DE2022282A1 - Ceramic insulated heater element - Google Patents
Ceramic insulated heater elementInfo
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Abstract
Description
Elektrisches Keramik-Heizelement und Verfahren zu seiner Herstellung 1)ie Erfindung betrifft ein elektrisches Keramik-Heizelement sowie ein Verfahren zum Fterstellen des Keramik-Heizelements. Ceramic electric heating element and process for its manufacture 1) The invention relates to an electrical ceramic heating element and a method for placing the ceramic heating element.
Elektrische Heizelemente sind gewöhnlich in zwei Gruppen einzuteilen. Der eine Typ ist durch das in eine z.B. körnige oder staub- bzw. teilchenförmige Isoliermasse eingebettete und eingepresste Widerstandsmaterial, wie einen Widerstandsdraht, gekennzeichnet, während die elektrischen Heizelemente des anderen Systems sogenannte ebene Heizelemente sind. Im Prinzip gehören die sehr verbreiteten Röhrenheizelemente zum Typ der in eine Isoliermasse eingebetteten Heizelemente. Der Wirkungsgrad der ebenen Heizelemente ist günstig, jedoch wird deren gewerbliche Anwendung in vielen i?ällen dadurch behindert, dass die besonders düYu?e VYiderstamdasicht bei der betrieblichen Benützung leicht beschädigt werden kann.Electric heating elements usually fall into two groups. One type is due to that in a granular or dusty or particulate form, for example Insulating compound embedded and pressed-in resistance material, such as a resistance wire, characterized, while the electrical heating elements of the other system are so-called are flat heating elements. In principle, the very common tubular heating elements belong on the type of heating elements embedded in an insulating compound. The efficiency of the flat heating elements is inexpensive, but their commercial application is in many I? allen hindered by the fact that the particularly düYu? e VYiderstamdasicht in the operational Use can be easily damaged.
Bin bedeutender technischer Nachteil der Heizelementtypen, bei denen das Widerstandsmaterial in eine elektrische Isoliermasse eingelegt ist, besteh-t in der unbedingt erforderlichen Sicherung des für die Einbettung nötigen und eine angemessene mechanische ü'estigkeit besitzenden Körpers oder Gefässes, wie z.B. ein IJeizpiattengusstück oder das Metallrohr des Röhrenheizelements.A significant technical disadvantage of the types of heating elements in which the resistance material is inserted into an electrical insulating compound, exists in the absolutely necessary securing of the necessary for the embedding and a body or vessel with adequate mechanical strength, e.g. a hot plate casting or the metal tube of the tubular heating element.
In vielen Fällen wird zur Erzielung des günstigen Wirkungsgrades die innere Form des Körpers oder eefässes zweckinässig so ausgebildet, dass die ungünstigen Wärmeleitungseigenschaften der Isoliermasse als Einbettungsmaterial behoben werden, die damit zusammenhängen, dass das Isoliermaterial in erhetlichen Masse Lufteinschlüsse enthält.In many cases, the internal shape of the body or vessel is expediently designed so that the unfavorable Thermal conductivity properties of the insulating compound as an embedding material are eliminated, which are related to the fact that the insulating material has a considerable amount of air pockets contains.
Diese im Inneren des Heizelementkörpers ausgebildete Profilierung (z.B. bei Heizplattengusstücken die Ausbildung innerer Idetallkanäle) kann durch den Metallguss nur sehr schwer masshaltig hergestellt werden. Wenn dagegen das Isoliermaterial in den Heizelementkörper mit einem Profilwerkzeug eingepresst wird, springt der deformierte Körper beim Einpressen des Binbettungsmaterials.Ein Präzisionsguss verteuert andererseits erheblich die Herstellung des Elementkörpers.This profiling formed in the interior of the heating element body (e.g. in the case of hot plate castings, the formation of inner metal channels) can be achieved through it is very difficult to manufacture cast metal with dimensional accuracy. If, on the other hand, the insulating material is pressed into the heating element body with a profile tool, the jumps Deformed bodies when the embedding material is pressed in. Precision casting makes it more expensive on the other hand, the production of the element body is considerable.
Die erfindungsgemässen neuen elektrisenen Keresnik-Heizelemente erfordern nicht den teueren, mit den genannten Diacnteilen behafteten Elementkörper.The inventive new electric Keresnik heating elements require not the expensive element body with the diac components mentioned.
Das elektrische Keramik-Heizelement aus einer Kombination aus einem selbsttragenden Körper aus keramischen itiaterial und einem elektrischen fertigen oder im Laufe eines technischen Prozesses sich ausbildenden Widerstandsmaterial ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass es das Widerstandsmaterial, wie einen ?äderstandsdraht, in dem selbsttragenden keramischen Körper in einem zwischengeschalteten Dilatationspuffermaterial eingebettet enthält.The electric ceramic heating element consists of a combination of one self-supporting body made of ceramic itiaterial and an electrical manufacture or resistance material that forms in the course of a technical process is characterized according to the invention in that it is the resistance material, such as a vein stand wire, in the self-supporting ceramic body in an intermediate Contains dilation buffer material embedded.
