DE1127511B

DE1127511B - Process for the production of electrically insulated heating elements

Info

Publication number: DE1127511B
Application number: DEB48775A
Authority: DE
Inventors: William Edward Baldwin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-05-02
Filing date: 1958-05-02
Publication date: 1962-04-12

Description

Verfahren zur Herstellung elektrisch isolierter Heizelemente Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrisch isolierter Heizelemente, die in bekannter Weise aus einer Grundschicht aus elektrisch nichtleitendem Material, einer Einlage aus elektrisch leitendem Material und einer darüberliegenden Deckschicht aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen.Method of making electrically insulated heating elements The invention relates to a method for producing electrically insulated heating elements, which are shown in known manner from a base layer of electrically non-conductive material, a Insert made of electrically conductive material and an overlying cover layer consist of electrically non-conductive material.

Bei einem bekannten derartigen Heizelement werden die Heizleiter in Form von Drähten oder Folien zwischen mit Kunstharz, vorzugsweise hartbarem Phenol-Formaldehyd-Harz oder anderen thermoplastischen Harzen, imprägnierten Faserstoffbahnen eingelegt und unter Anwendung von Hitze zu kompakten Kunststoffplatten gepreßt. Auf Grund der Eigenschaften der verwendeten Kunstharze sind diese Heizelemente nur für Oberflächentemperaturen unter 150° C brauchbar.In a known such heating element, the heating conductors are in Form of wires or foils between with synthetic resin, preferably hardenable phenol-formaldehyde resin or other thermoplastic resins, impregnated fibrous webs inserted and pressed into compact plastic sheets with the application of heat. Because of Due to the properties of the synthetic resins used, these heating elements are only suitable for surface temperatures usable below 150 ° C.

Gemäß einem anderen bekannten Verfahren werden als Umhüllungen der Heizleiter Kunststoffe auf der Basis Polyvinylchlorid mit entsprechenden Weichmachern, ebenso Copolymere und Molekülketten mit Vinylchlorid oder Vinylidinchlorid und Derivate von Polyäthylen und ähnliche Stoffe verwendet, die einen relativ niedrigen Schmelzpunkt haben. Bei diesem Verfahren wird der Heizleiter durch Einbringen von Kohlepulver in eine Schicht feuerfesten Plastikmaterials hergestellt. Das hat den Nachteil, daß die Gefahr besteht, daß Kohleteilchen von dem Plastikmaterial vollkommen umschlossen werden und dadurch örtlich ein unzulässig hoher Widerstand des Heizleiters entsteht. Nach diesem Verfahren hergestellte Heizleiter sind für höher belastete Heizelemente nicht brauchbar.According to another known method, the wraps Heating conductors Plastics based on polyvinyl chloride with appropriate plasticizers, likewise copolymers and molecular chains with vinyl chloride or vinylidine chloride and derivatives Used by polyethylene and similar substances, which have a relatively low melting point to have. In this process, the heating conductor is made by introducing carbon powder made in a layer of refractory plastic material. That has the disadvantage that there is a risk that coal particles are completely enclosed by the plastic material and this creates an inadmissibly high resistance of the heating conductor locally. Heating conductors manufactured according to this process are for heating elements that are subject to higher loads not usable.

Die Erfindung-tat es sich-zum Ziel gesetzt, ein wirtschaftliches - ,Verfahren zur Herstellung von wasserdichten und leichten elektrischen I-Ieizelementen von beliebiger Gestalt zu schaffen, die eine Erwärmung bis zu 350° C ertragen und einen--- hohen-Grad von Gleichmäßigkeit des spezifischen.Wider' standes über den ganzen Heizleiter aufweisen'-Dieses -~----Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Grundschicht aus Glasfasergewebe mit wärmehärtendem Siliconharz imprägniert wird, auf die eine Vielzahl von sehr dünnen Lagen von kolloidalem Graphit, suspendiert in einem flüssigen Träger, mit zwischengeschalteter Trocknung mit Hilfe einer Druckwalze aufgedruckt und mit einer mit demselben Siliconharz imprägnierten Glasfaserschicht abgedeckt wird, worauf das Ganze durch Erhitzung unter Druck ausgehärtet wird.The invention - it did it - set itself the goal of creating an economic - , Process for the production of waterproof and light-weight electrical heating elements of any shape that can withstand heating up to 350 ° C and a --- high degree of uniformity of the specific resistance over the whole heating conductor have'-This - ~ ---- goal is thereby achieved according to the invention achieved that the base layer of fiberglass fabric with thermosetting silicone resin is impregnated, on which a multitude of very thin layers of colloidal graphite, suspended in a liquid carrier, with intermediate drying with the aid printed on a pressure roller and impregnated with one with the same silicone resin Glass fiber layer is covered, whereupon the whole thing cured by heating under pressure will.

