DE2000987C3

DE2000987C3 - Elektrische Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE2000987C3
Application number: DE19702000987
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 8220 Traunstein Gerds
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-01-10
Filing date: 1970-01-10
Publication date: 1975-06-05
Also published as: DE2000987A1; DE2000987B2

Description

;!chnungskoeffizienten des metallischen Heizleiters und nischer Werkstoffe, wie z. B. Glas oder anorganisch dem anorganischen Körper zu Wärmespannungen gebundenem Glimmer, unverhältnismäßig niedrig und zwischen dem Heizleiter und dem Körper kommt. daher für eine wirtschaftliche Verwendung im Rahmen Diese Spannungen können schon nach kurzer Betriebs- der Erfindung weniger geeignet.

zeit der Heizeinrichtung zu Rissen führen, die örtliche 5 Am geeignetsten für den Verwendungszweck haben Uberhitzungen und Unterbrechungen des Heizleiters sich phosphorsaure Salze erwiesen, die in verschiedenen zur Folge haben. Verbindungen mit pH-Werten von 1 bis 7 und einer

Ähnliche nachteilige Erscheinungen sind auch bei entsprechenden Azidität zur Verfügung stehen. Dabei Heizeinrichtufigen aufgetreten, bei denen pulverför- weist die als Phosphorsäure H₃ PO₄ bekannte Wassermige Metalle als Heizleiter zusammen mit Oxyden io Stoffverbindung des Phosphors die größte Azidität aaf. verschiedener Stoffe auf den zu beheizenden Körper Von den übrigen Verbindungen des Phosphates sind aufgebrannt sind. Die Verbindung des Heizleiters mit die folgend in der Reihenfolge abnehmender Azidität dem Körper kann mit Rücksicht auf die Schmelz- genannten besonders gut geeignet: temperatur der Metalle auch nicht durch höhere
Brenntemperaturen verbessert werden. i₅ Magnesiumdihydrogenphosphat Mg (H₂ PO₄)₂,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Monoaluminiumphosphat Al (H₂ PO₂)₃,

einfache und billige Heizeinrichtung zu rchaffen, bei Ammoniumdihydrogenphosphat NH₄ H₂PO₁,

welcher der Heizleiter auf dem zu beheizenden, Diammomumhydrogenphosphat (NH₁), (HPO₁),

flächigen Korper in einer der maschinellen Fertigung

zugänglichen, dauerhaften und betriebssicheren Weise 20 wobei die zuletzt genannte Verbindung ungefähr neutral ohne Zuhilfenahme von mechanischen Verbindungs- ist und vor allem für chemisch wenig widerstands- oder Übertragungsmitteln unlösbar befestigt ist. Be- fähige anorganische Werkstoffe geeignet ist. Besonders sonderen Wert ist auf niedrige Bearbeitungstempera- vorteilhaft läßt sich Monoaluminiumphosphat verturen gelegt. wenden, das als ursprünglich wäßrige Lösung billig

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, 25 auf dem Markt und in der Handhabung sehr vorteildaß der Heizleiter aus einem Gemisch von Kohlen- haft ist.

stoff, vorzugsweise in Graphitpulverform und von Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin

saurem keramischen Binder gebildet ist. Für den begründet, daß die sauren Bestandteile des kerachemischen Mechanismus der Verbindung des Heiz- mischen Binders zwar die anorganischen Werkstoffe leiters mit dem zu beheizenden, flächigen Körper ist 30 des zu beheizenden Körpers angreifen, nicht aber die die Azidität des keramischen Binders von Bedeutung. elektrisch leitenden Kohlenstoff- bzw. Graphitpulver-Je nachdem die Azidität kennzeichnenden pH-Wert teile des Heizleiters. Diese sind auf Grund ihrer krider sauren Bestandteile des keramischen Binders ist: stallomorphen Eigenschaften gegenüber der Azidität der Heizleiter imstande, den zu beheizenden Körper des keramischen Binders geschützt. Bei der Auswahl im Bereich der Schicht oberflächlich derart anzugreifen,, 35 des keramischen Binders braucht hinsichtlich seines daß der zu beheizende, flächige Körper mit dem Heiz- pH-Wertes somit auf die elektrisch leitenden Teile leiter an der Grenzschicht der beiden Medien in eine des Heizleiters keine Rücksicht genommen zu werden, innige und unlösbare Verbindung tritt. Vielmehr sind diese durch den keramischen Binder

Auf diese Weise ist es ohne weiteres möglich, umhüllt und verkittet und dadurch vor dem oxydieanorganische Werkstoffe, wie Glaskeramik, Glas oder 40 renden Angriff des Sauerstoffs geschützt. Während die Keramik als zu beheizenden, flächigen Körper zu eigentliche Oxydationsbeständigkeit von Graphit nur verwenden und diese mit dem Heizleiter zu einem bis zu Temperaturen von etwa 450⁰C reicht, läßt sich keramischen Verbundkörper zu verbinden, der bei die Oxydationsbeständigkeit des Graphits bei Verweneiner Verwendung der Heizeinrichtung, ζ. B. als dung von Phosphaten oder Phosphorsäure als saure elektrische Kochplatte, allen betriebsmäßig auftre- 45 Bestandteile des keramischen Binders wesentlich tenden Belastungen gewachsen ist. Besonders vorteil- höher treiben.

haft macht sich dabei bemerkbar, daß die Ausdeh- Zur Herstellung der elektrischen Heizeinrichtung

nungskoeffizienten dieser anorganischen Werkstoffe kann für den zu beheizenden Körper als anorganischer und des Heizleiter sehr klein und wenig voneinander Werkstoff außer der bereits erwähnten Glaskeramik verschieden sind. Selbst bei sehr großen Temperatur- 50 auch jeder andere Werkstoff ähnlicher Natur verwendet unterschieden zwischen dem zu beheizenden Körper sein, so z. B. Glas, Keramik, Quarzgut, anorganisch und dem Heizleiter ist es bei erfindungsgemäßen gebundener Feinglimmer oder keramisch körnige Heizeinrichtungen zu keinen bedeutenden Wärme- Massen verschiedenster Art, die mechanisch und/oder spannungen gekommen. Im übrigen zeichnet sich die chemisch zu sogenannten keramischen Einbettmassen erfindungsgemäße Heizeinrichtung durch eine geringe 55 verfestigt sind. Für die elektrisch leitenden Bestand-Wärmekapazität aus, die ein schnelles Aufheizen teile des Heizleiters können außer dem bereits erwähnennöglicht und im Falle einer unterschiedlichen ten Graphitpulver auch sämtliche anderen aus Kohlen-Erwärmung für einen raschen Temperaturausgleich stoff bestehenden Pulver, wie z. B. Ruß od. dgl., zwischen der Glaskeramik und dem Heizleiter sorgt verwendet sein.

und somit etwa entstandene Temperaturspannungen 60 Bekanntlich weist Kohlenstoff einen negativen abbaut. Tempcraturkoeffizienten auf. Um zu vermeiden, daß

Die erforderliche Azidität des Binders richtet sich mit steigender Temperatur des Heizleiters die Leinach der chemischen Resistenz des als zu beheizenden stungsaufnahme der elektrischen Heizeinrichtung zuKörper verwendeten anorganischen Werkstoffs. Als nimmt, kann es vorteilhaft sein, dem Heizleiter Zusatzsaure Binder für Keramik sind zunächst Magnesium- 65 stoffe mit positivem Temperaturwiderstandskoeffisalze MgCl₂ und MgSO, sowie Borsäure bekannt. zienten in Pulverform, wie z. B. Nickel, Eisen oder Die Schmelzpunkte dieser Salze sind jedoch im Ver- Chromnickeleisen beizumengen. Auf diese Weise ist es hältnis zur Temperaturfestigkeit verschiedener anorga- möglich, den Widerstandstemperaturkoeffizienten des

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Heizleiters zu bestimmen, insbesondere auf Null zu Härtetemperatur des Werkstoffes im Herstellungshalten, was für eine einwandfreie Temperaturregelung Vorgang liegt,
der Heizeinrichtung wichtig sein kann. Hinsichtlich der Temperaturfestigkeit der anorga-

Es ergibt sich ein besonders einfaches Verfahren zur nischen Werkstoffe und des Binders bestehen keine

Herstellung der elektrischen Heizeinrichtung. Das den 5 Bedenken, die Betriebstemperatur der Heizeinrichtung

Heizleiter darstellende Gemisch von Kohlenstoff und auf über 800°C und mehr auszulegen. Dabei ist

von saurem keramischen Binder wird gegebenenfalls jedoch für den Oxydalionsschutz der Graphitteile des

unter Zusatz eines Lösungsmittels als viskose Masse Heizleiters Sorge zu tragen. Es kann zu diesem Zweck

angesetzt. Als Lösungsmittel ist z. B. Wasser geeignet. vorteilhaft sein, auf den erhärteten Binder eine

Anschließend wird die so entstandene Masse auf den io Metallschicht z. B. aus Nickel als Abschluß aufzu-

zu beheizenden, flächigen Körper mittels eines tragen. Außer der bereits erwähnten Beimengung von

geeigneten Auftragsverfahrens aufgebracht. Der Auf- Nickelstoffen ist auch dadurch eine Beeinflussung des

trag ist auf maschinelle Weise, wie z. B. durch Temperaturwiderstandskoeffizienten des Heizleiters

Spachteln, Streichen, Spritzen oder durch Gießen möglich.

möglich. Dabei wird der zur jeweiligen Auftragsart 15 Ein besonderer Vorteil der Heizeinrichtung ist es, erforderliche Viskositätsgrad der Masse durch eine daß während des Herstellungsverfahrens zur Konentsprechende Zugabe des Lösungsmittels bzw. des taktierung des Heizleiters Litzen oder Drähte in Graphitpulvers eingestellt. Bei der Auswahl des Visko- gezwirbelter oder gewendelter Ausführung in wulstsitätsgrades ist auch zu berücksichtigen, daß der Heiz- artige Verdickungen des noch viskosen Heizleiters leiter im aufgetragenen Zustand eine gleichmäßige 20 eingebettet werden können. Damit ergibt sich eine Dicke im Bereich von 0,15 bis 1,5 mm aufweisen soll. Lösung des bei bekannten Heizeinrichtungen schwie-Hierbei hat sich bei Anwendung des Gießverfahrens rigen Problems des elektrischen Anschlusses dünner als Auftragsart auch die Thixotropic der Masse als Heizleiterschichten,
vorteilhaft herausgestellt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der

Beim Auftragen der Masse kann es vorteilhaft sein, 25 Zeichnung in schematischer Weise dargestellt und wird den zu beheizenden, flächigen Körper auf einer er- im folgenden näher beschrieben,
höhten Temperatur zu halten; als zweckmäßig hat Der zu beheizende, flächige Körper 1 aus Glassich eine Temperatur von etwa 40 bis 8O⁰C erwiesen. keramik trägt einen Heizleiter 2 aus Kohlenstoff und Durch die erhöhte Wärme trocknet bzw. geliert die saurem keramischen Binder, der in nicht näher darge-Masse sofort von dem zu beheizenden Körper her 30 stellter Weise elektrisch kontaktiert ist. An der Grenzdurch, während die Masse in den äußeren Zonen noch schicht 3 erfolgt auf Grund der sauren Eigenschaften viskos ist. Dadurch können die beim Trocknen inner- des Heizleiters 2 die unlösbare Verbindung von Körhalb der Masse entstehenden Dampfblasen durch die per 1 und Heizleiter 2 zu einem keramischen Verbund-Masse nach außen entweichen, ohne innerhalb der körper.

