DE1073657B - Biegsamer drahtartiger isolierter elektrischer Heizkörper - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen biegsamen drahtartigen isolierten elektrischen Heizkörper, der in elektrisch geheizten Textilien, wie z. B. elektrischen Heizdecken und -tüchern, verwendet wird. Er besteht aus zwei oder mehr Leitern, von denen ein Leiter als Teil eines Heizkreises verwendet und der andere Leiter eine Regelfunktion zur Verhinderung von Überhitzungen ausübt.

Es sind bereits elektrische Heizdecken bekannt, die einen Heizkörper und einen Regelkreis enthalten, der die Überhitzung der Decke ohne Benutzung von besonderen Thermostaten verhindert. Der Heizkörper in dieser Decke besteht aus zwei Leitern, von denen einer der Heizleiter ist. Die beiden Leiter sind durch einen thermoempfindlichen Stoff, der den Temperaturfühler zur Steuerung einer Regeleinrichtung darstellt, getrennt. Dieser Stoff ist bei Zimmertemperatur im wesentlichen ein Isolator. Bei darüberliegenden Temperaturen hat er aber einen derartig hohen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Scheinwiderstandes, daß er genügend leitend wird, wenn er auf eine Temperatur erhitzt wird, die eine Überhitzung darstellt. Auf diese Weise wird die Stromzufuhr zur Heizdecke temperaturabhängig gesteuert.

Bei dieser bekannten Einrichtung kommen auch Massen zur Anwendung, die bei Zimmertemperatur isolieren, die aber bei darüberliegenden Temperaturen einen derartig hohen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Scheinwiderstandes besitzen, daß sie bei hohen Temperaturen ausreichend leitfähig werden, um eine Regelfunktion zu ermöglichen, die dadurch zustande kommt, daß nun ein elektrischer Stromkreis zwischen diesen Massen hergestellt wird. Bei der bekannten Einrichtung sind Celluloseester, Vinylhalogenidharze und Polyamide als derartig geeignete Massen erwähnt.

Die bekannten als Temperaturfühler wirkenden Massen sind polymere Massen, die selbst einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizkörper herzustellen, dessen Isolation aus einer Masse besteht, deren negativer Temperaturkoeffizient des Widerstandes durch die Gegenwart kleiner Mengen von Zusätzen erheblich erhöht wird.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit der Zeichnung ersichtlich, in der

Fig. 1 in einer vergrößerten Ansicht, teilweise im Querschnitt, eine Form des die Erfindung darstellenden Heizkörpers zeigt;

Fig. 2 ist der Fig. 1 ähnlich, sie zeigt eine andere andere mögliche Form eines Heizkörpers; die den Fig. 1 und 2 ähnliche

Fig. 3 gibt eine weitere Ausführungsform eines Heizkörpers wieder.

Biegsamer drahtartiger isolierter
elektrischer Heizkörper

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls

und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,

Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beansprudite Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Mai 1957

Joseph Francis Jacoby, Asheboro, N. C,

Frank Edward Becker, Lexington, Ky.,

und Joseph Rosenberg, Erie, Pa. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

Bei einem biegsamen drahtartigen elektrischen Heizkörper, der auf seine ganze Länge zwei mit Abstand angeordnete metallische Leiter enthält, zwischen denen sich eine Masse befindet, die bei Zimmer temperatur im wesentlichen einen Isolator bildet, bei darüberliegenden Temperaturen aber einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten des Scheinwiderstandes besitzt und den Temperaturfühler zur Steuerung einer Regeleinrichtung darstellt, besteht die Erfindung darin, daß in dieser Masse zur Steigerung des Temperaturkoeffizienten etwa 0,04 bis 5 Gewichtsprozent eines an sich bekannten oberflächenaktiven Mittels eingearbeitet sind, dessen Temperaturkoeffizient des elektrischen Schein wider Standes mehr als 45% je 55°C beträgt und welches bei 27° Ceinen .höchstens dreimal größeren Gleichstromwiderstand aufweist als Stearyldimethylbenzyl-arnrnoniumchlorid. ·

Die Erfindung erstreckt-, sich auf die angegebene Kombination der an sich ..bekannten Stoffe in ihrer Anwendung als - Masse für »Temperaturfühler« bei elektrischen drahtartigen Heizkörpern.

