DE562206C

DE562206C - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinheit der Manteldrahttype

Info

Publication number: DE562206C
Application number: DE1930562206D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1929-11-30
Filing date: 1930-11-21
Publication date: 1932-10-22
Also published as: US1911063A; FR706940A

Description

Eine Heizeinheit der Manteldrahttype besteht bekanntlich aus einem in einem Metallrohr angeordneten Widerstandselement, das von einer dicht gepackten Schicht pulverförmigen Isoliermaterials umhüllt ist. Bei der Herstellung derartiger Einheiten mit schraubenförmigen Widerstandselementen werden zunächst an den Enden der Widerstandsschraube Anschlußstücke befestigt und dann das Widerstandselement zwischen den Anschlußstücken in das Metallrohr derart eingesetzt, daß es unter Spannung steht, worauf das pulverförmige Isoliermaterial eingefüllt, durch Erschüttern verdichtet und schließlich der Rohrquerschnitt zwecks weiterer Verdichtung des Isolierstoffes durch Walzen o. dgl. vermindert wird.

Es hat sich nun gezeigt, daß es sehr schwierig ist, Heizeinheiten dieser Bauart herzustellen, wenn ihre Länge ein gewisses Maß überschreitet. Das bisherige Verfahren gibt in diesem Falle keine Gewähr dafür, daß die Windungen des Heizwiderstandes gleichmäßig verteilt sind, also auch an allen Stellen eine gleich große Wärme abgegeben wird. Dieser Nachteil macht sich namentlich bei Widerstandselementen geltend, die einen verhältnismäßig dünnen Leiter haben. Da nämlich beim Füllen mit dem pulverförmigen Isolationsmateriäl die Heizeinheit senkrecht gestellt und zwecks gleichförmiger Verteilung und Verdichtung das Isolationsmaterial unter dauernder Erschütterung gehalten werden muß, werden die Windungen des Heizdrahtes mit der Isolationsmasse nach dem unteren Ende des Metallmantels verschoben. Versuche haben ergeben, daß sich auf diese Weise die untere Hälfte des Widerstandsdrahtes bei dem fertigen Element mitunter bis auf ein Drittel ihrer Länge zusammengedrückt hat.

Um eine zentrische Lage des Widerstandselements zu gewährleisten, hat man bereits vorgeschlagen, Abstandhalter auf dasselbe aufzubringen und den Querschnitt des Metallmantels so weit zu verringern, daß die Wandung an den Abstandhaltern, die aus festem, also unzerbrechlichem Material hergestellt werden, anliegt. Abgesehen davon, daß durch die festen Abstandhalter vielfach der Metallmantel während des Walzprozesses beschädigt wird, beeinträchtigen sie auch die elektrische Festigkeit der Heizeinheit, da die pulverförmige Isolationsschicht durch die Abstandhalter unterbrochen ist, also eine über die ganze Heizlänge gleichmäßige und homogene Isolation nicht besteht. Es können sich zwischen Abstandhaltern und den angrenzenden

pulverförmigen Isolationsschichten leicht Kriechwege ausbilden, die zu Durchschlägen Anlaß geben.

Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, diese Mängel zu beheben. Ihr Kennzeichen besteht zunächst darin, Mittel vorzusehen, durch die, insbesondere während des Einfüllens und Erschütterns des Isoliermaterials, eine Längsverschiebung des Heizelements ίο gegenüber dem Metallmantel mindestens in einer Richtung verhütet wird. Zu diesem Zwecke versieht man, nachdem der mit Abstandhaltern versehene Widerstandsdraht in den Metallrohrmantel eingespannt ist, diesen in der Nähe jedes Abstandhalters mit Verengungen, und zwar derart, daß jede Verengung in bezug auf den zugehörigen Abstandhalter auf der gleichen Seite liegt und kein Abstandhalter die Verengung passieren kann. Darauf wird in bekannter Weise das Isolationsmaterial eingefüllt, durch Erschüttern verdichtet, dann zunächst der Querschnitt des Metallmantels etwa in der Mitte zwischen je zwei benachbarten Verengungen über ein kurzes Stück und schließlich über die ganze Länge der Heizeinheit so weit vermindert, bis sämtliche Unebenheiten ausgeglichen sind. Selbstverständlich ist dafür zu sorgen, daß die Abstandhalter auf dem Wider-Standselement nicht verrutschen. Am einfachsten läßt sich dies dadurch erreichen, daß zu beiden Seiten derselben je einige Windungen des Heizdrahtes flachgedrückt werden. Die Abstandhalter selbst sind aus leicht zerbrechlichem Isolationsmaterial herzustellen, damit sie schon bei den ersten Querschnittsverminderungen des Metallmantels zerstört und bei der weiteren Reduzierung vollkommen puh'erisiert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. ι eine Längsansicht des schraubenförmigen Widerstandselements mit den in bestimmten Zwischenräumen aufgebrachten Abstandhaltern,

