DE1912216A1 - Electric heating element - Google Patents
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Description
Ktmp & Korn Pattntanwalt·'Ktmp & Korn Pattntanwalt · '
20-2220-22
Anmelder: Johnson, Matthey & Co. Limited 78, Hatton Garden, London E.Co 1 EnglandApplicant: Johnson, Matthey & Co. Limited 78, Hatton Garden, London E. Co 1 England
Elektrisches HeizelementElectric heating element
Als elektrische Heizelemente finden vornehmlich gewendelte Widerstandsdrähte Anwendung, die jedoch zwei wesentliche technische Nachteile haben: Einmal müssen derartige Widerstandselemente relativ groß sein; ihre Wärmeabgabe pro Oberflächenelnheit ist demnach gering. Zum zweiten haben die üblicherweise verwendeten Nichrome=Legierungen, die man für Widerstandsdraht verwendet, einen starken Teniperaturkoeffizienten des Widerstandes, so daß beim Einschalten des kalten Heizelementes ein im Vergleich zum Betriebsstrom sehr großer Anschaltstrom gezogen wird«Coiled ones are mainly used as electrical heating elements Resistance wires application, however, are two essential have technical disadvantages: On the one hand, such resistance elements must be relatively large; their heat dissipation per surface elness is therefore low. Secondly, the nichrome alloys commonly used, which are used for resistance wire, have a strong teniperature coefficient of the resistor, so that when the cold heating element is switched on, a very large starting current compared to the operating current is pulled "
Es ist vorgeschlagen worden, eine auf eins nicht leitende Unterlage aufgedampft« Zinnoxyd-Schicht zu verwenden» Derartige Sehich ten lassen sich aber nur durch Aufdarapf-Technik aufbringen und weiter gelingt es nur, relativ dünne Schichten herzustellen. Wenn man zuviel Zinnoxyd aufdampft, kristallisiert das Material aus. Zinnoxyd-Heizelemente in Schichtform lassen sich zwar mitIt has been proposed to use a "tin oxide layer" vapor-deposited on a non-conductive base However, ten can only be applied using the tapping technique furthermore it is only possible to produce relatively thin layers. If too much tin oxide is evaporated, the material will crystallize the end. Tin oxide heating elements in layer form can be used with
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kleinen Abmessungen herstellen, jedoch 1st Ihre Wärmeabgabe pro Flächeneinheit unbefriedigende Technisch naohteillg 1st auch, daß das Aufdampfen solcher Schichten Im allgemeinen sehr teuer ist. Auch 1st bei aufgedampften Zinnoxydschichten nachteilig, daß mikroskopisch kleine Unebenheiten der Unterlage unbedeckt durch die Schicht hindurchzuragen pflegen.Manufacture small dimensions, however, their heat dissipation is Technically unsatisfactory per unit area also that the vapor deposition of such layers is generally very is expensive. Another disadvantage of vapor-deposited tin oxide layers is that microscopic unevenness of the substrate Maintain protruding through the layer uncovered.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizelement zu schaffen, welches sich auf sehr hohe Temperaturen heizen läßt, eine hohe Wärmeabgabe pro Flächeneinheit hat, einfach herzustellen ist und dessen Temperaturkoeffizient des Widerstandes wesentlich kleiner 1st als bei bekannten Heizelementen.The invention is based on the object of an electrical To create a heating element, which can be heated to very high temperatures, a high heat output per unit area has, is easy to manufacture and whose temperature coefficient of resistance is much smaller than that of known heating elements.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Widerstandsmaterial eina Mischung aus fein verteiltem Rutheniumoxyd und Glas ist, in welcher Mischung das Rutheniumoxyd 10 bis 80 Gew°~$ und das Glas 90 bis 20 Gew<-# ausmacht, wobei die Mischung vorzugsweise 46 bis 65 Gew.~% Rutheniumoxyd und 54 bis 55 GeWo-# Glas aufweist,,The invention solves the problem in that the resistor material is a mixture of finely divided ruthenium oxide and glass, in which mixture the ruthenium oxide makes up 10 to 80 wt.% And the glass 90 to 20 wt having up to 65 wt. ~% ruthenium oxide and 54-55 GeWo- # glass ,,