Daß das eingearbeitete oberflächenaktive Mittel mit der Masse verträglich sein muß, versteht sich- von selbst. Die Zugabe van bestimmten, an, sich bekannten oberflächenaktiven Stoffen zu Isolationsmassen steigert

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deren Leitfähigkeit bei erhöhten Temperaturen erheb- ammoniumchlorid, das als Triton K-60 verkauft wird, lieh, ohne die Isolierfähigkeit solcher Massen bei Der Temperaturkoeffizient der Impedanz beträgt 82 % Zimmertemperatur ernstlich zu beeinträchtigen. Die je 55⁰C, ein Wert, der beträchtlich über die 45% Verwendung derartiger Zusätze hat nicht nur ver- hinausgeht, die man als ausreichend zur Zugabe bei besserte Eigenschaften der früher zur Heizkörper- 5 vielen Isolationsmassen ansieht. Der Gleichstromwiderisolation verwendeten Materialien zur Folge, sondern stand dieses Stoffes ist niedriger, als er für viele erweitert auch das Anwendungsgebiet auf Verbin- Isoliermassen notwendig ist. Vom Gesichtspunkt des düngen, die man früher als nicht geeignet ansah. Ob- Widerstandes ist der Stoff derartig ausreichend, daß wohl man die Gründe für die Verbesserungen der man ihn als Standard verwenden kann, und es wurde Eigenschaften nicht kennt, wird die nachfolgende Er- io gefunden, daß oberflächenaktive Stoffe mit einem klärung zur Deutung einiger der beteiligten Faktoren Gleichstromwiderstand bei 27° C, der bis zu dreimal als wahrscheinlich angesehen. höher ist als der Widerstand des Stearyldimethyl-

Die Voraussetzung einer elektrischen Leitung durch benzyl-ammoniumchlorids, als Zusätze bei den meisten normalerweise isolierende Massen ist der Transport Isolationsmassen hinreichend sind, eines geladenen Teilchens, entweder eines Ions oder 15 Es müssen jedoch höhere Anteile an anderen obereines Elektrons, durch die Masse. Nur sehr wenig flächenaktiven Stoffen als Stearyldimethylbenzylelektrische Leitung findet in Isoliermassen statt. Falls ammoniumchlorid anwesend sein, um der Isoliereine solche Leitung stattfindet, wird sie hauptsächlich masse vergleichbare Eigenschaften zu verleihen, durch Ionen ermöglicht. Die Zahl der in Isolations- Bereits 0,04 Gewichtsprozent Stearyldimethylbenzylmassen vorhandenen beweglichen Ionen nimmt ex- 20 ammoniumchlorid können eine bedeutende Verbesseponentiell mit der Temperatur zu, und aus diesem rung der Eigenschaften, wie sie in der Isoliermasse Grunde nimmt der Isolierwiderstand von Massen, wie gewünscht werden, vollbringen, während bis zu 5 % z. B. Nylon und Polyvinylchlorid, exponentiell mit der an anderen Zusätzen in die Isoliermasse eingearbeitet Temperatur ab. Viele oberflächenaktive Stoffe stellen werden müssen. Typische Isoliermassen, deren negaionisierte Verbindungen dar, und ihre Zugabe zu einer 25 tiver Temperaturkoeffizient der Impedanz durch Zunormalerweise isolierenden Masse bringt Fremdionen gäbe oberflächenaktiver Stoffe nach dieser Erfindung in diese mit ein. Diese Fremdionen, die zu den bereits steigt, sind Mischpolymerisate des Acrylnitril und in der Masse vorhandenen Ionen zugefügt wurden, er- der Acrylsäureester, Vinylhalogenide, Polyamide niedrigen den Isolierwiderstand der Masse bei einer (Nylon), Polyäthylen, Polypropylen, Polytetrafluorbestimmten Temperatur. Je mehr Ionen zugefügt wur- 3° äthylen und Chlor-trifluoräthylen. Weiter können Isoden, desto niedriger wird der Widerstand bei einer cyanate (Polyurethane), Styrol-Acrylnitril-Mischpolibestimmten Temperatur. Es ist zwar eine gewisse merisate, Styrol-Acrylnitril-Butadien-Mischpolymeri-Tendenz bei Isoliermassen mit oberflächenaktiven sate, Polyester, wie z. B. das Reaktionsprodukt von Stoffen als Zusätzen festzustellen, einen niedrigeren Äthylenglycol und Terephthalsäure, das Polykonden-Widerstand bei allen Temperaturen zu besitzen, da der 35 sationsprodukt von zweibasischen Carbonsäuren und Einfluß der zusätzlichen Ionen sich exponentiell aus- mehrwertigen Alkoholen, Butadien-Acrylnitril-Mischwirkt. Der Zimmertemperaturwiderstand der Massen polymere, Neopren, Butyl-Kautschuk und natürlicher ist nicht erheblich erniedrigt, während der Widerstand Kautschuk Verwendung finden. Die oben angeführten bei hohen Temperaturen zu einer Regelfunktion, die Massen stellen nur Repräsentanten dar. auf der Leitfähigkeit der Isoliermasse beruht, aus- 40 Obwohl Stearyldimethylbenzyl- ammoniumchlorid reichend herabgesetzt ist. das bevorzugte oberflächenaktive Mittel darstellt und

Folgende Anforderungen werden an ein geeignetes Polyvinylchlorid die bevorzugte Isoliermasse, sind

oberflächenaktives Mittel gestellt: andere hinreichende oberflächenaktive Mittel, z. B.

1. Das Material muß eine ausreichende Anzahl von Cetyldimethyläthyl-ammoniumbromid.Alkyl-imidazo-Ionen zur Erniedringung des Widerstandes der 45 linium sowie di-Isobutyl-phenoxyäthoxyäthyldimethyl-Isoliermasse auf die gewünschte Höhe enthalten. benzyl - ammoniumchlorid geeignet. Weiter können

2. Die Menge des benötigten oberflächenaktiven das Natriumsalz des Schwefelsäureesters eines Mittels darf sich nicht ungünstig auf die physi- Alkylphenoxypolyäthanols, das Ammoniumsalz des kaiischen Eigenschaften der Isoliermasse aus- Schwefelsäureesters eines Alkylphenoxypolyäthanols, wirken. 50 das Natriumhexadecylsulfat, Diäthanolamin, Alka-

3. Das oberflächenaktive Mittel muß mit dem Iso- midopolyäthylenglycol, Natriummetasilikat Pentalator, mit dem es gemischt wird, verträglich sein. hydrat, Octadecyl-guanidinsalze des Octadecyls, der

4. Das Mittel darf unter den Bedingungen der Ver- Kohlensäure und des Äthylenoxyds und das Natriumarbeitung und des Gebrauchs nicht erheblich ver- salz der n-Octadecyl-sulfobernsteinsäure verwendet lorengehen oder geändert werden. 55 werden. Diese angeführte Liste von Verbindungen

5. Das Mittel darf im Falle eines innigen Kontaktes soll nur Repräsentanten erwähnen und beansprucht durch Wanderung gegenüber den Leitern nicht keine Vollständigkeit. Oberflächenaktive Mittel, deren korrodierend wirken. Gleichstromwiderstand bei 26,7⁰C (8O⁰F) nicht mehr

Der Gleichstromwiderstand eines oberflächenaktiven als dreimal größer als der des Stearyldimethylbenzyl-

Stoffes ist ein Maß für die in ihm enthaltenen Ionen, ^6o ammoniumchlorids ist und deren negativer Tempe-

ein niedriger Widerstand zeigt eine große Anzahl von raturkoeffizient der Impedanz je 55° C mehr als 45%

Ionen an, durch die die Leitung stattfindet. Außer beträgt, stellen innerhalb des Bereiches von 0,04 bis

einem niedrigen Widerstand sollte ein geeigneter ober- 5 % hinreichende Zusätze dar.

flächenaktiver Stoff einen Temperaturkoeffizienten der Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Heizkörper Impedanz von mehr als 45% je 55°C besitzen, daman 65 können übliche Fabrikationsmethoden angewendet sonst eine entsprechende Menge eines oberflächen- werden. So können z. B. die oberflächenaktiven Mittel aktiven Mittels zufügen muß, um die gewünschten in die Isolationsmassen mit Hilfe eines Mischgerätes Ergebnisse zu erzielen. nach Banbury eingearbeitet werden, und die entEiner der besten oberflächenaktiven Stoffe zur Ver- stehende Masse über einen oder mehrere Heizdrähte wendung als Zusatz ist das Stearyldimethylbenzyl- 70 auf die übliche Weise stranggepreßt werden, Be-

