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Verfahren zur Herstellung von elektrischen Heizkörpern.
Die Erfindung betrifft elektrische Heizelemente jener Type, bei welcher ein Widerstandsleiter in einer Hülse eingeschlossen ist und von derselben durch eine dichte Isolationsmaterialschichte isoliert ist. Widerstandselemente dieser allgemeinen Type sind für elektrische Heizvorrichtungen bekannt. Ein charakteristisches Kennzeichen dieser Widerstandselemente besteht darin, dass die Isolationsschichte zwischen dem Leiter und der Hülse sehr dünn und sehr dicht ist, so dass der Leiter in sehr enger thermischer Beziehung zur Hülse ist. Die gebräuchliche Herstellungsart für solche Elemente besteht darin, dass ein gerader Leitungsdraht, welcher als Kerndraht bezeichnet werden kann. zentral innerhalb des Metallrohres angeordnet ist, das als Hülse dienen soll und das man mit Isolationspulver, wie z. B.
Magnesia, ausfüllt, so dass der Kerndraht vollkommen eingebettet und richtig zentriert ist. Die Rohrenden werden dann abgeschlossen, wobei in entsprechender Weise für die aus dem Rohr heraustretenden Enden des Kerndrahtes Vorsorge getroffen wird, und das Rohr wird dann gestreckt. Das Resultat dieses Verfahrens ist eine Querschnittsverringerung der Hülse und des Kerndrahtes mit der Verdichtung des Isolationsmaterials. Die Anordnung ist so getroffen, dass, wenn der Kerndraht den gewünschten Querschnitt erhält, das Isolationsmaterial durchwegs so verdichtet ist, dass es praktisch mit dem Kerndraht einheitlich zusammenhängt und wie festes Metall gezogen oder gewalzt werden kann.
Dieses mit entsprechenden Klemmen versehene Element bildet eine wirksame Heizkörpereinheit, denn es ist ausserordentlich widerstandsfähig bzw. derb, bedarf keines Isolationssupports und der Kerndraht ist gut isoliert sowie gegen mechanische Beschädigungen geschützt. Derartige Widerstandselemente haben ihre Grenzen in dem für das Heizelement verfügbaren Raum, da dieser nicht immer genügend ist, um die ganze, fallweise für die Erlangung eines bestimmten Widerstandes erforderliche Länge des Leiters aufzunehmen. Insbesondere trifft dies zu, wenn ein Element bei einer Spannung von 220 Volt oder mehr verwendet werden soll.
Es wurde nun gefunden, dass in einer Hülse eingeschlossene Drähte mit einem schraubenförmig verlaufenden Leiter an Stelle eines gerÅadlinigen Kerndrahtes hergestellt werden können, welche alle Vorteile der vorstehend angegebenen Heizkörper. haben und ausserdem auch noch spezielle Vorteile aufweisen. Der wichtigste Vorteil dieser Heizkörper liegt darin, dass in einem gegebenen Raum eine viel grössere Länge des Kerndrahtes untergebracht sein kann, so dass der Heizkörper kompakter und selbständiger wird und leichter für hohe Spannungen verwendbar ist, ohne mehr Raum zu beanspruchen.
Diese Type hat mit jener Type eines in eine Hülse eingeschlossenen Drahtes, die einen geraden Kerndraht aufweist, den Vorteil gemein, dass, wenn das Isolationsmaterial verdichtet ist, es praktisch mit dem Kerndraht eine Einheit bildet, so dass der ganze Heizkörper wie ein massiver Draht gezogen oder gewalzt werden kann und genügend biegsam ist, um ihn in irgendeine gewünschte Form bringen zu können, ohne dass irgendeines der Elemente, aus welchen er besteht, seine Lage verändert oder sich verdreht. Es finden sich aber auch noch weitere Vorteile sowohl vom Standpunkt der Erzeugung als auch der Verwendbarkeit, die wichtig sind. Einer dieser Vorteile leitet sich von der Tatsache ab, dass, wenn bei einer solchen Einheit der Reduktionsprozess der Hülse vorgenommen wird, der Kerndraht durch die Querschnittsverengung derselben im Durchmesser nicht verringert wird.
