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Elektrisches Widerstandsmaterial Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsmaterial zur Herstellung von Widerständen, insbesondere Schichtwiderständen, vor allem für Heizzwecke, das aus einem in feinteiliger, vorzugsweise Pulver- form in ein indifferentes Trägermaterial, z. B. Kunststoff oder Lack, eingebetteten und durch dieses somit gebundenen Widerstandsstoff, beispielsweise Graphit oder einer Heizdrahtlegierung, besteht. Unter Indifferenz des Trägermaterials wird hiebei verstanden, dass es mit dem Widerstandsstoff keinerlei chemische Reaktion eingeht und auch an dessen elektrischer Leitfähigkeit praktisch nicht teilnimmt.
Elektrische Schichtwiderstände, die als Widerstandsmasse Graphit, Russ, Metallstaub oder sonstige leitende Werkstoffe enthalten und mit einem Bindemittel verfestigt sind, sind bekannt. Diese Widerstände benötigen jedoch, wenn sie als Heizwiderstände verwendet werden, zur Regelung bzw. zur Konstanthaltung der Temperatur besondere Einrichtungen, wie Thermostaten, die auch eine Überlastung der Widerstände verhindern.
Die in ihrer Einfachheit besonders leicht herzustellenden Schichtwiderstände aus kunststoffgebundenem Graphit weisen den Mangel auf, dass sie infolge des negativen Temperaturkoeffizienten dieses Widerstandsstoffes beim Erwärmen mehr Strom aufnehmen und somit noch heisser werden. Tritt nun durch irgend- welche Umstände eine Verminderung des Wärmeabflusses ein, wie dies z. B. durch Vorstellen eines Möbelstückes vor einen Heizungswiderstand geschehen kann, so besteht die grosse Gefahr, dass der Widerstand sich selbst bis zum Verbrennen aufheizt, was neben der Vernichtung des Widerstandes die Gefahr des Ausbruchs eines Brandes mit sich bringt. Aus diesem Grunde konnten bisher Graphitwiderstände nicht grossflächig und insbesondere auch nicht für Heizzwecke eingesetzt werden.
Aber auch bei mit Metallpulver als Widerstandsstoff hergestellten Widerständen reicht die bei Erwärmen infolge ungenügender Wärme- abfuhr durch den positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandsstoffes bewirkte Abschwächung der Stromaufnahme häufig nicht aus, um ein Durchbrennen solcher Widerstände mit Sicherheit zu vermeiden.
Von besonderem Interesse ist es ferner, speziell für grossflächige Heizwiderstände eine Anordnung zu finden, die den Widerstand nicht als Ganzes etwa durch einen Thermostaten durch Ein- und Ausschalten regelt, sondern die gewährleistet, dass der Widerstand sich selbsttätig je nach dem Grade der Temperaturbelastung in seinen kleinsten Einzelbezirken nach dieser Temperaturbelastung orientiert und dement- sprechend seinen Widerstand ändert. Ein solcher Heizwiderstand würde also z. B. bei 1 m2 Fläche über die ganze Fläche den gleichen Widerstandswert aufweisen und nur an einer Stelle von z. B. 100 cm2, die in irgendeiner Weise verdämmt ist, einen höheren Widerstandswert besitzen, wodurch nach einer geringfügigen und ohne weiteres zuzulassenden Temperaturerhöhung an dieser verdämmten Stelle dort die Heizleistung erheblich zurückgeht.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Widerstandsmaterial der eingangs genannten Art zu finden, das unter Vermeidung aller vorstehenden Nachteile keine Temperaturregelvorrich- tung benötigt, sondern in jedem Teilbereich eines aus ihm hergestellten Widerstandskörpers entsprechend der jeweiligen Wärmebelastung dieses Bereichs innerhalb desselben seinen Widerstandswert derart ändert, dass die Stromaufnahme und damit die elektrische Leistung an dieser Stelle deren Temperatur nicht über einen von der Nenntemperatur abhängigen Maximalwert ansteigen und so ein örtliches Durchbrennen mit
Sicherheit ausschliessen lässt.
