DE602005005960T2

DE602005005960T2 - Heizelement aus einem geraden band, verfahren und system

Info

Publication number: DE602005005960T2
Application number: DE602005005960T
Authority: DE
Inventors: Mark Rudolph Alta Loma SILVA; David Redondo Beach LAU
Original assignee: Adel Wiggins Group Los Angeles; AdelWiggins Group
Current assignee: Adel Wiggins Group Los Angeles; AdelWiggins Group
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: ATE392121T1; EP1721491B1; DE602005005960D1; WO2005094126A1; US7176421B2; EP1721491A1; ES2306118T3; US20050194378A1

Description

PRIORITÄT
Diese Anmeldung beanspruch Priorität gegenüber der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 60/549,912 vom 5. März 2004 mit dem Titel "Straight Ribbon Heater" und stellt eine Teilfortsetzung derselbe dar, und beansprucht die Nutznießung der US-Patentanmeldung Nr. 10/935,149 vom 8. September 2004 mit dem Titel "Straight Ribbon Heater", mittlerweile US-Patent Nr. 7,176,421 .
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Heizelemente. Insbesondere betrifft die Erfindung Heizelemente, die auf der Oberfläche einer starren Fluidleitung oder eines Schlauches angeordnet sind. Eine Anwendung der Technologie ist die Nutzung dieser Arten von Heizelementen in einem Luftrahmen zur Bereitstellung einer Wärmequelle als Einfrierschutz von Abwasser- und Trinkwasserschläuchen und starren Fluidleitungen. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in anderen bei Fachpersonen bekannten Bereichen angewendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Heizelemente werden als Einfrierschutz für kommerzielle Transportflugzeuge, Regionaljets sowie auf den Märkten für Unternehmens- und Business-Jets verwendet, wobei der Schwerpunkt auf Trink- und Abwassersystemen liegt. Anwendungen, in denen diese Heizelemente verwendet werden können, sind Abwasserleitungen, Trinkwasserschläuche und Kanalsysteme, Abwasserabführleitungen, Spül-/Füll- und Trinkwasserarmaturen, Wasser- und Hydraulikventile und Wassertanks sowie beheizte Behälter.
In US 3,031,739 ist ein elektrisches Heizelement offenbart, bei dem ein Heizdraht in einer gehärteten Silicon-Schicht eingebettet ist, die zwischen drei oberen Schichten und drei unteren Schichten angeordnet ist. Diese oberen und unteren Schichten sind durch gehärtete Silicon-Schichten miteinander verbunden. Die oberen und unteren Schichten sind aus Glasfaser gemacht. Somit ist der Heizdraht (11) zwischen einer fünfschichtigen Basis und einer fünfschichtigen Abdeckung eingelegt.
Im Dokument US 2,719,907 ist ein Heizband offenbart, wobei das Band in Form eines flachen, länglichen Streifens vorliegt, der um einen zu heizenden Gegenstand gewickelt werden kann. Das Band umfasst einen Mittelkern, der das Heizelement umfasst, welches auf beiden Seiten zwischen zwei Schichten eingebracht ist. Der Mittelkern ist aus einem Gummihaltestreifen gemacht. Die Schichten bestehen aus Glasfaser, und die Deckschichten sind aus einer Gummibeschichtung gemacht.
In US 5,883,364 wird ein Reinraum-Heizmantel offenbart, der aus einem flexiblen Heizelement besteht, das mehrere längliche, Wärme-Generierende Kerndrähte, eine um die Kerndrähte gewickelte Isolationsschicht, eine erste Fadenschicht, die um die Isolationsschicht gewickelt ist, einen um die erste Fadenschicht gewickelten Erdungsleiter, eine zweite, um den Erdungsleiter gewickelte Fadenschicht und eine dritte, um die zweite Fadenschicht gewickelte Fadenschicht umfasst, wobei das Heizelement in Gewindeschleifen ausgebildet ist und eine vierte Schicht oder eine Anordnung von Fäden zwischen die Schleifen eingewirkt ist, um sie in beabstandeter Beziehung zueinander zu halten. Das gesamte Schichtensystem ist um ein zu erwärmendes Bearbeitungsgefäß gewickelt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der Industrie besteht ein Bedarf an Heizelementen, die haltbar sind und Kratz-, Abrieb-, Schnitt-, Verdrehungs- und Beugetests so standhalten, dass es zu keinen Fehlfunktionen der Heizelemente kommt. Wenn es zu Fehlfunktionen von Heizelementen kommt, frieren die Schläuche oder starren Leitungen ein und lösen damit ein Überfließen aus. Diese Heizelemente müssen zudem leichtgewichtig und nicht-entflammbar sein, um den für Luftfahrzeuge geltenden Bestimmungen zu entsprechen.
