DE1810208A1 - Elektrische Heizeinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

• " Elektrische Heizeinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung" Priorität : 24. November 1967, Großbritannien Anmelde-Nr.: 53691/67 Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
• Elektrische Heizeinrichtungen der hier angesprochenen Art bauen sich in ihrer herkömmlichen Ausführungsform aus vier Komponenten auf, nämlich einem elektrischen Heizelement, einem dieses Heizelement tragenden metallischen Rahmen, einem äußeren Blechgehäuse, mit welchem dieser Rahmen fest verbunden ist und welches einen Zugriff zu dem Heizelement verhindert, und einer Isolierschicht zwischen diesem Gehäuse und dem metallischen Rahmen, welche eine Berührung des Heizelementes mit dem Gehäuse verhindert. Elektrische Heizeinrichtungen dieser Art, welche meistenteils plattenförmig gestaltet sind, sind in ihrem Aufbau, wie ohne weiteres erkennbar, äußerst verwickelt, sie sind teuer und'relativ schwer und weisen darüber hinaus den Nachteil auf, daß alle ihre metallischen Teile insbesondere im Betrieb korrosionsanfällig sind. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei einem eventuellen Brechen der Isolierschicht infolge einer Stoßeinwirkung auf das äußere Gehäuse das elektrische Heizelement in Berührung mit dem Gehäuse kommen kann und dieses leitfähig macht.
• Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde deshalb bereits für elektrische Heizeinrichtungen der hier angesprochenen Art vorgeschlagen, die elektrischen Heizelemente in mit Glasfasern verstärktes Kunstharz einzubetten. Da ein solches Kunstharz jedoch nur eine begrenzte Wärmewiderstandsfähigkeit aufweist und es demzufolge für eine Verkohlung anfällig ist und leitfähig wird, wenn bestimmte Temperaturgrenzen überschritten werden, können solche Heizeinrichtungen nur Verwendung finden, wenn die mit ihnen erzeugten Temperaturen relativ niedrige Werte aufweisen.
• Es wurde nun im Rahmen der vorliegenden Erfindung, die sich mit Problemen der hier angesprochenen Art befaßte, überraschend gefunden, daß wesentlich verbesserte Ergebnisse erzielt werden können, wenn man das elektrische Heizelement solcher Heizeinrichtungen in eine aushärtbare Masse einbettet, die aus einem Gemisch aus Wasserzement und einem nicht brennbaren synthetischen Fasermaterial besteht. Dabei empfiehlt sich insbesondere die Verwendung eines Zements mit einem hohen Aluminiumgehalt und die Verwendung von Glasfasern. Verfährt man erfindungsgemäß, dann erhält man eine elektrische Heizeinrichtung, welche feuerfest, steif, elektrisch isolierend und thermisch ausreichend leitfähig ist und welche die Eigenschaft einer niedrigen Wasserabsorption besitzt. Bei entsprechender Wahl des elektrischen Heizelementes ergibt sich für die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung eine Vielzahl von Verwendungszwecken, indem es auf einfachste Art und Weise ermögli cht wird, solchen Heizeinrichtungen eine erwünschte Formgebung zu geben, die erfindungsgemäßen Heizeinrichtungen eignen sich insbesondere für Haushalts- und industrielle Zwecke. So können die erfindungsgemäßen Heizeinrichtungen beispielsweise in Wände oder in Decken, letzteres zum Zwecke einer Bodenheizung, eingelegt werden, sie können auch in den Straßenunterbau eingelegt werden oder sie können im Geleisbau für die örtliche Erwärmung von Weichen Verwendung finden. Die Einbettung des Heizelementes in die erhärtbare Masse kann so vorgenommen werden, daß der Heizeinrichtung eine ausreichende Steifheit aufgegeben wird, so daß man ohne jegliches metallisches Rahmenwerk auskommt und es trotzdem möglich ist, die Heizeinrichtung beispielsweise an der Wand eines Raumes zu befestigen, welcher erwärmt werden soll.
• Das für die erfindungsgemäße Heizeinrichtung zur Verwendung kbmmende elektrische Heizelement sollte vorzugsweise ein solches sein, welches während der Herstellung der Heizeinrichtung durch das Erhärten des Wasserzements nicht schädlich beeinflußt wird. Elemente, die sich hier besonders eignen, sind nicht brennbare, anorganische Stoffe oder Gewebe, die mit Graphit imprägniert oder mit Kohlenstoff iiberzogen sind, wie beispielsweise biegsames, mit Graphit imprägniertes Glastuch oder ein mit Kohlenstoff überzogenes Element aus Glasfasern. Es eignen sich jedoch auch andere Elemente, wie beispielsweise drahtbewehrte keramische Elemente, Heizelemente aus einem Metallgewebe, Heizkabel, wie beispielsweise das unter dem Warennamen "Pyrotenax" vertriebene, drahtbewehrte, röhrenförmige Metallelemente mit einer Füllung aus Is olations pulver und Einwe g - Strahlung sheizung- Elemente.
