DE1813264A1 - Elektrisches Heizelement - Google Patents

Description

MTINTANWÄITI DR. E. WIEGAND DIPL.-ING. W. NIEMANN 1813264

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBUIIO

telefon, 53547Ö · 8000 MDNCHen 15/6.Dezember 1968

TEieORAMMEi KARfATENT NUiSIAUMSTHAIIElO

W. 13 997/68 13/Loe

Fuji Shashin Film Kabushiki Kaisha Kanagawa (Japan)

Elektrisches Heizelement.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Heizelement, bei welchem kristallines Glas, Quarzglas oder Glas als Trägereinrichtung zur Anwendung gelangt,und in welchem der elektrische Widerstand eines elektrischen Heizdrahtes erniedrigt ist, und zwar an der Stelle, an welcher der elektrische Heizdraht mit dieser Trägereinrichtung in Berührung ist, oder damit in Berührung gelangen kann.

Bisher wurden elektrische Heizelemente, z.B. Nickelchromdraht für Erhitzer oder Heizgeräte verwendet, wobei die elektrischen Heizelemente allgemein von nicht elektrisch leitfähigen hitzebeständigen Materialien getragen oder unterstützt werden. Seit kurzem wurde ein kristallines Glas entwickelt und in geformtem Zustand

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als derartige Trägereinrichtung verwendet. Das kristalline Glas besteht aus einer Matrix vpr^j.B. Li₂O-AIpO,-SiO₂-Systen oder Li₂O-Al₂O,-SiQp-KgO-Systeni , wobei die Komponenten dieser Matrix um gleichzeitig zugesetzte kern- oder keimbildend'e Mittel, z.B. ZrO₂ oder TiC₂, herunikristallisiert sind. Ein besonderes Merkmal hierbei ist, daß die mechanische Festigkeit zwei-bis vier-mal so groß wie diejenige eines nicht kristallisierten Glases, bestehend aus der gleichen Matrix» ist, die Durch-P lässigkeit der infraroten Strahlen ausgezeichnet ist, und der Koeffizient der Wärmeausdehnung im wesentlichen null ist, so daß die Erscheinung eines Ffechens des Aufbaus aufgrund einer raschen Temperaturänderung nicht auftritt. Gewöhnlich wird das kristalline Glas in einer derartigen Form verwendet, daß an Nickelchrom-Spiraldraht in einem Rohr aus kristallinem Glas geführt wird. In einem Hei^erät, das mit einem Heizelement von einem derartigen Aufbau ausgestattet ist, wird elektrischer Strom durch den Hickelchromdraht zur Erzeugung von Hitze durchgeleitet,und die Strahlungswä-rme wird durch das Rohr aus kristallinem Glas als Trägereinrichtung abgegeben.

Das kristalline Glas besitzt geeignete Eigenschaften für die Verwendung als Trägereinrichtung für ein elektrisches Heizelement, das Hitze bei einer Temperatur bis zu HoO⁰C erzeugt. Bei der Üblichen Anwendung hiervon wird jedoch das auf Rotglut erhitzte Heizelement mit einer Trägereinrichtung während einer langen Zeitdauer in Berührung gebracht, obgleich die Temperatur nicht so hoch ist, d.h. 600 bis 9oo°C und demgemäß wird ein Berührungsteil der Trägereinrichtung, der

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mit dem Heizelement in Berührung steht, trübe, wodurch Risse oder bisweilen ein Brechen herbeigeführt werden.

Zur Lösung des vorstehend geschilderten Problems wurde die Schaffung einer Schicht mit einer höheren Hitzebeständigkeit an einem Berührungstell von einen elektrischen Heizelement und einer Trägereinrichtung vorgeschlagen« Gemäß einer anderen bekannten Arbeitsweise wird ein Teil eines spiralförmigen elektrischen Heizelements im Durchmesser vergrößert, wobei dieser ™

Teil als"D.L.-Windungs"-Teil ( diameter larger winling), d.h. ein Windungsteil mit vergrößertem Durchmesser, bezeichnet wird,und lediglich dieser größere Teil wird mit einer Trägereinrichtung in Berührung gebracht. Der erstere Vorschlag ist.allem Anschein nach nicht besonders zufriedenstellend und die letztere Arbeitsweise ist insbesondere bei Verwendung eines bandförmigen Nickelchromdrahtes oder bei Verwendung desselben in linearer Anordnung unvorteilhaft.