Da der Kerndraht nicht ausgezogen wird, so kann man ein Drahtmaterial verwenden, das schwer ziehbar ist, sonst aber viel zweckmässiger sein kann. Eine grössere Dicke des Isolationsmaterials gewährt einen grösseren Sicherheitsspielraum für die elektrische Isolation und ist, eben weil der Kerndrahtdurchmesser nicht verringert wird, anwendbar, während beim
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Reduzieren des geraden Kerndrahtes dieser nicht richtig gezogen wird, sobald das Isolationsmaterial eine bestimmte Maximalstärke übersteigt. Der Kerndraht selbst wird nicht gestreckt ; er behält sonach im Wesen seine ursprüngliche Oberfläche, mit welcher er bei seiner Herstellung das Zugwerkzeug verlassen hat, und man kann daher auch einen dünneren Draht verwenden, als es sonst geraten wäre, wenn der Draht im Rohr gezogen wird.
Weitere Vorteile bestehen in der vereinfachten Anschlussverbindung der Drähte, in grösserem Spielraum hinsichtlich der Drahtnummer und hinsichtlich der für die Hülse verwendeten Metalle.
Gemäss der Erfindung wird ein schraubenförmiges Widerstandselement zentral in einer Metallhülse angeordnet, die mit pulverisiertem Isolationsmaterial gefüllt ist, das durch einen Reduktionsprozess im hohen Grade zusammengepresst wird, so dass es einen sehr dichten Isolationskörper mit relativ hohen Wärmeleitungseigenschaften bildet. Die Hitze wird daher so rasch an die Hülse abgegeben, als es bei guter elektrischer Isolation möglich ist, und man erhält ein mechanisch widerstandsfähiges Heizelement, das bei grossem elektrischen Widerstand verhältnismässig wenig Raum einnimmt.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung zeigt die Zeichnung. Fig. 1 zeigt den in einem Rohr angeordneten Leitungswiderstand, wobei das Rohr zum Füllen vorbereitet ist. Fig. 2 ist eine End-
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Fig. 4 zeigt eine Ansieht der verjüngten Heizkörpereinheit und Fig. 5 zeigt als Einzelheit den Leitung- anschluss.
Beim erfindungsgemässen Verfahren stellt man den Kerndraht 10 in. Schraubenform her, u. zw. aus einem Material mit hohem Leitungswiderstand, z. B. aus einer Nickelehromlegierung. Dieser Leiter ist zentral im Rohre 11 angeordnet, das aus irgendeinem entsprechenden Metall besteht, welches sich ziehen oder im Gasenke bearbeiten lässt. Bai Herstellung der Schraube können beim Winden die Win-
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die einzelnen Windungen voneinander gesondert sind, und die hiebei erzielte Spannung der Schraube sichert letztere in der zentralen Lage. Um dickere Anschlüsse bei dem schraubenförmig-gewundenen
Draht zu erhalten und gleichzeitig für denselben geeignete Träger bei der Füll-und Zieharbeit vorzusehen wird jedes Schraubenende auf einem Stab 12 angeordnet, wie er in Fig. 5 ersichtlich ist.
Dieser Stab basteht zweckmässig aus demselben Material wie der Kerndraht, so dass jede galvanische Wirkung zwischen dem Kern und seinen Leitungsanschlüssen verhindert ist, und der Stab ist mit einem verbreiterten, zuge- spitzen Kopf 13 versehen, auf welchen die Schraubenwindung passt. Der Draht ist um die schräge Ober- fläche des Kopfes gewunden und eine kurze Strecke um den Stab herum, während das Drahtende in einem Schlitz 14 des Stabes 12 steckt. Um eine gute elektrische Verbindung herzustellen, werden dann die Kanten des Schlitzes'auf das Drahtende niedergepresst und es wird dadurch auch das Drahtende an den L3itnngsanschluss verlässlich angepresst.
Auf diese Weise sind die beiden Drahtenden mit Anschluss- trägern ausgerüstet, die durch die Löcher der Kappen 15 und 16 hindurchgesteckt sind, wobei die Kappen
15 und 16 auf den Rohrenden sitzen und die Leitungsanschlüsse an den Kappen durch Presssehrauben 17 und 18 gesichert sind. Wie vorstehend hervorgehoben, steht der Draht zweckmässig unter Zugspannung und wird daher in der richtigen zentralen Lage gehalten. Die Kappe 15 besitzt einen Trichter 19 mit
Durchbrechungen 20, durch welche das Isolationsmaterial in das Rohr geschüttet wird. Als Isolations- material verwendet man ein solches, das die Eigenschaft hat, sich zu einer festen Masse zu verdichten, und heben hoher elektrischer Isolationsfähigkeit eine hohe Wärmeleitungsfähigkeit besitzt. Magnesium- oxyd gibt für diese Zwecke ein gutes Material.