Die Ansprüche 2 bis 8 geben besonders zweckmäßige Ausgestal= tungen der Erfindung an,The claims 2 to 8 give particularly useful Ausgestal = services of the invention,
Die im vorliegenden Fall zur Lösung der der Erfindung zugrunde» liegenden Aufgabe verwendeten Widerstandsmaterialien werden in einer älteren Anmeldung der Anmelderin (amtliches Aktenzeichen P 16 40 561.I) zur Lösung einer anderen Aufgabe verwendet. In Jener älteren Anmeldung wird ein Widerstandsmaterial beschrieben, welches zum Aufbrennen auf eine nicht leitende Unterlage zur Herstellung eines Widerstandselementes geeignet ist» DabeiThe in the present case to solve the underlying the invention » resistance materials used in an older application by the applicant (official file number P 16 40 561.I) used to solve another problem. In that earlier application, a resistance material is described which can be burned onto a non-conductive substrate is suitable for the production of a resistance element »Here
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wird eine Mischung aus 10 bis 80 0ew.-£ fein verteilten Rutheniianoxyd und 90 ble 20 Gew.»£ fein verteiltem alas verwendet. In einer Ausgestaltung wird das Rutheniumoxyd ganz oder z. T. von eine» Werkstoff ersetzt, der durch Erwärmen von Rutheniumoxyd und einem oder mehreren Oxyden eines oder mehrerer der Metalle der Gruppe V des periodischen Systems erhalten wird, wobei diese Mischung gegebenenfalls bis zu 10 Gew.-# eines oder mehrerer Oxyde eines oder mehrerer Metalle der Gruppen I und XI des periodischen Systems aufweist.a mixture of 10 to 80% by weight of finely divided ruthenium oxide and 90% by weight of finely divided alas is used. In one embodiment, the ruthenium oxide is wholly or z. T. by a »material which is obtained by heating ruthenium oxide and one or more oxides of one or more of the metals of group V of the periodic table, this mixture optionally up to 10 wt .- # of one or has several oxides of one or more metals of groups I and XI of the periodic table.
Weiter 1st in der älteren Anmeldung eine Widerstandsmasse beschrieben, bei der bis zu 50 Gew.~# des Rutheniumoxyds durch Silber ersetzt ist. Die ältere Anmeldung beschreibt weiterhin ein Widerstandsmaterial, bei welchem nicht mehr als 59 Gew.-^ der Mischung mit den Oxyden der Metalle der Gruppe V und gegebenenfalls der Gruppen X bzw. Xi durch Silber ersetzt sind. Zweokm&ßlg wird als Oxyd des Metalles aus der Gruppe V Nlobpentoxyd verwendet.The earlier application also describes a resistance compound in which up to 50% by weight of the ruthenium oxide can pass through Silver is replaced. The earlier application also describes a resistor material in which no more than 59 wt .- ^ of the mixture with the oxides of the metals of group V and optionally of groups X or Xi are replaced by silver. Zweokm & ßlg is used as the oxide of the metal from group V, nlobpentoxide.
Das gegebenenfalls zu verwendende Silber kann gemäß der älteren Anmeldung in Form des Metalles oder des Oxydes oder einer Mischung aus Metall und Oxyd vorliegen.The optionally to be used silver can according to the older Registration in the form of the metal or the oxide or a mixture of metal and oxide.
Die zur Lösung der der älteren Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe geeigneten Widerstandsmaterlalien können - nach der vorliegenden Erfindung - zur Lösung der oben angegebenen Aufgabe verwendet werden.The resistance materials suitable for solving the problem on which the earlier application is based can - according to the present invention - for solving the above-mentioned problem be used.