Diese Aufgabe ist nun bei dem hier vorgeschlagenen elektrischen Widerstandsmaterial dadurch gelöst. dass gemäss der Erfindung die feinen Teile, wie Pulverkörner, des Widerstandsstoffes mit einer vom Trägermaterial verschiedenen Isoliermasse versetzt, vorzugsweise umhüllt sind, die einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand und einen grösseren Ausdehnungskoeffizienten als der Widerstandsstoff selbst auf-
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weist, wobei WiderstÅandsstoff und Isoliermasse zusammen in das Trägermaterial eingebettet sind, wodurch sich für das elektrische Widerstandsmaterial ein positiver Temperaturkoeffizient ergibt, der grösser als der entweder positive oder negative Temperaturkoeffizient des in ihm enthaltenen feinteiligen Widerstandsstoffes ist.
Hiedurch wird bewirkt, dass bei einem Temperaturanstieg des aus einem solchen Widerstandsmaterial bestehenden Widerstandskörpers, z. B. in Folienform, oder eines Teilbereichs desselben die sich stärker als der Widerstandsstoff ausdehnende Isoliermasse einen grösseren Raum einnimmt als dieser Widerstandsstoff, wodurch der Kontakt zwischen den einzelnen Teilchen des Widerstandsstoifes entweder infolge ihres durch das von den Isoliermasseteilchen herrührende Auseinanderdrängen bewirkten Voneinanderwegschiebens verschlechtert wird oder sich Isoliermasse, z. B. wenn sie flüssig ist, zwischen die einzelnen Widerstands- stoffceilchen drängt und so deren gegenseitigen Übergangswiderstand beträchtlich erhöht.
Es wird auf diese Weise bewirkt, dass der Widerstandswert eines derart hergestellten Widerstandskörpers sich von Ort zu Ort nach dessen dort jeweils herrschenden Temperatur einstellt, so dass ein solcher insbesondere für Heizzwecke geeigneter Widerstand als ein Widerstandskörper angesehen werden kann, der in-seinen kleinsten Bereichen mit einer Vielzahl einzelner Thermostate temperaturgeregelt wird.
Ein besonderer Vorteil für einfache Herstellung und darüber sehr günstigen elektrischen Verhaltens ist dann gegeben, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die die Teilchen des Widerstandsmaterials umschliessende Isoliermasse unterhalb der gewünschten Maximaltemperatur des aus ihm bestehenden Widerstandes, vorzugsweise bereits bei dessen Nenntemperatur, flüssig ist oder in flüssigen Zustand übergeht oder zumindest so weit erweicht, dass sie plastisch verformbar ist. Hiebei wird die Isoliermasse dem Widerstandsstoff vor dessen Einbringen in das indifferente Trägermaterial zugeführt. Bei einem so hergestellten Widerstand tritt die Wirkung ein, dass sich die weichwerdende Isoliermasse zwischen die einzelnen Widerstandsstoffteilchen schiebt, wenn erhöhte Temperaturbelastung eintritt und so den Übergangswiderstand vergrössert.
Wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung als Isoliermasse ein fester Stoff, z. B. Glaspulver, verwendet, so kann das Einbringen des feinteiligen Widerstandsstoffes und der Isoliermasse in das indifferente Trägermaterial in beliebiger Reihenfolge vorgenommen werden.
Für den praktischen Einsatz haben sich als Widerstandsstoffe Graphitpulver und feinteilige Eisenlegierungen (Heizdrahtlegierungen) bewährt. Als Isoliermasse kommen alle solche Substanzen in Betracht, deren spezifischer Widerstand deutlich über dem des Widerstandsstoffes liegt, so z. B. Materialien mit einem Widerstand von 105 Ohm. cm, wenn Graphit mit einem Widerstand von 8. 102 Ohm. cm eingesetzt wird, und die eine gegenüber dem Widerstandsstoff erhöhte thermische Ausdehnung aufweisen.