Abb. 2 eine Längsansicht des Metallmantels, an dem die zu verengenden Stellen markiert sind,

Abb. 3 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Längsansicht des in den Metallmantel eingeschobenen, mit Abstandhaltern versehenen Heizelements,

Abb. 4 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Längsansicht der mit Isolationsmaterial gefüllten Heizeinheit,

Abb. 5 eine Längsansicht der fertiggestellten, also gewalzten Heizeinheit,

Abb. 6 eine perspektivische Ansicht eines auf dem Heizdraht angebrachten Abstandhalters.

Die Heizeinheit ist in den Darstellungen mit 10 bezeichnet und besteht aus einem schrauben- oder wellenförmigen Widerstandsdraht 11, der in dem Metallmantel 12 derart angeordnet ist, daß er zu diesem zentrisch liegt. Zweckmäßig wird der Widerstandsdraht 11 aus einem Material von großem elektrischen Widerstand und beträchtlicher Elastizität, z. B. aus einer Nickelchromlegierung, hergestellt. In fertigem Zustande (Abb. 5) ist der Heizdraht 11 in eine feste Masse aus pulverförmigem, hitzebeständigem Isolationsmaterial 13, z. B. Magnesiumoxyd, eingebettet und an den Enden mit metallischen Anschlußstücken 14 und 15 versehen.

Vor dem Zusammenbau der Heizeinheit werden auf den Heizdraht 11 in gewissen Zwischenräumen Abstandhalter 16 aufgebracht und darauffolgend die Anschlußstücke 14 und 15 befestigt. Jedes Anschlußstück besitzt auf dem nach innen gerichteten Teil 17 ein Schraubengewinde, auf das das entsprechende Ende der Widerstandsschraube aufgedreht bzw. aufgeschraubt wird. Der Schraubendurchmesser des Heizdrahtes muß natürlich etwas kleiner sein als der des Schraubenendes 17; dann ergibt sich, da das Widerstandsmaterial elastisch ist, eine feste Verbindung zwischen beiden Teilen und damit ein guter elektrischer· Kontakt. An den Gewindeenden des Teiles 17 sind Unterlegscheiben 18 angeordnet, die an ihrer äußeren Seite durch Splinte 19 gehalten werden, während sie nach innen an dem Widerstandsdraht anliegen. Das äußere Ende des Anschluß-Stückes 14 ist mit einer weiteren Unterlegscheibe 20 versehen, die durch das verstärkte Ende 14^s gesichert wird. Das äußere Ende des Anschlußstückes iS^a besitzt eine Bohrung zur Aufnahme eines Splintes oder Bolzens 21.

Nachdem die Endstücke befestigt sind, werden die Abstandhalter 16 in passenden Zwischenräumen auf dem Widerstandsdraht 11 verteilt. Die Anzahl der Abstandhalter kann an sich beliebig sein, jedoch erfolgt ihre Wahl zweckmäßig unter Berücksichtigung der Biegefestigkeit des Leiters und der Länge der Heizeinheit. Um die Abstandhalter gegen Verschieben zu sichern, werden einige Windungen des Heizdrahtes zu beiden Seiten jedes Abstandhalters flachgepreßt. Eine Bauart des Abstandhalters, die selbstverständlich an sich beliebig sein kann, ist in Abb. 6 dargestellt. Demgemäß sind die Bestandteile ein zylindrischer Teil τ6^α, dessen Durchmesser kleiner ist als der lichte Manteldurchmesser, sowie ein flanschartiger Teil 16⁶, der sich an einer der beiden Grundflächen des Zylinders 16" befindet. Der Zylinder i6^a besitzt eine in der Längsrichtung liegende Durchgangsöffnung, die so groß ist, daß die Heizschraube bequem durchgeführt werden kann. Um trotz-

dem eine unveränderliche Lage auf dem Heizdraht gewährleisten zu können, werden, wie oben erwähnt, einige Windungen zu beiden Seiten der Abstandhalter flachgedrückt. Als Baustoff wird zweckmäßig Isoliermaterial, z. B. Lava, gewählt.

