DE383355C - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinheit der Manteldrahttype - Google Patents

Description

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Vorliegende Erfindung betrifft elektrische Heizelemente, bei welchen ein Widerstand in einer Metallhülse eingeschlossen und von dieser durch eine dünne, dichtgepackte Schicht eines Isolierstoffes isoliert ist.

Widerstafndselemente dieser Bauart werden jetzt vielfach in elektrischen Heizkörpern u. dgl. verwendet und sind unter dem Namen »Manteldrahtelemente« bekannt. Eins der charakteristischsten Merkmale dieser Widerstandselemente ist, daß die Isolationsschicht zwischen dem Leiter und der umgebenden Hülse sehr dünn ist und sehr fest gepackt ist, so daß elektrischer Leiter und Hülse thermisch gut verbunden sind. Das übliche Verfahren, solch ein Widerstandselement herzustellen, besteht darin, einen gerade ausgespannten Widerstandsdraht, der mit Kerndraht bezeichnet werden möge, zentrisch in einem Metallrohr anzubringen, welches die Hülse bildet und mit einem isolierenden Pulver, wie Magnesia, ausgefüllt wird, so daß der Kerndraht darin vollständig gebettet und genau zentriert liegt. Die Enden des Rohres werden dann mit Rücksicht auf die herausragenden Drahtenden zugepflockt, und das Rohr wird einem Streckungsprozeß

unterworfen. Das Ergebnis ist die Streckung der Hülse und des Kerndrahtes bei gleichzeitiger Verdichtung des Isolierstoffes. Die Anordnung ist derart, daß, wenn der Kerndraht auf das gewünschte Maß reduziert ist, der Isolierstoff so fest gelagert ist. daß er praktisch mit dem Kerndraht einen Körper darstellt und das Ganze gezogen und gewalzt werden kann wie ein festes Metall. Dieses EIement stellt, mit passenden Anschlußdrähten versehen, eine ausgezeichnete Heizeinheit dar, da es außerordentlich fest ist und keinen Isolationsschutz erfordert, der Kerndraht gut isoliert und gegen mechanische Beschädigungen gesichert ist. Die Abwendbarkeit eines solchen Widerstandselements ist natürlich in gewissem Grade beschränkt, da der für das Heizelement verfügbare Raum nicht immer ausreicht, um einen Widerstandsdraht aufzunehmen, der für den erforderlichen Widerstand lang genug ist. Dies trifft besonders zu bei Netzspannungen von 220 Volt oder mehr.

Es hat sich nun gezeigt, daß ein Manteldraht mit einem schraubenförmigen oder gewundenen Leiter anstatt eines geraden Kerndrahtes nicht nur all die Vorteile des obenerwähnten Manteldrahtes mit geradem Leiter besitzt, sondern auch noch andere Vorzüge. Der Hauptvorteil dieser Form des Heizelements liegt darin, daß ein bedeutend längerer Kerndraht in dem gegebenen Raum untergebracht werden kann, so daß dieses viel gedrängter und bequem für höhere Spannungen verwendbar ist, ohne deshalb mehr Raum zu beanspruchen. Diese Art von Manteldraht hat mit der einen geraden Kerndraht verwendenden Ausführungsform den Vorteil gemeinsam, daß der Isolierstoff, wenn er gehörig verdichtet ist, praktisch zu einer Einheit mit dem Kerndraht wird, so daß das Ganze wie ein massiver Draht gezogen oder gewalzt werden kann und so biegsam ist, daß es in beliebige Form gebogen werden kann, ohne daß die einzelnen Teile sich verzerren oder gegenseitig verlagern. Außerdem bietet die neue Form des Manteldrahtes noch weitere wichtige Vorteile sowohl in bezug auf ihre Herstellung als auch auf ihre Brauchbarkeit selbst. Ein wichtiger Vorteil liegt darin, daß, wie der Erfinder festgestellt hat, bei Herstellung von Alanteldraht dieser Art der Isolierstoff um den Kerndraht in der Hülse einfach durch Schütteln oder Vibrieren des Ganzen genügend verdichtet werden kann, so daß es nicht immer nötig ist, die Hülse durch Ziehen oder Stauchen o. dgl. zwecks Verdichtung des Isolierstoffes zu verengen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Kerndraht, sofern das Heizelement dem Verfahren des Reduzierens der Hülse unterworfen wird, durch die Streckung der Mantelhülse nicht verändert wird. Da der Kerndraht nicht gezogen wird, kann eine Drahtsorte Verwendung finden, die wohl schwer zu ziehen, sonst aber besser geeignet ist. Eine größere Dichte des Isolierstoffes, durch welche die elektrische Isolation an Zuverlässigkeit gewinnt, wird hierdurch erreicht, -da der Kerndraht nicht reduziert wird; dagegen läßt sich ein gerader Kerndraht, wenn die Dichte des Isolierstoffes ein bestimmtes Maximum überschritten hat, bei der Reduktion . nicht in genau.der gewünschten Art ausziehen. Ferner behält der Kerndraht seine glatte Oberfläche, die ihm durch das Gesenke gegeben ist, und es kann ein dünnerer Draht ohne Gefahr verwandt werden als in dem Fall, wo der Draht in dem Rohr ausgezogen wird.