• Der erfindungsgemäß zur Verwendung kommende Wasserzement ist vorzugsweise ein solcher mit einem hohen Aluminiumgehalt, und zwar eignet sich in diesem Zusammenhang insbesondere ein solcher Zement, der in Großbritannien durch Verschmelzen von Bauxit und Kalkstein in einem Flammofen hergestellt wird. Als Wasserzement kann jedoch auch Gips Verwendung finden. Zwei Zemente mit hohem Aluminiumgehalt, die sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders eignen, sind in Großbritannien unter den Warennamen "Ciment Fondu" und "Lightning" zu erhalten. Diese Zement haben eine Zusammensetzung, welche sich in folgenden Grenzen bewegt: Gew. -Al2°3 38 - 40 CaO 36 - 39 Fe 203 8 - 10 FeO 5- 7 SiO2 4- 5 TiO2 MgO 1/2 1 Schwefel enthaltende Verbindungen ß 0, 3 (ausgewertet als Schwefel- Trioxyd).
• Als nicht brennbares, synthetisches Fasermaterial eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Glasfasern, und zwar vorzugsweise solche, hergestellt aus E-Glas, das auch als Borsilikat-Glas bekannt ist. Die Glasfasern können in jeder beliebigen Art und Weise Verwendung finden, also so, wie sie im Handel zu erhalten sind, also beispielsweise in gespaltener oder zerhackter Form, usw.
• Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung läßt sich dadurch in einfacher Art und Weise herstelien, daß man in eine entsprechend geformte Form mit wasserundurchlässiger Auskleidung, beispielsweise in eine Form aus Gummi oder Stahl, eine Schicht von breiigem Wasserzement einbringt, daß man dann auf diese Schicht eine Matte aus zerkleinerten Glasfasern auflegt, diese Matte wiederum bedeckt mit einer weiteren Schicht aus Zementbrei, auf welche Schicht man nunmehr das elektrische Heizelement auflegt, dieses Element wird nun wiederum abgedeckt mit einer weiteren Schicht aus Zementbrei und einer Matte aus zerkleinerten Glasfasern, auf welche man dann schließlich nach einem zwischenzeitlichen Verdichten noch eine Schicht aus Zementbrei aufbringt. Dem so erhaltenen Sandwich-Gefüge wird nunmehr Gelegenheit gegeben, in der Form auszuhärten. Es ist dabei vorteilhaft, die außenliegende Schicht mit einer undurchlässigen Platte, beispielsweise aus Polyäthylen,abzudecken, womit bezweckt wird, daß das Wasser in dem Zementbrei während des Aushärtens zurückgehalten wird. Falls erforderlich, können weitere Schichten aus Zementbrei und weitere Matten aus zerkleinerten Glasfasern beidseitig des elektrischen Heizelementes angeordnet werden, was von der erwünschten Größe der elektrischen Heizeinrichtung abhängig ist.
• Es kann vorteilhaft erscheinen, in die äußeren Zementschichten eine geringe Menge an Glasfasern einzubetten,um diesen damit eine vergrößerte Festigkeit zu verleihen.
• Anstelle des vorerwähnten Herstellungsverfahrens lassen sich die elektrischen Heizeinrichtungen nach der Erfindung auch beispielsweise dadurch herstellen, daß man in eine Form geeigneter Formgebung ein Gemisch aus Zementbrei und zerkleinerten Glasfasern mittels einer geeigneten Spritzeinrichtung einsprüht, um damit in der Form eine Schicht aus Zement und Glasfasern zu bilden, daß man dann auf diese Schicht das elektrische Heizel ement auflegt und danach eine weitere Schicht aus Zementbrei und Glasfasern auf das Heizelement aufsprüht und dem so gebildeten Sandwich-Gefüge Gelegenheit gibt, in der Form auszuhärten.
• Anstelle einer Form herkömmlicher Ausführung für die Herstellung elektrischer Heizeinrichtungen ist es auch möglich, eine Filterpresse geeigneter Formgebung zu verwenden, welcher man dann Zementbrei und zerkleinerte Glasfasern zuführt und bei welcher man das elektrische Heizelement an geeigneter Stelle anordnet.
• Dem Zement wird in vorteilhafter Art und Weise Sand beigegeben, weil Sand dazu beiträgt, beim Aushärten des Zements in der Form die Ausdehnung des Zements zu reduzieren, wodurch gleichzeitig erreicht wird, daß das Bestreben des ausgehärteten Zements , zu brechen, unterdrückt wird.
