DE60202586T2

DE60202586T2 - Verfahren zur Herstellung eines Heizresistors mit PTC-Elementen

Info

Publication number: DE60202586T2
Application number: DE60202586T
Authority: DE
Inventors: Alberto Nicoli
Original assignee: MOSE' ANSTALT; MOSE ANSTALT VADUZ
Current assignee: HT S.P.A., SUSEGANA, TREVISO, IT
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2005-12-29
Also published as: EP1326481B1; EP1326481A3; DE60202586D1; ES2234979T3; DE60202586T8; BR8200046U; CH696614A5; EP1326481A2; ATE287194T1

Description

Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren vor, um Klasse 2-Widerstände mit einem PTC herzustellen, bei dem:

– eine doppelte Lage von Isolationsmaterial, insbesondere Kapton^TM oder Teflon^TM, im Inneren eines Rohres angeordnet ist;
– ein Heizelement, das aus einem oder mehreren PTC-Elementen gebildet ist, die zwischen einem Paar von Diffusoren eingefasst sind, im Inneren des Rohres angeordnet ist, was Anordnung unter Verwendung von Zentrierringen zentriert;
– der Raum um das Heizelement mit einem pulverisierten Isolationsmaterial, insbesondere Magnesiumoxid, gefüllt wird;
– das Isolationsmaterial verdichtet wird;
– und bei dem die Abmessungen der Magnesiumoxidkörner unter 200 Mikrometer sind und die durchschnittliche Abmessung der Körner vorzugsweise etwa 40 Mikrometer ist.

Auf diese Weise erhält man Widerstände, bei denen es nicht mehr notwendig ist, eine Kontroll- und/oder Sicherheitsvorrichtung, beispielsweise Thermostate und/oder thermische Sicherungen, vorzusehen, da die notwendige Isolation auf jeden Fall garantiert ist.
Insbesondere die Verwendung von Magnesiumoxid mit der angegebenen Korngröße ermöglicht, das Isolationsmaterial im Inneren des Rohres, das die PTC-Elemente enthält, zu verdichten, ohne die äußere Beschichtung aus Kapton^TM zu beschädigen.
Die Erfindung betrifft auch Widerstände, die mit dem Verfahren erhalten werden, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Um Klasse 2-Widerstände (Widerstände, die eine doppelte Isolation aufweisen müssen) herzustellen, werden allgemein Isolationsmaterialien, beispielsweise Magnesiumoxid in Körnern, kombiniert mit einem zweiten Material, das allgemein aus einer doppelten Umwicklung von Kapton^TM oder Teflon^TM gebildet wird, verwendet.
Ein erster Widerstandstyp in dieser Kategorie umfasst eine Wicklung aus Widerstandsdraht, die im Inneren eines rohrförmigen Behälters eingepasst ist, der allgemein aus Metall gemacht ist und mit pulverisiertem Magnesiumoxid gefüllt ist.
Dieses Rohr wird dann im Inneren eines zweiten Rohres mit einem größeren Durchmesser eingepasst, und der Raum zwischen ihnen wird auch mit Magnesiumoxid gefüllt, das nachfolgend gepresst und verdichtet wird.
Dieser Widerstandstyp hat einen Durchmesser, der für einige Anwendungen als überhöht angesehen wird.
Bei einem zweiten Widerstandstyp wird die Wicklung aus Widerstandsdraht wieder im Inneren eines Rohres angeordnet, das mit pulverisiertem Magnesiumoxid gefüllt ist, und dieses Rohr wird dann mit einer doppelten Lage aus Kapton^TM oder Teflon^TM beschichtet, bevor es im Inneren eines zweiten Rohres eingepasst wird, das das äußere Gehäuse bildet.
Dieser zweite Konstruktionstyp ermöglicht, Widerstände mit kleineren Durchmessern zu erhalten.
Kürzlich wurden Klasse 2-Widerstände vorgeschlagen, bei denen das Heizelement aus einem oder mehreren PTC-Elementen gebildet wird.
Diese Elemente haben den erheblichen Vorteil, dass sie keine Kontroll- und/oder Sicherheitsvorrichtungen, beispielsweise Thermostate und/oder thermische Sicherungen, erfordern, sogar falls sie immer noch alle zuvor erwähnten Probleme bezüglich des Erfordernisses, eine doppelte Isolation bereitzustellen, zeigen.
Eine erste Lösung für dieses Problem ist in dem deutschen Patent mit der Nummer 197 37 241 beschrieben, das einen Widerstand, der einen oder mehrere PTC-Widerstände umfasst, die zwischen ein Paar von Wärmediffusorelementen eingefasst sind, mit einer ersten Lage aus Isolationsmaterial, das aus einer Mehrzahl von Ringen aus einem auf Magnesiumoxid und Silikongummi basierenden Material besteht, die auf das Bündel eingepasst sind, das aus den PTCs und den entsprechenden Diffusoren besteht, und einer zweiten Isolationslage, die aus einer doppelten Folie aus Kapton^TM besteht, die um diese Ringe gewickelt ist, betrifft. US-A-4 087 777 beschreibt eine Zusammensetzung, bei der das Magnesiumoxid eine Korngröße unter 5 Mikrometer hat.
Das alles wird im Inneren eines gemeinsamen Behälters eingepasst, der aus einem Metallrohr gebildet ist, und wird dann verdichtet.
Diese Lösung hat, verglichen mit dem Stand der Technik, verschiedene Vorteile, da Temperaturkontrollvorrichtungen nicht mehr erforderlich sind und außerdem seine Abmessungen auch kleiner sind als die der Widerstände des Standes der Technik.
Jedoch besteht immer noch das Problem eines etwas aufwändigen Herstellungsverfahrens, da die Isolationsringe aus einem auf Silikongummi und Magnesiumoxid basierenden Material zuvor hergestellt werden müssen, was es unmöglich macht, diese Lösung weiter zu verbessern.
Tatsächlich wäre es nützlich, einen Klasse 2-Widerstand mit PTC-Heizelementen herzustellen, der als Isolationsmaterial gebräuchliches Magnesiumoxid und Kapton^TM oder Teflon^TM verwendet.
In dieser Hinsicht wurden Versuche durchgeführt, obwohl diese etwas enttäuschende Ergebnisse lieferten, da während der Phase des Verdichtens des Magnesiumoxids, das allgemein durch Hämmern durchgeführt wird, die Körner die Schicht aus Kapton^TM durchlöcherten, was folglich die Isolationseigenschaften dieses Materials zunichte macht.
Um eine Lösung für dieses Problem zu finden, führte die Anmelderin zahlreiche Versuche durch, indem alle Parameter variiert wurden, die das Endergebnis beeinflussen können und insbesondere indem die Magnesiumoxidkorngröße variiert wurde.
Tatsächlich verwenden alle bis heute hergestellten Widerstände Magnesiumoxid, bei dem die durchschnittliche Abmessung der Körner etwa 180 Mikrometer ist und der Anteil mit Abmessungen unter 45 Mikrometer etwa 6% der Gesamtmenge entspricht.
Die Menge des feinen Anteils ist absichtlich beschränkt, da sie das Füllen des Elements erschwert, so dass die allgemeine und gemeinsame Tendenz von allen Herstellern ist, Magnesiumoxid mit Körnern einer bestimmten Abmessung zu verwenden.
Als Beispiel stellen nachstehende Tabellen A und B zwei Beispiele typischer Korngrößen in Mikrometer bereit, die für diesen Zweck verwendet werden.
Wie zuvor erwähnt wurde, nahm die Anmelderin an, dass es durch geeignetes Variieren der Körngröße möglich sein könnte, zufriedenstellende Ergebnisse zu erhalten, ohne dass die Probleme auftreten, die früher dazu führten, dass die Vorgehensweise aufgegeben wurde.
Durchgeführte Versuche bestätigten, dass diese Annahme richtig ist, und führten zu der Entwicklung des folgenden Verfahrens, das jetzt unter Bezugnahme auf die anhängenden Figuren dargestellt wird, wobei gilt:
1 zeigt den Schnitt entlang der Achse eines erfindungsgemäßen Widerstandes;
2 ist der Schnitt des Widerstandes in 1 entsprechend einer Richtung orthogonal zu der vorhergehenden.
Erfindungsgemäß wird ein Klasse 2-Widerstand mit Heizelementen, die durch PTCs gebildet werden, wie folgt hergestellt.
Eine Lage von Isolationsmaterial 2, die aus einigen Umwicklungen aus Kapton^TM oder Teflon^TM gebildet ist, wird zu einer Wicklung gewickelt, und in ein Rohr 1 eingepasst, das das äußere Gehäuse des Widerstands bildet, um an der inneren Oberfläche des Rohres zumindest zwei vollständige Umwicklungen von Isolationsmaterial zu erhalten.
Ein oder mehrere Zentrierelemente 3, die beispielsweise aus Ringen gebildet werden, die beispielsweise aus Teflon^TM, Silikongummi oder einem anderen Material, das in der Lage ist, den durch den Widerstand entwickelten Temperaturen Stand zu halten, gemacht sind, werden dann in das Rohr eingepasst, und nachfolgend wird das Heizelement, das aus einem oder mehreren PTC-Elementen 4 gebildet ist, die zwischen einem Paar von Diffusoren 5, beispielsweise aus Aluminium, eingefasst sind, in das Rohr eingepasst.
Diese Diffusoren haben vorzugsweise im Schnitt die Form eines kreisförmigen Sektors, bei dem der Biegeradius dem Radius der inneren Oberfläche der Zentrierelemente entspricht.
Vorzugsweise sind die Enden der Diffusoren derart geformt, dass sie ein Paar von vorstehenden Längskanten definieren, die in 2 mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet sind und die eine sicherere Anordnung der PTC-Platten ermöglichen, indem sie davon abgehalten werden, dass sie entweder ganz oder teilweise aus den Diffusoren austreten, was folglich einen optimalen elektrischen Kontakt sicherstellt.
Diese Zentrierelemente haben eine ringförmige innere Oberfläche, während die äußere Oberfläche vorzugsweise polygonartig, beispielsweise hexagonal, ist, um das Passieren des Magnesiumoxidstaubes zu vereinfachen, der nachfolgend eingebracht wird, um die primäre Isolierschicht bereitzustellen, die in den Figuren mit 6 gekennzeichnet ist.
Sobald das Heizelement in das Rohr eingepasst wurde, wird das fein gemahlene Magnesiumoxid eingebracht, um alle zur Verfügung stehenden Räume um das Heizelement zu füllen, um die primäre Isolation bereitzustellen.
Übereinstimmend mit einer Eigenschaft der Erfindung hat dieses Magnesiumoxid eine durchschnittliche Kornabmessung von etwa 40 Mikrometer und hat keine Körner mit Abmessungen über 200 Mikrometer und vorzugsweise keine Körner mit Abmessungen über 192 Mikrometer.
Die nachstehende Tabelle gibt die Korngröße an, die in Anlehnung an die von der Anmelderin durchgeführten Versuche optimale Ergebnisse liefert.
100% < 192 Mikrometer
96 < 7,4% < 92 Mikrometer
48 < 28,7% < 96 Mikrometer
12 < 55,8% < 48 Mikrometer
8,1% < 12 Mikrometer
Sobald das Innere des Widerstandes mit Magnesiumoxid gefüllt wurde, wird dieses beispielsweise durch Hämmern verdichtet, nach dem das Rohr geschlossen werden kann und der Widerstand fertig ist.
Unter Verwendung des Magnesiumoxids mit der angegebenen Korngröße wurde beobachtet, dass die nachfolgenden Arbeitsschritte zum Verdichten und Pressen der Körner keine Beschädigung an der Außenbeschichtung aus Kapton^TM oder Teflon^TM verursachen, was folglich deren Integrität erhält.
Auf diese Weise ist es möglich, einen Klasse 2-Widerstand mit PTCs mit kompakten Abmessungen, der mit einem relativ niedrigen Aufwand hergestellt werden kann, zu erhalten, da er unter Verwendung kostengünstiger Materialien hergestellt werden kann, die in dem speziellen Fachgebiet schon seit einiger Zeit bekannt sind und verwendet werden.
Fachleute können sich verschiedene Modifikationen und Varianten ausdenken, die jedoch alle als in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Klasse 2-Widerständen mit PTC-Heizelementen, wobei das Verfahren die folgenden Phasen umfasst: – Einpassen von wenigstens zwei Lagen (2) von Isolationsmaterial im Inneren eines Rohres (1), das dem Behälter des Widerstands bildet, wobei die Lagen (2) nahe der inneren Oberfläche des Rohres (1) positioniert sind; – Einpassen eines Heizelementes welches aus wenigstens einem PTC-Element (4) gebildet ist, im Inneren des Rohres (1), nachdem wenigstens ein Zentrierelement (3) im Inneren des Rohres (1) eingepasst ist, wobei das wenigstens eine PTC-Element (4) zwischen einem Paar von Diffusoren (5) eingefasst ist; – Füllen der Räume zwischen dem wenigstens einen PTC-Element (4) und den Lagen (2) von Isolationsmaterial mit pulversiertem Magnesiumoxid, in dem die meisten der Magnesiumoxidkörner Abmessungen zwischen 12 Mikrometer und 48 Mikrometer haben; – Verdichten des Magnesiumoxids.
Verfahren beansprucht wie in Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnesiumoxidoxidkörner Abmessungen unter 192 Mikrometer haben.
Verfahren beansprucht wie in Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 28,7% der Magnesiumoxidkörner Abmessungen zwischen 48 Mikrometer und 96 Mikrometer haben, 8,1% der Magnesiumoxidoxidkörner Abmessungen unter 12 Mikrometer und 7,4% der Magnesiumoxidoxidkörner Abmessungen zwischen 92 Mikrometer und 96 Mikrometer haben.
Klasse 2-Widerstände enthaltend ein Heizelement bestehend aus wenigstens einem PTC-Element (4), das zwischen einem Paar von Diffusoren (5) eingefasst ist, ein Rohr (1) enthaltend das Heizelement, eine erste Isolierschicht (2) in Kapton, die nahe der inneren Wände des Rohres (1) angebracht ist und eine zweite Isolierschicht (6) in Magnesiumoxidoxid, die zwischen dem Heizelement und der ersten Isolierschicht (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die meisten der Magnesiumoxidoxidkörner Abmessungen zwischen 12 Mikrometer und 48 Mikrometer haben.
Klasse 2-Widerstände beansprucht wie in Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusoren (5) vorstehende longitudinale Enden (7) haben.
Klasse 2-Widerstände beansprucht wie in Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass 28,7% der Magnesiumoxidoxidkörner Abmessungen zwischen 48 Mikrometer und 96 Mikrometer haben, 8,1% der Magnesiumoxidoxidkörner Abmessungen unter 12 Mikrometer und 7,4% der Magnesiumoxidoxidkörner Abmessungen zwischen 92 Mikrometer und 96 Mikrometer haben.