DE2105572A1

DE2105572A1 - Elektrisches Widerstandserhitzungs kabel

Info

Publication number: DE2105572A1
Application number: DE19712105572
Authority: DE
Inventors: Bernardus Willebrordus Venlo Speekman (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1971-02-06
Publication date: 1971-08-19
Also published as: CA925914A; US3646322A; FR2078526A5; AT300143B; ES388162A1; CH519837A; NL7002052A; BE762906A; GB1309515A

Description

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Akie: PHN- 4611 PHN. 4611

Anmeldung vom: 5.3?e"brβ 1971 BOSS/KV

"Elektrisches Widerstandserhitzungskabel".

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandser-

hitzungskabel, bestehend aus einem flexiblen Kern aus einem elektrischen Isoliermaterial, einem um diesen Kern sich über die Gesamtlänge des Kabele erstreckenden schraubenlinienförmig gewickelten Erhitzungsdraht und einem Mantel aus elektrischem Isoliermaterial, wobei das Kabel in wenigstens zwei Gruppen sich in der Längsrichtung des Kabels erstreckender, sich abwechselnder Sektoren verteilt ist, die im Betrieb des Kabels untereinander verschiedene Temperaturen annehmen.

Kin Kabel dieser Art ist bekannt aus der deutschen Patentschrift 820.943· Bei dieeem Kabel ist der Erhitzungsdraht in den Sektoren, die während des Gebrauchs eine relativ niedrige Temperatur annehmen müssen, mit einer grösseren Ganghöhe gewickelt als in den Sektoren, die

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vähre.nr: des Gebrauchs eine relativ hohe Temperatur annehmen müssen.

Me Praxis hat ergeben, dass die Temperaturunterschiede bei einem derartigen Kabel während des Gebrauchs zwischen den mit verschiedenen -kinghöhen gewickelten Sektoren nicht besonders groes ist, während der Er-',itzungsdraht in den unterschiedlichen Sektoren nahezu dieselbe Temperatur aufweist.

Eine andere Konstruktion eines derartigen Kabels ist in der : G, Patentschrift Re 26.522 beschrieben.

Bei dem elektrischen Widerstandserhitzungskabel nach dieser 5 :entschrift werden die Sektoren, deren Temperatur wahrend des Gebrauchs ;.?ht oder nur bis zu einem relativ niedrigen Wert ansteigt, dadurch er-... "iten, dass in bestimmten Abständen entlang des Kabels eine Anzahl von ·■■ klungen dee Erhitzungsdrahtee aittels eines elektrisch besser leitenden •ftifane kin.'Sge3ehlossen werden. Der Streifen befindet sich bei einem "■■-*! nach dieser Patentschrift zwischen dem Kern und den Wicklungen d*s

Wenn ein derartiges Kabel geknickt oder wiederholt gebeugfc rd» besteht die Gefahr, dass sich die Enden des Streifens zwischen den ndungen des Widerstandsdrahts hervorschieben und sich umbiegen und dabei ■5 isolierende Aussenumhüllung beschädigen und einen Kurzschluss zwischen iom Kabel und anderen Metallteilen verursachen, die sich während des Gebrauchs in der Nähe des Kabels befinden. Ausserdem treten dabei örtliche Veränderungen des Widerstands des Kabels auf.

Einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag der Anmelderin

gamäs8 wird eine Anzahl der genannten Nachteile der bekannten Konstruktionen mit einem Kabel beseitigt, bei dem in den Sektoren des Kabels, die während des Gebrauchs eine relativ niedrige Temperatur annehmen, eine ungrade Zahl

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in elektrischem Kontakt miteinander stehender, abwecheelnd in derselben Richtung wie die, in der der Erhitzungsdraht in den Sektoren gewickelt ist, die während des Gebrauchs eine relativ hohe Temperatur annehmen, und in entgegengesetzter Richtung schraubenlinienförmig gewickelter Schichten von Erhitzungsdraht übereinander auf dem Kern liegen, wobei die Anzahl der Übereinander vorgesehenen Schichten wenigstens um zwei grosser ist als die Anzahl der Schichten in den Sektoren, die während des Gebrauche dee Kabels eine relativ hohe Temperatur annehmen. Die ersten beiden Schichten werden dabei vorzugsweise mit einer grösseren Ganghöhe gewickelt ale die dritte Schicht und diejenigen Schichten, die während dee Gebrauchs eine hohe Temperatur annehmen.