Die Herstellung des erfindungsgemässen Keramik-Heizelements geschieht in folgender Weise.The ceramic heating element according to the invention is produced in the following way.
a) :lit einem zweckmässig ausgebildeten Spritzgtiss oder Presswerkzeug wird aus einem bei niedriger temperatur von 40Q bis 900 bis 100000 ausbrennbaren keramischen Grundmaterial ein profilierter Teilkörper hergestellt. In diesem Teilkörper wird eine der Leistung des Heizelements entsprechende profilierte Aushebung, z.B. in Nutenform, durch Pressen oder Spritzgiessen ausgebildet.a): lit an appropriately designed injection molding or pressing tool is made from a burnout at low temperature from 40Q to 900 to 100000 ceramic base material made a profiled part body. In this part of the body a profiled recess corresponding to the power of the heating element, e.g. in the form of grooves, formed by pressing or injection molding.
b) In dem nach a) ausgebildeten System von Aushebungen-wird z.B.b) In the system of excavations formed according to a) - e.g.
mit einer entsprechend ausgebildeten Spritzgusswerkzeugeinlage eine der Leistung entsprechend bemessene , z.i3. bei 500 W Heizleistung eine 2,3, mm dicke , elektrisch isolierende Dilatationsschicht oder Pufferschicat ausgebildet c) In das kanalrtige System von kushebungen wird ein der gewünschten Heizleistung entsprechendes Widerstandsmaterial, wie ein Heizdraht oder eine Heizspirale, untergebracht. with a correspondingly designed injection molding tool insert according to the performance, e.g. i3. at 500 W heating power a 2.3 mm thick, electrically insulating dilation layer or buffer schicate c) In the channel-like system of kushebungen one of the desired heat output is appropriate resistance material, such as a heating wire or a heating coil, housed.
d) Es wird auf den erhaltenen rohen Heizelementgrundkorper z.B.d) It is applied to the raw heating element base obtained e.g.
ebenfalls mit einer zweckmässig bemessenen Spritzgusswerkzeugeinlage eine weitere Dilatationspufferschicht (Pufferdeckschicht) aufgetragen. also with an appropriately sized injection molding tool insert another dilation buffer layer (buffer cover layer) is applied.
e) Auf das erhaltene Heizelementteil wird mit dem zweckmässig ausgebildeten Werkzeug die Abschlussdeckschicht aus keramischen Grundmaterial aufgespritzt oder aufgepresst.e) The heating element part obtained is appropriately designed with the The top layer of ceramic base material is sprayed onto the tool or pressed on.
Das gemäss a) bis e) erfindungsgemäss hergestellte reihe Heizelement kann nach dem in der keramischen Industrie für die Herstellung von keramik bei niederen Ausbrenntemperaturen (400 bis 1100°a) üblichen Verfahren durch Trocknung, Vorbrennung und Ausbrennung mit dem Widerstandsmaterial, z.B. einer Heizspirale, zusammen zu dem erfindungsgemässen Keramik-Heizelement geformt werden Eine wichtige Forderung ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren die Verwendung eines keramischen Grundmaterials, dessen Ausbrenntemperatur im Bereich von 400 bis 9000C, höchstens aber 1100°C liegt. Im allgemeinen sind bei diesen niedrigen Brennzonentemperaturen die gewünschten Typen Keramik (Hypokeramik), wie P8 7/3 FK oder 6/4 FK, auszubrennen. Es wird daher am zweckmässigsten die keramische Schutzschicht so ausgewählt, dass die Ausbrenntemperatur des Dilatationspuffermaterials nicht erreicht wird.The row heating element produced according to the invention according to a) to e) can be used in the ceramics industry for the production of ceramics at low Burnout temperatures (400 to 1100 ° a) customary processes by drying, pre-burning and burn out together with the resistance material, e.g., a heating coil the ceramic heating element according to the invention are formed An important The requirement in the method according to the invention is the use of a ceramic Base material whose burnout temperature is in the range of 400 to 9000C, at most but is 1100 ° C. Generally are at these low burn zone temperatures To burn out the desired types of ceramic (hypoceramic), such as P8 7/3 FK or 6/4 FK. It is therefore most expediently selected the ceramic protective layer so that the burnout temperature of the dilation buffer material is not reached.
Im allgemeinen wird die Zusammensetzung der keramischen Schutz-und Trägerhülle des Heizelementkörpers dadurch gekennzeichnet, dass diese der Forderung nach einer niedrigen Ausbrenntemperatur genügt und aus der Mischung entsprechend ausgewählter Metalloxide und Nichtmetalloxide besteht, wie z.B. aus CaO, BaO, SiO2 , En°2 usw., in einer den Dilatationsforderungen entsprechend gewählten, homogenisierten Keramik-Grundstoffmischung mit einer kristallinen Komponente, wie z.B. Al203 Das Nengenverhältnis der Zusammensetzung der ausgewählten Metalloxide, Nichtmetalloxide und der kristallinen Komponenten kann der elektrischen Heizleistung des Heizelements entsprechend geändert werden.In general, the composition of the ceramic protective and Carrier shell of the heating element body, characterized in that it meets the requirement after a low burnout temperature is sufficient and from the mixture accordingly selected metal oxides and non-metal oxides, such as CaO, BaO, SiO2 , En ° 2 etc., in a homogenized one selected according to the dilatation requirements Ceramic base mixture with a crystalline component, such as Al203 Das Ratio of the composition of the selected metal oxides, non-metal oxides and the crystalline components can be the electrical heating power of the heating element be changed accordingly.
Die Hauptforderung bezüglich der Schutzkeramik ist, dass diese auch gegenüber Wärmestössen bzw. -schocks widerstandsfähig ist.The main requirement with regard to the protective ceramic is that this also is resistant to thermal shock.
Die während des Betriebs auftretenden Risse sind die Folge von unrichtig angepassten Dílatationsfaktoren. Durch eine entsprechende Wahl der Zusammensetzung und der Korngrösse kann in extremen Fällen auch eine bei niedriger Temperatur ausgebrannste Art eines Keramik-Heizelements hergestellt werden, die keine Dilatationspufferschicht besitzt.The cracks occurring during operation are the result of incorrect adapted dilatation factors. By choosing the composition accordingly and the grain size can in extreme cases also be a burned out at low temperature Kind of ceramic heating element that does not have a dilation buffer layer owns.
Die Materialzusammensetzung der Dilatationspufferschicht enth§t in einer verändeilichen Menge elektrisch gut isolierende Nletalloxid- und Silikatkomponenten mit hohem Schmelzpunkt.The material composition of the dilation buffer layer contains in a variable amount of electrically well insulating metal oxide and silicate components with high melting point.
lweckmässig kann als Puffermaterial feuerbeständiges Elektromagnesiumoxid hohen Reinheitsgrades oder feuerbeständiges Màgnesiumsilikat hohen Reinheitsgrades mit einer Schichtdicke entsprechend der elektrischen Leistung des Heizelements angewendet werden.Fire-resistant electromagnesium oxide can be used as a buffer material high degree of purity or fire-resistant magnesium silicate of high degree of purity applied with a layer thickness corresponding to the electrical power of the heating element will.
Die Trocknung der rohen Heizelemente kann im Temperaturbereich von 50 bis 400 ob mit Wärmebehandlungsstufen von 80 bis 1000C erfolgen.The drying of the raw heating elements can take place in the temperature range of 50 to 400 whether with heat treatment stages from 80 to 1000C.
Auf der Oberfläche der erfindungsgemassen Heizelemente wird ein (bis 8000C) wärmebeständiger, wasserabstossender und wasserundurchlässiger Uberzug aus einem zweckmässig ausgewählten hydrophoben Soff, wie z;B aus einem modifizierten Äthylsilikat, oder für die elektrische Leistung entsprechend ausgewählten Metalloxidemailen, gegebenenfalls durch Metallspritzverfahren, hergestellt. Die wasserundurchlässige Schutzschicht kann auf der Oberfläche der Heizelemente auch mittels Plasmaspritzverfahren aus Metalloxiden hergestellt werden.On the surface of the heating elements according to the invention a (up to 8000C) heat-resistant, water-repellent and water-impermeable coating an appropriately selected hydrophobic substance, such as, for example, a modified one Ethyl silicate, or metal oxide enamels selected for the electrical performance, optionally produced by metal spraying. The waterproof one Protective layer can also be applied to the surface of the heating elements by means of plasma spraying are made from metal oxides.