Ein Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung

eines elektrischen Heizelements, bei welchem die vor- j

stehend geschilderten Nachtelle nicht vorhanden sind, sowie eines Verfahrens für dessen Herstellung.

Gemäß der Erfindung wird ein Nickelchromdraht an der Stelle, an welcher er 'mit einer Trägereinrichtung in Berührung ist oder mit dieser in Berührung gelangen kann, verdoppelt und der verdoppelte Teil ist aufgeschweißt oder durch Punktschweißen aufgebracht, wodurch der elektrische Widerstand dieses Teils verringert wird.

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Auf diese Weise ist die Temperatur der Trägereinrichtung wäh*end des Gebrauchs niedrig und die Trägereinrichtung wird von einem Brechen geschützt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Form eines elektrischen Heizelementes gemäß der Erfindung, worin (A) eine aufrechte Querschnittsansicht, (B) eine waagrechte Querschnittsansicht und (C) eine Seitenansicht darstellt.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform, wobei die Erfindung auf eine Einrichtung angewendet wird, bei welcher ein spiralförmig gewundener elektrischer Heizdraht in einem hitzebeständigen Rohr vorhanden ist; dabei zeigt (A) eine Ansicht teilweise im Schnitt und (B) eine Seitenansicht.

Die Figuten 3,4- und 5 zeigen in schematischen Darstellungen andere Ausführungsformen von elektrischen Heizelementen gemäß der Erfindung, worin (A) eine Seitenansicht und (B) einen Grundriß jeweils zeigen.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein elektrisches Heiz-r band, das gemäß der Erfindung bearbeitet wurde, in einem Rohr aus kristallinem Glas vorgesehen, wobei (A) eine aufrechte Querschnittsansicht und (B) eine waagrecht Q^uerschnittsansicht darstellen. Das elektrische HeIz₇

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band 1 besitzt gebogene Teile 2, 2', deren unteren und Innenteile aneinander punktverschweißt sind, um in elektrischer Verbindung zu sein.Das elektrische Heizelement, das derartige Teile in einem geeigneten Abstand aufweist wird in das hitzebeständige Rohr k eingebracht. Der lineare Teil 5 des elektrischen Heizbandes 1 ist daher nicht in direkter Berührung mit der Innenwand des Rohres. Selbst beim Durchleiten von elektrischem Strom durch das elektrische Heizelement 1, wobei der lineare Teil 5 auf eine hohe Temperatur, z.B. 92o°C, erhitzt wird, können die BerUhrungsteile 6,6' des elektrischen Heizbandes 1 mit dem Innenrohr bei einer darartig niedrigen Temperatur gehalten werden, daj3 keine Verschlechterung des Materials des Rohres verursacht wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere typische Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei welcher ein elektrischer Heizdraht gemäß der Erfindung bearbeitet würde; (A) zeigt eine Ansicht teilweise im Schnitt,und (B) zeigt eine Seitenansicht. Hierin bezeichnen die Betriebszeichen 11 einen spiralförmig gewickelten elektrischen Heizdraht, 12,12' gebogene Teile, 13,13' aufgeschweißte Teile, 14 ein hitzebeständiges Rohr, das den elektrischen Heizdraht 11 enthält, 15 ein von dem elektrischen Heizdraht 11 unberührter Teil,und 16,16' sind berührte Stellen der Innenwand, die in einem geeigneten Abstand angeordnet sind. Diese Anordnung ergibt ähnliche Wirkungen wie diejenigen in Fig. 1