stimmte Massen werden vorzugsweise vor der Einführung in die Strangpreßmaschine auf Walzen bearbeitet.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen typische Konstruktionen von derartigen Heizkörpern. In der Fig. 1 enthält das Bauelement 10 einen vorzugsweise bandähnlichen, blanken Leiter 11, der auf einen biegsamen Strang von Glasfasern, gebündelten Celluloseacetatfäden oder ein anderes biegsames Isolationsmaterial gewickelt ist. Über dem Leiter befindet sich in innigem Kontakt eine z. B. durch Strangpressen hergestellte Schicht eines Überzuges 13 aus der mit 0,5 Gewichtsprozent Stearyldimethylbenzyl-ammoniumchlorid behandelten PoIyvinylchlorid-Isoliermasse oder einer anderen oben beschriebenen Isolationsmasse. Auf die Schicht 13 ist ein blanker Leiter 14, der ebenfalls vorteilhafterweise in Bandform verwendet wird, und darüber eine äußere Isolationsschicht 15 fest aufgewickelt. Diese äußere Schicht wird aus Massen mit guter Isoliereigenschaft und Abriebsfestigkeit ausgewählt, die bei der Verwendung in Decken u. ä. waschbeständig sein sollen. Polyvinylchlorid hat sich hierfür als geeignet erwiesen. Die Kombination des bandähnlichen Leiters 11 und des biegsamen Stranges 12 ist von Vorteil, wenn die Anordnung häufig gebogen wird, wie z. B. in elekirischen Heizdecken oder in Kleidung. Ist kein wiederholten Abbiegen beim Gebrauch notwendig, so kann ein üblicher Volleiter oder eine leitende Litze verwendet und der Strang 12 weggelassen werden.

In der Fig. 2 besteht der Heizkörper 10 a aus den blanken Drähten 16 und 17, die in ihrer Wirkung den bandähnlichen Leitern der Fig. 1 entsprechen, die fest und in parallelem Abstand auf einem biegsamen Isolierstrang 18 aufgewickelt sind. Die thermoempfindliche organische Isoliermasse 19, die z. B. ein Mischpolymeres des Acrylnitrils und eines Acrylsäureester enthält, dem man 5% des Natriumsalzes der n-Octadecylsulfobernsteinsäure zugefügt hatte, wird darüber als Strang oder sonstwie gelegt und soll die Drähte im wesentlichen völlig umhüllen. Wie die Schicht 13 dient die Masse 19 dazu, die Drähte 16 und 17 in einem festen Abstand gegeneinander zu halten. In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist die thermoempfindliche Masse der Schicht 13 durch ihre radiale Dicke gekennzeichnet, während in der Fig. 2 das Widerstandsmaterial eine zwischen den benachbarten Windungen der Drähte 16 und 17 sich erstreckende innere Schicht darstellt. Man überzieht wegen der sicheren Berührung jedes Drahtes mit dem thermoempfindlichen Überzug vorzugsweise das Drahtpaar 16 und 17 mit einer gemeinsamen Schicht der thermoempfindlichen Masse. Es wird weniger bevorzugt, nur

35 einen Draht mit der thermoempfindlichen Masse zu überziehen und den benachbarten Draht fest dagegenzulegen.

In der Fig. 2 spielt die Wanddicke der Schicht 19 keine entscheidende Rolle; es wird nur eine Isolationsschicht zwischen die äußere Atmosphäre und die innere thermoempfindliche Schicht eingeschoben, die sich zwischen den in einem bestimmten Abstand angeordneten Drähten befindet. Es ist sehr wohl einzusehen, daß die Schicht 19 so dick sein kann, daß sie auch als Schutzüberzug für die Anordnung wirkt, und man in diesem Fall eine weitere Isolierschicht 20 weglassen kann. Fig. 3 unterscheidet sich von den Fig. 1 und 2 dadurch, daß sowohl der Heizleiter 21 und auch der Regelleiter 22 zunächst in die thermoempfindliche Masse 23 eingebettet werden, z. B. durch einen Strang, und dann in Spiralen um einen Trägerstrang 24 gewunden werden. Ein äußerer Schutzüberzug 25 wird darüber stranggepreßt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Biegsamer drahtartiger isolierter elektrischer Heizkörper, der auf seine ganze Länge zwei mit Abstand angeordnete metallische Leiter enthält, zwischen denen sich eine Masse befindet, die bei Zimmertemperatur im wesentlichen einen Isolator bildet, bei darüberliegenden Temperaturen aber einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Scheinwiderstandes besitzt und den Temperaturfühler zur Steuerung einer Regeleinrichtung darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß in dieser Masse zur Steigerung des Temperaturkoeffizienten etwa 0,04 bis 5 Gewichtsprozent eines an sich bekannten oberflächenaktiven Mittels eingearbeitet sind, derart, daß das oberflächenaktive Mittel eine Steigerung des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Scheinwiderstandes auf mehr als 45% je 55°C aufweist, wobei der Gleichstromwiderstand bei 27° C nicht mehr als dreimal größer ist als derjenige des Stearyldimethylbenzyl-ammoniumchlorids.

2. Elektrischer Heizdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Isoliermasse Polyvinylchlorid verwendet ist.

3. Elektrischer Heizdraht nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das oberflächenaktive Mittel Stearyldimethylbenzyl-ammoniumchlorid verwendet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 119 431;
»Rubber-Journal« vom 12. Januar 1957, S. 43ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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