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Die Erfindung bezieht sich auf einen massiven, von einer Isolierung umschlossenen Heizdraht zum Einbau in die Nuten einer Heizplatte mit einer inneren Lage der Isolierung in Form einer unge- tränkten Umflechtung aus Glasseide und einer äusseren Umhüllung.
Heizdrähte aus NICR-Werkstoffen finden seit vielen Jahren in den unterschiedlichsten Varianten Verwendung für Elektro-Wärmegeräte.
Diese Heizdrähte, die überwiegend in Metallplatten oder Metallkörper eingebaut werden, um diese zu erwärmen, müssen vor elektrischen Durchschlägen (Kurzschlüssen) geschützt werden.
Hierfür gibt es je nach Verwendungszweck und Arbeitstemperatur der Heizdrähte die unterschied- lichsten Isolationsmäntel.
Bei niedrigen Arbeitstemperaturen, z. B. bis ca. 200 C, werden extrudierte Silikon- oder PVCoder PE-Kunststoffisolationen verwendet.
Bei Industrie-Heizplatten, die hohe Arbeitstemperaturen haben, werden die Heizdrähte hohen
Belastungen ausgesetzt (z. B. 400 C und mehr). Diese Heizdrähte werden seit langer Zeit mit
Glasseide isoliert. Glasseide kann in hauchdünnen Fäden mittels Flecht- oder Spinnmaschinen in mehreren Schichten auf massive oder mehrdrahtige Drähte aufgebracht werden. Glasseide ist in hohem Masse temperaturbeständig und elektrisch durchschlagssicher.
Damit die auf den Heizdraht aufgesponnene bzw. aufgeflochtene Glasseide stabil bleibt und die Drähte sich verarbeiten, z. B. abrollen, biegen, in Nuten einbetten, mechanisch befestigen lassen, werden diese Glasseidenisolierungen mit flüssigen Kunststoffen, wie Silikon oder Epoxydharz, getränkt.
Diese heute gebräuchlichen Isolationen weisen aber nicht unwesentliche Probleme auf. Die zur Verarbeitung der Drähte notwendige Tränkung der Glasseide verdampft oder verbrennt bei hohen Heizdrahttemperaturen. Dadurch können gesundheitsschädigende und lästige Dämpfe aus den Heizplatten entweichen.
Glasseide ist hygroskopisch. Wenn Wasserdampf oder andere Feuchtigkeit, z. B. bei Heizplattenpressen gebräuchliche Trennmittel, auf die Isolation gelangen, werden diese aufgesaugt und es kann zur elektrischen Brückenbildung und damit zum Kurzschluss zwischen Heizdraht und umgebender Metallmasse kommen.
Glasseide ist zudem nur begrenzt mechanisch belastbar. Wenn glasseidenisolierte Heizdrähte in grosse Heizplatten eingebettet werden, kommt es aufgrund ständiger Wärmebewegung des umgebenden Metalls zu Reibungen zwischen der Glasseidenisolation und den Rändern der Nuten, wodurch die Isolation auf Dauer geschädigt wird, sodass das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses sich erhöht.
Glasseide führt auch bei der Verarbeitung der Drähte dann zu Problemen, wenn beim Biegen und Verarbeiten von Hand kleinste Faserpartikel abbrechen und in die Umgebungsluft oder an offene Körperstellen gelangen. Empfindliche Menschen reagieren mit allergischen Hautreaktionen bzw. Hautausschlägen.
Glasseide ist aufgrund einer systembedingten offenen Porenstruktur der Isolation, ähnlich der Struktur eines Gewebes, nur begrenzt elektrisch belastbar, d. h. je höher die angeschlossene elektrische Spannung ist, desto grösser ist die Gefahr eines Kurzschlusses.
Bekannt geworden ist auch eine biegsame elektrische Heizleitung, bei der auf den Heizleiter eine elektrische Isolierung aus einem wärmebeständigen Stoff, wie Glasseide, Schlackenwolle, oder dgl., aufgesponnen oder aufgeflochten, diese Isolierung gegebenenfalls mit wärmebeständigen Lacken oder dgl. getränkt und über der elektrischen Isolierung eine metallische Umspinnung oder Umflechtung angebracht ist, die gegebenenfalls durch einen weiteren Überzug feuchtigkeitsundurchlässig gestaltet wird, derart, dass sie biegsam bleibt (DE 895 798).