Das sogenannte Dilatationspuffermaterial der erfindungsgemässen elektrischen Keramik-Heizelemente wird zur Verbesserung der Verarbeitung durch Spritzgiessen oder Pressen mit organischen Kohlenwasserstoffen plastifiziert. Während des'Brennens verwandelt sich dieses Material ganz oder teilweise in Pulverform.The so-called dilation buffer material of the electrical according to the invention Ceramic heating elements are used to improve processing through injection molding or pressing plasticized with organic hydrocarbons. During the burning this material turns completely or partially into powder form.
beispielsweise können bei einem erfindungsgemässen Keramik-Heizelement folgende Materialien Anwendung finden: Zusammensetzung der keramischen Schutzschicht: Hypokeramik, Typ 7/3 70% kristallines Aluminiumoxid 30% Glaskörperschmelze Zusammensetzung der Dilatationspufferschicht: 60 % wärmebeständiges Aluminiumoxid (Al23) hohen Reinheitsgrades 40 0 wärmebeständiges Siliciumdioxid (SiO2) hohen Reinheitsgrades Zusammensetzung der wasserabstossenden Emailschicht: Deckemail aus 20 ° TiO2 25 0/0., B203 20 d CaF2 35 wo PbO 100 % Das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte elektrische Keramik-Heizelement kann bei der Herstellung zeitgemässer elektrowärmetechnischer Apparate und Vorrichtungen, so z.B. bei Konvektions- und Strahlungsheitungen und bei Wärme speichern, bei ortsfesten und tragbaren Herden für Haushalt und Gewerbe, für Lötkolben, Tauchsieder, Kochplatten, Bügeleisen usw. verwendet werden. Es kann mit Schmuckkeramik und gewerblicher Keramik und mit einem modellierten Metallgerüst kombiniert verwendet werden. for example, in a ceramic heating element according to the invention the following materials are used: Composition of ceramic Protective layer: Hypoceramics, type 7/3 70% crystalline aluminum oxide 30% vitreous melt Composition of the dilation buffer layer: 60% heat-resistant aluminum oxide (Al23) high degree of purity 40 0 heat-resistant silicon dioxide (SiO2) of high degree of purity Composition of the water-repellent enamel layer: Cover enamel made of 20 ° TiO2 25 0/0., B203 20 d CaF2 35 where PbO 100% The one produced by the process according to the invention electric ceramic heating element can be used in the manufacture of contemporary electro-thermal technology Apparatus and devices, e.g. for convection and radiation units and in the case of heat storage, in fixed and portable stoves for household and commercial use, be used for soldering irons, immersion heaters, hotplates, irons, etc. It can with decorative ceramics and commercial ceramics and with a modeled metal frame can be used in combination.
Der Wärmespeicherkern von elektrischen Wärme speichern aus Keramik, Gusseisen oder einer Saizschmelze kann mit unmittelbar eingebauten erfindungsgemässen Heizelementen, z.B.The heat storage core of electrical heat stores made of ceramic, Cast iron or a Saizschmelze can with directly built-in according to the invention Heating elements, e.g.
bei Wärmespeicherkernen auf keramischer Grundlage durch-Spritzgiessen oder Pressen, ausgebildet werden.In the case of heat storage cores on a ceramic basis, through injection molding or pressing.
In den beigefügten Zeichnungen , die das erfindungsgemässe Verfahren erläutern, zeigt A einen mit Nuten versehenen keramischen Halb-Heizelementkörper gemäss der Erfindung, B in einer fortgeschrittenen Herstellungsstufe in der Nut des Heizelementkörpers untergebrachtes Widerstandsmaterial und C das fertige, mit der Deckschicht versehene Heizelement.In the accompanying drawings, which illustrate the method according to the invention To explain, A shows a grooved ceramic semi-heater body according to the invention, B in an advanced manufacturing stage in the groove of the heating element body housed resistance material and C the finished, with the top layer provided heating element.
Die Darstellungen erläutern die Erfindung für nur eine Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemässen Keramik-Heizeleinwite, es können jedoch zahlreiche andere Heizelementkonstruktionen erfindungsgemäss ausgeführt werden.The illustrations explain the invention for only one possible application of the ceramic heating element according to the invention, but numerous others can be used Heating element constructions are carried out according to the invention.
-Patentansprüche- -Patent claims-
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702022282 DE2022282C3 (en) | 1970-05-06 | 1970-05-06 | Process for the manufacture of an electrical heating element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702022282 DE2022282C3 (en) | 1970-05-06 | 1970-05-06 | Process for the manufacture of an electrical heating element |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2022282A1 true DE2022282A1 (en) | 1971-11-18 |
DE2022282B2 DE2022282B2 (en) | 1979-09-13 |
DE2022282C3 DE2022282C3 (en) | 1980-05-29 |
Family
ID=5770459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702022282 Expired DE2022282C3 (en) | 1970-05-06 | 1970-05-06 | Process for the manufacture of an electrical heating element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2022282C3 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2941090A4 (en) * | 2012-12-27 | 2016-08-17 | Kyocera Corp | Heater |
-
1970
- 1970-05-06 DE DE19702022282 patent/DE2022282C3/en not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2941090A4 (en) * | 2012-12-27 | 2016-08-17 | Kyocera Corp | Heater |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2022282C3 (en) | 1980-05-29 |
DE2022282B2 (en) | 1979-09-13 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |