DE8909020U1 - Flächenheizelement - Google Patents

Flächenheizelement

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DE8909020U1 DE8909020U DE8909020U DE8909020U1 DE 8909020 U1 DE8909020 U1 DE 8909020U1 DE 8909020 U DE8909020 U DE 8909020U DE 8909020 U DE8909020 U DE 8909020U DE 8909020 U1 DE8909020 U1 DE 8909020U1
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    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
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Description

6 89 09 020.9 Anlage zur Eingabe vom
7. 11. 89 - Le/Lt BAYER AKTIENGESELLSCHAFT 5090 Leverkusen, Bayerwerk
Konzernverwaltung RP Patente Konzern Le/Kü-c
21. Juli 1989 Neue Beschreibung (komplett)
Flächenheizelement ~^>
'vie vorliegende Neuerung betrifft sin Flächenheizelement, bestehend aus ei;üa Verb««,·? aus email-
lierfc.«s& Metalisubstrat, darauf aufgebrachter elektrisch isolierender orundglasschicho *, metallischen Heizleitern 5 und ehemisch resistenter Deckglasschicht 6 sowie einer Vermittlerschicht 3 zwischen emailliertem Metallsubstrat 1,- und Isolierglasschicht 4.
«iedertemperaturheizelemente auf Basis von emailliertem Stahlblech sind seit langem bekannt. Hierbei werden direkt auf die Emaillierung elektrische Widerstände in Form von Heizlacken» metallhaltigen Pasten oder metallischen Leiterbahnen aufgebracht. Diese konventionelle Emaillierung« die hierbei als elektrischer Isolator fungiert« hat den Nachteil, daß sich ihi elektrischer Durchgangswiderstand bei Erhöhung der Temperatur verringert, so daß die Verwendung solcher Heizelemente auf einen niedrigen Temperaturbereich (< 1500C) beschrankt bleibt.
Le A 26 OQl-GM
p In der DE-A 3 536 268 wird ein Heizelement für hohe Ge-
|&idiagr; ® brauchstemperaturen O 1500C) beschrieben. Hierbei han- % dplt es sich um einen Verbund, bestehend aus Stahl-% blech, worauf sich eine elektrisch isolierende Grund-
% glasschicht, metallische Leiterbahnen und als Abschluß
|? nach auSen eine ehemisch residente Deckglasschicht be-
U iU finden. Dieses Heizelement ist bis 4000C belastbar, ohne &rgr; daß sich der Widerstand der Isolierglasschicht ändert.
Diese hier verwendete elektrisch isolierende Glasschicht besteht aus einem alkalifreien Calcium-Aluminiua-Boro-Silicat (siehe auch DE-A 3 446 554).
.. Nachteil dieser Heizelemente ist, daß das Stahlblech
entkohlt, entfettet, gebeizt und vernickelt sein muß, damit die Isolierglasschicht gut auf dem Stahlblech haftet. Die in dieser Schrift weiterhin beschriebenen Heizelemente, bei denen anstelle eines behandelten Stahlbleche ein mit einem Grundemail beschichtetes Stahlblech verwendet wurde, haben den Nachteil, daß nach kurzer Zeit und mehrmaligem Aufheizen und Abkühlen de?
Elementes, der Durchgangswiderstand der Isolierglas-
25
schicht auch hier sich verringert und damit die Funk-
! tionsfähigkeit stark beeinträchtigt bzw. sogar gestört
[ wird.
Aufgabe war es daher, ein Heizelement zur Verfugung zu stellen, bei dem einerseits das Stahlblech nicht vorbehandelt werden muß und andererseits di· Isolierglasschicht, auf der sich die Leiterbahnen befinden, ihren Durchgangswiderstand beibehält·
35
La A 26 QOl
ft · ft ft · » ft···
&bull; · t · « e
Ee wurde nun gefunden· daß neuartig· hochtemperaturbeitändig· Hei!elemente diet· Nachteil· nicht aufweisen.
Gegenstand der vorliegenden Neuerung ist ein Flächenheizelement , bestehend aus einem emaillierten Metallsubstrat, vorzugsweise Stahlblech, auf dem sich eine Mehrschichtanordnung befindet, die aus einer inneren Schicht eines Isolierglases 4« metallischen Leiterbahnen 5 Und sinsr SüSsrsn Schicht ?&iacgr;&pgr;&bgr;» Deckoliies 6 besLshL. welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schichtanordnung über eine Vermittlerschicht 3 mit dem emaillierten Metallsubstrat 1,2 verbunden ist.