Es besteht demnach Bedarf an einem Heizelement, das sich leichter an einer Oberfläche anbringen lässt und das den Belastungen und Einwirkungen von Beugen und Abreiben standzuhalten vermag.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Heizelement eine Basis mit einer äußeren Basisschicht und einer mittleren Basisschicht, die an der äußeren Basisschicht befestigt ist. An der mittleren Basisschicht ist eine innere Basisschicht befestigt. Ein Heizdraht ist um einen elektrisch nichtleitenden Kern gewickelt und an der inneren Basisschicht angebracht. Eine Abdeckung ist vorgesehen, die den Heizdraht abdeckt. Die Abdeckung besitzt eine innere Abdeckschicht, die den Heizdraht abdeckt, eine mittlere Abdeckschicht, die an der inneren Abdeckschicht befestigt ist, und eine äußere Abdeckschicht.
Die äußere Basis und die äußere Abdeckung sind in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einer Polyester-Polyarylatfaser gemacht.
Die äußere Basisschicht und die äußere Abdeckschicht können in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung auch aus einer Flüssigkristallpolymerfaser gemacht sein.
Die mittlere Basisschicht und die mittlere Abdeckschicht sind in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Silicon.
Die mittlere Basisschicht und die mittlere Abdeckschicht sind in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung gehärtetes Silicon.
Die innere Basisschicht und die innere Abdeckschicht sind in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Silicon.
Die innere Basisschicht und die innere Abdeckschicht sind in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ungehärtetes Silicon (vor der Verarbeitung).
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der elektrisch nichtleitende Kern ein Glasfaserkern.
Die Erfindung kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung des weiteren einen Thermostat umfassen, der mit einem Heizdraht verbunden ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mit den Heizdrähten Leitungsdrähte verbunden.
Der Heizdraht ist in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung spiralförmig um den elektrisch nichtleitenden Kern gewickelt.
Die Basis und die Abdeckung sind in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung durch Erwärmen befestigt.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Basis und die Abdeckung durch Vulkanisierung befestigt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Basis und die Abdeckung durch eine Peroxidhärtungsreaktion der Basis und der Abdeckung und Erwärmen von Basis und Abdeckung befestigt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements, einschließlich der Bereitstellung einer Basis mit einer äußeren Basisschicht, einer an der äußeren Basisschicht befestigten mittleren Basisschicht und einer an der mittleren Basisschicht befestigten inneren Basisschicht. An der inneren Basisschicht ist ein um einen elektrisch nichtleitenden Kern gewickelter Heizdraht vorgesehen, und des weiteren ist eine Abdeckung vorgesehen, die den Heizdraht abdeckt. Die Abdeckung besitzt eine innere Abdeckschicht, welche die innere Basisschicht und das Heizelement (auch bekannt als Heizdraht) abdeckt, des weiteren eine mittlere Abdeckschicht, die an der inneren Abdeckschicht befestigt ist, und eine äußere Abdeckschicht. Die Abdeckung ist an der Basis befestigt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Abdeckung und die Basis durch Wärmebehandlung befestigt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Abdeckung und die Basis durch eine Peroxidhärtungsreaktion der inneren Basisschicht und der inneren Abdeckschicht und eine Hitzebehandlung von Abdeckung und Basis befestigt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Abdeckung und die Basis durch Vulkanisierung von Abdeckung und Basis befestigt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Heizsystem ein Mittel zur Bereitstellung einer Basis, die eine äußere Basisschicht, eine