DE487425C

DE487425C - Process for the production of heating elements from electrically heated vessels and resistors, in which a resistance material is inserted into a ceramic protective material

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Publication number: DE487425C
Application number: DEH93770D
Authority: DE
Original assignee: M HAUSER DR
Current assignee: M HAUSER DR
Priority date: 1923-06-01
Filing date: 1923-06-01
Publication date: 1929-12-11

Description

Verfahren zur Herstellung von Heizkörpern von elektrisch beheizten Gefäßen und Widerständen, bei denen ein Widerstandsmaterial in ein keramisches Schutzmaterial eingelegt ist Für die Erzeugung vonWärme aus elektrischer Energie verwendet man im allgemeinen Widerstände aus Metalldrähten, die meistens aus nickelhaltigen Legierungen bestehen. Sie gelangen in schraubenliniger Form zur Verwendung und werden frei oder auf eine isolierende Unterlage gewickelt der Luft ausgesetzt. Solche Metallwiderstände fallen je nach ihrer Beanspruchung einer mehr oder weniger raschen Zerstörung durch Oxydation und Durchschmelzen anheim.Process for the manufacture of radiators of electrically heated Vessels and resistors in which a resistance material is converted into a ceramic protective material is inserted For the generation of heat from electrical energy one uses generally resistors made of metal wires, mostly made of alloys containing nickel exist. They come to use in helical form and become free or wrapped on an insulating pad exposed to air. Such metal resistors fall through a more or less rapid destruction depending on their stress Oxidation and melting through.

Es sind auch nichtmetallische Heizelemente bekannt, die als leitendes Material Siliciumcarbid enthalten und in Form von Stäben für Glühherde Verwendung finden. Sie vertragen hohe Temperaturen, erleiden aber auf die Dauer derartige innere Veränderungen, daß das betreffende Stück nach einiger Zeit ersetzt werden muß.There are also non-metallic heating elements known as conductive Material contains silicon carbide and is used in the form of rods for glow stoves Find. They tolerate high temperatures, but in the long run suffer such internal ones Changes that the piece in question must be replaced after a while.

Sowohl Drahtwiderstände als auch nichtmetallische Heizkörper können nur dann zur Erhitzung von Flüssigkeiten verwendet werden, wenn sie durch eine Umhüllung gegen jede Berührung mit der Flüssigkeit geschützt sind, denn die Flüssigkeit würde, besonders wenn sie Salze oder Säuren enthält, an der Stromleitung teilnehmen, und die dabei auftretenden elektrolytischen Wirkungen würden zu einer raschen Zerstörung der Widerstände führen.Both wirewound resistors and non-metallic radiators can Can only be used to heat liquids if they are enclosed in a coating are protected against any contact with the liquid, because the liquid would, especially if it contains salts or acids, participate in the power line, and the resulting electrolytic effects would lead to rapid destruction of resistances lead.

Es sind zwar elektrische, als elektrische Heizkörper dienende Widerstände bekannt geworden, bei denen in eine keramische Schutzmasse ein elektrischer Leiter eingelegt wurde. Infolge der ungleich großen Ausdehnung der keramischen Masse und des Leiters war eine innige Verbindung von Leiter und Schutzmasse unmöglich, ohne daß die Schutzmasse rasch zerstört wurde.It is true that they are electrical resistors that serve as electrical heating elements become known in which an electrical conductor in a ceramic protective mass was inserted. As a result of the unequal expansion of the ceramic mass and without the conductor, an intimate connection between conductor and protective ground was impossible without that the protective mass was quickly destroyed.

Gemäß dem neuen Verfahren wird in eine formbare keramische Masse ein Kern aus einer ebenfalls formbaren oder plastischen Masse eingebettet, die so -beschaffen ist, daß sie in ihrer keramischen Umhüllung gebrannt einen elektrischen Leiter bzw. Widerstand bildet, dessen Ausdehnung in der Wärme derjenigen der keramischen Masse nahekommt.According to the new method, a moldable ceramic mass is a Core made of a malleable or plastic mass, which is made in this way is that it burns an electrical conductor resp. Resistance forms, the expansion of which in the heat of that of the ceramic mass comes close.