Ist das Rohr gefüllt und das Material verdichtet, was durch irgendwelche Mittel geschehen kann, beispielsweise durch Aufstossen oder Schütteln des Rohres, dann werden die Kappen 15 und 16 entfernt und das Rohr wird endgiltig abgeschlossen. Wie dargestellt , erfolgt dies mittels der Metallscheiben 21 und 22, über welche das Metall gebogen wird, wobei die Leitungs- anschlüsse durch die Scheiben hindurchgehen und zu Köpfen 23 und 24 geformt werden. Das Rohr ist dann in dem in Fig. 3 dargestellten Zustande.
Das Rohr wird hernach einem Reduktionsprozess unterworfen, der darin besteht, dass es in einem
Gesenke bearbeitet oder durch eine Walzvorrichtung hindurchgeführt wird. Die erforderliche Grösse ) der Verjüngung ist nicht sehr bedeutend, denn der Zweck besteht hauptsächlich darin, das um den schraubenförmigen Draht befindliche pulverförmige Material zu verdichten. Für gewöhnlich erreicht man diesen Zweck durch eine Verringerung des Durchmessers und durch eine daraus folgende Verlängerung des Rohres in dem Verhältnisse, wie es aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist.
Es wurde nun beispielsweise gefunden, dass ein Rohr mit einem Aussendurchmesser von 9'6 mm und einem Innendurchmesser von t 8 mm bei richtiger Reduktion einen Aussendurchmesser von 8'4 mm erhält mit einer etwa 15% igen
Verlängerung.
Eines der durch diesen Reduktionsprozess erhaltenen Resultate besteht darin, dass der elektrische
Widerstand dieses Leitungsdrahtes bis zu einem gewissen Masse abnimmt, und als Grund hiefür fand man, dass dies darin liegt, weil der Durchmesser des Drahtes zunimmt. Bei genauer Untersuchung wurde gefunden, dass eine direkte Beziehung besteht zwischen dem abnehmenden Widerstand und der Längen- zunahme des Rohres ; es ist nämlich das Verhältnis der Widerstände des Sehraubendrahtes vor und nach der Gesenkarbeit (der Verjüngungsarbeit) gleich dem Verhältnis zwischen der Rohrlänge nach dieser
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Arbeit und vor dieser Arbeit. Der Grund hiefür liegt darin, dass, nachdem ja die Zahl der Windungen der Schraube dieselbe bleibt, während der Durchmesser der Windungen verringert wird, eben auch die Länge jeder Windung abnehmen muss.
Es erfolgt zwar kein Auseinanderrücken der Windungen durch Ausziehen und Strecken der Schraube, aber durch das Zusammendrücken der Schraube, d. h. durch die Verringerung des Durchmessers, ohne dass sie mit Rücksicht auf das umgebende Isolationsmaterial irgendeine erhebliche Bewegung ausführen würde, gehen die Windungen doch etwas auseinander. Das Isolationsmaterial wird auf diese Weise um die Schraube herum gründlich verdichtet. Es ist daher möglich, sehr genau festzustellen, welches der Widerstand der Schraube für eine bestimmte Reduktion sein wird oder, anders gesagt, man kann durch das Messen der Länge des Rohres feststellen, wann ein bestimmter Widerstand erreicht ist.
Wenn das Rohr entsprechend verjüngt ist, so schneidet man die Aussenhülle und das Isolationsmaterial auf eine bestimmte Länge weg, um die Leitungsenden, wie in Fig. 4 ersichtlich, auf diese Länge freizugeben, und das Heizkorperelement ist dann gebrauchsfertig.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von elektrischen Heizkörpern, die aus einem Metallrohr bestehen, in welchem ein Widerstandselement untergebracht ist, das von pulverförmigem, schwer schmelzbarem, durch Verkleinerung des Rohrdurchmessers zu einer harten, dichten Masse verdichteten Isolationsmaterial umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Metallrohr ein schraubenförmiges Widerstandselement unter Spannung untergebracht wird, worauf durch Walzen, Ziehen oder Gesenkarbeit bei Verringerung des Rohrquerschnittes gleichzeitig mit der Verdichtung des Isolationsmaterials auch ein Zusammenpressen der Schraube unter Zunahme des Drahtquerschnittes und ohne wesentliche Änderung des Abstandes der Schraubenwindungen erfolgt.