Durch das Aufbringen des Graphits mit Hilfe der Druckwalze wird eine hohe Gleichmäßigkeit des spezifischen Widerstandes über die ganze Fläche gewährleistet. Die Kohleschichten können auf mehrere voneinander getrennte Flächenteile aufgedruckt werden, die durch aufgespritzte Metallstreifen, z. B. aus Zink, verbunden werden können. Solche aufgespritzten Metallbeläge können auch als Stromzuleitungen zu den Kohleschichten Verwendung finden.By applying the graphite with the help of the pressure roller, a ensures high uniformity of the specific resistance over the entire surface. The carbon layers can be printed on several separate surface parts are made by sprayed-on metal strips, e.g. B. made of zinc can. Such sprayed-on metal coverings can also be used as power supply lines to the Find coal layers use.

Die Heizelemente gemäß der Erfindung sind nicht nur als Heizplatten für Innenwände, Decken oder Flure von Gebäuden oder zur Heizung von Schiffen, Schienenfahrzeugen, Flugzeugkabinen, Gewächshausein, Acker- und Gartenböden usw., sondern auch durch ihre höhere thermische Belastbarkeit insbesondere für Wasserkocher, Sterilisierapparate, wirksame Enteisungsvorrichtungen für Flugzeuge und andere Zwecke verwendbar. -Die Erfindung_ wird an Hand der-Zeichnung beispielsweise dargetellt und im einzelnen erläutert... Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein elektrisches Heizelement- gemäß der Erfindung; ;,. .'Fig.:2:ist ein Schnitt II-II der Fig. 1.The heating elements according to the invention are not only available as heating plates for interior walls, ceilings or corridors of buildings or for heating ships, rail vehicles, Airplane cabins, greenhouses, arable and garden floors, etc., but also through their higher thermal load capacity, especially for kettles, sterilizers, effective de-icing devices usable for aircraft and other purposes. -The Invention_ is illustrated, for example, and in detail with reference to the drawing explains ... Fig. 1 is a section through an electrical heating element according to the Invention; ;,. . 'Fig.: 2: is a section II-II of FIG.

-In- den -Figuren ist ein elektrisch isoliertes Heizelement dargestellt, das aus einer Grundschicht 1 aus Glasfaser, die mit warmhärtbarem Siliconharz imprägniert ist, aus mehreren schichtartigen Einlagen 2 aus Kohle, vorzugsweise Graphit, und einer Deckschicht 3 aus Glasfaser, die mit Kunstharz imprägniert ist, besteht. Die Deckschicht 3 überdeckt und verbindet die Grundschicht 1 und die Einlagen 2 miteinander. Die Einlagen 2 erstrecken sich über bestimmte, im Abstand voneinander liegende Flächen und sind durch Metallstreifen 4; beispielsweise aus Zink, elektrisch in Reihen untereinander verbunden. Weitere Metallstreifen §; beispielsweise aus Zink, stehen in elektrischer Verbindung mit den Enden der äußeren Einlagen 2, um als Stromzuführungen zu dienen..In the figures an electrically isolated heating element is shown, that consists of a base layer 1 made of glass fiber, which is impregnated with thermosetting silicone resin is, from several layer-like deposits 2 made of carbon, preferably graphite, and a cover layer 3 made of fiberglass which is impregnated with synthetic resin. the Cover layer 3 covers and connects the base layer 1 and the inserts 2 to one another. The inserts 2 extend over certain, spaced apart surfaces and are through metal strips 4; for example made of zinc, electrically in rows one below the other tied together. More metal strips §; for example from zinc, stand in electrical connection with the ends of the outer inserts 2 to act as power supplies to serve..

Für die- Herstellung solcher Heizelemente nach der Erfindung wird das Glasfasergewebe.sorgfältig durch. Hitze .gereinigt und mit warmhärtbarem Siliconharz imprägniert: Kohle wird danach auf das gereinigte Glasfasergewebe, beispielsweise auf, bestimmte Flächen 2, wie in Fig. 2 dargestellt, -aufgebracht. Als Kohlebelag dient kolloidaler Graphit, der durch eine Druckwalze in Form einer wäßrigen Suspension aufgedruckt wird. Die Suspension kann aus 200 g des handelsüblichen kolloidalen Graphits, der 18"/o feste Bestandteile aufweist, und 1600 g Wässer, die während einer Stunde miteinander verrührt sind, bestehen. Um einen gleichmäßig verteilten elektrischen Widerstandswert zu erreichen, werden verschiedene aufeinanderfolgende Lagen mit zwischengeschalteter sorgfältiger Trocknung aufgebracht. Sechs aufeinanderfolgende Lagen, die einen Widerstand von ungefähr 50 Ohm je Fläche ergeben (50 Ohm zwischen den gegenüberliegenden Seiten einer Fläche); haben sich als zweckmäßig erwiesen. Die Metallstreifen 4 und 5 werden dann auf die Grundschicht l aufgebracht und überlappen die Einlagen 2. Diese verbindenden Metallstreifen 4 und 5 können aus Zink bestehen und werden aufgesprüht.For the production of such heating elements according to the invention, the glass fiber fabric is carefully carried out. Heat .gereinigt and impregnated with thermosetting silicone resin: carbon is then on the cleaned glass fiber fabric, for example, certain areas 2, as shown in Figure 2, -aufgebracht.. Colloidal graphite is used as the carbon coating and is printed on by a pressure roller in the form of an aqueous suspension. The suspension can consist of 200 g of the commercially available colloidal graphite, which has 18 "/ o solid constituents, and 1600 g of water, which are stirred together for one hour Six successive layers which give a resistance of approximately 50 ohms per surface (50 ohms between opposite sides of a surface) have been found to be useful. The metal strips 4 and 5 are then applied to the base layer 1 and overlap them Deposits 2. These connecting metal strips 4 and 5 can consist of zinc and are sprayed on.

