DE1141737B - Verfahren zur Herstellung von flachen elektrischen Heizelementen fuer hohe Temperaturen bis zu 600°C und nach dem Verfahren hergestelltes elektrisches Heizelement - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von flachen elektrischen Heizelementen für hohe Temperaturen bis zu 600° C und nach dem Verfahren hergestelltes elektrisches Heizelement Es sind gekapselte elektrische Heizelemente bekannt, welche von einem elektrischen Widerstandsdraht gebildet sind. Bei diesen bekannten Heizelementen ist der Metalldraht in Form einer Schraubenwendel gewickelt und in der Achse eines metallischen Schutzrohres untergebracht. Der Hohlraum zwischen dem Draht und der Innenwand des Rohres ist durch ein Isolierpulver gefüllt, z. B. mit Magnesiumoxyd. Diese bekannten Heizelemente haben infolge ihrer Bauart gewisse Nachteile. Aus Gründen der Fabrikationserleichterung und des Herstellungspreises macht man ihren Durchmesser einschließlich der Verkapselung kaum größer als 10 mm. Die Einbringung des Isolierpulvers zwischen die Drahtspiralen und die Verkapselung ist verhältnismäßig umständlich durchzuführen; in vielen Fällen muß ein verhältnismäßig großer Abstand zwischen der Drahtspirale und der Innenwand des Rohres gelassen werden, da sonst die Einführung, genannt Stopfung, des Isoliermaterials auf Schwierigkeiten stößt. Es ergibt sich deshalb in vielen Fällen ein Durchmesser der Heizelemente, der sehr viel größer ist, als der durch die Isolationsforderungen bedingte Durchmesser; dieser überhöhte Durchmesser bringt eine erhebliche Absorption mit sich, und die Ausstrahlung wird bei einem Material, dessen thermischer Transmissions-Koeffizient an sich schon sehr niedrig ist, noch weiter verringert. Die weitere Folge ist eine starke Erhöhung der Heizdrahttemperatur. Daneben ist die Herstellung dieser bekannten Elemente auch insofern umständlich, als die schraubenwendelförmigen Heizdrähte während der Einführung des Isolationsmaterials in der Rohrachse gehalten werden müssen.
• Da der Durchmesser dieser bekannten, als Rohrheizkörper bezeichneten Heizelemente sehr gering ist, kann eine bestimmte Leistungsaufnahme also nur durch Verlängerung des Heizelementes erreicht werden. Häufig müssen die Heizelemente aufgeteilt und dann den Aufnahmeräumen angepaßt werden, für die sie bestimmt sind. Oft läßt sich aber die Anpassung der Heizelemente in die vorhandenen Heizräume überhaupt nicht oder nur unter erheblichem Arbeitsaufwand durchführen.
• Daneben sind auch bereits Heizwiderstände und Anlaufwiderstände bekanntgeworden, bei denen Heizdrähte in Form voneinander beabstandeter Spiralen auf einen Steatitkörper aufgewickelt sind. Über diesen Spiralen liegt eine unter hohen Temperaturen gebrannte Emailleschicht.
• Es ist auch bereits bekannt, elektrische Heizwiderstände auf Holz zu drucken. Holz kann aber nicht als hitzebeständig angesehen werden und ist deshalb für Heizwiderstände hoher Temperaturen als Unterlage ungeeignet.
• Infolge der hohen Temperatur, bei welcher viele Heizkörper arbeiten sollen, kommen als Träger für die Widerstände nur hitzebeständige Materialien in Frage. Das Drucken der Widerstände auf Asbest-, Glimmerplatten oder Glasfaservliese ist jedoch nicht möglich.
• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung flacher elektrischer Heizelemente für hohe Temperaturen bis zu 600° C, bei denen der aus Metall bestehende Heizleiter in einem isolierenden, wärmeleitenden, hitzebeständigen und vorwiegend eine anorganische Masse wie Glasfaser, Quarz, Asbest, Schiefer oder Glimmer enthaltenden Material eingebettet ist.
• Es hat sich gezeigt, daß es unmöglich oder nur sehr schwer möglich ist, auf derartige anorganische Massen Heizleiter nach dem modernen Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen aufzutragen. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, nach dem die sehr zweckmäßigen Maßnahmen bei der Herstellung gedruckter Schaltungen auch für die Erzeugung von Heizelementen hoher Temperatur nutzbar gemacht werden können. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nach dem an sich bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen der vollständig aus Metall bestehende Widerstand auf eine Hilfsfolie aus wärmeempfindlichem, bei hoher Temperatur sich zersetzendem Isoliermaterial aufgedruckt wird und daß die bedruckte Hilfsfolie unter Wärme- und Druckeinwirkung in das elektrisch isolierende, wärmeleitende und hitzebeständige anorganische Material eingebettet wird, wobei dann die Hilfsfolie als solche verschwindet.
• Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen angegeben.
• Das Heizelement kann in an sich bekannter Weise zu einem rohrförmigen Wickel aufgerollt werden; seine Außenfläche kann gleichzeitig, ob sie $ach oder gerollt ist, in ebenfalls an sich bekannter Weise durch Begießen oder Besprühen mit einem metallischen überzug versehen werden.
• Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es stellt dar Fig. 1 einen Verfahrensausschnitt des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Heizelement.
• In Fig.1 erkennt man eine erste als Hilfsfolie dienende Isolierfolie 1 aus wärmeempfindlichem, im. Verlauf der thermischen Behandlung verschwindendem Material. Auf dieser Hilfsfolie 1 ist ein Heizwiderstand 2 aufgedruckt. Der Heizwiderstand 2 ist durch eine zweite Isolierfolie 3 aus hitzebeständigem Material abgedeckt, welche nach Fertigstellung des Heizelementes den Isolierkörper bildet. Die beiden Folien und der gedruckte Widerstand werden zusammen gewickelt und ergeben dabei das bei 4 in Fig. 1 dargestellte Heizelement; das noch einer Wärme- und Druckeinwirkung ausgesetzt wird.
• Gemäß Fig. 2 ist eine Folie 5, auf welche ein Widerstand 6 nach dem in Fig. 1 erläuterten Verfahren aufgebracht ist, auf einen Kern 7 gewickelt. Der Kern 7 ist von einem Metallrohr mit rechteckigem Querschnitt gebildet. Mehrere solche Wickel sind in einer Reihe angeordnet und bilden zusammen eine Heizwand.
• Die Folien mit dem gedruckten Widerstand können natürlich auch auf einem Kern aufgewickelt werden, der von einer Stange oder einem Rohr beliebiger anderer Form gebildet ist. Die Verwendung von Rohren als Kern ermöglicht es, im Falle der Bildung der Heizwand eine Heißluftzirkulation zu erzeugen, derart, daß das Heizelement durch Strahlung und Konvexion Wärme abgibt. Besteht eine Heizwand aus mehreren Elementen, so können diese in Serie oder sonstwie geschaltet sein. Jedem Element ist ein Anschluß zugeordnet, und es ist gleichgültig, ob diese Anschlüsse, an beiden Enden angebracht sind oder auf der-.gleichen Seite; die Anschlüsse gestatten es, die Leistung der Heizung zu regeln.
• Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also, wie an Hand der Fig.1 bereits erläutert wurde; darin, daß auf die nicht hitzebeständige Hilfsfolie 1 zunächst ein gedruckter Heizwiderstand 2 aufgebracht wird; anschließend wird die nicht hitzebeständige Folie 1 mit einer hitzebeständigen Folie 3 vereinigt, wobei der gedruckte Heizwiderstand zwischen diese beiden Folien zu liegen kommt. Wenn die beiden Folien 1 und 3 unter Druck- und Wärmeeinwirkung miteinander vereinigt werden, so verschwindet die Folie 1. Durch Aufwickeln der miteinander vereinigten Folien 1 und 3 entsteht der in Fig. 1 dargestellte Wickel 4.
• Das Drucken des Heizwiderstandes erfolgt nach einem der bekannten Schaltungsdruckverfahren, z. B. aus Kupfer, Silber, Nickel, Chrom oder einer Legierung.
• Für die hitzebeständige, wärmeleitende, isolierende Masse kommen vorzugsweise anorganische Stoffe in Frage, z. B. synthetischer Glimmer.
• Die Verwendung von Kunststoffen, welche bis zu 600° C vertragen, läßt es zu, die Heizkörper nach einem der bekannten Verfahren zu metallisieren, etwa durch Begießen oder Bespritzen des Heizkörpers mit Metall. Ein metallischer überzug gewährleistet einen mechanischen Schutz, eine bessere Wärmeabfuhr und einen Schutz gegen Flüssigkeitseinwirkung etwa für den Fall, daß die Heizkörper für die Erwärmung von Wasser, Öl od. dgl. oder aber für die Verwendung unter Tropenbedingungen bestimmt sind. Es lassen sich erfindungsgemäß Heizkörper von sehr kleinem Durchmesser bis zu erheblichem Durchmesser herstellen. Man kann Heizelemente in Ringform und in Hohlzylinderform erzeugen, welche den Wärmeübergang besonders begünstigen oder solche, die die Bedingungen eines ideal schwarzen Körpers erfüllen. Bei den erfindungsgemäß hergestellten Heizelementen ist sowohl die Innenfläche als auch die Außenfläche wirksam, was bei den bekannten verkapselten Heizelementen nicht der Fall ist.
• Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten elektrischen Heizelemente können flach oder beliebig gekrümmt ausgebildet sein, wobei die Isolierwandstärke auf das durch die Isolationsforderungen bestimmte Minimum reduziert ist. Auch solche Formen von Heizkörpern können mit Metall begossen oder bespritzt werden und erhalten durch den Metallüberzug eine erhöhte Festigkeit. Außerdem lassen sich aus Metall auf den Heizkörpern Rippen, Kühlflügel, Auflagerelemente, Befestigungsflansche u. dgl. erzengen.
• Die Verwendung gedruckter Widerstände bietet gegenüber Widerstandsdrähten noch weitere Vorteile. Da der gedruckte Heizwiderstand flächig ist und mit seiner Strahlungsfläche in beliebige Lage gebracht werden kann, ist eine gerichtete Wärmeabstrahlung von großer Oberfläche möglich, so daß ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden kann als bei Heizelementen mit gewöhnlichem Widerstandsdraht; dadurch verringert sich letzten Endes der Strombedarf.
• Die Möglichkeit, den erfindungsgemäß hergestellten Heizelementen die verschiedensten Raumformen zu geben, gestattet es, die verfügbaren Heizflächen aufs beste auszunützen. Es wird hier beispielsweise auf elektrische Bügeleisen hingewiesen. Ein weiterer Vorteil ist es, daß die Anschlüsse auf einfache und wirksame Weise ohne Lötstellen hergestellt werden können. Die Bildung von Zwischenanschlüssen ist sehr einfach, so daß elektrische Geräte; die mit erfindungsgemäßen Heizelementen ausgerüstet sind, ohne weiteres für verstellbare Leistungsaufnahmen gebaut werden können.
• Auch ist es viel einfacher als bei bekannten Widerstandsdrähten, den Widerstandswert linear zu verändern, z. B. bei langen Röhren. Es lassen sich Heizkörper erzeugen, bei denen in bestimmten Zonen die Wärmestrahlung stark und in anderen die Wärmestrahlung weniger stark ist. Dies ist z. B. bei Heizkörpern für elektrische Kochplatten von erheblichem Interesse, da die Wärmestrahlung den verschiedenen Durchmessern der Kochtöpfe angepaßt werden kann.
• Schließlich lassen sich nach dem Schaltungsdruckverfahren selbstinduktionsfreie Heizwiderstände herstellen.
• Gedruckte Schaltungen in einem isolierenden Glimmerkunststofi; ergeben eine hohe infrarote Strahlungsausbeute, wenn auf die metallische Verkapselung verzichtet wird.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von flachen elektrischen Heizelementen für hohe Temperaturen bis zu 600° C, bei denen der aus Metall bestehende Heizleiter in einem isolierenden, wärmeleitenden, hitzebeständigen und vorwiegend eine organische Masse wie Glasfaser, Quarz, Asbest, Schiefer oder Glimmer enthaltenden Material eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem an sich bekannten Verfahren zur Herstellung gedruckter Schaltungen der vollständig aus Metall bestehende Widerstand auf :eine Hilfsfolie (1) aus wärmeempfindlichem, bei hoher Temperatur sich zersetzendem Isoliermaterial aufgedruckt wird und daß die bedruckte Hilfsfolie (1) unterWärme- und Druckeinwirkung in das elektrisch isolierende, wärmeleitende und hitzebeständige anorganische Material (Isolierfolie 3) eingebettet wird, wobei dann die Hilfsfolie (1) als solche verschwindet.
2. 2. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestelltes elektrisches Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement in bekannter Weise zu einem rohrförmigen Wickel aufgerollt ist und/oder seine Außenfläche in ebenfalls bekannter Weise durch Begießen oder Besprühen mit einem metallischen Überzug versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 828126, 839 539; schweizerische Patentschrift Nr. 218 846.