Das Metallsubstrat kann sowohl nur auf der dem Schichtsystem zugewandten Seite emailliert sein als auch auf der dem Schichtsystem zugewandten und der dem Schichtsystem abgewerteten Seite emailliert sein.
Die Vermittlerschicht 3 besteht aus einem Gemisch eines Zirkonphosphatglases und einer Bor-Titan-Fritte, wobei dieses Gemisch vorzugsweise aus 35-55 Gew.-X Zirkonpnospnaiglas una ds-is obw.-&lgr; onr-iUnrnim
Die Isolierglasschicht 4 ist ein alkalifreies Calcium-Alumo-Boro-Silikatglas.
Die äußere Deckglasschicht 6 besteht aus einem Gemisch einer Bor-Titan-Fritte und einem Zirkonphosphatglas.
Die o.g. Zirkonphosphatgläser können folgende Zusammensetzung aufweisen:
35
Le A 26 001
26-30
21-25		 Gew.
Gew«		 ·» A &Lgr; · ·· t I
ZrO2 7-12 Gew· I ······ · · «·
-&kgr;
-&kgr;
SiO2 6-10 Gew. -&kgr;
Na2O 8-12 Gew. -&kgr;
K2O 6-10 Gew. -&kgr;
TiO2 8-12 Gew. -&kgr;
BaO 3- 8 Gew. -&kgr;
F -&kgr;
Bei den o.g. Bor-Titan-Fritten handelt es eich um an sich bekannte und übliche Frittensorten (vgl. z.B. A.I. Andrews» Porcelain Enamels, S. 277). Die o.g. Isoliergläser können folgende Zusammensetzung aufweisen:
B2°3 43-48 Gew. -&kgr;
CaO 29-34 Gew. -&kgr;
SiO2 8-15 Gew. -&kgr;
Al2O3 7-10 Gew. -&kgr;
MaO 1- 2 Gew. -&kgr;
Diese neuerungsgemäBen Flächenheizelemente werden durch Multisiebdruckverfahren hergestellt, indem die verschiedenen Schichten nacheinander auf das emaillierte Metllsubstrat aufgebracht und anschließend in einem Arbeitsgang gemeinsam bei 780 bis 8500C1 vorzugsweise bei 780 bis 820°C eingebrannt werden.
Die Schichten werden in Form von Pasten aufgetragen, wobei die Pasten durch innige Vermischung der Vermittlerfritte als feines Pulver (Korngrößenbereich von
Le A 26
&bull; · · V · 4
1 bis 25 um), des Ieolierglaeee oder des Deckglases mit einem thermoplastischen Medium» einem ölmedium oder mit einem Medium einer wasserlösliche organischen Suspension hergeotellt werden.
Das Mischungsverhältnis von Pulver zum Medium beträgt vorzugsweise ungefähr 4:1.
lüvuiun·» bzw. dsr wssssrleslichen or
ganischen Suspension ist nach jedem Schichtauftrag eine Zwischentrocknung erforderlich, während bei Einsatz des Thermoplasten vor dem eigentlichen gemeinsamen Einbrand ein einziger gemeinsamer Abdampfprozeß (bei ca. 100-1500C) erfolgt.
Je nach Konsistenz des Mediums werden die Pasten entweder bei Zimmertemperatur oder erhöhter Temperatur (vor allem bei Verwendung von Thermoplasten) mit dem Siebdrucknetz aufgetragen.
Als Ölmedium wird bevorzugt Pinienöl (80-90 Gew,-X) mit 3-15 Gew,-X Kolophonium oder Derivate davon, 1-4 Gew.-7. Cellulosederivate und 2-5 Gew.-X Acrylsäureester eingesetzt, während die organische Suspension vorzugsweise eine Mischung aus 5-10 Gew.-X Cellulosederivate, 20-30 Gew.-X Ethylalkohol und 60 Gew.-X Glykolderivate enthält.
Le A 26 001
Als thermoplastisches Medium wird bevorzugt Steryialkohol (70-80 Gew.-X) mit 5-15 Gew.-$/. Glykoleeter, 5» 15 Gew.-X Acrylsäureester und 5-10 Gew.-K Kolophonium verwendet.