Die gegebenenfalls zu verwendende hitzefeste Unterlage kann ein keramisches Material sein, z, B. Tonerde-Keramik, Allumlniumoxyd, Siliciueoxyd, Porzellan, ftlinnlniumoxydThe heat-resistant pad that may be used can be a be ceramic material, e.g. alumina ceramic, aluminum oxide, Silicon oxide, porcelain, silicon oxide
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gegebenenfalls zu verwendende hitzefeste Unterlage kann «in keramisches Material sein, z* a« Tonerde-Keramik» Aluminiunoxyd, Silioiumoxyd, Porzellan, Aluminiumporzellan, Glas (z. B. Pyrtx). Man kann auch als Träger Glimmer, Steatit oder andere bekannte Werkstoffe verwenden« die in der elektrischen bzw. elektronischen Industrie für derlei Zwecke gebräuchlich sind« Man kann die Wlderetandsmasse auch auf gitter« oder netzartige Bauteileany heat-resistant pad to be used can be «in be ceramic material, z * a "alumina ceramic" aluminum oxide, Silioium oxide, porcelain, aluminum porcelain, glass (e.g. Pyrtx). One can also use mica, steatite or other known carriers Using materials «which are commonly used in the electrical or electronic industry for such purposes« One can The forest restoration mass also on lattice or net-like components
^ auf tragenderen Gestalt z, B. von den Strahlern bei Gas^ in a more load-bearing form, e.g. from the radiators in the case of gas feuerungen'lst. Derartige Siebe oder Netze können auch als Luft-Durchlauferhitzer verwendet werden» z. B. bei Haartrooken-Qeräten oder Heizgeräten für Rftume. Das Widerstandsmaterial kann in Form von Tinten« Pasten oder Pulvern durch Siebdruck» Sprühen» Tauchen, Offsefc-Drucken oder andere bekannte Beschichtungsverfahren aufgebracht werden. Nach Aufbringen und Trocknen wird die Widergtandsmasse mit einer geeigneten Temperatur gebrannt, die z. B. zwischen 550 und 8500C liegen kann· Die Brenntempera« tür hängt unter anderem natürlich von der Zusammensetzung der Unterlage ab. Dieses Brennen dient zum Entfernen entsprechender organischer Lösungemittel und zur Verfestigung des Überzuges in Filrafonn. Die Gestalt und die OrUSe der Widerstandsschichtenfeuerungen'lst. Such sieves or nets can also be used as air flow heaters »z. B. in hair token devices or heaters for rooms. The resistor material can be applied in the form of inks «pastes or powders by screen printing» spraying, dipping, off-sefc printing or other known coating processes. After application and drying, the resisting mass is fired at a suitable temperature, e.g. B. can be between 550 and 850 ° C. The firing temperature depends, among other things, on the composition of the substrate. This firing serves to remove the corresponding organic solvents and to solidify the coating in Filrafonn. The shape and the OrUSe of the resistive layers wird je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck gewählt. Man kann Streifen« MBandermuster oder Flächen anderer Gestalt aufbringen. Man kann die Schicht auch als durchgehenden Überzug ausbilden, z. B. bei Aufbringen auf Unterlagen» welche die Gestalt eines Zylinders haben«is chosen according to the intended use. You can apply stripes, tape patterns or surfaces of other shapes. The layer can also be used as a continuous coating train, e.g. B. when applied to documents "which have the shape of a cylinder"
Zweckmäßig werden Anschlußklemmen an den Enden des Musters aus ' " Widerstandsmaterial dadurch angebracht» daß eine silberhaltige Tinte oder ein anderer Stoff aufgebracht wird, so daß man Zu» fUhrungsdrähte an den eigentlichen elektrischen Widerstand anlöten» schweißen oder anklemmen kann. Man kann auch entsprechendeIt is useful to have terminals at the ends of the pattern '"Resistance material attached» that a silver-containing Ink or some other material is applied so that lead wires can be soldered or clamped to the actual electrical resistor. You can also use appropriate
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Ss sei ein Beispiel beschrieben: Eine Tonerde-Keramik-Platte von 5 cm länge und 2,5 cm Breite sowie ο,62 mm Dicke weist Anschlüsse auf» die durch Aufbrennen von Silbertinte bei der entsprechenden Temperatur hergestellt wurden, so daß eine Adhäsion erzielbar war. Dann wird ein Muster aus der erfindungsgemäßen Widerstandsmasse in Form einer Flüssigkeit durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht und dann wurde das Ganze gebrannt* um die flüssig aufgebrachte Widerstandsmasse in eine Art Glasur zu verwandeln. Das so hergestellte Widerstandselement kann die erhebliche Wärmeleistung von 800 Watt abgeben, wenn 240 Volt an die Klemmen gelegt werden. Durch entsprechende Gestaltung und Wahl der richtigen Länge und Breite der den Widerstand bildenden Figur aus Widerstandsmaterial kann jede beliebige Heizwirkung zwischen 30 und 800 Watt erreicht werden.Let us describe an example: An alumina ceramic plate 5 cm long and 2.5 cm wide and ο.62 mm thick has connections which were made by burning silver ink at the appropriate temperature so that adhesion could be achieved . Then a pattern of the resistance compound according to the invention is applied in the form of a liquid by a screen printing process and then the whole thing was fired * in order to transform the liquid applied resistance compound into a kind of glaze. The resistance element produced in this way can emit the considerable heat output of 800 watts when 240 volts are applied to the terminals. Any desired heating effect between 30 and 800 watts can be achieved by appropriate design and selection of the correct length and width of the figure forming the resistor made of resistor material.
Die angegebenen Werte sind nur als Beispiele anzusehen; die nach der Erfindung verwendete Widerstandsmasse kann noch höhere Leistungen abgeben. Die Leistungsabgabe ist im wesentlichen durch die Wärmeleitfähigkeit der Unterlage begrenzt.The values given are only to be regarded as examples; the Resistance mass used according to the invention can deliver even higher powers. The power output is essential limited by the thermal conductivity of the base.