Die Widerstandsmasse, d. h. die Masse, die nach dem Brennen den leitfähigen Kern bildet, genügt den Anforderungen: x. Beim Trocknen und Brennen schwindet sie ungefähr im gleichen Maße wie die umgebende keramische Masse.The resistance mass, d. H. the mass that becomes the conductive after firing Forms the core, meets the requirements: x. It disappears when it dries and burns about the same as the surrounding ceramic mass.

z. Sie erleidet in Berührung mit der keramischen Umhüllung bei den hohen Temperaturen des Brennofens keine nachteiligen chemischen Veränderungen.z. It suffers in contact with the ceramic cladding at the no adverse chemical changes at high temperatures in the kiln.

3. Der Ausdehnungskoeffizient der beiden Materialien in gebranntem Zustand stimmt ungefähr überein.3. The coefficient of expansion of the two materials in fired Condition is roughly the same.

Als Materialfür den leitenden Kern, das diesen Bedingungen in genügendem Maße entspricht, verwendet man die Arten des Kohlenstoffs und Siliciums oder Mischungen von beiden unter Beifügung von Bindemitteln am besten in Form der in der Keramik gebräuchlichen Rohstoffe und Flußmittel. Beispielsweise eignen sich folgende Massen für Steinzeug: x. 6o Teile staubfein gepulvertes Silicium, 3o Teile natürlicher, stark tonhaltiger Graphit, ro Teile Borsäure oder 2. 5o Teile Silicium, 5o Teile reiner, künstlicher Graphit oder 3. 7o Teile Silicium, 3o Teile Borsäure oder q.. 8o Teile reiner Graphit, to Teile Steinzeugton, ro Teile Feldspat.As a material for the conductive core that satisfies these conditions Measures, one uses the types of carbon and Silicon or mixtures of both with the addition of binders, preferably in the form of Raw materials and fluxes commonly used in ceramics. For example, are suitable the following dimensions for stoneware: x. 6o parts dust-fine powdered silicon, 3o parts natural, strongly clayey graphite, ro parts boric acid or 2.5o parts silicon, 50 parts of pure, artificial graphite or 3.7o parts silicon, 30 parts boric acid or q .. 8o parts of pure graphite, to parts of stoneware clay, ro parts of feldspar.

Solche Gemische lassen sich in Pulverform mit Wasser zu einer knetbaren Masse anrühren. An Stelle von Wasser können auch Lösungen, insbesondere Wasserglas, Öle, Petrol oder andere organische Flüssigkeiten oder Teer verwendet werden.Such mixtures can be kneaded in powder form with water to form a kneadable one Mix the mass. Instead of water, it is also possible to use solutions, in particular water glass, Oils, petroleum or other organic liquids or tar can be used.

An Stelle von Graphit kann man eine ganze Reihe anderer kohlenstoffhaltiger Produkte verwenden, wie Retortengraphit, Petrolkoks usw., oder Produkte, die bei hoher Temperatur verkohlen. An Stelle des reinen Siliciums kann man reine Legierungen verwenden. Als Zusätze kommen in Betracht Silicate, wie Tone, Kaolin, Feldspat, Chamotte, Kieselsäure, ferner Flußspat, Borsäure, Borate, Siliciumcarbid, organische Substanzen usw. Diese Zusätze verfolgen den Zweck, die Plastizität zu beeinflussen, ein gutes Sintern beim Brennen und eine homogene Beschaffenheit der Kerne zu erzielen. Man hat aber in diesen Zusätzen gleichzeitig ein Mittel, um den spezifischen Widerstand zu verändern. Die Leitfähigkeit ist am größten bei einer Mischung mit viel Kohlenstoff, sie wird um so geringer, je mehr nichtleitende Zusätze beigemengt werden. Sie kann andererseits noch erhöht werden dadurch, daßman der Kernmasse ein Metallpulver, z. B. Kupferbronze, oder ein solches Metalloxyd oder Salz beifügt, aus dem beim Brennen in Gegenwart des Kohlenstoffs bzw. eines zugesetzten Reduktionsmittels das Metall befreit wird.Instead of graphite one can use a whole host of other carbonaceous ones Use products such as retorted graphite, petroleum coke, etc., or products that come with char at high temperature. Pure alloys can be used instead of pure silicon use. Silicates such as clays, kaolin, feldspar, Chamotte, silicic acid, also fluorspar, boric acid, borates, silicon carbide, organic Substances etc. These additives have the purpose of influencing the plasticity, to achieve good sintering during firing and a homogeneous consistency of the cores. In these additions, however, one has at the same time a means of increasing the specific resistance to change. The conductivity is greatest with a mixture with a lot of carbon, it becomes less the more non-conductive additives are added. she can on the other hand are increased by adding a metal powder to the core mass, z. B. copper bronze, or such a metal oxide or salt is added from which the Burning in the presence of carbon or an added reducing agent Metal is freed.