Weitere Vorteile liegen z. B. noch in der Vereinfachung der Anschlüsse und der größeren Unabhängigkeit von der Güte und Art des für den Mantel benutzten Metalls. ' Nach der Erfindung wird also ein schraubenförmig gewickeltes oder gewundenes Widerstandselement zentrisch in einer Metallhülse angebracht, die mit einem gepulverten Isolierstoff ausgefüllt wird. Der Isolierstoff wird so fest gestopft, daß ein dichter Isolierkörper mit verhältnismäßig hoher Wärmeleitfähigkeit entsteht, der die Wärme zur Hülse in dem bestmöglichen Maße leitet, gleichzeitig aber auch ein guter elektrischer Isolator ist. Auf diese Weise erhält man ein mechanisch festes Widerstandselement mit einem hohen Widerstand auf verhältnismäßig; kleinem Raum.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Abb. 1 zeigt im Schnitt den Widerstandsdraht in dem zur Füllung fertigen Rohr, Abb. 2 eine Stirnansicht, Abb. 3 das gefüllte Rohr, teilweise aufgeschnitten, so daß die Zuleitungsdrähte zu sehen sind, Abb. 4 das gestreckte Heizelement und Abb. 5 eine Einzelheit der Zuleitungsdrähte.

Zur Anfertigung des Manteldrahtes nach der Erfindung stellt man zunächst ein wellenförmig gewickeltes Widerstandselement 10 am besten in Form einer Schraube her aus einem Stoff, der hohen Widerstand besitzen muß, wie z. B. eine Nickel-Chrom-Legierung. Dieser Leiter ist zentrisch im Rohr 11 angebracht, das aus jedem beliebigen zieh- oder streckbaren Metall bestehen kann.

Das schraubenförmige Widerstandselement kann dicht gewickelt werden und wird beim Anbringen in dem Rohr gestreckt, um die einzelnen Windungen voneinander zu trennen und gleichzeitig mit Hilfe der elastischen Spannung ersteres in zentrischer Lage zu halten. Um dickere Anschlüsse am Widerstandselement anzubringen und gleichzeitig einen geeigneten Halt für dieses beim Füllen und beim nach-

folgenden Ziehen zu schaffen, wird jedes Ende des Widerstandselements an einem kleinen Stab befestigt (vgl. 12 der Abb. 5). Dieser Stab, welcher am besten aus demselben Stoff wie der Heizdraht besteht, um jede galvanische Wirkung zwischen ihm und den Anschlußstücken auszuschließen, trägt an seinem Ende einen in eine Spitze auslaufenden dicken Kopf 13, um welchen sich der Heizdraht legt. Das Ende des Drahtes ist dann auf die abgeschrägte Fläche des Kopfes und ein kurzes Stück auf den Stab aufgewickelt, während das Ende selbst in die Nut 14 im Stab gesteckt ist. Die Kanten der Nut sind über das Ende des Drahtes geklopft, so daß eine gute elektrische Verbindung entsteht und das Drahtende fest mit dem Stab verbunden ist. Die beiden Enden des schraubenförmig gewickelten Heizdrahtes werden also durch die zwei Stäbe 12 gehalten, welche ihrerseits in Löchern der Kappen 15 und 16 stecken; an den Kappen, die über die Enden des Rohres passen, sind die Stäbe mit Klemmschrauben 17 und 18 befestigt.

