfähigkeit ergibt ein grosses Wärmespeicherungsvermögen der mit Hilfe der Polymerisate hergestellten Heizelemente. Auf Grund ihrer Festigkeit gegen chemische Angriffe eignen sich die im Sinne der Erfindung ausgebildeten Widerstände zur Erwärmung von Säuren, Alkalien und andern ätzenden
Stoffen bzw. zu Heizzwecken in Räumen, wo ein Zutritt solcher ätzender Stoffe zu erwarten ist. Durch Öl werden die Polymerisate gleichfalls nicht angegriffen.
Organische Polymerisate der erwähnten Art dienen auch zur Herstellung glasartiger, nicht vergilbender Produkte von unbegrenzter Haltbarkeit und Witterungsbeständigkeit. Unter Benutzung solcher glasartiger Produkte zur Einbettung oder Aufnahme elektrischen Widerstandsmateriales lassen sich heizbare Fenster für verschiedene Anwendungszwecke ausbilden.
Als besonders zweckmässig haben sieh zur Herstellung von Widerständen gemäss der Erfindung die polymeren Vinyl-und Acrylverbindungen erwiesen, wie die Ester der Methaerylsäure, z. B. Meth- acrylsäuremethyl-oder Äthylester, oder aber auch die Ester der Acrylsäure, wie z. B. Acrylsäureäthylester, ferner Vinylazetat, Vinylchlorid, Styrol und Zimtsäureester. Beispielsweise liegt der spezifische Widerstand von Polymethacrylsäuremethylester in der Grössenordnung von 166 Megohm, während die Wärmeleitzahl etwa jener von Asbest entspricht.
Diese Stoffe können entweder allein oder in Mischungen (Mischpolymerisate oder Polymerisationsgemische) untereinander sowie in Verbindung mit Weichmachern, härtenden Zusätzen, Farb-und Füllstoffen zur Verwendung gelangen, wodurch farblose oder auch farbige Körper, wie z. B. Platten, mehr oder weniger biegsame Tafeln, Streifen oder Bänder erhalten werden können und den jeweiligen räumlichen Verhältnissen und Bedingungen der Verlegung solcher Heizkörper, z. B. im Fussboden, in oder auf der Wand Rechnung getragen wird.
Zur Herstellung eines Widerstandes im Sinne der Erfindung spannt man beispielsweise gemäss Fig. 1 der Zeichnung zwischen zwei Stäbe aus Porzellan, Glas, Steatit oder einem sonstigen geeigneten Isoliermaterial einen Widerstandsdraht und umgiesst dies Gebilde mit einer polymerisierbaren, ungesättigten, organischen Verbindung, wie dem genannten Methacrylsäureester. Nach erfolgter Poly-
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merisation erhält man, wie Fig. 2 in Seitenansicht zeigt, eine verhältnismässig dünne Platte, in der der Widerstandsdraht vollkommen luft-und wasserdicht eingebettet ist und aus welcher nur die Strom- anschlussenden des Leiters an irgendeiner Stelle herauszutreten brauchen.
Eine solche Platte besteht aus keinerlei Einzelteilen ; sie stellt bereits einen vollständigen Heizkörper dar, der nicht nur alle Funktionen der bisher gebräuchlichen Widerstandsöfen für Raumheizungszwecke erfüllt, sondern diesen in jeder Hinsicht weit überlegen ist, indem sie beispielsweise praktisch keinen Raum beansprucht, keinerlei Staubverbrennung ermöglicht, in den Fussboden oder in die Wand verlegt werden kann und in bezug auf die elektrotechnischen Sicherheitsvorschriften jeder Anforderung genügt.
Insbesondere ist es infolge der hervorragenden Isoliereigenschaften der gemäss der Erfindung für Widerstände verwendeten Polymerisationsprodukte möglich, solche Heizkörper ohne jede Gefahr an Spannungen zu legen, die die im Installationswesen gebräuchlichen Spannungen weit übersteigen, was gerade für die elektrische Heizung deshalb von Wichtigkeit ist, weil bei den bisher aus Sicherheitsgründen vorherrschenden niedrigen Spannungen erfahrungsgemäss sehr grosse Leitungsquerschnitte benötigt werden, was häufig der Einführung des elektrischen Heizbetriebes hindernd im Wege stand.
Anstatt die Widerstände über Stäbe aus Porzellan od. dgl. zu wickeln, wie bei dem Ausführungbeispiel gemäss Fig. 1 und 2 angenommen, kann man sie gemäss Fig. 3 auch über eine Platte oder einen Rahmen aus Kunststoff, insbesondere aus einem der im Sinne der Erfindung zur Verwendung gelangenden Polymerisate, wickeln, die dann ihrerseits in das gleiche oder in ein anderes organisches Polymerisat eingebettet werden.
Diese Polymerisate können, falls dies erwünscht ist, zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit Füllstoffe, wie z. B. Metallpulver, enthalten.