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Fig. 3 zeigt eine AusfUhrungsforin für die Schaffung eines elektrischen Heizementes gemäß der Erfindung, bei welchem ein Teil des elektrischen Widerstandes verringert ist. Bei dieser AusfUhrungsform sind ein elektrlsdes Heizband 31 und ein Abschnitt eines elektrischen Heizbandes 39 bei 33» 33' punktverschweißt und in überlagerung in eine Wellenform gebogen. Der überlagerte Teil,, dessen elektrischer Widerstand verringert ist, kann als Berührungsstelle mit einem hitzebeständigen Rohr, in welches das elektrische Heizband eingeführt werden soll, verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Erfindung, v/obei ein breiter Teil 42 in einem elektrischen Heizband 41 in der Richtung des elektrischen Stromes vorgesehen ist, um den elektrischen Widerstand von diesem Teil herabzusetzen, wobei das Ende von diesem breiten Teil 46 als Berührungsstelle verwendet wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Abänderung gemäß der Erfindung, bei welcher ein elektrisches Heizband 51 bei · 52 gebogen ist, wobei es ein anderes elektrisches Heizr band 59 hält und bei 53 punktverschweißt _B£|ii|_n ^erbei werden die Endteile 56,56' als Berührungs~/verwendet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

An ein elektrisches Heizband aus Fe-Cr FCH2 mit einer Breite von 8 mm und einer Dicke von 0,16 nun

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wurden Bänder nus dem gleichen Material mit einer Länge von etwa 8 mm in einem Abstand von etwa 3o mm, wie in Fig. 3 gezeigt, punktgeschweißt, in eine Wellenform gebogen und auf eine Länge von 25o ram geschnitten.

0 Rohre von transparentem, kristallinem Glas mit jeweils einem Außendurchmesser von 4,3 mm, einer Dicke von o,6 mm, einer Länge von 25o mm,

einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von + 6 χ 10

cm/cm ⁰C und mit einer praktisch anwendbaren Maximal- f

temperatur von 8oo°C wurden parallel angeordnet und mit einem hitzebeständigen Klebstoff zur Bildung

einer Platte gebunden. Die bearbeiteten elektrischen Heizbänder wurden in die Rohre eingeführt und in Reihe punktverschweißt. Die sich ergebende Platte ergibt einen guten elektrischen Erhitzer. Bei Anlegen von 107 Volt an die elektrische Heizplatte betrug der Energieverbrauch 480 Watt, die Oberflächenbelastungsdichte war etwa 12,5 Watt/cm und die Ober-

. flächentemperatur des linearen Teils betrug 97O⁰C. Es wurde bei einer Prüfung im Betrieb festgestellt, daß an den Berührungsteilen keine Verschlechterung ,

auftrat.

Beispiel 2

Ein elektrisches Heizelement wurde in linearer Form ohne Aussetzung an eine Bearbeitung gemäß der Erfindung verwendet und zu einer Platte in gleicher Weise wie in Beispiel 1 verarbeitet. Beim Anlegen von 107 Volt an die elektrische Heizplatte war der

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Energieverbrauch 470 Watt, die Oberflächenbelastungs-

dichte betrug 12,2 Watt/cm und die elektrischen Heizbänder traten da und dort mit dem Rohr in Berührung, wobei die Oberflächentemperatur des Bandes unter Bildung von Flecken sich erniedrigte. Nach Durchgang des elektrischen Stromes während 24 Stunden waren die Berührungsteile schwarz gefärbt. Es wurde eine Trübung nach 72 Stunden erzeugt,und wenn nach einer Woche abgeschaltet wurde,trat ein Brechen auf.

Bei dem Heislement gemäß der Erfindung können zahlreiche Abänderungen ausgeführt werden, sofern das elektrische Heizelement einen derartigen Aufbau aufweist, daß eine wesentliche Querschnittsfläche des elektrischen Heizelementes an einer Stelle, bei welcher das elektrische Heizelement mit einer Trägereinrichtung in Berührung ist oder diese berühren kann, so vergrößert ist, um den elektrischen Widerstand und die Oberflächentemperatur zu verringern. Es kann auch ein plattenförmiges Gebilde als Trägereinichtung mit ähnlichen Wirkungen zur Anwendung gelangen,

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Claims (1)

1. Patentanspruch

   Elektrisches Heizelement, das von einer Trägereinrichtung aus einem elektrisch nicht leitfanigen, hitzebestöndigen Material zur Bildung eines Erhitzers oder Heizgerätes getragen wird, dadurch gekennzeichnet, | daß eins wesentliche Querschnittsfläche des genannten elektrischen Heizelementes an einer Stelle, bei welcher das elektrische Heizelement mit der Trägereinrichtung in Berührung ist oder mit dieser in Berührung gelangen kann, vergrößert ist, wodurch der elektrische Widerstand des elektrischen Heizelementes verringert ist.

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