Derartige bekannte, biegsame, elektrische Heizleitungen werden z. B. in einer Luftschraube aus Holz oder Metall verwendet und in eine Einsenkung entlang an der Kante eingelegt. Vor allem wegen der metallischen Umspannung eignen sich diese Heizleitungen nicht zum Einbau in die Nuten einer Heizplatte.
Bekannt geworden ist weiterhin ein Wickel- oder Isolierband aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, bei dem das Band eine von der Rechteckform abweichende, vorzugsweise linsen- oder trapezförmige Querschnittsform aufweist (DE 32 14 447 A1). Das Wickelband besteht aus ungesintertem, d. h. thermisch nicht vorbehandeltem Polytetrafluorethylen (PTFE). Es ist mit einer in weiten Bereichen einstellbaren Umlappung um den Heizleiter gewickelt und anschliessend
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dicht gesintert.
Nachteilig ist, dass das Band eine von der Rechteckform abweichende, vorzugsweise linsenoder trapezförmige, Querschnittsform aufweist. Dieses eigenartig querschnittsmässig geformte Band wird um einen hochflexiblen elektrischen Leiter gewickelt, der aus Litzen, beispielsweise aus versilberten oder vernickelten Kupferdrähten, besteht. Die Isolierung besteht aus einer oder mehreren Lagen des aus Polytetrafluorethylen hergestellten Wickelbandes. Ausser zur Isolation eines aus Litzen bestehenden Leiters wird das bekannte Wickelband auch zur Isolierung von Rohren verwendet.
Bekannt geworden sind schliesslich elektrische Leiter, die durch Umwicklungen gegen hohe Aussentemperaturen geschützt sind
Gemäss DE-Z: Elektrotechnik, 69, H. 21, Dez. 1987, S. 44 - 45, ist ein extrem hochbelastbares Hochtemperaturkabel bekannt geworden, dessen wesentliches Merkmal ein mit PTFE imprägniertes und bei hohen Temperaturen gesintertes Fiberglasgeflecht ist.
Obzwar dieses bekannte Kabel nicht ausdrücklich als Heizkabel zum Einbau in Heizplatten bestimmt ist, welches sich selbst erwärmt, ist die Isolierung aus einer Umwicklung aufgebaut, die aus einer auf den Metall-Leiter aufgebrachten Mikroband-Isolierung besteht, um die herum ein PTFEBand gewickelt ist. Zum Abschluss ist das Kabel durch ein Glasfibergeflecht isoliert, das bei hohen Temperaturen gesintert ist.
Weiterhin ist ein Kabel zur Verlegung in heissen Räumen bekannt geworden, welches auch durch eine Umwicklung isoliert ist (US 4,595,793).
Auch bei diesem Kabel soll die Isolierung den Wärmeübertritt von aussen zum Kabel hin - zumindest für eine gewisse Zeit - verhindern.
Auch dieses Kabel ist nicht brauchbar, um zum Aufheizen von Heizplatten verwendet zu werden.
Im übrigen sind die Isoliermäntel beider bekannter Kabel, soweit sie aus Glasseide oder dgl. bestehen, getränkt, was zu den vorstehend erläuterten Nachteilen führt.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen massiven Heizdraht der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der zusammen mit einer betriebssicheren Isolierung leicht zu verarbeiten ist und eine dauerhaft kurzschlusssichere Kombination mit einer metallischen Heizplatte zulässt.
Es wurde gefunden, dass sich diese Aufgabe in einfacher Weise durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Massnahmen lösen lässt.
Durch die erfindungsgemässe, geschickte Kombination von Glasseide und PTFE lassen sich alle Nachteile bisheriger Isolationen vermeiden.
Erfindungsgemäss werden Glasseide und PTFE schichtweise um den massiven Heizdraht herum angeordnet. Von Vorteil ist, wenn der Heizdraht von einer inneren Lage aus Glasseide und einer äusseren Lage aus PTFE-Folien umgeben ist.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5. Im Unteranspruch 5 ist die Verwendung des neuen Heizdrahtes in einer Heizplatte aus Aluminium gekennzeichnet.
Der gebräuchlichste Durchmesser für einen massiven Heizdraht nach der Erfindung aus NICRWerkstoffen beträgt etwa 0,8 bis 1,6 mm. Die Anzahl der Schichten aus umflochtener Glasseide lassen sich variieren, und je nach Durchmesser des Heizdrahtes und dem Querschnitt der Nuten festlegen.