• Verwendet man Sand bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung, so ist es vorteilhaft, in die Form zunächst Wasser einzubringen und dann ein Gemisch aus Wasserzement, Sand und zerkleinerte Glasfasern, bis die Form etwa halb gefüllt ist, danach wird dann das elektrische Heizelement in die Form eingebracht und auf dieses wird dann wiederum Wasser und das Gemisch aufgebracht, bis die Form voll ausgefüllt ist. Dem so erhaltenen Sandwich-Gefüge wird dann Gelegenheit gegeben, in der Form auszuhärten.
• Beispiel 1 Es wurde eine trogförmge Holzform mit den Innenabmessungen von etwa 915 x 610 x 13 mm mit einer Schicht aus flüssigem Polyesterharz und Glasfasern ausgekleidet, um die Form wasserundurchlässig zu machen. Der Polyester-Auskleidung wurde eine geriffelte Oberfläche gegeben, um die Oberfläche der herzustellenden Heizeinrichtung geriffelt auszubilden. Die Form wurde zusätzlich an ihrer Unterseite durch Bauholz versteift und ihre Innenwandflächen wurden mehrmals mit einem wasserwiderstandsfähigen Firnis überstrichen, um die Form damit mit Sicherheit wasserundurchlässig zu machen.
• Die so vorbereitete Form wurde nunmehr iiber ihre Innenwandflächen mit einer Schicht aus Bienenwachs belegt, um dadurch ein Lösen des ausgehärteten Produktes zu erleichtern. Daran anschließend wurde in die Form ein Zementbrei in einer Schicht von etwa 3 mm eingebracht, der durch ein Mischen von 9, 85 kg Ciment Fondu, 4, 42 kg Sand und 1, 695 kg Wasser hergestellt wurde. Auf diese Schicht wurden auf eine Länge von etwa 6,35 mm zerkleinerte E-Glasfasern aufgestreut, auf welche dann eine Matte aus zerkleinerten Glasfasern der Abmessungen von etwa 915 x 610 mm aufgelegt wurde. Diese Matte wurde in den Zementbrei eingewalzt. Anschließend wurde dann die Form bis etwa zur Hälfte ihrer Tiefe mit einer weiteren Schicht aus Zementbrei aufgefüllt, auf deren Oberfläche nunmehr ein mit Graphit imprägniertes, geschichtetes Glastuchelement aufgelegt wurde, an welches zwei Zuleitungsdrähte angelötet worden waren. Dieses Element hat etwa 860 x 590 mm gemessen und war ausgelegt für 230/240 V, 50 Hz-Wechsel strom mit einer Leistung von etwa 1350 W/m2 (125 W/ft. 2) Auf dieses Element wurde wiederum eine Schicht aus Zementbrei aufgebracht und wie zuvor wurde diese Schicht mit einer Matte aus zerkleinerten Glasfasern der Abmessungen 915 C 610 mm abgedeckt, welche anschließend in den Zementbrei eingewalzt wurde, um das Sandwicht-Gefüge zu verdichten.
• Nach der erfolgten Verdichtung wurde abschließend in die Form eine Schicht aus Zenentbrei eingebracht, welcher auf eine Länge von etwa 6, 35 mm gekürzte E-Glasfasern enthielt, und auf diese Schicht wurde dann eine Platte aus Polyäthylen einer Stärke von etwa 0, 1 5 mm aufgelegt, wobei dafür Vorsorge getroffen war, daß sich zwischen dieser aufgelegten Platte und der Oberfläche des Zementbreis keine Luftblasen fingen. Dem so gebildeten, verdichteten Sandwich-Gefüge wurde nunmehr Gelegenheit gegeben, in der Form über einen Zeitraum von etwa 24 Stunden auszuhärten, und man erhielt dadurch eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung.
• Beispiel 2.
• Es wurde eine trogförmige Form aus Gummi der Innenabmessungen von etwa 890 x 585 x 19 mm mit geriffelten Innenwandflächen bereitgestellt. In diese Form wurde 1,325kg Wasser eingefüllt und danach unter Vibration ein Gemisch aus 5, 88 kg Ciment Fondu, 2, 99 k ausgewaschenem Sand und 0, 441 kg auf eine Länge von etwa 13 mm gekürzte E-Glasfasern.
• Die erhaltene Lage wurde mittels einer Walze verdichtet. Anschließend wurde ein mit Kohlenstoff überzogenes Heizelement aus Glasfasern einer Länge von etwa 865 mm, einer Breite von etwa 590 mm und einer Leistung von etwa 1000 W in die Form eingebracht, wobei darauf geachtet wurde, daß seine Anschlußkabel sich nach oben erstreckten, also zur hinteren Fläche der herzustellenden Heizeinrichtung hin. Auf dieses Heizelement wurden dann weitere 1, 325 kg Wasser und ein Gemisch aus 5, 88 kg Ciment Fondu, 2, 99 kg gewaschenem Sand und 0, 441 kg auf eine Länge von etwa 13 mm gekürzte E-Glasfasern unter Vibration aufgebracht und anschließend wurde die Masse durch Walzen verdichtet. Nachdem die Form voll ausgefüllt war, wurde auf die Oberfläche des verdichteten Sandwich-Gefüges eine Platte aus Polyäthylen aufgelegt, wobei darauf geachtet wurde, daß sich zwischen dieser Platte und der Oberfläche des Sandwich-Gefüges Luftblasen nicht fingen. Dem Gefüge wurde dann Gelegenheit gegeben, in der Form über etwa 20 Stunden auszuhärten, um die erwünschte elektrische Heizeinrichtung zu erhalten.

