DE1924202A1

DE1924202A1 - Flaechenfoermige,elektrische Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE1924202A1
Application number: DE19691924202
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ANNAWERK KERAMISCHE BETR E GMB
Current assignee: ANNAWERK KERAMISCHE BETR E GMB
Priority date: 1969-05-12
Filing date: 1969-05-12
Publication date: 1970-11-19
Also published as: FR2060501A5; CH512866A

Description

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Zutchrifl bitte nach:

Annawerlc Keramische Betriebe Gm"bH, 8633 Oealau la. Goburg,

Postfach 44

Plächenförmige, elektrische Heizvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine flächenförmige, elektrische Heizvorrichtung mit einem ein Heizelement aufnehmenden flächigen !rager. !Ferner richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen fläehenfömigen elektrischen He izvorrichtung.

Die Beheizung größerer !lachen let zur Zeit technisch noch nicht sufriedenstellend gelöst» Im Zusammenhang mit diesem Problem steht auch das Problem, Häume von den Seitenwänden her elektrisch zu beheizen.

Bekamt ist es, größere flächen oder Ofenräume durch stafco&er örahtföniige Heizleiter zu "beheizen, die ;|θ4^0€}λ keine konstant© 2emparaturverteilung üfe©r die fläche erlauben*

Zum itan&o der ffieeJmik gehö2?@n ssa&h Platten mit liitlagerungen

di@ jadoöli stoht Isompliziarte kerami-

Außerdem gehören zum Stande der Technik die in oxidierender Atmosphäre "bis zu ziemlich hohen Temperaturen verwendbaren Heizstäbe aus Siliziumcarbid und Kolybdän-Disilicid, deren Heizleistung jedoch deshalb beschränkt ist«, weil ihre Oberfläche durch die notwendigerweise gegebene Stabform gering ist.

Bekannt sind ferner Heizvorrichtungen in Form von Platten aus Glas oder dergleichen, auf denen Linien oder auch yiäclien beispielsweise aus einer Silberzusammensetzung eingebrannt sind. Solche Heizvorrichtungen eignen sich aber nur für vergleichsweise niedrige Temperaturen.

Ferner gehören zum Stande der Technik folienförmige, metallische Heizleiter aus beispielsweise Molybdän, Wolfram oder dergleichen, die zur Erzielung höchster Temperaturen in verhältnismäßig kleinen Ofenräumen und unter Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre eingesetzt werden können.

Es ist ferner bekannt, Ofenräume unter Verwendung bisher üblicher Heizleiter indirekt zu beheizen«, Pies bringt jedoch den Hachteil einer ungünstigen und unregelmäßigen Wärmeübertragung auf die für solche Zwecke beispielsweise eingesetzte Muffelwand.

Sowohl bei direkter als auch bei inais&feter Beheizung ist somit eine höhere Wärmeleistung erforderlich, die sich aus einer höheren Elementtemperatur ergibt_g welche erst eine gewisse Temperatur in dem zu beheizenden Haum zu erreichen gestattet. Dadurch wird jedoch, die Querschnittabelastung der Heizleiter entsprechend hoch.»

Die Erfindung hat sich die .Aufgabe g©r's@2,lt₀ ©in© £iäeti©s~- förmige elektrische Heizvorrichtung sit ©ines @ia aufnehmenden flächigen frager au selia££c3a_r, äiwsh i-7©XeIiö äie oben aufgezeigten Mängel "beseitigt w©

Die Erfindung geilt somit aus vea ©iaos? .£lSeä©5äföESig®3ä ©

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trisclieii Heiz vorrichtung rait einem ein Heizelement aufnehmenden flächigen Träger und kennzeichnet sich dadurch, daß das Heiaoleiiient die Form einer dünnen Schicht aus einem auf eine Oberfläche des Trägers aufgetragenen elektrisch leitenden Materirl aufweist.

Diese dünne Schicht aus dem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus einem Metall wird auf einem Sinterweg, das heiSt durch Formgebung in kaltem Sustand und anschließende Wärmebehandlung oder durch Spritzen im heißen Gas- oder Plasmastrora erzeugt. ' < ■

Der Träger kann aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Kunststoff, Keramik, oder aus einem zementgebundenen Körper bestehen..

Man hcrm. den Träger auch aus einem leitenden Material herstellen, das dann allerdings gegen das Heizelement durch eine elektrisch isolierende Schicht isoliert werden muß. Die keine elektrisch leitende Schicht enthaltende Oberfläche des Trägers kann ~e nach Yerwendungssweck der erfindungsgemäßen flächen!"; rraigen elektrischen He is vorrichtung freistrahlend oder al ^r durch eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten abgedeckt sein.

Die Art £es Trägermaterials richtet sich hauptsächlich nach dem Verwendungszweck 'beziehungsweise nach der erforderlichen lemperavarhöne. Für niedrige Temperaturen können Platten aus Kunststoff, Eementmaterialinn, wie Beton, Asbestzement, oder Keramik, sum Beispiel keramische Wandfliesen oder Spaltplatten, aber auch keramische Platten größerer Abmessungen verwendet werden. 5Ur die Erzeugung hoher Temperaturen werden entsprechend feuerfeste Keramikprodukte, beispielsweise Korund, Zirkonsilikat, Sirkonoxid, Siliziumkarbid, letzteres mit elektrisch isolierender Zwischenschicht, und ähnliche Produkte verwendet.