Ein derartiges Kabel kann dadurch erhalten werden, dass der Kern unablässig in nur einer Richtung durch eine Wickelanordnung bewegt wird, und dass diese Anordnung entlang des Kerne eine Hin- und Herbewegung an den Stellen aueführt, wo einige Schichten Erhitzungsdraht übereinander vorgesehen werden müssen. Nach einer anderen Methode wendet nan einen festen Wickelpunkt an und wird der Kern, wenn einige Schichten übereinander gewickelt werden müssen, hin und her bewegt. Obwohl diese letztere Kabelkonstruktion im Vergleich zu den vorher beschriebenen Konstruktionen deutlich Vorteile aufweist, ist es für dieee Konstruktion genau wie für die vorher beschriebenen erforderlich, dass man über Wickelmaschinen verfügt, die mit speziellen Vorkehrungen versehen sind und die sehr genau und reproduzierbar arbeiten.

Die Erfindung bezweckt, ein elektrisches Widerstandserhitzungskabel zu schaffen, das hergestellt werden kann, ohne dass dafür mit speziellen Vorkehrungen versehene Wickelmaschinen erforderlich sind.

Der Erfindung gemänB wird ein dieser Anforderung genügendes

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elektrisches Widerstandserhitzungskabel dadurch gekennzeichnet, dass der Erhitzungsdraht aus sich abwechselnden Teilen mit relativ hohem und Teilen mit relativ niedrigem Widerstand pro Längeneinheit besteht.

Kin derartiger Erhitzungsdraht kann beispielsweise aus einem Draht mit Teilen aus demselben Material bestehen mit abwechselnd kleinem und groseem Durchmesser, oder aber mit Teilen mit verschiedener Leitfähigkeit, die durch Hart- oder Weichlöten frontal miteinander verbunden sind.

Vorzugsweise wird jedoch ein Erhitzungsdraht verwendet, der

P aus einem Draht mit relativ hohem Widerstand pro Längeneinheit besteht, der in regelmässigen Abständen mit sich in der Längsrichtung des Drahtes erstreckenden Umhüllungen mit relativ niedrigem Widerstand pro Längeneinheit versehen ist. Hierdurch werden grosse Stärkeunterschiede zwischen den Teilen mit relativ hohem und relativ niedrigem Widerstand pro Längeneinheit verhindert. Zu diesem Zweck können beispielsweise Silber, Kupfer, Gold und Aluminium verwendet werden.

Diese Umhüllungen brauchen den Draht nicht vollständig

zylinderförmig zu umfassen. Ein Draht, bei dem die Umhüllungen den Draht vollständig zylinderförmig umfassen, lässt sich jedoch auf einfache Weise und auf mehrere verschiedene Arten herstellen.

Hierbei kann beispielsweise von einem dicken Draht ausgegangen werden aus einem Material mit relativ hohem spezifischen Widerstand, beispielsweise aus Nickel, der in einen passenden Zylinder aus einem Material mit niedrigem spezifischen Widerstand, wie Kupfer, geschoben wird, das den Draht über die Gesamtlänge umechliesst. Aladann wird der Durchmesser des Ganzen durch Rammen und Ziehen auf das gewünschte Mass gebracht. Hiernach wird in regelmässigen Abständen ein Teil des Kupfermantels weg-

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geätzt. Als Atzmittel kann beispielsweise eine wässrige Lösung von FeCl-

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oder CuCl„ verwendet werden. Derartige Atzmittel sind in der Literatur bereits ausführlich beschrieben worden.

Die nicht weg zu ätzenden Teile des Kupfermantele können

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dadurch gegen das Atzmittel beschützt werden, dass diese Teile mit einer

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gegen das Atzmittel schützenden Lacksohicht versehen werden, beispielsweise mit Hilfe eines photoempfindlichen Lacks. Es ist auch möglich, nur die Teile des Drahte, wo der Kupfermantel weggeätzt werden muss, mit dem

Ätzmittel in Berührung zu bringen. Dazu wird der Draht auf eine Spule ge-

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wickelt und die Spule zum Teil in das Atzmittel getaucht.