Die äussere Lage besteht in der Regel aus einer mehrschichtigen Umwicklung mit einer noch nicht wärmebehandelten PTFE-Folie. Auch die Gesamtdicke dieser Umwicklung ist abhängig von dem später gewünschten Aussendurchmesser des isolierten Heizdrahtes und von der erforderlichen Belastungssicherheit
Diese mehrschichtige Umwicklung aus PTFE-Folie in der äusseren Lage durchläuft zum Schluss der Herstellung eine thermische Behandlung, wodurch - entsprechend einem Sinterprozess - eine Verschmelzung der verschiedenen Folien und auch eine Aushärtung des PTFE erfolgt. Dadurch wird die letzte PTFE-Lage zu einem geschlossenen, nicht mehr dehnbaren, schlauchartigen Aussenmantel, der die inneren Glasseidenschichten völlig abschliesst.
Es hat sich herausgestellt, dass bei erfindungsgemäss isolierten Heizdrähten die bisher bekannten Probleme der Glasseidenisolation nicht mehr auftreten. Erstmals ist erfindungsgemäss ein Heizdraht geschaffen, der in Industrie-Heizplatten wesentliche Vorteile bietet.
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So können beispielsweise Kerntemperaturen des Heizdrahtes bis zu 450 C den elektrischen
Kurzschlusswiderstand der neuen Isolation nicht verändern. Der PTFE-Aussenmantel bleibt davon unbeschädigt, wenn die Metallmasse der umgebenden Heizplatte nicht höher als 250 C aufgeheizt wird.
Der erfindungsgemäss isolierte Heizdraht erfüllt alle entsprechenden Materialforderungen des VDE bzw. ÖVE.
Der erfindungsgemäss isolierte Heizdraht lässt sich problemlos verarbeiten. Es treten dabei keine Glasfaserteilchen mehr in die Umgebungsluft.
Es treten aus dem isolierten Heizdraht auch keine schädlichen Dämpfe oder Gase mehr aus, da der geschlossene Aussenmantel aus PTFE die Glasseidenschichten völlig umschliesst und diese keine Tränkungen mehr benötigen.
Hinzu kommt, dass der Aussenmantel aus PTFE ein optimaler Schutz gegen mechanischen Abrieb und Verschleiss ist, wodurch die Lebensdauer des isolierten Heizdrahtes wesentlich verlängert wird.
Ausser durch den PTFE-Aussenmantel der Isolierung wird auch durch die PTFE-Umwicklung der inneren Lage aus Glasseidenumflechtung eine zusätzliche Isolationsverstärkung und ein Schutz vor elektrischen Durchschlägen gewährleistet.
Von aussen können keine Feuchtigkeit, Dämpfe oder Kondensate in die Isolierung eindringen, wodurch eine elektrische Brückenbildung durch die neue Isolation verhindert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert.
Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch Fig. 2 entlang der Linie I-I, Fig. 2 eine Darstellung der Isolation, Fig. 3 ein Konstruktionsdetail aus Fig. 4 und Fig. 4 den Querschnitt durch eine Heizplatte.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2 durch einen massiven Heizdraht 1, beispielsweise aus NICR-Werkstoffen, der von einer Isolierung 3 aus Glasseide und PTFE umgeben ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Heizdraht einen Durchmesser 2 von 0,8 bis 1,6 mm.
Fig. 1 zeigt, dass die Isolierung 3 aus einer Kombination aus Glasseide 50 und PTFE 60 besteht. Der Aufbau dieser Kombination lässt sich vor allem der Fig. 2 entnehmen.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist erkennbar, dass um den massiven Heizdraht 1 herum eine innere Lage Glasseide 50 in Form einer inneren Umflechtung 5 angeordnet ist. Diese innere Umflechtung 5 der Isolierung 3 besteht aus ungetränkter Glasseide 50. Die äussere Lage der Isolierung 3 besteht aus PTFE 60.
An die innere Lage der Isolierung 3 aus einer inneren Umflechtung 5 aus Glasseide 50 schliesst sich eine innere Umflechtung 6 aus einem Folienstreifen 7 aus PTFE 60 an. Die Folienstreifen 7 sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer Überlappung 8 bis etwa 80 % gewickelt.
Diese Überlappung 8 ist durch eine gestrichelte Linie in Fig. 2 angedeutet.
Der Folienstreifen 7 der inneren Umwicklung 6 besteht aus thermisch vorbehandeltem und deshalb nicht dehnbarem PTFE.
Der Aussendurchmesser 4 des mittels einer Isolation 3 versehenen Heizdrahtes 1 kann durch die Wahl der Umflechtungen 5 bzw. Umwicklungen 6 variiert werden. Insbesondere lässt sich je nach dem gewünschten Aussendurchmesser 4 des mit der Isolierung 3 geschützten Heizdrahtes 1 auf die innere Umwicklung 6 aus PTFE 60 eine erste, eine zweite oder auch mehrere Umflechtungen 9,10 aus Glasseide 50 aufbringen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die beiden Umflechtungen 9 und 10 dargestellt.
Die auf die innere Umflechtung 6 aus PTFE 60 folgenden Umflechtungen 9 und 10 bestehen aus ungetränkter Glasseide 50.
Die äussere Lage der Isolierung 3 aus PTFE 60 ist zunächst mehrschichtig aus mehreren thermisch unbehandelten Folienstreifen 7 gewickelt. Nach dem Wickeln werden diese Folienstreifen 7 aus PTFE thermisch zu einem geschlossenen, nicht mehr dehnbaren Schlauch 11 als Aussenmantel verschmolzen, der die Isolierung 3 dicht umschliesst. Dieser Aussenmantel 11aus PTFE 60 verhindert, dass beispielsweise aus den Schichten mit getränkter Glasseide Dämpfe oder Gase nach aussen dringen. Ausserdem verhindert der Aussenmantel 11 aus PTFE 60, dass durch die Wärmearbeit der Heizplatte auf Dauer Beschädigungen an der Isolierung 3 des Heizdrahtes 1 auftreten.
Das thermisch behandelte PTFE 60 des Aussenmantels 11 ist in einem zusätzlichen thermischen Prozess ausgehärtet. Dadurch wird dem Aussenmantel der Isolierung 3 eine besondere
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Festigkeit gegeben.
Fig. 3 zeigt ein Konstruktionsdetail aus Fig. 4. In Fig. 4 ist eine Heizplatte 12 dargestellt. In einem Grundblech 13 sind Nuten 14 mit einem viereckigen Querschnitt 15 angeordnet. In den Nuten liegen die Heizdrähte 1, die von der Isolierung 3 umgeben sind. Die mit der Isolierung 3 versehenen Heizdrähte 1 sind stramm in die Nuten 14 eingepasst. In Fig. 4 unterhalb des Grundbleches 13 ist eine erste Isolierplatte 16 angeordnet, die mit dem Grundblech 13 fest verbunden ist. Auf die erste Isolierplatte 16 folgt eine zweite Isolierplatte 17, die mit der ersten Isolierplatte 16 fest verbunden ist. Die feste Verbindung wird in bevorzugten Ausführungsbeispielen durch Schrauben hergestellt.
Das mit den isolierten Heizleitern 1 versehene Grundblech 13 ist durch eine Deckplatte abgedeckt, die mit dem Grundblech ebenfalls verschraubt, aber auch verklebt sein kann. Die zweite Isolierplatte 17 kann an ihren Rändern mit einem Verkleidungsprofil 19 ausgerüstet sein.
In Fig. 3 ist der in Fig. 4 umrandete Bereich in vergrössertem Massstab dargestellt Deutlich ist erkennbar, dass der mit der Isolierung 3 versehene Heizdraht 1 stramm in der Nut 14 sitzt, welche einen viereckigen Querschnitt 15 aufweist.
Deutlich sind in Fig. 3 die Deckplatte 18 sowie die erste Isolierplatte 16 erkennbar.
Für die Deckplatte 18 und das Grundblech 13 wird in bevorzugten Ausführungsbeispielen als Material Aluminium verwendet. Die erste Isolierplatte 16 und die zweite Isolierplatte 17 bestehen ebenfalls aus an sich bekannten, für diese Zwecke verwendeten Isoliermaterial.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Massiver, von einer Isolierung umschlossener Heizdraht, zum Einbau in die Nuten einer
Heizplatte mit einer inneren Lage der Isolierung in Form einer ungetränkten Umflechtung aus Glasseide und einer äusseren Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere
Umhüllung aus einer inneren Umwicklung (6) aus thermisch vorbehandelten PTFE-
Folienstreifen (7) mit einer Überlappung (8) bis zu 80 %, einer darauf folgenden ungetränk- ten Umflechtung (9,10) aus Glasseide (50) und einer äusseren Umwicklung aus thermisch nicht vorbehandelten PTFE-Folienstreifen (7), die nach dem Wickeln thermisch zu einem dichten, nicht mehr dehnbaren Schlauch (11) als Aussenmantel für die Isolierung (3) ver- schmolzen sind, besteht.