Ein in der beschriebenen Weise hergestelltes Heizelement kann für eine Vielzahl verschiedener Heizzwecke verwendet werden, z. B. in Kaffee-Maschinen, Warmhaltetrögen, Plattenheizern, Bügeleisen, Lötkolben, Warmwasserspeicher, Raumheizgerätenmit erzwungener und freier Umwälzung, Glashausheizungen, usw. usw.. Das Heizelement kann an der Luft und unjber der Erde verwendet werden, es kann auch zum Heizen von Aquarien dienen usw..A heating element made in the manner described can be used for a variety of different heating purposes, z. B. in coffee machines, holding trays, plate heaters, Iron, soldering iron, hot water tank, space heaters with forced and free circulation, glass house heating, etc. etc .. The heating element can be used in the air and above the ground it can also be used to heat aquariums, etc.
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Man kann nach der Erfindung auch Heizelemente herstellen» die besonders hohe Temperaturen erreichen und zwar bis zu UOO0C. In diesem Falle wird die Widerstandsinasse zu einen Block oder anders gestalteten Körper verdichtet, d« h. also ohne Unterlage aus nicht leitendem Material verwendet» wobei an diesem Block oder Körper entsprechende elektrische Anschlüsse ausgebildet werden. Auch in diesem Falle kann nan diejenigen Wider- ^ Standsmassen bzv/. Werkstoffe verwenden, die oben angegeben wurden und auch in der erwähnten älteren Anmeldung der An» melderin beschrieben sind.One of the invention can also produce heating elements "reach particularly high temperatures and indeed up to UOO 0 C. In this case the Widerstandsinasse is condensed into a block or differently shaped body d" h. thus used without a base made of non-conductive material »with corresponding electrical connections being formed on this block or body. In this case, too, the resistance masses or. Use materials that have been specified above and are also described in the earlier application mentioned by the applicant.
* In der einzigen Figur der Zeichnung ist schematisoh ein nach der Erfindung ausgebildetes Heizelement für einen elektrischen Kochkessel gezeigt. Es weist zunächst eine Porzellanunterlage von etwa 10 mal 3,8cm Länge bzw. Breite mit einer Dicke von etwa 0,62 bis 1,2 mm auf. Auf dieser Unterlage 1 ist eine U-förmig gestaltete Schicht 2 aus Widerstandsmaterial aufgebracht, deren Dicke etwa 0,025 ram ist»* In the single figure of the drawing there is a schematisoh after of the invention formed heating element shown for an electric cooking kettle. It initially has a porcelain base of about 10 by 3.8 cm in length or width with a thickness of about 0.62 to 1.2 mm. On this base 1 is a U-shaped designed layer 2 made of resistance material, the thickness of which is about 0.025 ram »
Die elektrische Leitfähigkeit des Belags soll für die folgende W Überlegung in 0ha pro Flächeneinheit angegeben werden, wobei ° den Versuchen entsprechend - jede Flächeneinheit gleich einem Quadratzoll ist» Wenn das Heizelement 3000 Watt abgeben soll, dann ist die Leitfähigkeit des Belages etwa 1,28 Ohm pro Flächeneinheit, d. h. pro Quadratzoll« Dies 1st nur eine Näherung, da die einzelnen quadratischen gedachten Einheiten nicht in einer Linie angeordnet sind, sondern vielmehr eine diesbezügliche Abweichung bei der Umbiegung des U besteht.The electrical conductivity of the covering should be given for the following W consideration in 0ha per unit area, where ° according to the experiments - each unit area is equal to one square inch »If the heating element is to deliver 3000 watts, then the conductivity of the covering is about 1.28 ohms per unit area, ie per square inch «This is only an approximation, since the individual imaginary square units are not arranged in a line, but rather there is a corresponding deviation when the U is bent.
Wie erwähnt* ist der Belag 0,025 nan dick und die Belagschicht wurde aus folgender Widerstandsmasse hergestellt:As mentioned * the topping is 0.025 nanometers thick and the topping layer was made from the following resistance mass:
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10 % Borslllkat«Qlaa10 % Borslllkat «Qlaa
82 % RuO2ZlIb2O5 82 % RuO 2 ZlIb 2 O 5
3* % Silb«rpulver3 % silver powder
3% % organischer Träger (ζ. B. Kthylcelluloae). 3%% organic carrier (ζ. B. Kthylcelluloae).