L"m die zu verengenden Stellen iz" festzulegen, wird der Heizdraht bis zur Metallmantellänge gedehnt und dann von außen an

ίο den Mantel gehalten, so daß also die Abstandhalter in bezug auf den Metallmantel ihre zukünftige Lage einnehmen; darauf wird der Mantel an den zu reduzierenden Stellen angekreidet, wobei zu beachten ist, daß sich diese Stellen in der senkrechten Einfüllage des Mantels unterhalb der zugehörigen Abstandhalter befinden müssen. In den Abbildungen liegen die Markierungen bzw. Verengungen dementsprechend links von den Abstandhaltern.

Um Ungenauigkeiten Rechnung zu tragen, wird vorteilhaft zwischen den markierten Stellen und den zugehörigen Abstandhaltern ein kleiner Zwischenraum vorgesehen und die Abstandhalter vorher etwas gegen jene abgeflachten Windungen der Heizschraube verschoben, die beim Einfüllen unterhalb der Abstandhalter liegen.

Das Widerstandselement 11 mit den Anschlußstücken und den Abstandhaltern wird dann in den Metallmantel hineingeschoben (Abb. 3), der zur Festlegung der Endstücke an jedem Ende ein Gegenlager 22 besitzt.

Das äußere Ende des Anschlußstückes 14 wird durch die Unterlegscheibe 20 in einer zum Metallmantel zentrischen Lage gehalten, während bei dem äußeren Ende des Anschlußstückes 15 der Bolzen oder Splint 21 diese Aufgabe übernimmt. Das Widerstandselement 11 wird so tief in den Mantel hineingeschoben, bis die Unterlegscheibe an dem Gegenlager 22 festgelegt werden kann. Dann wird das Anschlußstück 15 aus dem rechten Ende des Metallmantels herausgezogen, der Splint 21 durch die Bohrung des'Teiles 15" gesteckt und darauf das Anschlußstück 15 freigegeben. Durch die Federkraft des Widerstandsdrahtes wird es nun so weit zurückgezogen, bis der Splint 21 auf dem Gegenlager 22 aufliegt.

Die Widerstandsschraube ist jetzt derart gespannt, daß die einzelnen Windungen den erforderlichen Abstand voneinander haben.

Danach wird der Metallmantel an den angezeichneten Stellen so weit verengt, daß die Abstandhalter 16 diese Stelle nicht mehr passieren können.

Damit beim Füllen der Durchgang des pulverförmigen Isolationsmaterials durch die Flanschteile i6^b, die auf den verengten Stellen i2^a aufliegen, nicht erschwert bzw. verhindert wird, erhält der Kopfteil 16* Durchbrechungen oder Schlitze. Das Material findet also einen freien Weg sowohl zwischen dem Abstandhalter und dem Metallmantel als auch durch die im Innern des Abstandhalters vorhandene öffnung, durch die der Heizdraht geführt ist. Der Metallmantel mit dem eingebauten Heizelement wird nun in senkrechter Lage in eine nicht dargestellte Schüttelmaschine an seinem oberen Ende (rechts) eingespannt und mit pulverfÖrmigem, hitzebeständigem Isolationsmaterial 13 gefüllt. Die Schüttelbewegungen bewirken sowohl eine gleichmäßige Verteilung des Isolationsmaterials, besonders auch an den Anschluß- stücken und Abstandhaltern, als auch eine Verdichtung desselben. Eine Verschiebung des Widerstandselements durch sein Gewicht oder den Druck des Isolationsmaterials auf die Widerstandsspirale sowie auf die Abstandhalter kann nur so weit erfolgen, bis die Abstandhalter auf den verengten Stellen des Metallmantels aufliegen, also nur um eine sehr kleine Strecke. Auch in dem Abstandhalter kann sich der Widerstandsdraht nur ein kurzes Stück nach unten verschieben, da die über ihm liegenden Windungen flachgedrückt sind.

Nachdem auf diese Weise der Metallmantel mit Isolationsmaterial gefüllt worden ist, wird eine Unterlegscheibe 23 in die Erweiterung 22 des Metallmantels und über das Ende 15^s des Anschlußstückes geschoben, bis sie an dem Splint 21 anliegt. Die Enden des Metallmantels werden nun übersponnen und so die Unterlegscheiben 20 und 23 gesichert.

Versuche haben gezeigt, daß bei der Herstellung der Heizdraht auch durch das Isolationsmaterial gegen die Wand des Metallmantels · wandert, falls dieser während des Walzens nicht volkommen geradebleibt. Wird z. B. das Heizelement so in die Maschine eingelegt, daß nur ein äußeres Ende belastet ist, so biegt sich der Metallmantel, wobei der Widerstandsdraht mitunter so weit verschoben wird, daß er die Wandung berührt oder sogar durchschneidet. Um dies zu verhindern, beginnt man den Schmiede- oder Walzprozeß zunächst mit der Reduzierung des Metallmantels zwischen den Verengungen I2^ß. Es wurde gefunden, daß beim Zusammendrücken des Durchmessers des Metallmantels um ungefähr 1,5 mm und über eine Länge von einigen Millimetern das Isolationsmaterial genügend fest wird, um das Wider- H5 Standselement in absolut zentrischer Lage während des Schmiedeprozesses zu halten.