Claims (13)

PATENTANSPRtSCHE

1. Elektrische Heizeinrichtung mit einem Heizelement, da du r c h gekennzeichnet, daß das Heizelement in eine ausgehärtete Masse eingebettet ist, die aus einem Gemisch aus Wasserzement und einem nicht brennbaren synthetischen Fasermaterial besteht.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserzement ein Zement mit einem hohen Aluminiumgehalt ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a au r c h g e k e n n z e i c h -net, daß das nicht brennbare, synthetische Fasermaterial Glasfasern sind.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, da dur ch gek ennB e i chn et, daß die Glasfasern aus E-Glas (Borsilikat-Glas) hergestellt sind.

5. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da du r c h ge -kennzeichnet, daß die Glasfasern in zerkleinerter Form Verwendung finden.

6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnetX daß die Glasfasern in Mattenform in die au8gehärtete Masse eingebettet sind.

7. Hei2:einzritung mindestens nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -zeichnet daß der ausgehärteten Masse Sand beigegeben ist.

8. Heizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dasHeizelement ein biegsames, mit Graphit imprägniertes Glastuch oder ein mit Kohlenstoff überzogenes Element aus Glasfasern ist.

9. Heizeinrichtung mindestens nach Anspruch 2, da du r ch g e k e n n -zeichnet, daß der Wasserzement etwa 38 - 40 Gew. - Al2O3 enthält.

lOw Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Heizeinrichtung mit einem in eine ausgehärtete Masse, bestehend aus einem Gemisch aus Wasserzement, Sand und einem nicht brennbaren, synthetischen Fasermaterial, vorzugsweise Glasfasern, eingebetteten elektrischen Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Form zunächst Wasser und dann das Gemisch eingebracht werden, bis die Form etwa halb gefüllt ist, daß dann das elektrische Heizelement in die Form eingebracht und auf dieses dann Wasser und wiederum das Gemisch aufgebracht werden, bis die Form voll ausgefüllt ist, und daß schließlich der Füllung Gelegenheit gegeben wird, in der Form auszuhärten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sandwich-Gefüge mindestens vor dem Einbringen des He izelementes in die Form verdichtet wird.

12. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Heizeinrichtung mit einem in eine ausgehärtete Masse, bestehend aus einem Gemisch aus Wasserzement und einem nicht brennbaren, synthetischen Fasermate rial, vorzugsweise Glasfasern, eingebetteten elektrischen Heizelement, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Form zunächst eine Schicht Zementbrei eingebracht wird, daß auf diese Schicht dann eine Matte aus zerkleinerten Glasfasern aufgelegt und diese Matte dann mit einer weiteren Schicht aus Zementbrei abgedeckt wird, auf welche Schicht dann das elektrische Heizelement aufgelegt wird, daß auf dieses Heizelement eine weitere Schicht aus Zementbrei und nochmals eine Matte aus zerkleinerten Glasfasern aufgelegt wird und daß schließlich nach einem Verdichten des so erhaltenen Sandwich-Gefüges abschließend nochmals eine Schicht aus Zementbrei auf die Matte aufgebracht wird und dann dem Gefüge Gelegenheit gegeben wird, in der Form auszuhärten.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die voll ausgefüllte Form mit einer undurchlässigen Platte abgedeckt wird.