an der äußeren Basisschicht befestigte mittlere Basisschicht und eine an der mittleren Basisschicht befestigte innere Basisschicht umfasst. Das System umfasst des weiteren ein Mittel zur Bereitstellung eines Heizdrahts, der um einen elektrisch nichtleitenden Kern auf der inneren Basisschicht gewickelt ist; und ein Mittel zur Bereitstellung einer Abdeckung, die die innere Basisschicht und das Heizelement (bzw. den Heizdraht) abdeckt. Die Abdeckung umfasst eine innere Abdeckschicht, die den Heizdraht abdeckt, eine an der inneren Abdeckschicht befestigte mittlere Abdeckschicht und eine äußere Abdeckschicht. Das System umfasst des weiteren ein Mittel zur Befestigung der Abdeckung an der Basis.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Mittel zur Befestigung ein Mittel zur Wärmebehandlung der Abdeckung und der Basis.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Mittel zur Befestigung eine Peroxidhärtungsreaktion der inneren Basisschicht und der inneren Abdeckschicht und ein Mittel zur Wärmebehandlung der Abdeckung und der Basis.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Mittel zur Befestigung die Vulkanisierung der Abdeckung und der Basis.
Somit wurden die wichtigeren Merkmale der Erfindung allgemein dargestellt, so dass die nachstehende detaillierte Beschreibung besser verständlich sei und der Beitrag zum Fachgebiet besser erfasst werden möge. Es gibt natürlich weitere Merkmale der Erfindung, die nachstehend beschrieben und den Gegenstand der angehängten Ansprüche bilden werden.
Bevor zumindest ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail erklärt wird, soll noch darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder in den Zeichnungen illustriert sind. Die Erfindung kann auch in anderen Ausführungsbeispielen ausgeführt und auf andere Arten praktiziert und umgesetzt werden. Zudem ist zu beachten, dass auch der nachstehend verwendete Wortlaut und die Terminologie in diesem Dokument sowie im Abstract nur beschreibenden Zweck haben und nicht einschränkend zu verstehen sind.
In diesem Sinne erkennen einschlägig bewanderte Fachpersonen, dass das Konzept, auf dem diese Offenbarung basiert, problemlos als Grundlage für den Entwurf anderer Strukturen, Verfahren und Systeme zur Verwirklichung der unterschiedlichen Zwecke und Ziele der vorliegenden Erfindung dienen kann. Es ist deshalb wichtig, dass die Ansprüche als derartige äquivalente Konstruktionen einschließend verstanden werden, sofern sie vom Prinzip und Geltungsumfang der vorliegenden Erfindung nicht abweichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Heizelements der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Tabelle, in der die unterschiedlichen Drahtstärken für unterschiedliche in der Erfindung verwendete Legierungen dargestellt sind.
3 ist eine Querschnittansicht eines Heizelements der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittansicht einer Schicht des Heizelements der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Darstellung einer Kratzabriebtestmaschine.
6 ist eine Darstellung einer Beugungstestvorrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schafft Heizelemente zur Anbringung an starren Fluidleitungen oder Schläuchen. Diese Heizelemente sind schlagfest. Die vorliegende Erfindung schafft zudem Heizelemente, die Beugungen standhalten, so dass für den Fall, dass die Heizelemente vor und zurück bewegt werden, die Verdrahtungen innerhalb der Heizelemente nicht reißen und dadurch Fehlfunktionen verursachen. Wenn es zu Fehlfunktionen der Heizelemente kommt, frieren die Schläuche oder starren Leitungen ein und verursachen ein Überströmen des Fluids. Dies ist be sonders in der Luftfahrtindustrie kritisch, wenn es um die Sicherheit für Passagiere, Flugpersonal und Crew geht. Diese Erfindung ist aber auch in anderen Industrien verwendbar, vor allem, wenn es von kritischer Bedeutung ist, dass Leitungen oder Schläuche nicht einfrieren.