Ein besonders zweckmässiges Anwendungsgebiet der Erfindung ist die elektrische Garagenheizung, welche bekanntlich deshalb besondere Probleme bietet, weil hier feuerpolizeiliehe und elektrotechnische Sieherheitsvorsehriften zugleich beachtet werden müssen, deren Erfüllung bisher zu derart sperrigen Heizkörpern geführt haben würde, dass man praktisch die zur vollelektrisehen Beheizung einer Garage erforderlichen Heizleistungen räumlich gar nicht unterzubringen vermochte. Gemäss der Erfindung kann eine Garage oder ein ähnlicher Raum, in welchem feuergefährliche Stoffe lagern. oder in welchem mit Wasser umgegangen wird, mit Heizplatten ausgelegt werden, indem man beispielsweise die Wände damit täfelt oder die Platten in die Wände einbettet.
Infolge der grossen, strahlenden Oberfläche solcher Heizkörper kann ihre Temperatur selbst sehr niedrig, vorzugsweise unter 100 C bis etwa 50 C gehalten werden ; für die Zwecke der reinen Strahlungsbeheizung wird man mit der Strombelastung nur so hoch gehen, dass die Oberfläehentemperatur der Platten 400 C nicht übersteigt.
Auch für die Beheizung von Frühbeeten können Widerstände gemäss der Erfindung mit grossem Vorteil verwendet werden, indem sie entweder nach Art der bekannten Heizkabel in Form von Platten oder zweckmässigerweise von biegsamen Bändern in den Erdboden verlegt oder als durchsichtige Platten zur Abdeckung der Treibhäuser, also zugleich als unzerbrechlicher Ersatz für das zerbrechliche Glas, verlegt werden.
Ein anderes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die elektrische Aquarien-und Terrarienbeheizung, welche man zweckmässigerweise derart ausführt, dass der Boden des Aquariums aus einer Platte gemäss der Erfindung hergestellt wird, welche sich beim Stromdurchgang nur mässig, dafür aber über ihre ganze Fläche gleichmässig erwärmt, so dass die bei den bisherigen Heizmethoden für Aquarien eintretenden lokalen überhitzungen des Wassers, des Bodens und der Bepflanzung vermieden werden. Gleichzeitig hat eine solche Bodenplatte den Vorzug, dass sie nicht wie die bisher üblichen Eisenbleche mit Kolophonium oder einem ähnlichen gegen Wasser inerten Isoliermittel überzogen zu werden braucht, welches sieh beim Erwärmen vom Bleche löst und dieses dann dem Angriff durch Wasser aussetzt.
Weiterhin kann man Platten gemäss der Erfindung als Geschirruntersätze verwenden, zu welchem Zwecke sie aus ästhetischen Gründen mit einer Einrahmung versehen sein können ; auch kann man zum gleichen Zwecke den Widerstandsdraht in Form von Mustern einbetten.
In Form einer biegsamen Platte ist die Erfindung auch anwendbar als elektrisches Heizkissen.
Weiterhin sei die Herstellung der Tragflächen von Flugzeugen genannt, wobei nicht nur die Platten die tragenden Funktionen der Konstruktion übernehmen, sondern ihre Heizbarkeit zugleich den Ansatz von Schnee, Reif und Eis verhindert.
Aber nicht nur für Heizzwecke, sondern auch für die Zwecke der elektrischen Messtechnik ist die Erfindung von Bedeutung. Für die Herstellung von Präzisionswiderständen ist es nämlich bekanntlich von grösster Bedeutung, dass die Widerstände, um keine Veränderung zu erleiden, nach ihrer Eichung von allen mechanischen Beanspruchungen und chemischen Einflüssen (Oxydation, Korrosion) ferngehalten werden. Dies hat man bisher durch Bestreichen mit Schellack versucht, der jedoch weder in chemischer noch in mechanischer Hinsicht einen absoluten Schutz gegen Veränderungen des Widerstandsmateriales bietet.
Gemäss der Erfindung werden daher solche Präzisionswiderstände beispielsweise aus Maganin oder auch aus Platin in ein organisches Polymerisat eingegossen, beispielsweise in Acrylsäureester oder Methaerylsäureester hineinpolymerisiert, wodurch nachträgliche Formände-
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rungen, welche stets Widerstandsänderungen zur Folge haben, und auch chemische, z. B. atmosphärische Einflüsse mit Sicherheit vermieden sind.
Bei der praktischen Herstellung von Körpern der beschriebenen Art kann man etwa wie folgt verfahren : man wickelt auf einen Träger, z. B. auf einen Porzellanrahmen, auch auf eine Kunststoffplatte, den Widerstandsdraht. Diese Träger werden dann derart zwischen zwei Heizplatten gelegt, dass schmale Kammern entstehen, in welche das monomere oder auch teilweise anpolymerisierte, organische Material hineingegossen und durch geeignete Temperaturen polymerisiert wird.
