DE2622435A1

DE2622435A1 - Keramischer elektrischer einbett- heizwiderstand und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2622435A1
Application number: DE19762622435
Authority: DE
Inventors: Christoph Von Hoesslin; Manfred Loos; Andreas Dipl Chem Dr Sarkany
Original assignee: Stettner and Co
Current assignee: Stettner and Co
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1976-05-20
Publication date: 1977-12-15

Description

Keramischer elektrischer Einbett-Heizwiderstand
und Verfahren su seiner Herstellung Die Erfindung betrifft einen keramischen, wärmebeständigen, gegen äußere Umwelteinflüsse geschützten Einbett-Heizwiderstand, sowie das Verfahren zu einer Herstellung.
Is ist bekannt, auf einen keramischen, gebrannten Trägerkörper einen Widerstandsdraht aus einer Metall-Legierung wie Chrom-Nickel oder Konstanten in geeigneter Form aufzuwickeln und die Wicklung durch eine gebrannte anorganische Glasur oder aillschicht zu schützen. Dabei tritt der Nachteil zu Tage, daß sich innere Spannungen durch die verschiedenen Wärmeausdehungskoeffizienten des Widerstandsmaterials,des Trägerkörpers und des Schutzschichtmaterials ergeben.
Weiterhin ist vorgeschlagen worden (DAS 1 096 463), den Widerstanddraht dadurch zu schützen, daß um den fertiggerwickelten Widerstandskörper keramische schalenförmige Schutz schichten unter gleichzeitiger Einwirkung von Wärme und Druck aufgebracht werden. Durch die gleichzeitige Einwirkung der Wärme und des Druckes soll erreicht werden, daß die Hülle mit dem Träger des eigentlichen Widerstandadrahtes bzw. mit seinem Kern verschmolzen wird. Auch hier treten die Eingangs geschilderten Nachteile durch verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten auf.
Außerdem ist das Herstellungsverfahren außerordentlich kostenaufwendig.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter Vermeidung der geschilderten Mängel bekannter Einbett-Widerstände dem Widerstandsheizleiter in einem einfachen, leicht steuerbaren Verfahren eine wärmespannungsfreie, Einbettung zu geben, die den Heizleiter auch ii Dauerbetrieb sicher gegen Umwelteinflüsse schützt.
Diese Aufgabe wird unter Ausschaltung aller Spannungen, die durch Verwendung von Isoliermaterial unterschiedlicher Wärledehnung entstehen könnten, dadurch gelöst, daß zur Herstellung eines keramischen wärmebeständigen, gegen äußere Umwelteinflüsse geschützten elektrischen Einbett-Widerstandes erfindungsgemäß auf einen vor dem keramischen Brand noch thermoplastischen Trägerkörper ein in an sich bekannter Weise vorgewärmter Widerstands-Heizleiter aufgebracht und in steuerbares Maße durch die Vorwärmung zum Einsinken in das thermoplastische Material, welches sich über dem Widerstandsheizleiter wieder schließt, gebracht wird, worauf anschließend eine Sinterbehandlung vorgenommen wird, bei der die Thermoplaste entweichen und ein monolithischer Einbett-Widerstand entsteht.
Vorzugsweise wird ein ii Spritzgußverfahren geformtes Material für den Trägerkörper verwendet, bestehend aus 80 - 90% anorganischen Stoffen, vorzugsweise einer Keramikmischung,und 10 - 20% thermoplastischen Bestandteile. Die thermoplastischen Bestandteile haben z.B. eine Erweichungstemperatur von 60 - 800C. Der so gefertigte Trägerkörper ist also zunächst thermoplastisch. Auf ihn wird nun der Heisleiter als Widerstandsmaterial aufgebracht, zum Beispiel als Widerstandsdraht aufgewickelt. Der Draht wird vor den Wickelprozeß soweit erwärmt, daß er den Trägerkörper bei seiner Berührung erreicht und in diesen soweit einsinkt, daß sich das noch thermoplastische Material über dea Draht wieder schließt. Zur Steuerung der Eindringtiefe kann der Draht unter einer geeigneten Vorspannung gehalten werden. Weitere Steuerungsiöglichkeiten sind Vorwärmetemperatur, zum Wickelgeschwindigkeiten.
Die so hergestellten, noch rohen Widerstandskörper werden anschließend einer Sinterbehandlung unterworfen, bei der die thermoplastischen Bestandteile entweichen und der gesinterte monolithische Block zurückbleibt, in dem der Widerstandsheizleiter gleichförmig eingebracht ist. Dabei wird berücksichtigt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des keramischen Materials den des Widerstandskörper. möglichst weitgehend angeglichen ist.
Beim Brennprozeß entweichen also die thermoplastischen Hilfsstoffe, während das zurückbleibende keramische Material durch Sintern verfestigt wird. Güteentscheidend ist dabei, daß die Schmelstemperatur des Widerstandsheizleiters während des Sinterungsprozesses nicht überschritten wird. Vorzugsweise wird als keramisches Material der unter der warenzeichenrechtlich geschützten Bezeichnung "Hypokeramik" bekannten Art verwendet.
Darüberhinaus sind aber auch alle Kombinationen denkbar, die aus einer Mischung von niedrig schmelzender Fritte und geeignet ten Oxiden bestehen.
Ein Beispiel einer Ausführung der erfindungsgemäßen Masse-Zusammensetzung ist die folgende: 1) Thermoplastische Wickelunterlage

Parafin 15%

# heiß gemischt

Hypokeramische Masse 85%

100%

2) Hypokeramische Masse, gemischt und fein gemahlen

Wollastonit 70,00 %

A1203 11,40 %

als Fritte ge-

MgO 0,90 % #

kleinert und

Li2O 0,30 %

fein gemahlen

SiO2 7,00 %

#

PbO 10,40 %

100,00 %

Der lineare Ausdehnungskoeffizient zwischen 20 und 600°C dieses keramischen Sinterproduktes beträgt 11 10-6 Der ert für einige bekannte heizleiterlegierungen ist: für eisenfreie Chrom-Nickel-Legierung 14 . 10-6 für Konstantan 14 10-6 für Nickelin 16 . 10-6 Eine gute Anpassung der Wärmedehnzahlen ist damit erreicht.
Die Zeichnung veranschaulicht das Ausführungsbeispiel. Ea stellen dar Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eine. z.B.
zylindrischen thermoplastischen Trägerkörper 1, auf den der vorgewärmte Widerstandsdraht 2 unter einer geeigneten Vorspannung aufgewickelt wird und in den Trägerkörper einsinkt und Fig. 2 die Teilansicht des so erzeugten monolithischen Blocks nach dem Wickelprozess, wobei mit 1 wiederum der Trägerkörper und mit 2 der Widerstands@raht angedeutet ist.
In dieser in Figur 2 dargestellten Lage ist der Widerstandsheizleiter 2 auch nach den Sintern fest und absolut geschützt im Einbettmaterisl gelagert.
Patentansprüche: L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur herstellung eines keramischen, wärmebeständigen, gegen äußere Umwelteinflüsse geschützten elektrischen Einbett-Widerstandes, dadurch gekennzeichnet,daß auf einem vor dem keramischen Brand noch thermoplastischen Trägerkörper ein in an sich bekannter Weise vorgewärmter Widerstandsheizleiter aufgebracht und in steuerbarem Maße durch die Vorwärmung zum Einsinken in das thermoplastische Material, welches sich über dem Widerstandsheizleiter wieder schließt, gebrscht wird, worauf anschließend eine Sinterbehandlung vorgenommen wird, bei der die Thermoplaste entweichen und ein monolithischer Einbettwiderstand entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsinktieie in den thermoplastisohen Trägerkbrper durch Veränderung der Vorwärmetemperatur und/oder Einwirkkraft aui den Widerstandsheizleiter bestimmt wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastincher Trägerkörper iiir den Widerstandsheizleiter ein zylindrischer Körper dient.
4. Verfahren nach Ansprechen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgefertigte, thermoplastische Trägerkörper durch bekannte Formgebungsvertahren, wie Spritzen, Gießen, Strangpressen hergestellt wird.
5. Verfahren nach Ansprechen 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß keramische Einbett-Werkstoffe mit niedriger Sintertemperatur verwendet werden, die aber auf jeden Fall unter dem Schmelzpunkt des Widerstandsmaterials liegen.
6. Elektrischer Einbett-Widerstand aus einem in keramischem wärmebeständigen Material eingebetteten Widerstandsheizleiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsheizleiter in einem völlig homogenen, im Ausdehiiungskoeffizien ten dem des Heizleiters weitgehend angeglichenen keramischen Trägermaterial eingebettet ist, welches den Heizleiter als monolithischer Block dichtgesintert umschließt.
7. Elektrischer Einbett-Widerstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsheizleiter in dem vorzugsweise sylindrischen Trägerkörper in der Nähe seiner äußeren Mantelfläche eingebettet ißt.
8. Elektrischer Einbett-Widerstand nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als keramisches Einbettmaterial ein solches mit niedriger Sintertemperatur dient, welches vor dem Einbetten des dabei erwärmten Heizleiters thermoplastisch ist, diese Eigenschaft aber bei der nach dem Einbetten erfolgenden Sinterbehandlung verliert, vorzugweise der unter der warenzeichenrechtlich geschützten Bezeichnung "Hypokeramik" bekannten Art.