Die beschriebenen Kernmassen werden in feuchtem Zustand in den feuchten Ton eingelegt und schwinden in ungefähr demselben Grade wie die umgebende keramische Masse. Sie besitzen aber außerdem eine große chemische Widerstandsfähigkeit, es findet bei Brenntemperaturen von r3oo bis 400' und darüber keine Reaktion des Kohlenstoffs oder des Siliciums mit den umgebenden Silicaten statt. Es ist hingegen darauf zu achten, daß sich oberhalb 1300' Silicium und Kohlenstoff, sofern sich beide zugleich in der Kernmasse befinden, zu vereinigen beginnen unter Bildung von Siliciumcarbid, das dann die Leitfähigkeit herabsetzt.The core masses described are placed in the moist clay in a moist state and shrink to approximately the same degree as the surrounding ceramic mass. But they also have a high chemical resistance, there is no reaction of carbon or silicon with the surrounding silicates at firing temperatures of 300 to 400 'and above. On the other hand, care must be taken that above 1300, silicon and carbon, if both are in the core mass at the same time, begin to combine with the formation of silicon carbide, which then reduces the conductivity.

Als keramisches Material verwendet man mit Vorteil Massen, die einen dichten Scherben ergeben, wie sie z. B. für Steinzeug und Porzellan üblich sind. Es können auch porige Massen, wie z. B. Steingut, verwendet werden, diese müssen dann aber irgendeine dichte Schicht enthalten, sei es an der Oberfläche in Form einer Glasur oder als Zwischenschicht zwischen der Oberfläche und dem Kern, oder man muß dem Kern selbst eine dichte Struktur geben, sofern man nicht in reduzierendem Feuer oder in mit Kohlen gefüllten Kassetten brennt.As a ceramic material, it is advantageous to use masses that have a dense shards result, as z. B. for stoneware and porcelain are common. It can also be porous masses such. B. earthenware, these must be used but then contain some dense layer, be it on the surface in form a glaze or as an intermediate layer between the surface and the core, or one must give the core itself a dense structure, unless one is in a reducing There is a fire or burns in cassettes filled with coals.

Um beispielsweise einen stabförmigen Heizkörper r herzustellen (vgl. Abbildung), verfährt man am besten in folgender Weise Auf einer Röhrenpresse wird aus der keramischen Masse ein dickwandiges Rohr z mit engen Lumen gepreßt und die gewünschte Länge geschnitten. Dann wird es durch eine zweite Presse mit der Widerstandsmasse 2 ausgefüllt und an den Enden 3, q. mit einer Schicht aus keramischer Masse, die auf dem Rohrende gut abbinden muß, zugarniert. Diese Kappe schützt die Widerstandsmasse vor oxydierenden Einflüssen des Brennfeuers und wird nach dem Brennen durch Schmirgelscheibe bis zur punktierten Linie abgeschliffen, um die Anschlußstellen freizulegen. Wie in der Abbildung angedeutet, kann man die Enden 5, 6 mit einem größeren Querschnitt ausbilden und eine besser leitende Masse verwenden, um eine starke Erhitzung der Anschlußstellen beim Gebrauch zu verhindern. In einem Stab können mehrere solcher Widerstandskörper nebeneinander in symmetrischer Anordnung liegen. Es können mehrere Anschlüsse vorgesehen sein.For example, to produce a rod-shaped radiator r (cf. Figure), the best way to proceed is as follows: On a tube press from the ceramic mass a thick-walled tube z with narrow lumen pressed and the cut desired length. Then it is put through a second press with the resistance mass 2 filled in and at the ends 3, q. with a layer of ceramic mass that must bind well at the end of the pipe, garnished. This cap protects the resistance mass from oxidizing influences of the fire and is after burning with an emery disk Sanded down to the dotted line to expose the connection points. As indicated in the figure, you can get the ends 5, 6 with a larger cross-section train and use a more conductive mass to strongly heat the To prevent connection points during use. Several such Resistance bodies lie next to one another in a symmetrical arrangement. There can be several Connections may be provided.