Die Sobieht nurd« alt einen bekannten Siebdruokverfahren auf dl« Unterlage aufgebracht und nach einen Brennen bei 850 bis 1000°c wurde dl« Bit den Oberzug versehene Unterlage In ganzen dadurch ustttllt tont, eingeschlossen» daß sie in geschmolzenes Qla« getaucht wurde« Die Zeichnung zeigt, daß die Widerstands* aohioht an Ihren beiden Enden die Silberkontakte 2 un etwa 5 Mi überlappt.This only applies a well-known sieve printing process dl «underlay applied and after firing at 850 to 1000 ° C, the entire underlay was provided with the upper layer thereby ustttllt tones, including that they are in melted Qla "was submerged" The drawing shows that the resistance * aohioht the silver contacts 2 and about at both ends 5 Mi overlaps.
Zur Herstellung eines Heizelementes zur Abgabe von IQOO Watt fUr einen Haartrockner wird die Innenaelte eines Zylinders βIt zwei Zoll Intnenwefang und 2,5 Zoll lunge «it einer tfldcrstanda-■asse bedeckt« die an Jede» finde einen Anschluß aufweist. (Dleae Haß· werden in Zoll angegeben« da die bei Versuchen verwendete "BlnheltflKehe" 1x1 Zoll maß). Der Hohlzylinder besteht aus Porzellan und hat eine Wanddlclce von 1,5 ble 3 ms· Die Leitfähigkeit des Materials war (gemäß obiger definition) 48 Ohe pro Flächenelement, d. h. pro Bleitent 9%*fde» bekannten Länge ein ZaXl mal ein Zoll. Die Innennichei emls^ricit also einen Rechteck von 5 Quadrat zoll Fläch«. lOOf WJrtt bei, 2^0 ToIt erhält »an bei etwa ,60 Ohp und V5 yon 60 ajbof^ Obs pro Flächeneinheit.To produce a heating element for the output of 100 watts for a hair dryer, the interior of a cylinder with two inches of interior and 2.5 inches of lungs is covered with a floor stand that has a connection to each. (The hatred is given in inches, since the "BlnheltflKehe" used in experiments measured 1x1 inches). The hollow cylinder is made of porcelain and has a wall thickness of 1.5 ble 3 ms. The conductivity of the material was (according to the above definition) 48 ou per surface element, ie per lead part 9% * fde »known length one number times an inch. The interior is therefore a rectangle five square inches in area. lOOf WJrtt at, 2 ^ 0 ToIt receives »an at about, 60 Ohp and V5 of 60 ajbof ^ Obs per unit area.
Han kann dl« «rfU»di*lgsgena*9eii Hel^materiAibii auch auf gering* fUgig verforabare Unterlagen, z. B. Qlinmer aufbringen, um so z. B. ein Heizelement für ein Bügeleisen herzustellen.Han can dl «« rfU »di * lgsgena * 9eii Hel ^ materiAibii also on low * documents that can be processed easily, e.g. B. Qlinmer raise, so z. B. to manufacture a heating element for an iron.
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Das Widerstandsmaterial kann auch zu Blöcken bzw. Körpern ver« dichtet v/erden, die nach dem Brennen als Heizelemente dienen.The resistance material can also be made into blocks or bodies. seals, which serve as heating elements after firing.
Z. B. kann ein zylindrischer Körper aus verdichtetem Widerstandsmaterial von etwa 3 mm Länge und 3 mm Durchmesser 400 Watt bei 12 Volt Spannung abstrahlen, wenn folgendes Widerstandsmaterial verwendet wird: For example, a cylindrical body made of densified resistance material 3 mm long and 3 mm in diameter emit 400 watts at 12 volts if the following resistor material is used:
77,577.5
7,5 Gew.-% Silberpulver
15,0 Gew.-% Glaspulver.7.5 wt -.% Silver powder
15.0 percent -.% Glass powder.
Zur Herstellung des zur Verarbeitung geeigneten Materials werden 3 g Acrylharz auf jeweils 100 g der obigen Mischung zugegeben, welches Harz als Binder wirkt. Die so hergestellte Masse wird dann in Luft bei einer Temperatur gebrannt, die mindestens so hoch ist wie die Arbeitstemperatür des Heizelementes, d. ho z. B. 850 bis 10000C. To produce the material suitable for processing, 3 g of acrylic resin are added to every 100 g of the above mixture, which resin acts as a binder. The mass produced in this way is then fired in air at a temperature which is at least as high as the working temperature of the heating element, i. ho z. B. 850 to 1000 0 C.
PatentansprücheClaims
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