Werden von der erfindungsgemäßen flächigen elektrischen Heiz-

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vorrichtung besonders hohe Auf heiz- und Abkühlgesehwindigkeiten verlangt, so empfiehlt sich die Verwendung entsprechend temperaturwechselbeständiger keramischer Massen, wie sie in der Literatur beschrieben werden.

Bei dem elektrisch leitenden Material kann es 3ich um ein Metall, um eine metallische Verbindung, um Keramik-Metall-Verbundstoffe (Termets) sowie um metallische und nicht-metallische Halbleiter handeln. Diese Heizleiterschicht wird auf den Träger, falls es sich um einen keramischen Träger handelt, vor oder-nach dessen Brand ähnlich einer Glasur aufgetragen und fc dann in einem entsprechenden Ofen in reduzierender Atmosphäre gebrannt.

Vorteilhaft bedient man sich aber des Plasma- oder Flamraspritzverfahrens, wobei das elektrisch leitende Material auf die dann in üblicher Weise im oxidierenden Brand hergestellte keramische Trägerunterlage aufgespritzt wird.

Dieses Verfahren eignet sich auch zum Auftrag der leitenden Schicht auf Platten aus Kunststoff oder Zementmaterialien.

Der Träger selbst kann eine Platte sein, es kann sich aber auch um eine gebogene Platte oder um einen rohrförmigen Körper han-P dein. Sollte es, beispielsweise weil der Träger aus einem leitenden Material besteht, erforderlich sein, eine Isolierschicht zwischen der Heizle.itersch.icht und dem Träger vorzusehen, so kann diese ebenfalls ähnlich wie eine Glasur und eingebrannt werden, was zu wesentlich besseren Ergebnissen führt. Man kann durch das Flamm- oder Plasmaspritzverfahren auch eine oxidische Schicht auftragen, die für sich alleine genügt oder als gut haftende Unterlage für eine weitere Glasurschicht dienen kann.

Die zur Stromzuführung erforderlichen Anschlüsse können in beliebiger Weise, beispielsweise durch Verschraubungen, Verschweißungen und so weiter während der Herstellung oder aber

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auch nach der Fertigstellung der flächenförmigen elektrischen Heizvorrichtung angebracht werden.

Versuche haben ergeben, daß die Entwicklung von Wärmeenergie aus elektrischer Energie bei einer flächenförmigen elektrischen Heizvorrichtung nach der Erfindung überraschend günstig ist, was nicht nur auf die große äußere Oberfläche, sondern auch auf die besondere Ausbildung der auf sinterkeramischem Wege hergestellten Heizleiterschicht zurückzuführen sein dürfte.

Dadurch lassen sich in sehr kurzer Zeit hohe Temperaturen bei verhältnismäßig geringem Aufwand an elektrischer Energie erreichen.

Die durch die erfindungsgemäße flächenförrnige elektrische Heizvorrichtung erreichten Vorteile liegen nach den eingangs geschilderten Machteilen der bekannten Heisvorrichtungen auf der Hand.

Hinzu kommt noch eine wesentlich geringere Emf|pindliehkeit gegen mechanische Beschädigungen, welche bei den üblichen Arten von Heizvorrichtungen im allgemeinen zum Ausfall der gesamten Anlage führen, wie es beispielsweise beim Bruch eines MoSip- Heizstabes oder bei der Überhitzung und der damit verbundenen örtlichen Zerstörung eines an einer Stelle leicht beschädigten drahtförmigen Heizelementes der lall ist.

Hinzu kommt als weiterer Vorteil, daß auch vergleichsweise komplizierte Formen der Heizfläche, insbesondere durch das Aufspritzen, gemäß der Erfindung mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen werden können. Dabei kommt es selbstverständlich darauf an, daß der Abstand zwischen den beiden Stromanschlüssen gleich lang ist. Beispielsweise kann man auch rohrförmige Heizvorrichtungen nach dem Erfindungsprinzip herstellen.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Grundgedankens

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liegt darin, daß man auch Pläclienheizvorrichtungen herstellen kann, welche örtlich unterschiedliehe Wärmemengen a/bgeben. Dies erreicht man in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch, daß die leitende Schicht über ihre Flächenerstrecluing mit örtlich unterschiedlicher Dicke ausgebildet ist. Man kann auch die leitende Schicht örtlich aus unterschiedlichem Material herstellen und dadurch zum gleichen Erfolg kommen.

Solche Heizvorrichtungen gemäß der Erfindung verwendet man beispielsweise in Öfen, in denen eine Temperaturdifferenz erwünscht ist oder eine erhöhte Wärmeleistung der Heizvorrich-™ tung am Sand gefordert wird, um unter Berücksichtigung der am Hand auftretenden Wärmeverluste zu einem konstanten Semperaturprofil zu kommen.

Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Heizvorrichtungen ist neben der geringeren Empfindlichkeit gegen mechanische Beschädigungen eine höhere Betriebssicherheit und auch eine bessere Stabilität bei ÜberMtaiingen»

Stabheizelemente, welche frei hängen_s vertragen beispielsweise Überhitzungen wegen der Möglichkeit von Deformationen praktisch nicht. Bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist die Überhitzungstemperatur lediglich durch die Feuerfestigkeit des Irägermaterials beschränkt.

Die erfindungsgemäße flächige elektrische Heizvorrichtung läßt sich außerordentlich vielseitig einsetzen. Auf der einen Seite verwendet man sie für die Beheizung beliebiger Arten von Öfen in Laboratorien und im Betrieb. 3?ür hohe Betriebstemperaturen erweist sich insbesondere der Aufbau der flächigen elektrischen Heizvorrichtung auf der Basis von Molybdän-Disilicid als vorteilhaft, welches in oxidierender Atmosphäre unbeschränkt verwendbar ist.

Schließlich darf nicht vergessen werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit zur Beheizung von Flächen bis

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hu beliebiger Größe schafft, wie es bisher nicht der Pall war. So ist es möglich, !fußböden und Wände in Räumen, aber auch Straßen und Brücken zur Verhinderung von G-latteisbildung zu beheizen. Auch flußwehre kann man zur Verhinderung von Vereisung mit Heizvorrichtungen gemäß der Erfindung ausstatten. Weitere Anwendungsgebiete sind Kochplatten, Warmhalteplatten, Bratröhren und Speicherofen für den Haushalt sowie Einrichtungen zur Erwärmung von Gasen und Flüssigkeiten·

Die genannten Möglichkeiten eröffnen sich dadurch, daß bereits mit sehr niedriger Spannung eine ausreichend hohe Wärmeleistung erzielbar ist, so daß die maximal vorgeschriebene BerührungB-spannung nicht überschritten werden muß.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen flächigen elektrischen Heizvorrichtung ist der Einsatz dort, wo elektrostatische Aufladungen abgeleitet werden müssen.

Im folgenden soll ein Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben werden.

Eine in üblicher Weise hergestellte Steinaeugplatte wird als elektrisch isolierender Sräger verwendet. Auf diese Platte wird in einer Dicke von unter 0,1 mm nach dem Plasmaspritz-Verfahren eine Molybään-Disilicid-Schicht aufgetragen. Die Platte hatte eine Breite von 115 nan und eine Länge von 200 mm. Die aufgetragene,Schicht ergab einen Widerstand von 0,8 Ohm.Beim Anlegen' einer Spannung von 20 Volt erwärmt sich die Oberfläche in wenigen Hinuten auf 350 ^σ 0 mit einer Aufheizgeschwindigkeit von ca. 50 bis 100 ° 0 je Minute.

- Patentansprüche: -

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Claims

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H 01 554 Β/11 Annawerk

Patentansprüche:

M . j i?läohenf Örmige elektrische Heizvorrichtung mit einem ein ^~^u^rai «selement aufnehmenden flächigen Träger, dadurch .-ο kennzeichnet, daß das Heizelement die Form •^i.-ur drinnen Schicht aus einem auf eine Oberfläche des Trägen? aufgetragenen elektrisch leitenden Material aufweist.

2. He is vor richtung nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem elektrisch isolierendem Katerial, wie Kunststoff, Keramik oder aus einem ζeaentgebundenen Körper besteht.

3. Heiavorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- z e i c h ne t , daß der Träger aus einem leitenden Material besteht, das gegen das Heizelement durch eine elektrisch isolierende Schicht isoliert ist.

4. Heisvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 die leitende Schicht mit einem Überzug, zum Beispiel aus KunsTstoff oder Keramik versehen ist.

5. Heisvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger plattenförmig ausgebildet ist.

6. Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß der Träger gebogen oder rohrförmig ausgebildet ist.

7. Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

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daß die leitende Schicht über ihre Plächenerstrec.-:uii;j von Örtlich unterschiedlicher Dicke ist«

8i Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche- 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, asu. die leitende Schicht aus örtlich unterschiedlicher" Material Desteht »■■■■■""■"'■ " -- ■ "

9» Heizvorrichtung nach einem, oder mehreren der vorhergehenden Ansprache, d a d u r ο h gekennzeichnet, daß

Dislieid das elektrisch leitende Material Molytdän*Müt ist.

10» Verfahren zur Herstellung einer fTachenförmigen elektrischen Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k en η zeichnet, daß auf einem gebrannten oder ungebrannten keramischen 'Iraker pulverförmiges elektrisch leitendes Material, gegebenenfalls unter Beifügung eines Bindemittels, wie eine Glasur aifire-• tragen und in reduzierender Atmosphäre eingebrannt ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer flächenförmigen elektrischen Heizvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 91 d a d u r e h g e k e η η ze ic h η e f, daß das elektrisch leitende Material auf den 2räger mittels des Flamm- oder Plasmaspritz-Verfahrens aufgetragen wird.

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