Die ganze Heizeinheit wird darauf in bekannter Weise in einer Walz- oder Gesenkmaschine behandelt und dadurch das Isolationsmaterial in dem Metallmantel zu einer harten festen Masse verdichtet, wobei sich

der Durchmesser des Elements verkleinert, während seine Länge etwas zunimmt. Durch das vorerwähnte, bereits stellenweise erfolgte Zusammendrücken des Mantels und Verdichtung des Isolationsmaterials wird nicht nur eine zentrische Lage gewährleistet, sondern auch eine Längsverschiebung des Isolationsmaterials während des Walzens verhindert.

Es sei noch bemerkt, daß der Metallmantel ίο auf einen Durchmesser vermindert wird, der gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der vorher aufgebrachten Verengungen I2^a. Man wählt vorteilhaft eine stufenweise Verminderung des Durchmessers und schickt zu diesem Zweck das Element mehrere Male . durch die Maschine. Um zu vermeiden, daß das Widerstandselement zu hart und dadurch brüchig und spröde wird, hat nach jedem Arbeitsgang eine Prüfung in dieser Hinsicht zu erfolgen.

Es hat sich gezeigt, daß die Kopfteile i6⁶ der Abstandhalter den Metallmantel beim Schmieden und Walzen beschädigen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird der Kopfteil derart mit Einkerbungen versehen, daß er schon beim ersten Walzarbeitsgang zerbricht. Zweckmäßig· stellt man den ganzen Abstandhalter aus leicht zerbrechlichem Material her, das dann während des WaIzprozesses vollkommen pulverisiert wird.

Nach der Beendigung des Walzprozesses werden die Unterlegscheiben entfernt, und den Enden der Heizeinheit wird eine viereckige Form gegeben (vgl. Abb. 5). Die Anschlußstücke werden durch die verdichtete Isoliermasse, in welcher sie eingebettet sind, vollkommen festgehalten.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinheit der Manteldrahttype, bei welchem der mit Abstandhaltern versehene Widerstandsdraht zwischen Anschlußstücken unter Spannung in dem Metallrohrmantel eingesetzt, darauf das Metallrohr mit pulverförmigem Isolationsmaterial gefüllt und dieses schließlich durch Erschüttern und Verminderung des Rohrquerschnittes verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen werden, durch die insbesondere während des Einfüllens und Erschütterns des Isoliermaterials eine Längsverschiebung des Heizdrahtes gegenüber dem Metallmantel mindestens in einer Richtung verhütet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem der in bekannter Weise mit Abstandhaltern (16) versehene Widerstandsdraht (11) in dem Metallrohrmantel (12) eingespannt ist, dieser in der Nähe jedes Abstandhalters mit Verengungen (i2^a) versehen wird, und zwar derart, daß jede Verengung in bezug auf den zugehörigen Abstandhalter auf der gleichen Seite liegt und kein Abstandhalter die Verengung passieren kann, worauf in bekannter Weise das Isolationsmaterial (13) eingefüllt, durch Erschüttern verdichtet und schließlich der Querschnitt des Metallrohres durch Walzen vermindert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Füllen des Metallmantels (12) mit Isolationsmaterial (13) und dem Verdichten durch Erschüttern zunächst der Querschnitt des Metallmantels (12) etwa in der Mitte zwischen je zwei benachbarten Verengungen (i2^a) über ein kurzes Stück vermindert wird und darauf erst in an sich bekannter Weise die Querschnittsverminderung des ganzen Metallmantels vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Metallmantels (12) mindestens so weit vermindert wird, daß sämtliche Verengungen (i2^a) ausgeglichen sind, also der Mantel eine gleichförmige, zylindrische Oberfläche hat.
5. Verfahren zum Befestigen der Abstandhalter auf dem Heizdraht nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufsetzen der Abstandhalter (16) auf den Heizdraht zu beiden Seiten derselben je einige Windungen des Heizdrahtes (11) flachgedrückt werden, so daß sich der Abstandhalter auf dem Heizdraht nicht oder nur ganz wenig verschieben kann.
6. Abstandhalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus leicht zerbrechlichem Isolationsmaterial besteht, so daß er schon bei der ersten Quer-Schnittsverminderung des Metallmantels zerstört und bei der weiteren Verringerung vollkommen pulverisiert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen