DK156363B - Fremgangsmaade til fremstilling af elektriske varmeelementer - Google Patents

Description

DK 156363 B

Opfindelsen angâr en fremgangsmâde af den i patentkra-vets indledning angivne art. Sâdanne varmeelementer kendes fra beskrivelserne til USA-patenterne 3 263 307, 3 336 557, 4 025 893 og 4 092 626. Fordelen ved disse 5 kendte varmeelementer er, at metalstrimlerne af mod- standsmateriale har et smeltepunkt, som er lavere end 200°C. Nâr sâdanne elementer bliver anvendt som varme-elementer til boliger, f.eks. huse, er det ofte nadven-digt eller pâkrævet at anbringe sâdanne varmeelementer 10 i nærheden af brændbare materialer, f.eks. træ eller tapeter, hvormed man skal tage hensyn til, at tempera-turen i varmeelementets overflade pâ intet sted over-skrider 150°. Dette krav kan opfyldes ved anvendelse af en metal-legering af 61,5¾ tin, 27,7¾ bly og 0,8¾ 15 antimon til modstandsstrimlerne, som har et smeltepunkt pâ 183°C.

Et varmeelement med modstandsstrimler, som bestâr af et materiale, som har et lavt smeltepunkt, og som er svejst imellem to lag af isoleringsmateriale, virker 20 som en stor varmesikring, hvis varmeelementet bliver drevet under unormale betingelser, f.eks. hvis det unad-vendigt er indesluttet af varmeisolerende materialer.

Hvis temperaturen i sâdanne tilfælde nâr legeringens smeltepunkt pâ omtrent 170°C, forringes de mekaniske 25 egenskaber ved strimmelen af isoleringsfolie, som i denne tilstand meget let kan gâ itu, far legeringens smeltepunkt er nâet. I dette ajeblik, nâr isolerings-folier begynder at gâ itu, bliver strimmelens tværsnit formindsket, og legeringen smelter straks, hvilket har 30 afbrydelse af stramveje til falge. Warmeelementet skal derpâ erstattes af et nyt.

Desuden kendes varmeelementer af modstandsstrimler, som har en sikring. Sâdanne elementer er f.eks. kendt fra beskrivelsen til USA-patent nr. 3 417 229, hvor 2

DK 156363B

en varmesikring er indsat for hver enkelt varmeenhed.

Sâdanne varmeenheder bliver kun beskyttet imod over-opvarmning ved hjælp af sikringen, hvis sikringen selv er overhedet. En sâdan overhedning forekommer enten, 5 hvis sikringen selv er varmeisoleret i stor udstræk- ning, eller hvis varmeenheden af en eller anden grund bliver overbelastet strammæssigt. Sikringen vil i et sâdant tilfælde smelte ved en bestemt temperatur og afbryder dermed strammen gennem varmeelementet, sâledes 10 at varmeenheden selv ved en réparation muligvis ikke behaver at udskiftes, men nâr varmeenhedens overflade er noget i afstand fra den ophedede sikring, gêr der ild i tapeter og andre ting, i hvis nærhed varmeenheden er anbragt, far sikringen afbryder stramvejen.

15 Fra beskrivelsen til USA-patent nr. 3 423 574 kendes en varmepude, i hvilken der er anbragt varmesikringer og termostater. Disse elementer bestâr af specielle konstruktionsdele, som bagefter er forbundet med den færdige modstandsstrimmelprave inden for varmepuden.

20 En sâdan udformning af et apparat, i hvilket sikringer- ne og termostaterne har en tykkelse og bredde, som er starre end modstandsstrimlerne, er uegnet til en loft-og vægbeklædning. Fra beskrivelsen til USA-patent nr.

3 108 175 kendes et varmeloft med jævnt fordelte 25 termostatelementer. Disse termostatelementer har væsent-lig starre mâl end varmetrâden, og den samlede opbyg-ning af et sâdant varmeloft kan ligeledes ikke anven-des til en loft- eller vægopvarmning.

Den mest kendte sikreste art af varmeelementer af mod-30 standsstrimler er derfor den indledningsvis beskrevne type varmeelement. Gennemfarte forsag har dog vist, at det ikke er nadvendigt, at hele tværsnittet af det af strimler opbyggede modstandselement skal være sikret gennem en lav smeltetemperatur.

3

DK 156363 B

En i og for sig kendt fremgangsmâde til fremstilling af varmeelementer af den beskrevne art er falgende: en blok af en ansket legering valses til en metalfolie med 5 til 25^u tykkelse. Folien bliver derpâ skâret 5 i et ansket modstandsstrimmelmanster, f.eks. et mæan- derformet manster, og herefter bliver modstandsstrimlerne belagt pâ den ene eller begge sider med et egnet isola-tionsmateriale, f.eks. et tilsvarende varmebelastbart formstof.

10 Det er derfor opfindelsens formai at angive en frem- gangsmâde af den indledningsvis angivne art, ved hvil-ken flere sikringer er anbragt fordelt over varmeele-mentets overflade, uden at sikringerne bestir af selv-stændige dele eller elementer, og ved hvilken sikrin-15 gerne er fremstillet af et materiale med et lavt smel- tepunkt.

Dette formai opnis ifalge opfindelsen ved, at den ind-ledningsvis angivne fremgangsmâde er ejendommelig ved det i patentkravets kendetegnende del angivne.

20 Ved anvendelse af et varmeelement ifalge opfindelsen opnâs den store fordel, at strammen gennem varmeele-mentet bliver afbrudt ved definerede steder ved opstâ-en af en varmeoverbelastning af varmeelementet. Derved sikres en starre sikkerhed, og risikoen for overopvarm-25 ning falder.

Varmesikringerne skal være fordelt pâ en sâdan mâde over varmeelementet, at overfladetemperaturen ved den tildækkede flade pâ intet sted mâ nærme sig en kritisk værdi, nâr varmeelementet i tillæg til den sædvanlige 30 installationsafdækning yderligere bliver tildækket med forskellige materialer, f.eks. træforskalling, mabel-dele eller tæpper o.s.v.

DK 156363 B

4

Malet for en utilladelig afdækning kan variere med ar-ten af eller afstanden til materialet eller artiklen og det værste tilfælde kan indtræde, hvis varmeafgi-velsen pâ et bestemt sted bliver virkningsfuldt blokeret som falge af afdækningsmaterialet. Ved forsag er det 5 muligt at bestemme den starste dimension af en vilkârlig overflade af varmeelementet, som tillader en virkningsfuld termisk isolation, uden at overfladetemperaturen ved et eller andet sted af den skjulte flade stiger til en kritisk værdi. Denne flade eller zone bliver kaldt 10 den kritiske zone. Varmesikringerne skal derfor være anbragt fordelt pâ varmeelementet pâ en sâdan mâde, at mindst én sâdan sikring reagerer ved at standse varme-udviklingen, hvis den til den kritiske zone svarende temperatur er hajere end tilladelig, 15

Det er sandsynligt, at sikkerhedszonen for varmeelementet, i hvilket en virksom varmeisolation finder sted, antagelig kan anses for at være lille. Vi har i det gennemfarte forsag pâ at definere den kritiske zone 20 anvendt et 100 mm tykt mineraluldsmateriale som over- dreven afdækning ved ydersiden af det regulære over-flademateriale.

For at finde den hajeste grænse for installationen blev falgende anordning anvendt: et varmeelement med mâlene 25 500 x 1200 mm, hvis modstandsstrimler udfart i mæanderform bestod af bly-antimon-legering og var lagret imellem formstoffolier, blev installeret mellem et 200 mm mineraluldsmateriale, som strakte sig vandret, og en 12 mm tyk spânplade, hvorved beklædningspladen var ret-30 tet nedefter. Varmeelementet varmede, ved stabile betin- gelser, med 210 W/m , hvorved der fremkom en maksimal temperatur ved spânpladen pâ 78°C.

For at undersage en noget skadeligere anbringelse af 5

DK 156363 B

afdækningen ved installationen har man indfart stykker pâ 100 mm tykkelse af mineraluldsmateriale mod undersi- den af spânpladen. Derved steg den kritiske temperatur til 175°C, og den kritiske zone voksede til en værdi 2 5 pâ omtrent 400 cm .

Den kritiske zone bliver mindre ved nedsættelse af spân-pladens tykkelse, ogsâ hvis spânpladen bliver udskiftet med materiale, som har bedre varmeledningsegenskaber.

Den mest kritiske form ved den kritiske zone anses for 10 en cirkel, medens et kvadrat kun medfarer tilnærmelses- vis kritisk værdi i svækket form.

Nâr et egnet varmeelement ifalge opfindelsen skal frem-stilles er det væsentligt, at metalkomponenterne, som indgâr med den starste andel, er billige, hvorfor bly 15 erfaringsmæssigt er det mest egnede materiale. En sâ tynd folie af bly alene er imidlertid meget skar, hvorfor blyet skal legeres med 1¾ antimon.

De pâ varmeelementet·fordelt anbragte adskilte varme-sikringer bliver opniet ved lokalt at indfare eller 20 anbringe et métal pâ bly-antimon-folien, hvorved sik- ringens métal indgâr i en legering med foliens grund-materiale. Derved fremkommer en materialesammensætning ved det sted, ved hvilket sikringens métal er blevet indsat, med et smeltepunkt, som er lavere end 200°C.

25 Det pâ bly-antimon-folien anbragte varmesikringsmateriale er vist i fig. 1 og 2 og bliver senere beskrevet.

Et egnet materiale til opnâelse af et lavt smeltepunkt er tin eller en bly-tin-antimon-legering, da den eute-tiske legering af bly og tin smelter ved næsten 183°C.

30 Der bestâr ogsâ den mulighed at anvende en bly-vismut-

DK 156363B

6 legering, som har omtrent det samme smeltepunkt.

Opfindelsen skal i det falgende nærmere beskrives med henuisning til tegningen, hvorpâ: fig. 1 viser tre forskellig principper til at anbringe 5 det termiske sikringslag, fig. 2 viser skematisk, hvordan sikringsmaterialet kan placeres pâ den underliggende metalfolie, fig. 3 viser alternative sikringsmaterialer anbragt pâ et varmeelement, og 10 fig. 4 viser eksempler pâ anbringelsen af diskrete termiske sikringer pâ modstandselementerne.

Som vist i fig. 1 foreligger der flere forskellige mâder, hvorpâ man kan indfare de termiske sikringer i modstandselementerne. Hovedmaterialet 1 eller basismaterialet er 15 i fig. la forsynet med en indsats 2 af sikringsmaterialet, medens sikringsmaterialet 2 i fig. lb er indlejret mel-lem to tynde folier af basismaterialet 1, og i fig. le er folien af basismaterialet brudt i hele sit tværsnit af et sikringsmateriale 2. Medens et tværsnit som vist i 20 fig. la og lb kan opnâs ved en rulle- eller valsnings-proces, vil udfarelsen vist i fig. le ogsâ omfatte en loddeproces far valsningen. I fig. 2 er skematisk vist forskellige mâder til at anbringe strimler af sikrings-materiale pâ den endnu ikke opslidsede folie af basis-25 materialet 1. Hvis materialerne 1 og 2, som er vist i fig. 1 og 2, er henholdsvis bly og tin, (fortrinsvis bar sikringsmaterialet 2 være en færdiglegeret bly/tin-legering) antages det, at varmen, som opstâr under normal drift af varmeelementet, vil forârsage, at materia-30 lerne i kontaktzonen mellem de to forskellige metaller legeres (migrerer), sâledes at en lille zone i det fær- 7

DK 156363 B

diglegerede materiale vil opnâ et smeltepunkt pâ en an-sket værdi, dvs. omkring 180°C. Det kan imidlertid være mere enskeligt, at man allerede under produktionsproces-sen, dvs. fer man anbbinger varmeelementet i den normale 5 drift, serger for at kontaktfladen mellem basismateria-let og sikringsmaterialet er færdiglegeret, sâledes at man sikrer sig det enskede smeltepunkt allerede fra den farste driftstime.

Nâr et varmeelement fremstilles ved ovennævnte eller an-10 dre metoder, fâs et element med den egenskab, at aile de diskrete, fordelte termiske sikringer vil legeres til man fâr sikringszoner med et materialeforhold pâ omkring 6G% tin og 40% bly. Mindst én af disse zoner vil smelte og afbryde stramvejen, dersom et areal, som er 15 starre end det sâkaldte kritiske areal, bliver tildækket pa en ikke tilladelig mâde af en termisk isolator. Dette gælder uanset, hvor det tildækkede omrâde befinder sig pâ elementet.

Selv om den foreliggende opfindelse stort set angâr ma-20 terialerne bly og tin samt bly og vismuth, er det inden for opfindelsens ranimer at anvende andre materialer.

F.eks. kan stâl bruges som basismateriale og salv/kob-ber som sikringsmateriale eller chrom/nikkel som ba-sismateriale og messing som sikringsmateriale o.s.v..

25 I fig. 3 er vist tre alternative mâder til anbringelse af sikringsmaterialestrimler pâ et varmeelement 3. De elektriske modstandsstrimler 6 er for enkelheds skyld vist i form af et mæandermanster, men det er âbenbart, at modstandsstrimlerne kan anbringes pâ en hvilken som 30 helst egnet mâde. Selv om sikringsmaterialestrimlerne pâ figuren er vist med fuldt optrukne linier, er det underforstâet, at sikringsstrimlerne ikke mâ danne en stramvej langs disse viste linier. Dette gælder i det mindste illustrationerne pâ fig. 3a og 3c, hvor det en-35 delige produkt vil se omtrent sâledes ud som udsnittet

DK 156363 B

8 af varmeelementet vist i fig. 4a. I fig. 3b, hvor sik-ringselementstrimlerne er anbragt sâledes, at de er parallelle med de langsgâende dele af mæandermansteret til varmeelementet, vil sikringsstrimmelen imidlertid 3 være stromforende langs en betydelig del af sin længde.

For aile de i fig. 3 viste illustrationer gælder, at en diskret termisk sikring fâs ved aile krydspunkter eller overlapninger mellem en sikringsdel 7 og en mod-standsstrimmel 6. Ifolge opfindelsen ber de diskrete 10 termiske sikringer være sâledes fordelt, at mindst en sikring altid tildækkes helt eller delvis af et kritisk areal 8, sam er tilfældig anbragt pâ varmeelementet 5.

Som forklaret vil den aktuelle sikring træde i drift, dvs. den vil smelte, fordi den er tildækket, og herun-15 der vil dens temperatur stige over den kritiske værdi og afbryde stromvejen. Er det tildækkede omrâde derimod mindre end det kritiske areal, vil varme fores bort fra stedet, sâledes at kritisk temperatur ikke vil fremkom-me, ikke engang under konstant belastning.

20 I fig.4a og 4b er skematisk viste et forstorret udsnit af en del af et varmeelement 5 i fig. 3a og 3b omfat-tende en modstandsstrimmel 6, som er forsynet med et antal diskrete termiske sikringer, henholdsvis 7' og 7".

Strimlerne af sikringsmateriale ber fortrinsvis være 25 anbragt pâ modstandsmaterialets basisfolie pâ et tids-punkt for man udskærer mensteret i basisfolien for at fâ de onskede modstandsstrimler (fig. 2). Pâ denne mâde sikres, at sikringsmaterialestrimlerne ogsâ skæres over og virkelig tilvejebringer det onskede antal diskrete 30 termiske sikringer pâ modstandsstrimlerne.

En anden mulig metode er at anbringe diskrete sikrings-elementer eller sikringszoner pâ modstandsstrimlerne, efter at basisarket er skâret op i det onskede monster, men en sâdan metode vil være relativ kompliceret, og

Claims (1)

1. DK 156363 B det vil ogsâ være vanskeligt at opnâ den egnede kontakt mellem de to materialer. I aile udfarelsesformer ifalge opfindelsen kan man fâ en tilstrækkelig ansket kontakt eller endog en lege-5 ringszone i forbindelse med de to materialer, hvis ma-terialernes overflader er rene og fri for korrosion og oxidhinder, far kontakt opnâs. Fremgangsmâde til fremstilling af et fladt varmeelement 10 (5) med en sikring (7', 7") imod overopvarmning, hvor en folie (1) valses af elektrisk modstandsmateriale og skæres i et eksempelvis mæanderformet manster af forbundne modstandsstrimler, som indstabes i eller an-bringes pâ et isolerende legeme, kendetegnet 15 ved, at strimler, trâde eller lignende dannelser af sikringsmateriale (2) af tin eller en bly-tin- eller bly- tin-antimon eller bly-vismut-legering, i et fore-skrevet manster, anbringes pâ eller indsættes i folien af et af bly-antimon-legering bestâende modstandsmateriale 20 (1), at folien valses ud i en ensartet tykkelse i en yderligere arbejdsgang, at den af modstandsmateriale (1) og indvalset smeltemateriale (2) sammensatte folie skæres sâledes, at der frembringes et forudbestemt manster af forbundne modstandsstrimler, som hver inde-25 slutter mindst én termisk sikring (7', 7") af sikringsmateriale (2) ved forudbestemte steder.