Masse Poren od. dgl. zu bilden. Anschließend wird 35 Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung eignet sich nach der die innige Verbindung herstellenden chemi- besonders gut zur Verwendung in temperaturgesteuschen Reaktion der sauren Bestandteile des keramischen erten oder -geregelten Wärmegeräten, deren Heiz-Binders mit dem zu beheizenden Körper die Heiz- einrichtung als flächiger Körper ausgebildet sein einrichtung weiter getrocknet. Nach einer Erhitzung kann. Bei elektrischen Herden können die Herdauf 250⁰C im Ofen hat sich der Binder unter Abgabe 40 platten, die Kochplatten, aber auch die Back- und allen Wassers in eine verkittende Glas- bzw. Mineral- Bratrohre mit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung phase umgewandelt. Zur vollständigen Stabilisierung versehen sein. Weitere Anwendungsmöglichkeiten des elektrischen Widerstandes des Heizleiters kann es ergeben sich bei elektrischen Toastern, Grillgeräten, zweckmäßig sein, die chemische Umwandlung des Bügeleisen und ähnlichen Geräten. Grundsätzlich Bindermaterials durch Erhöhung der Härtetempera- 45 eignet sich die erfindungsgemäße Heizeinrichtung türen bis auf etwa 600° C zu vollenden, zumal bekannt- auf Grund der billigen unproblematischen Herstellich bei dieser Härtetemperatur die mechanische lungs- und Betriebsmöglichkeit für alle elektrischen Festigkeit ihr Maximum erreicht. Günstige Betriebs- Heizgeräte, wobei die Temperaturfestigkeit des zu Verhältnisse ergeben sich, wenn die größte betriebs- beheizenden, flächigen Körpers und des Heizleiters; mäßige Temperatur etwa 50 bis 100°C unter der 50 bis zu Temperaturen von 700° C gegeben sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2 Körper aus anorganischem Werkstoff, wie Glaske- Patentansprüche: ramik Glas oder Keramik, und mit einem darauf

1. Elektrische Heizeinrichtung mit einem zu angebrachten Heizleiter in Form einer elektrisch beheizenden, flächigen Körper aus anorganischem leitenden. Kohlenstoff enthaltenden Schicht
Werkstoff, wie Glaskeramik, Glas oder Keramik, 5 Bei einer derart.gen, in der deutschen Auslegeschrift und mit einem darauf angebrachten Heizleiter in 1 127 511 beschriebenen Heize.nnchtung hegt der Form einer elektrisch leitenden, Kohlenstoff ent- Heizleiter m Form von mehreren im Abstand vonhaltenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, einander angeordneten flächigen Elementen aus kolloidaß der Heizleiter aus einem Gemisch von Kohlen- dalem Graphit zwischen zwei Grundschichten aus stoff, vorzngssveise in Graphitpulverform und von io Glasfasergewebe, die mit S.l.konharz getrankt sind; saurem keramischen Binder gebildet ist. die beiden Grundschichten sind dann nute,nander

2. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 1, verpreßt, wobei em warmehartbares S.l.konharz als dadurch gekennzeichnet, daß der Binder phos- Bindemittel dient. Durch die E.genschaften solcher phorige Bestandteile aufweist. Harze ist jedoch die Anwendung einer derart.gen

3. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 2, 15 Heizeinrichtung auf Temperaturen bis höchstens dadurch gekennzeichnet, daß die phosphorigen 350⁼C beschränkt.

Bestandteile des Binders aus Monoaluminium- Auch bei anderen Heizeinnchtungen, bei denen ein

phosphat Al (H₂ PO,)₃ bestehen. beispielsweise aus Metall gefertigter Heizleiter auf den

4. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 2, zu beheizenden Körper aufgeklebt ist, sind die Verdadurch gekennzeichnet, daß die phosphorigen 20 Wendungsmöglichkeiten durch die obere Grenze der Bestandteile des Binders aus Magnesiumdihydro- Temperaturfestigkeit gebräuchlicher Klebstoffe, die genphosphat Mg (H., PO₄)₂ bestehen. unter 200³C liegt, begrenzt. Die Anwendung dieser

5. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 2, Technik ist daher auf Heizeinrichtungen mit niedriger dadurch gekennzeichnet, daß die phosphorigen Arbeitstemperatur und entsprechend geringer Ober-Bestandteile des Binders aus Ammoniumdihydro- 25 flächenbelastung des Heizleiters beschränkt. Auch ist genphosphat (NH₄) H₂ PO₄ bestehen. in der Regel der Wärmeübergang vom Heizleiter auf

6. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 2, den zu beheizenden Körper durch den Klebstoff dadurch gekennzeichnet, daß die phosphorigen behindert.

Bestandteile des Binders aus Diammoniumhydro- Man ist deshalb schon dazu übergegangen, den Heizgenphosphat (NH₄), KPO₄ gebildet sind. 30 leiter gegen einen aus Glaskeramik bestehenden

7. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 2, flächigen Körper mittels einer Druckvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die phosphorigen anzupressen. Die Druckvorrichtung erfaßt den Heiz-Bestandtcile des Binders aus Phosphorsäure Hi₃ PO₄ leiter mit einem elastisch zusammenpreßbaren Isolierbestehen, material aus Glaswolle od. dgl. Diese Aufbauform ist

8. Elektrische Heizeinrichtung nach einem der 35 aufwendig und von beträchtlichem räumlichen Vo-Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß lumen. Außerdem hat es sich gezeigt, dab die Glaswolle das Gemisch Zusätze von pulverisiertem Nickel, nach längerer Betriebszeit in sich zusammensackt, Chromnickel, Eisen od. dgl. enthält. so daß ein einwandfreier Sitz des Heizleiters auf der

9. Elektrische Heizeinrichtung nach einem der Glaskeramik nicht mehr gewährleistet ist. Dadurch Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß 40 kann es infolge des unterbrochenen Wärmeübereine Metallschicht auf den Heizleiter aufgebracht ganges zur örtlichen Überhitzung des Heizleiters ist. kommen, welche eine kurzfristige Zerstörung der

10. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung zur Folge hat. Schließlich ist die Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der Glaswolle im Stande, größere Feuchtigkeitsmengen folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge- 45 aufzunehmen, wodurch die elektrische Spannungsmisch des Heizleiters durch Zugabe von Lösungs- festigkeit der Heizeinrichtung herabgesetzt ist, wenn mitteln als viskose Masse angesetzt und auf den zu nicht besondere Maßnahmen zur Abdichtung der beheizenden, flächigen Körper durch Gießen, Druckvorrichtung getroffen sind.

Spritzen od. dgl., aufgetragen wird. Bei einer weiteren bekannten Heizeinrichtung wird

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge- 50 der Heizleiter auf eine im Wasser abgleitende oder in kennzeichnet, daß der zur jeweiligen Auftragsart der Wärme ablösbare Anlage aufgebracht und auf den erforderliche Viskositätsgrad des Gemisches durch zu beheizenden, flächigen Körper überführt. Anschlieeine entsprechende Zugabe von Wasser als Lö- ßend wird nach Art eines Abziehbildes die Unterlage sungsmittel eingestellt wird. abgezogen und der Heizleiter mit dem zu beheizenden

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder II, da- 55 Körper bei 73O°C durch Brennen oder Aufschmelzen durch gekennzeichnet, daß der Körper bei Aufbrin- verbunden. Dieses Verfahren zur Herstellung einer gung des Gemisches auf einer Temperatur unter Verbindung von Heizleiter und zu beheizendem Kör-100 C, vorzugsweise von etwa 40 bis 80 C, ge- per ist umständlich und erfordert verhältnismäßig halten ist. hohe Verarbeitungstemperaturen, bis eine Verbindung

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 60 des Körpers mit dem Heizleiter eintritt. Die Über-12, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgetragene führung der ablösbaren Unterlage auf den zu behei-Gemisch getrocknet und anschließend bei einer zenden Körper bedarf besonderer Sorgfalt, damit der Temperatur von 250 bis 600"C ausgehärtet wird. Heizleiter nicht verletzt wird, und ist offensichtlich nur

in Handarbeit möglich.

65 Es sind außerdem Heizeinrichtungen bekanntgeworden, bei denen als Heizleiter dünne metallische

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schichten aufgedampft oder-gesprüht sind. Es hat sich

Heizeinrichtung mit einem zu beheizenden, flächigen gezeigt, daß es auf Grjnd der unterschiedlichen Aus-