Nach dem neuen Verfahren hergestellte Stäbe können als Heizkörper in Gefäße, Trockenschränke, elektrische Ofen eingebaut werden und können in geeigneten Formen und Dimensionen auch zur Beheizung von Räumen benutzt werden.Rods manufactured using the new process can be used as radiators can be installed in vessels, drying cabinets, electric ovens and in suitable Shapes and dimensions can also be used to heat rooms.

Statt stabförmig könnte der Erhitzungskörper beispielsweise auch plattenförmig ausgebildet sein, um als Einsatz in elektrische Bügeleisen, in Kochplatten Verwendung zu finden. Die Widerstandsmasse kann dabei in Form einer Platte Verwendung finden. Die Herstellungsart variiert mit dem Gegenstand, in den man den Widerstand einlegen will, um ihn z. B. in einer Platte -oder Gefäßwandung anzubringen, zieht man in dem betreffenden Formstück, das leicht angetrocknet ist, eine Rinne von gewünschter Form und Querschnitt und füllt diese mit der Widerstandsmasse aus. Alsdann garniert man einen Streifen aus keramischer Masse auf, so daß er auf und zu beiden Seiten der Rinne gut auf der Unterlage abbindet und die Kernmasse überall gut eingeschlossen ist.Instead of rod-shaped, the heating body could, for example, also be plate-shaped be designed to be used as an insert in electric irons, in hotplates to find. The resistance mass can be used in the form of a plate. The method of manufacture varies with the object in which the resistor is inserted want to get him z. B. to be attached in a plate or vessel wall, one pulls in the fitting in question, which is slightly dried, a channel of the desired Shape and cross-section and fills them with the resistance mass. Then garnished put a strip of ceramic mass on it so that it is on and on both sides the gutter sets well on the base and the core mass is well enclosed everywhere is.

Die Anschlüsse, d. h. die Verbindung der Widerstände mit einem metallischen Leiter geschieht in der Weise, daß man an den Anschlußstellen durch Abschleifen der keramischen Deckschicht bis zur punktierten Linie den Widerstand freilegt. Alsdann wird ein Kontaktstift in den Kern eingeschraubt oder er wird mit Graphit und Wasserglas eingekittet. Um ein sicheres Festhaften zu erzielen, kann man einen Teil des Raumes zwischen dem Stift und der Höhlung, in der er sitzt, mit einem Kitt oder Zement ausfüllen. Es ist vorteilhaft, die Widerstände so zu dimensionieren, daß an der Anschlußstelle eine schwächere Erwärmung erfolgt. Man kann dies nicht nur dadurch erreichen, daß man dem Kern an den betreffenden Stellen einen größeren Querschnitt gibt, sondern auch durch Verwendung einer Masse mit geringerem spezifischem Widerstand, so daß der Kern an den zu erhitzenden Stellen aus einer Masse mit hohem Widerstand besteht und gegen die Anschlußstellen hin einen geringeren spezifischen Widerstand besitzt.The connections, i.e. H. the connection of the resistors with a metallic one Head is done in such a way that you can at the connection points by grinding the resistance of the ceramic top layer up to the dotted line exposed. Then a contact pin is screwed into the core or it is filled with graphite and water glass cemented. In order to achieve a secure attachment, one can use a Part of the space between the pen and the cavity in which it sits with a putty or fill in cement. It is advantageous to dimension the resistors in such a way that that there is less warming at the connection point. You can't do this can only be achieved by giving the core a larger one at the relevant points Cross-section, but also by using a mass with less specific Resistance, so that the core at the points to be heated from a mass with high There is resistance and a lower specific resistance towards the connection points Possesses resistance.

Claims

PATENT CLAIM: Process for the production of radiators from electric heated vessels and resistors, in which a resistance material in a ceramic Protective material is inserted, characterized in that one in plastic Resistance mass in the still plastic ceramic protective mass embeds and burns the whole thing together.