Zur Herstellung entsprechender Widerstandskörper kann das Widerstandsmaterial auf einem zusätzlichen festen oder flexiblen Trägermaterial aufgebracht werden. Ein solcher Widerstandsträger lässt sich aber statt dessen auch ganz oder teilweise mit dem Widerstandsmaterial imprägnieren. Auch kann das Widerstandsmaterial zu einer freitragenden Folie oder einem sonstigen Profilstück geformt werden, ohne dass es eines zusätzlichen Widerstandsträgers bedarf.
Die nachstehenden Beispiele zeigen eine Reihe von Möglichkeiten der Zusammensetzung, nach denen das erfindungsgemäss vorgeschlagene Widerstandsmaterial bereits ausgeführt wurde.
EMI2.1
EMI2.2
EMI2.3
Beispiel 2 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
5800 g Versamid
2500 g Flammruss
600 g Trafo-Öl
Anwendung wie unter Beispiel 1 ; erreichte Maximaltemperatur zirka 240 C bei einer Raumtemperatur von 10'C.
Beispiel 3 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
5800 g Versamid
3300 g Graphit
940 g Eisenpulver
520 g Bienenwachs
Anwendung wie unter Beispiel 1 ; erreichte Maximaltemperatur zirka 16 C bei einer Raumtemperatur von 10'C.
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Beispiel 4 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
9620 g Polystyrol
3300 g Graphit
650 g Flammruss
450 g Bienenwachs
Anwendung wie unter Beispiel l ; erreichte Maximaltemperatur zirka 27 C bei einer Raumtemperatur von 10'C.
Beispiel 5 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
5800 g Versamid
4000 g Eisenpulver
520 g Bienenwachs
Anwendungwie unter Beispiel 1. Folie hat geringe Leitfähigkeit und ist mit Spannungen, z. B. über 500 V, zu betreiben. Erreichte Maximaltemperatur zirka 27 C bei einer Raumtemperatur von 10 C.
Beispiel 6 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
5800 g Versamid
3300 g Graphit
940 g Eisenpulver
525 g Siliconöl
Anwendung wie unter Beispiel 1 ; erreichte Maximaltemperatur zirka 33 C bei einer Raumtemperatur von 10'C.
Beispiel 7 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
9620 g Polystyrol
3500 g Graphit
650 g Flammruss
600 g Siliconöl
Anwendung wie unter Beispiel 1 ; erreichte Maximaltemperatur zirka 30 C bei einer Raumtemperatur von 10'C.
Beispiel 8 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
5800 g Versamid
3300 g Graphit
3300 g Glasstaub
940 g Eisenpulver
Anwendung wie unter Beispiel 1 ; erreichte Maximaltemperatur zirka 20. C bei einer Raumtemperatur von 10'C.
Beispiel 9 :
Widerstandsmaterial bestehend aus :
7500 g Polystyrol
3300 g Graphit
650 g Flammruss
400 g Cellon
Anwendung wie unter Beispiel 1 ; erreichte Maximaltemperatur zirka 25 C bei einer Raumtemperatur von 100 C.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrisches Widerstandsmaterial, insbesondere zum Herstellen von Heizelementen, aus einem in feinteiliger Form, vorzugsweise Pulverform, in ein nichtleitendes Trägermaterial, z. B. Kunststoff, eingebrach- ten Widerstandsstoff, beispielsweise Graphit oder einer Heizdrahtlegierung, dadurchgekennzeichnet, dass die feinen Teile, wie Pulverkörner, des Widerstandsstofles mit einer vom Trägermaterial verschiedenen Isoliermasse versetzt, vorzugsweise umhüllt sind, die einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand und einen grösseren Ausdehnungskoeffizienten als der Widerstandsstoff selbst aufweist, wobei Widerstandsstoff und Isoliermasse zusammen in das Trägermaterial eingebettet sind, wodurch sich für das elektrische Widerstandsmaterial ein positiver Temperaturkoeffizient ergibt,
der grösser als der entweder positive oder negative Temperaturkoeffizient des in ihm enthaltenen feinteiligen Widerstandsstoffes ist.