1 ist ein schematisches Diagramm der vorliegenden Erfindung. Das Heizelement 10 umfasst einen Heizdraht 12, der durch das Heizelement 10 geführt wird. Der Heizdraht 12 hat einen Widerstand R und kann in einigen Ausführungsbeispielen einen Thermostat 14 aufweisen. Der Thermostat 14 wird zur Regelung der Temperatur verwendet. Jeder der Leitungsdrähte 16 und 18 des Heizdrahtes 12 ist über die Leitungen 20 und 22 an einer Stromquelle angeschlossen.
Der Heizdraht 12 kann in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung um einen elektrisch nichtleitenden Kern gewickelt werden. Der Kern kann ein Glasfaserkern sein, und der Heizdraht 12 kann spiralförmig um den Glasfaserkern gewickelt sein, um einen erwünschten Widerstand zu erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung eines Drahtes mit hoher Gauge-Zahl (dünner Draht) ein kleineres Beugungsmoment schafft. In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist folglich die Verwendung eines Drahtes mit hoher Gauge-Zahl wünschenswert. In einigen Fällen kann ein Draht mit einer Gauge-Zahl von 48 verwendet werden. In 2 ist eine Tabelle dargestellt, in der Drähte mit unterschiedlichen Gauge-Zahlen für unterschiedliche Legierungen dargestellt sind, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Wahl eines Drahtes mit hoher Gauge-Zahl, wie beispielsweise in der Tabelle in 2 dargestellt, schafft ein Heizelement, das einer Bewegung standhalten kann, welche das Heizelement zu Beugungen oder Biegungen veranlasst. Der Draht reißt nicht, sondern bleibt während einer solchen Bewegung intakt.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist ein Draht mit vielen Wendungen nötig. Der Widerstand eines Drahtes wird im allgemeinen größer, wenn dieser kleiner wird. Die Belastung des Drahtes kann reduziert werden, wenn mehr Wendungen pro Inch gegeben sind. Der Widerstand des Drahtes kann dann mit der Anzahl der Wendungen kontrolliert werden, die einen geeigneten Widerstand für eine entsprechende Beheizung schaffen.
In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird besonders Bedacht darauf genommen, zu gewährleisten, dass der Draht Bedingungen standhält, die zu einer wiederholten Beugung des Heizelements führen. Der im Heizelement verwendete Draht weist in einigen Fällen eine hohe Gauge-Zahl und einen kleinen Durchmesser auf, um schädliche Auswirkungen wiederholter Beugungen des Heizelements zu minimieren. In einigen Fällen erfordert das Heizelement einen geringen Widerstand (wie in 2 dargestellt). Eine Lösung besteht in der Verwendung eines einzelnen Drahts mit niedriger Gauge-Zahl/großem Durchmesser, um Kosten im Zusammenhang mit dem Material und Montagearbeiten zu sparen. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden hingegen mehrere Drähte mit geringem Durchmesser implementiert, die parallel elektrisch verbunden sind, um die selben Erfordernisse eines geringen Widerstands zu erreichen, aber auch eine erhöhte Beugungsbeständigkeit durch die Verwendung von Drähten mit höherer Gauge-Zahl/kleinerem Durchmesser. Auf diese Weise bleibt die Beugungsleistung erhalten, während ein niedriger Widerstandsfaktor erreicht wird.
3 ist eine Querschnittansicht der Erfindung, wie sie in 1 illustriert ist. Die Erfindung umfasst eine Abdeckung, eine obere Schicht 24 und eine Basis- bzw. untere Schicht 26. Der Heizdraht 12 ist zwischen der oberen Schicht 24 und der unteren Schicht 26 eingefügt. Die obere und die untere Schicht 24, 26 kann aus verstärkter Glasfaser gemacht sein. In einigen Fällen können die obere und untere Schicht 24, 26 aus Silicon und Vectran^TM gemacht sein. Diese Materialart bietet Schutz vor Abrieb oder anderen Einwirkungen, die eine Fehlfunktion des Heizelements auslösen können.