Die mit den Einlagen 2 und den Metallstreifen 4 und 5 versehene Grundschicht 1 wird dann durch eine Schicht 3 aus imprägniertem Glasfasergewebe bedeckt. Die Deckschicht 3 wird; wie Fig. 1 zeigt, über die Grundschicht und die Einlagen gelegt und mittels ausgehärtetem warmhärtbarem Siliconharz damit verbunden. Eine Lösung eines bekannten Siliconharzes in Xylol mit 661% : Feststoffen hat sich als zweckmäßig erwiesen sowohl für die Imprägnierung der Grundschicht 1 und der Deckschicht 3 als auch für die Verbindung beider. Das Harz kann, nachdem es ungefähr 30 Minuten in der Luft getrocknet worden ist; unter einem Druck von etwa 1 kg/cm2 bei einer Temperatur von wenigstens 175° C in 30 Minuten ausgehärtet werden: Die Abkühlung erfolgt unter Druck und die nachfolgende Alterung 16 Stunden bei 90° C, dann 6 Stunden bei 2001 C und schließlich 2 Stunden bei 250° C. Wenn das Heizelement eine besondere Krümmung, z. B. in Anpassung an die Flügelkante eines Flugzeuges erhalten soll, kann das zusammengelegte oder noch nicht ausgehärtete Element in eine passende Form gelegt werden und dort unter Druck bei einer entsprechenden ; Temperatur und in der angegebenen Zeit ausgehärtet werden. Solch ein Heizelement, das aus einer Grundschickt 1 aus siliconharzimprägniertem Glasfasergewebe und einer Deckschicht aus gleichartig im-.prägniertem° Glasfasergewebe besteht, ist imstande, besonders hohe Temperaturen zu erreichen und auszuhalten, ist vollständig wasserdicht und besonders stabil.The base layer provided with the inserts 2 and the metal strips 4 and 5 1 is then covered by a layer 3 of impregnated fiberglass fabric. the Top layer 3 is; as Fig. 1 shows, placed over the base layer and the deposits and bonded thereto by means of cured thermosetting silicone resin. A solution a known silicone resin in xylene with 661%: solids has been found to be useful proven both for the impregnation of the base layer 1 and the top layer 3 as also for the connection of both. The resin can after it has been in for about 30 minutes has been air dried; under a pressure of about 1 kg / cm2 at a temperature of at least 175 ° C in 30 minutes: The cooling takes place under Printing and the subsequent aging 16 hours at 90 ° C, then 6 hours at 2001 C and finally 2 hours at 250 ° C. If the heating element has a particular curvature, z. B. should be adapted to the wing edge of an aircraft, the collapsed or not yet cured element can be placed in a suitable mold and there under pressure at a corresponding; Temperature and cured in the specified time will. Such a heating element, which consists of a basic layer 1 of silicone resin impregnated Glass fiber fabric and a cover layer made of similarly impregnated glass fiber fabric is able to reach and withstand particularly high temperatures, is completely waterproof and particularly stable.

Die beschriebenen Heizelemente können so ausgeführt werden, daß sie einen sehr kleinen Widerstand haben und mit ungefähr 3,1 W/em2 belastet werden können, was zur Enteisung eines Flugzeuges bei 60 bis 80° C unter Null ausreicht; wenn in der Stromzufuhr zum Element eine thermostatische Regelung vorgesehen ist, die den Strom unterbricht, wenn das Element eine Temperatur von ungefähr 60° C erreicht.The heating elements described can be designed so that they have a very low resistance and can be loaded with about 3.1 W / em2, what is sufficient to de-icing an aircraft at 60 to 80 ° C below zero; if in the power supply to the element a thermostatic control is provided that the Current interrupts when the element reaches a temperature of approximately 60 ° C.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for the production of electrically insulated Heating elements comprising a carbon layer on an insulating base layer plastic-impregnated fiberglass fabric and a cover layer made of the same material; characterized in that the base layer of glass fiber fabric with thermosetting Silicone resin is impregnated onto which a multitude of very thin layers of colloidal Graphite suspended in a liquid carrier with intermediate drying, printed with the help of a pressure roller and impregnated with one with the same silicone resin Glass fiber layer is covered, whereupon the whole thing cured by heating under pressure will.

2. The method according to claim 1, characterized in that two separate metal coverings, z. B. made of zinc, on the base layer in electrical connection with the carbon layer are sprayed on so that they serve as power lines.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon layers on several of each other separate surface parts are printed and that metal strips, for. B. made of zinc, are sprayed onto the base layer in such a way that they adjoin the adjacent carbon deposits associate.