Der Heizleiterauftrag erfolgt ebenfalls in Form einer Paste bestehend aus den o.g. Medien und feinstverteilten Metallpartikeln, vorzugsweise Silber» Ruthenium, einem Verschnitt der beiden Metalle» Nickel oder Kupfer.
Die Schichtstärke der Siebdruckschichten wird über die Maschenweite und die Fadenstärke des Siebdrucknetzes geregelt. Fur den Auftrag der Heizleiterplatten werden bevorzugt Siebe mit 62 bis 84 Maschen/cm und für den Auftrag der übrigen Pasten Siebe mit 34 bis 42
Maschen/cm eingesetzt.
20
Die Heizleiterschicht 5 hat eine Dicke von etwa 15-20 pm, während die übrigen Schichten Dicken in der Größenordnung von 30-70 &mgr;&eegr;, bevorzugt von 40-60 um %ufwei sen.
25
Häufig werden verschiedene Heizleiterbahnen aus unterschiedlichen Metallen aufgetragen, was bedeutet, daß je nach Zahl der.unterschiedlichen Metalle die entsprechende Anzahl an Siebdruckaufträgen durchgeführt werden mue.
Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften der neuerungsgemäßen Flächenheizelemente werden diese bevorzugt Als Einsätze in Backöfen, in Waschmaschinen, in Heißwasserspeichern und in Toastgeräten verwendet.
Ls A 2fe 001
Der Gegenstand der vorliegenden Neuerung soll anhand der folgenden Ausführungen und des Beispiels näher erläutert werden:
Ein Metal1substrat, vorzugsweise ein Stahlblech, das als Flächenheizelement vorgesehen ist, wird mit einer
i>0 bekannten Emailfritte nach üblichen Verfahren (Nähverfahren oder elektrostatisch) beschichtet und gebrannt. Dieses emaillierte Metallsubstrat wird dann mit z.B. 4 verschiedenen Pasten aus thermoplastischem Medium in Form von 5 Siebdruckaufträgen beschichtet« um abschließend bei 780-8500C gebrannt zu werden.
Erfolgen die Siebdruckaufträge ntit thermoplastischen Medien (wie z.B. einem Thermoplasten auf der Basis von Sterin und einem Weichmacher) so entfallen die Zwi-2" schentrocknungen nach Jedem Siebdruckauftrag (siehe z.B. ölmedium). Vor dem eigentlichen Einbrand ist lediglich ein einziges gemeinsames Abdampfen erforderlich.
Die Vermittlerfritte, die aus einer Mischung von 35" 55 Gew.-% eines Zirkonphot phatglases und 65-45 Gew.-'/.
einer handelsüblichen Bor-Titan-Fritte besteht, wird als feines Pulver (Korngrößenbereich von 1 bis 25 Mm) mit dem Thermoplasten und dem Weichmacher in einem geschlossenen Behälter bei ca. 750C ca. eine Stunde mittels Ruhrer innig vermischt und mittels Dreiwalzenstuhl, dessen Zylinder ebenfalls auf etwa 600C vorgeheizt sind, homogenisiert.
Le A 26 001
&bull; · &Lgr; «ft *
Das Mischungsverhältnis des Pulvers zum Medium liegt bei 4:1. Da« homogenisierte Produkt wird flüssig über das (direkt oder indirekt) beheizte Siebdrucknetz auf das emaillierte Metallsubstrat aufgedruckt.
Das Sieb hat 34 bis 42 Mischen/em» 10
Die Pasten mit dem Isolierglas bzw. dem Deckglas ward*» genauso hergestellt und ebenso aufgetragen.
Die Heizleiterpasi.« besteht aus feinstverteilten j Metallpartikeln int thermoplastischen Medium. Für den | Auftrag verwendet man siebe mit 62 bis 84 Maschen/cm.
Nachdem die Schichten nacheinander aufgetragen worden sind, wird das thermoplastische Medium vor dem eigcntliehen Brand bei 780-8500C in einem Trocken- bzw. Wärmetunnel bei ca. 100-1506C abgedampft.
Le A 26 001
■ *·
Beispiel:
Vermittler/ritte (Auftragssieb mit 34 Maschen/cm):
g®*#.-% £irkonphosphatglas; 5ß Gew.-X ßer-Titan-
Frittss i.Sj6 g (fesarzmehl fean4#*®wMich* T-itan·-
weißemaiIf ritte
19,ä g Natriumtripoiyphosphat 1,8 g "m-X "umcarbc iac 7,5 g Titandioxid 23,5 g ,"*,irkonei 1 iki . Iß? g Monobariumphosp-hat 10,9 g MonokeliumphöüphtL 9,7 g Kieselfluorkalium
Isolierglas (Cieb mit 34 Maschen/cm; zweimaliger Auftrag, um die Schichtdicke zu vergrößern):
Borsäure
Calciumcarbpnat Magneeiumcarbonat Puarz
Ton (48 V. SiO2, 38 % Al2O3) 30
Leiterbahnen (Sieb mit 72 Maschen/cm):
25 250,2 0
176,7 g
12,0 9
5,1 g
57,9 g
Feinverteiltes Silber im thermoplastischen Medium (70-80 Gew.-·/. Sterylalkohol, 5-15 Gew.-y. Glykolester, 5-
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&bull; &bull;I »I I * t · I *· «
Ii »·· t*(i ta
Il Il ·· «· ·· IfIl · ·
30
25
&igr; &igr; 1 IDi* &igr; ·· ·
Di
5 um),
15 Gew.-X Acrylsäureester und 5-10 Gew.-&kgr; Kolophoni-
Deckglas (Sieb mit 34 Maschen/cm):
&eegr;
50 Gswc-X Zirkönphosphatglas uid 50 Gew.-Ji Bor-Titan-
Fritte wie unter Vermittler/ritte.
Die Auftragsstärke eines jeden Siebdruckes liegt bei etwa 50 um, während sich die Heizleiterschicht bei einer 1^ Dicke von 15-20 um bewegt.
Der Siebdruck erfolgt über im Handel erhältliche Auftragsmaschinen. Das gleiche Auftragssystem kann auch bei geometrisch komplizierten Metallsubstratformen ungewandt werden und zwar mittels des sogenannten "Tampondrucks" unter Verwendung von Spezialmedien.
Der Brand erfolgt bei 800-8200C in einem Arbeitsgang. 25
Le A 26

Claims (6)

G 89 09 020.9 Anlage zur Eingabe vom 7. 11. 89 - Le/Lt Neue Schutzansprüche:
1. Flächenheizelement, bestehend aus einem emaillierten Metal 1 substrat, auf dem sich eine Mehrschichtanordnung befindet, die aus einer inneren Schicht eines Isolierglases (4), metallischen Leiterbahnen (5) und einer äußeren Schicht eines Deckglases (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtanordnung über eine Vermittlerschicht (3) mit dem emaillierten Metal 1 substrat (1,2) verbunden ist.
2. Flächenheizelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metal 1 substrat (1) ein Stahlblech ist.
3. Flächenheizelement gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsubstrat nur auf der dem Schichtsystem zugewandten Seite emailliert ist oder daß das Metal 1 substrat sowohl auf der dem Schichtsystem zugewandten Seite als auch auf der dem Schichtsystem abgewandten Seite emailliert ist.
4. Flächenheizelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermittlerschicht (3) aus einem Gemisch eines Zirkonphosphatglases und einer Bor-Titan-Fritte besteht.
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&bull; » »«■··· I ■*·
■ &bull;&bull;&igr;···«·· iff t t &igr; « · · · ·
&bull; ·
G 89 09 020.9 Anlage zur Eingabe vom
7. 11. 89 - Le/Lt
Neve Schutzansprüche (Fortsetzung)
5. Flächenheizelement gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus 35-55 Gew.-% Zirkonphosphatglas und 65-45 Gew.-% Bor-Titan-Fritte besteht.
6. Flächenheizelement gemäß einem der Ansprüche oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkonphosphatglas folgende Zusammensetzung aufweist:
ZrO2 26-30 Gew.-%
P2O5 21-25 Gew.-X
SiO2 7-12 Gew.-X
Na2O 6-10 Gew.-3!
K2O 8-12 Gew.-%
TiO2 6-10 Gew.-%
BaO 8-12 Gew.-X
F 3-8 Gew.-2 und zusammen mit einer an sich bekannten Bor-Titan· Ffitte vörilcyt.
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