4 ist eine Illustration der oberen Schicht 24 oder der unteren Schicht 26. Diese Schichten können aus identischem Material gemacht sein. Die äußere Schicht 28 ist eine Schutzschicht und kann aus einem Material gemacht sein, das Abrieb standhält und widersteht. Die äußere Schicht 28 ist in einigen Fällen aus Vectran^TM gemacht, bei dem es sich um eine Polyester-Polyarylat-Faser handelt. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann diese äußere Schicht 28 eine Flüssigkristall-Polymerfaser sein. Die mittlere Schicht 30 kann ein gehärtetes Silicon sein, die Schicht 32 eine ungehärtete Siliconschicht (Verarbeitung vor der Montage). Ein Trägermaterial 34 kann in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung an der Schicht 32 befestigt sein, damit sie zur Verwendung wieder abgeschält werden kann. Der Zweck eines Trägermaterials besteht darin, die ungehärtete Silicon-Schicht 32 zu schützen (Verarbeitung vor der Montage). In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Dicke der Schicht 28 0,495 mm (0,0195 Inch), die Schicht 30 ist 0,152 mm (0,006 Inch), die Schicht 32 ist 0,356 mm (0,014 Inch) und die Schicht 34 ist 76 μm (0,003 Inch) dick.
Bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung wird der Heizdraht 12, der spiralförmig um den elektrisch nichtleitenden Kern gewickelt ist, zwischen der oberen Schicht 24 und der unteren Schicht 26 eingebracht, so dass die Schichten 32 aus ungehärtetem Silicon einander zugewandt sind, nachdem das Trägermaterial 34 abgeschält wird, um das ungehärtete Silicon freizulegen.
Die obere Schicht 24 und die untere Schicht 26 mit dem spiralförmig gewickelten Heizdraht zwischen der oberen und der unteren Schicht 24, 26 werden dann einem Vulkanisierungsprozess unterworfen, der die untere und obere Schicht härtet, so dass sich eine Zusammensetzung ergibt, die nicht getrennt werden kann, wodurch ein einteiliges Stück entsteht.
Eine Schicht aus ungehärtetem Silicon wird dazu verwendet, den Elementdraht lange genug auszulegen, um den Montageprozess auszuführen. Der Elementdraht wird in einigen Fällen in die ungehärtete Silicon-Schicht eingerollt, da der Gummi weich ist. Der Draht wird eingelegt und wird während des restlichen Montage- und Härtungsvorgangs nicht gestört. Das gehärtete Silicon liegt unterhalb des ungehärteten Silicons und ist so angeordnet, dass es den Heizelementdraht daran hindert, durch die Außenoberfläche zu dringen. Würde dies passieren, dann würde die Durchdringung als Austrittsweg für einen sehr wichtigen elektrischen Parameter dienen, der auf der obersten Montageebene erfüllt sein muss, und zwar die dielektrische Stehspannung (DWV). Die gehärtete Schicht und die ungehärtete Schicht tragen nach dem Härten beide zur Isolationsfestigkeit bei, da das Silicon-Basismaterial eine inhärente Isolationsfestigkeit aufweist, ausgedrückt in Volt pro Millimeter Dicke. Der Heizelementdraht im Endprodukt ist somit in gehärtetem Silicon eingelegt.
Das fertige Heizelement ist ein Heizelement in Form eines geraden Bandes, das entlang seiner Achse gerade auf der Oberfläche einer starren Fluidleitung oder eines Schlauches installiert werden kann, ohne durch Beugung oder Abrieb beschädigt zu werden. In einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Heizelement um eine starre Fluidleitung oder einen Schlauch gewickelt werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Heizelement einfach mit Hilfe eines Klebstoffes oder eines Befestigungsmechanismus an der starren Fluidleitung oder dem Schlauch befestigt werden.
An dem resultierenden Heizelement wurden anspruchsvolle Tests auf Abriebfestigkeit und Beugebeständigkeit durchgeführt. Das Heizelement erbrachte in beiden Gebieten ausgezeichnete Leistungen.
5 ist eine Illustration einer Kratzabrieb-Testmaschine, die dazu dient, die Abriebfestigkeit zu testen. Ein Probestück 36, das Heizelement, wird an einer Walze 38 festgemacht. Das Probestück 36 ist mit Klemmen 40 an die Walze 38 geklemmt. Ein Gewicht 42 drückt die Kratzklinge 44 nach unten. Die Kratzklinge 44 wird in Berührung mit dem Probestück 36 gebracht. Am Gewicht 42 sind an einem Ende ein Anker 46 und eine Kratzklinge 44 und am anderen Ende ein Kratzzykluszähler 48 angebracht. Mit der Walze 38 ist ein Betätigungselement 50 verbunden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Kratzzyklusrate auf annähernd 60 Zyklen pro Minute eingestellt. Der Kratzweg wird auf 50,8 ± 7,62 mm (2,00 ± –0,3 Inch) in Längsrichtung des Probestücks 36 festgelegt. Die Kratzklinge 44 ist aus Wolframcarbid Kennametal-Grad K701 mit einer mindesten Rockwelt-Härte A92 und einem Chromkobalt-Bindemittel gefertigt. Die Abmessungen der Kratzklinge 44 können variieren. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Kratzklinge eine Breite von 31,8 ± 6,35 mm (1,25 ± 0,25 Inch), eine Länge von 50,8 ± 7,62 mm (2,00 ± –0,3 Inch), eine Dicke von 8,89 ± 0,762 mm (0,35 ± 0,03 Inch) und eine Klingenkante von 45 ± 2 Grad und einem Radius von 127 ± 25 μm (0,005 ± 0,001 Inch).
Das Gewicht 42 kann variieren. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Gewicht 42 0,454 ± 0,014 kg (1,00 ± 0,03 Pounds). Die Anzahl der verwendeten Probestücke variiert je nach den Qualifizierungsstandards. In einigen Fällen sind 6 Probestücke für Qualifizierungstests nötig, wobei jedes Probestück 38,1 cm (15 Inch) lang ist. Für Entsprechungstests sind möglicherweise 2 Probestücke erforderlich, wobei jedes Probestück 38,1 cm (15 Inch) lang ist.
Das Qualifikationstestverfahren kann so eingerichtet werden, dass die Kratzabriebtestmaschine das Probestück kratzt, bis ein Schadenszustand erreicht ist, wenn der angekratzte Bereich des Probestücks in 10-facher Vergrößerung inspiziert wird. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dies der Fall, wenn der Heizdraht durch die äußere Abdeckung durchscheint. Die Anzahl der durchgeführten Testzyklen wird aufgezeichnet, nachdem dieser Beschädigungsfall aufgetreten ist. Dieses Verfahren wird für jedes der sechs Probestücke wiederholt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die durchschnittliche Anzahl der Kratzzyklen vor der Beschädigung 131.720 Zyklen. Dabei ist zu beachten, dass ein Kratzzyklus aus zwei Kratzwegen besteht.
6 ist eine Illustration einer Beugetestvorrichtung, die dazu dient, die Beugebeständigkeit zu testen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden mindestens drei Probestücke 36 zwischen Dorne 52 eingebracht. Jedes Probestück 36 ist mit einem elektrischen Schaltkreis verbunden, der eine Anzeige abgibt, wenn die Leiter im Heizelement reißen. Das Probestück wird in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer gleichmäßigen Rate von 18 ± 2 Zyklen pro Minute verdreht und gebeugt, wobei ein Zyklus definiert ist als Bewegung von –90 Grad bis 0 bis 90 Grad, oder wie anderweitig angegeben. Die Anzahl der Zyklen für die Leiter wird aufgezeichnet, bis eine Unterbrechung angezeigt wird oder bis die Anzahl der in der Produktspezifikation erforderlichen Zyklen durchgeführt ist. Der Zustand der Isolierung wird ebenfalls aufgezeichnet. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Tests unter besonderen Temperatur- und Umweltbedingungen durchgeführt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die durchschnittliche Anzahl der Zyklen vor der Beschädigung 13.754 Zyklen bei Verwendung von Heizelementen mit vier parallelen Leitern und 68.753 Zyklen bei Verwendung eines Heizelements mit einem einzigen Leiter.

Claims

Heizelement (10), das Folgendes umfasst: eine Basis (26), bestehend aus: einer äußeren Basisschicht (28), die ein faserverstärktes Verbundmaterial umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus einer Polyester-Polyarylatfaser und einer Flüssigkristall-Polymerfaser ausgewählt ist; einer mittleren Basisschicht (30) aus gehärtetem Silicon, die an der äußeren Basisschicht (28) festgemacht ist; und einer inneren Basisschicht (32) aus Silicon, die vor der Montage des Heizelements (10) ungehärtet ist und unmittelbar angrenzend an die mittlere Basisschicht (30) festgemacht ist; einen Heizdraht (12), der zumindest teilweise in die innere Basisschicht (32) eingelegt ist; und eine Abdeckung (24), die den Heizdraht (12) bedeckt, wobei die Abdeckung (24) aus Folgendem besteht: einer inneren Abdeckschicht (32) aus Silicon, die vor der Montage des Heizelements (10) ungehärtet ist und den Heizdraht (12) und die innere Basisschicht (32) abdeckt; einer mittleren Abdeckschicht (30) aus gehärtetem Silicon, die unmittelbar angrenzend an die innere Abdeckschicht (32) festgemacht ist; und einer äußeren Abdeckschicht (28), die das faserverstärkte Verbundmaterial umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus einer Polyester-Polyarylatfaser und einer Flüssigkristall-Polymerfaser ausgewählt ist, die an der mittleren Abdeckschicht (30) festgemacht ist.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch nichtleitende Kern (13) ein Glasfaserkern ist.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren einen Thermostat (14) umfasst, der mit dem Heizdraht (12) verbunden ist.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren Leitungsdrähte (16) umfasst, die mit den Enden der Heizdrähte (12) verbunden sind.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (12) wendelartig um den elektrisch nichtleitenden Kern (13) gewickelt ist.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (26) und die Abdeckung (24) während der Montage des Heizelements (10) mittels Hitze und Druck befestigt werden.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (26) und die Abdeckung (24) durch Vulkanisierung während der Montage des Heizelements (10) befestigt werden.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (26) und die Abdeckung (24) durch eine Peroxid-Härtungsreaktion und Hitze während der Montage des Heizelements (10) befestigt werden.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (12) eine Mehrzahl von Heizdrähten umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (10), dadurch gekennzeichnet, dass es aus folgenden Elementen zusammengesetzt ist: Herstellen einer Basis (26), wobei das Herstellen einer Basis (10) besteht aus: Herstellen einer äußeren Basisschicht (28), die ein faserverstärktes Verbundmaterial umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus einer Polyester-Polyarylatfaser und einer Flüssigkristall-Polymerfaser ausgewählt ist; Befestigen einer mittleren Basisschicht (30) an der äußeren Basisschicht (28), wobei die mittlere Basisschicht (30) gehärtetes Silicon umfasst; und Befestigen einer inneren Basisschicht (32) unmittelbar angrenzend an die mittlere Basisschicht (30), wobei die innere Basisschicht (32) ungehärtetes Silicon umfasst; Zumindest teilweises Einlegen eines Heizdrahts (12) in das ungehärtete Silicon der inneren Basisschicht (32); Herstellen einer Abdeckschicht (24), wobei die Herstellung einer Abdeckschicht (24) aus folgenden Elementen zusammengesetzt ist: Herstellen einer inneren Abdeckschicht (32) aus ungehärtetem Silicon; Befestigen einer mittlere Abdeckschicht (30) aus gehärtetem Silicon an der inneren Abdeckschicht (32); und Befestigen einer äußeren Abdeckschicht (28) unmittelbar angrenzend an die mittlere Abdeckschicht (30), wobei die äußere Abdeckschicht (38) ein zweites faserverstärktes Verbundmaterial umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus einer Polyester-Polyarylatfaser und einer Flüssigkristall-Polymerfaser ausgewählt ist; und Abdecken des Heizdrahts (12) mit der Abdeckschicht (24), wobei das Abdecken des Heizdrahts (12) das Befestigen der inneren Abdeckschicht (32) an der inneren Basisschicht (32) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen der inneren Abdeckschicht (32) an der inneren Basisschicht (32) die Hitzebehandlung der inneren Abdeckschicht (32) und der inneren Basisschicht (32) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen der inneren Abdeckschicht (32) an der inneren Basisschicht (32) Folgendes umfasst: eine Peroxid-Härtungsreaktion der inneren Basisschicht (32) und der inneren Abdeckschicht (32); und eine Hitzebehandlung der inneren Abdeckschicht (32) und der inneren Basisschicht (32).
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigen der inneren Abdeckschicht (32) an der inneren Basisschicht (32) die Vulkanisierung der inneren Abdeckschicht (32) und der inneren Basisschicht (32) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegen eines Heizdrahts (12) des weiteren das Einlegen einer Mehrzahl von Heizdrähten in paralleler Anordnung zueinander umfasst.
System zum Heizen, dadurch gekennzeichnet, dass das System aus Folgendem besteht: einem Mittel zur Bereitstellung einer Basis (26), bestehend aus: einer äußeren Basisschicht (28), die ein faserverstärktes Verbundmaterial umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus einer Polyester-Polyarylatfaser und einer Flüssigkristall-Polymerfaser ausgewählt ist; einer mittleren Basisschicht (30) aus gehärtetem Silicon, die an der äußeren Basisschicht (28) befestigt ist; und einer inneren Basisschicht (32), die unmittelbar angrenzend an die mittlere Basisschicht (30) befestigt ist, wobei die innere Basisschicht (32) Silicon umfasst, das vor der Montage des Heizelements (10) ungehärtet ist; einem Mittel zur Bereitstellung eines Heizdrahts (12), der während der Montage des Heizelements (10) zumindest teilweise in das ungehärtete Silicon der inneren Basisschicht (32) eingelegt wird; und einem Mittel zur Bereitstellung einer Abdeckung (24), die den Heizdraht (12) bedeckt, wobei die Abdeckung (24) aus Folgendem besteht: einer inneren Abdeckschicht (32), die den inneren Heizdraht (12) abdeckt, wobei die innere Abdeckschicht (32) Silicon umfasst, das vor der Montage des Heizelements (10) ungehärtet ist; einer mittleren Abdeckschicht (30) aus gehärtetem Silicon, die unmittelbar angrenzend an die innere Abdeckschicht (32) befestigt ist; und einer äußeren Abdeckschicht (28), die das faserverstärkte Verbundmaterial umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus einer Polyester-Polyarylatfaser und einer Flüssigkristall-Polymerfaser ausgewählt ist, die an der mittleren Abdeckschicht (30) festgemacht ist; und einem Mittel zum Befestigen der Abdeckung (24) an der Basis (26) über die innere Basisschicht (32) und die innere Abdeckschicht (32).
System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Befestigen ein Mittel zur Hitzebehandlung der Abdeckung (24) und der Basis (26) umfasst.
System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Befestigen Folgendes umfasst: eine Peroxid-Härtungsreaktion der inneren Basisschicht (32) und der inneren Abdeckschicht (32); und ein Mittel zur Hitzebehandlung der Abdeckung (24) und der Basis (26).
System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Befestigen die Vulkanisierung der Abdeckung (24) und der Basis (26) umfasst.
System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bereitstellung eines Heizdrahts (12) die Bereitstellung einer Mehrzahl von Heizdrähten in paralleler Anordnung zueinander umfasst.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses des weiteren einen elektrisch nichtleitenden Kern (13) umfasst, wobei der Heizdraht (12) um den Kern (13) gewickelt ist.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Abdeckschicht (32) an der inneren Basisschicht (32) während der Montage des Heizelements (10) befestigt wird.
Heizelement (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht (12) während der Montage des Heizelements (10) mindestens teilweise in das ungehärtete Silicon der inneren Abdeckschicht (32) eingelegt wird.