Der Draht wird, wie oben angegeben, gespannt gehalten, so daß er in zentrischer Lage bleibt. Die Kappe 15 trägt einen Trichter 19 mit Bohrungen, durch welche der Isolierstoff in das Rohr geschüttet wird. Der zu benutzende Isolierstoff muß sich zu einer dichten Masse zusammenpressen lassen und gleichzeitig gute elektrische Isolations- und gute Wärmeleitfähigkeit besitzen. Magnesiumoxyd eignet sich für diesen Zweck. Wenn das Rohr gefüllt und der Isolierstoff durch Mittel, wie Erschüttern oder Schütteln des Rohres, verdichtet ist, werden die Kappen 15 und 16 entfernt und die Enden des Rohres dauernd geschlossen.

Wie die Abb. 3 zeigt, geschieht dies mittels der Metallplatten 21 und 22, über welche das Metall des Rohres umgebördelt wird; die Enden der Stäbe gehen durch diese Platten und sind zu Köpfen 23 und 24 gestaltet. Das Rohr hat jetzt das Aussehen der Abb. 3.

Das Rohr kann nunmehr gewünschtenfalls einem Reduktionsprozeß unterworfen werden, indem es durch ein Gesenke oder eine Walzmaschine getrieben wird. Der Betrag der Streckung braucht nicht groß zu sein, da nur« bezweckt wird, das gepulverte Material an die Schraube kräftig anzupressen. Gewöhnlich erfüllen schon eine Verkleinerung des Durchmessers und entsprechende Verlängerung des Rohres in dem durch die Abb. 2 und 3 angedeuteten Maße diesen Zweck.

Es hat sich z. B. gezeigt, daß ein Rohr mit dem äußeren Durchmesser von ^s/_s" und einem lichten Durchmesser von ⁵J₁₁₃" nach einer hinreichenden Streckung einen äußeren Durchmesser von ^2X/_M" und eine Verlängerung von ungefähr 15 Prozent aufwies.

Es zeigt sich, daß bei einem solchen Reduzierprozeß der elektrische Widerstand des Heizdrahtes bis zu einem gewissen Betrage abnimmt, und zwar dadurch, daß der Durchmesser des Drahtes größer wird. Die nähere Untersuchung ergab, daß ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Abnahme des Widerstandes und der Zunahme der Rohrlänge besteht, d. h. daß das Verhältnis des Wider-Standes des schraubenförmig gewickelten Drahtes vor und nach der Streckung gleich dem Verhältnis der Rohrlänge vor und nach der Streckung ist. Der Grund hierfür scheint darin zu liegen, daß in demselben Maße wie der Durchmesser der Schraube, deren Windungszahl ja die gleiche bleibt, auch die Länge jeder Windung abnimmt. Die schraubenförmige Spirale wird nicht durch Ziehen derart verlängert, daß sich die Windungen trennen, sondern durch deren Zusammenpressung ohne merkliche Bewegung gegenüber der umgebenden Isolation.

Daher ist der Isolierstoff auch um das ganze schraubenförmige Widerstandselement herum sehr fest gepackt. Es ist also möglich, ganz genau den jeweiligen Widerstand des Heizdrahtes bei einer gegebenen Streckung des Rohres zu bestimmen, oder mit anderen Worten: man kann die Größe des erreichten Wider- go Standes stets durch Messung der Rohrlänge angeben. Wenn das Rohr im richtigen Maße gestreckt ist, werden Hülse und Isolierstoff so weit abgeschnitten, daß die Anschlußstäbe noch etwas herausragen, wie die Abb. 4 zeigt, und das Heizelement ist gebrauchsfertig.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Herstellung einer elektrisehen Heizeinheit der Manteldrahttype, bestehend aus einem Metallrohr, in dem ein Widerstandselement angebracht ist, das von pulver förmiigem, durch Reduktion des Rohrdurchmessers zu einer harten, dichten Masse verdichtetem Isolierstoff umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein schraubenförmiges Widerstandselement zweckmäßig zwischen Anschlußstücken mit verstärkten inneren Enden unter Spannung in dem Metallrohr angebracht, dann der Isolierstoff um das Widerstandselement durch Erschüttern verdichtet und schließlich das Rohr zwecks weiterer Verdichtung des Isolierstoffes durch Walzen o. dgl. reduziert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.