Beispiel 1 : Auf eine zirka 1 mm dicke Platte aus zusammengeklebten Glimmerblättchen wird in engen Windungen ein elektrischer Heizdraht z. B. aus Nickelin aufgelegt. Die umwickelte Platte wird in eine 3-4 mm dicke Kammer aus Glas oder Metall gestellt. Anfang und Ende des elektrischen Heizdrahtes lässt man dabei aus der Kammer herausragen. Die Kammer wird mit einer entlüfteten Lösung aus 100 Teilen Methaerylsäuremethylester und 0. 02 Teilen Benzoylsuperoxyd gefüllt und bei von 50 bis 120 C langsam ansteigender Temperatur 20-30 Stunden erhitzt. Die Lösung polymerisiert dabei zu einer glasartigen Masse und schliesst den Draht vollständig ein. Nach dem Öffnen der Kammer erhält man eine elektrische Heizplatte von 3 bis 4 mm Dicke.
Beispiel 2 : Um eine Platte oder einen Rahmen aus Polymethaerylsäuremethylester mit einem Gehalt von 10% Dibutylphthalat wird ein Draht aus Manganin gewickelt und diese umwickelte Platte ähnlich wie in Beispiel 1 in eine Lösung von gleicher Zusammensetzung wie die der Platte oder des Rahmens einpolymerisiert. Man erhält eine völlig durchsichtige harte Platte. Der Polymerisationsvorgang, der bei einer Temperatur von 50 bis 120'während 20-30 Stunden erfolgt, bewirkt hiebei zugleich die bei der Herstellung von Präzisionswiderständen bekanntlich erforderliche künstliche Alterung des Manganins.
Etwaige hiebei auftretende Widerstandsänderungen können nach erfolgter Polymerisation dadurch kompensiert werden, dass den herausragenden Enden des Drahtes die entstandene Widerstandsdifferenz vorgeschaltet wird bzw. dass man beispielsweise ein oder beide Enden um eine entsprechende Länge verkürzt.
Beispiel 3 : Ein 2-3 mm dicker Film aus Polyacrylsäuremethylester wird mit einem elektrischen Heizdraht, z. B. aus Konstanten in engen Windungen, umwickelt und dann in einen Beutel aus Viskose-
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entfernen zu müssen, erhält man so eine biegsame Heizplatte.
Beispiel 4 : Es wird wie in Beispiel 1 eine Heizplatte hergestellt, unter Verwendung einer Porzellanplatte als Drahtträger und einer Mischung von 40 Teilen Methaerylsäuremethylester, 10 Teilen Acrylsäurebuthylester und 50 Teilen gemahlenem Asbest mit 0-05 Teilen Benzoylperoxyd.
Beispiel 5 : Durch eine Röhre aus Metall, Glas, Viskosefolie oder einem sonst geeigneten Material wird ein elektrischer Widerstandsdraht in Form einer Schraubenfeder zentrisch eingespannt und die Röhre mit einer Mischung aus 50 Teilen Methaerylsäuremethylester, 10 Teilen Aerylsäureäthyl- ester und 40 Teilen Kaolin und 0'1 Teil Benzoylsuperoxyd gefüllt. Durch langsam ansteigendes Erhitzen auf 50-120 C wird die Masse fest und schützt den Draht gegen jegliche atmosphärischen Einflüsse.
An Stelle von Kaolin können auch Sehiefermehl, Russ oder sonstige Füllmittel verwendet werden.
Hienach wird das Polymerisationsprodukt der Form entnommen.
Beispiel 6 : Wie Beispiel 5, wobei ein Mischpolymerisat hergestellt wird aus 50 Teilen Methylmethacrylat und 50 Teilen Butylacrylat.
Elektrische Widerstände gemäss der Erfindung können auch so hergestellt werden, dass die Widerstände, z. B. Heizelemente, mit den genannten Polymerisationsprodukten unter Druck und Wärme umpresst werden, z. B. können die Widerstände oder Heizelemente zwischen fertigen Polymerisatiönsfilmen verpresst oder mit pulverisierten oder perlförmigen Polymerisaten umpresst werden.
Beispiel 7 : Ein Heizdraht aus Ferrochrom wird um einen 0'5-1 mm dicken Film aus Polyacrylsäuremethylester spiralförmig herumgewickelt und dieser Film auf der Ober-und Unterseite mit zwei weiteren Filmen aus Polyerylsäuremethylester mit Hilfe von Diisobutylphthalat blasenfrei so aufgelegt, dass die beiden Drahtenden herausragen. Durch Pressen unter 1-2 kg Druck pro ein2 bei 500 werden die einzelnen Filme innig miteinander verbunden und man erhält so ein durchsichtiges biegsames'Heizelement. An Stelle der Filme aus Polyaerylsäuremethylester können auch andere derartige Produkte für sich allein oder in Mischung mit andern Stoffen verwendet werden. Beispielsweise ist gut geeignet eine Mischung aus Polyacrylsäureäthylester mit Russ, Talkum oder Kaolin.
Beispiel 8 : Eine Spirale aus Nickelindraht wird in ein Pulver eingebettet, das durch Mischen von 35 Teilen Aluminiumpulver, 55 Teilen einer Mischung von Polymethaerylsäuremethylester und 10 Teilen Dibuthylphthalat hergestellt wird. Diese Mischung mit dem Draht wird in einer geeigneten Form gepresst bei etwa 1500 und 80-90 kg Druck pro cm2. Man erhält auf diese Weise ein metallisch glänzendes Heizelement.
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