Statt von einem zusammen mit einer Umhüllung gehämmerten und gezogenen Draht kann auch von einem Widerstandsdraht ausgegangen werden, der elektrolytisch über die Gesamtlänge mit einer Umhüllung aus einem besser leitenden Material versehen ist.

Nach einer anderen Methode werden Umhüllungen aus besser

leitendem Material nur an bestimmten Teilen des Widerstandsdrahtes vorgesehen. Hierzu kann der Draht an den nicht mit besser leitendem Material au bedeckenden Teilen mit einer Lackschicht versehen werden, beispielsweise mittels eines photochemischen Verfahrens. Dann wird der Draht an den nicht abgedeckten Teilen mit einer Umhüllung aus elektrisch leitendem Material versehen. Dies kann beispielsweise durch Elektrolyse erfolgen.

Dort, wo im Vorhergehenden vom Anbringen elektrisch leitender Umhüllungen die Rede ist, können ausser elektrolytischen Methoden auch andere Methoden angewendet werden, beispielsweise der Niederschlag von Metallfilmen aus Flüssigkeit oder Dampfphase. Vorzugsweise wird ein Erhitzungsdraht mit heterogenem Aufbau, wobei also der Erhitzungedraht aus einem Draht mit relativ hohem Widerstand pro Längeneinheit besteht,

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ί-r in regelmäßigen Abständen sich in der Längsrichtung des Drahtes erstreckende Umhüllungen mit relativ niedrigem Widerstand pro Längeneinheit trägt, mit einer sich über die Gesamtlänge des Drahts erstrecken-

m Umhüllung aus einem Material versehen, das noch bei der höchsten '.-■; mperatur, die das Kabel im Betrieb erreicht, oxydationsbeständig ist.

tine derartige Bedeckung kann aus einem oxydiechen Material •er aus einem Material bestehen, das bei der Betriebetemperatur des ■ ibels nicht oxydiert oder eine dichte, das darunterliegende Metall gegen P siitiere Oxydation beschützende Oxydhaut bildet.

Bsr Kern des Kabels kann aus einem beliebigen elektrisch isosrenden organischen oder anorganischen Material bestehen, das gegen die aperaturen, die wahrend des Gebrauchs des Kabels auftreten, beständig r. list Kern k&:ia einen einfachen oder einen zusammengesetzten Bau aufasr. und beispielsweise aua Polyvinylchlorid, Silikon-Kautschuk, Nylon, .u.jtfit.rn, Ae'ses'Sgarn, PoIySetrafluorathylen und Polyfluoräthylen-PropylSn sceiien« Gewünsshtenfalls Kann innerhalb des Kerns noch ein zentraler ¹ Ssr vorhanden sein. Bei dieser Ausführung können die Kontakte an einein de das Kabels vorgesehen werden; am anderen Ende wird der zentrale Leiter jnn mit dem Erhitzungedraht verbunden.

Der Erhitzungsdraht kann im Prinzip aus einem beliebigen •ektrisch leitenden Material bestehen. Vorzugsweise wird jedoch ein Material mit einem hohen, positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands verwendet (0,002 oder grosser pro "C.), beispielsweise Nickel, Kupfer. Hierdurch wird nämlich der auftretende Temperaturunter»· schied bei einer gegebenen Konstruktion vergrössert und kann bei einem vorgeschriebenen Temperaturunterschied weniger Material ausreichend sein als bei der Verwendung von Materialien mit einem niedrigen Temperatur-

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koeffizienten.

Bei der Verwendung von Kupfer an einem Erhitzungedraht aus einem anderen Metall als Nickel, findet während dee Gebrauchs, wenn die nicht mit Kupfer bedeckten Teile des Krhitzungsdrahts eine Temperatur von einigen Hundert ^eC erreichen, eine langsame Oxydation von den Enden der Kupferumhüllung aus statt. Die KupferumhUllung wird dadurch immer kürzer und die Sektoren mit relativ niedriger Temperatur somit immer kleiner. Dies kann dadurch verhindert werden, dass der Erhitzungsdraht mit einer oxydationsbeständigen Umhüllung aus einem Metall, einer Metallegierung oder einem Oxyd versehen ist. Die Praxis hat ergeben, dass ein dünner Nickelfilm mit einer Dicke von einigen Mikron diesem Zweck besonders gut entspricht. Eine derartige Umhüllung ist nicht notwendig, wenn anstelle von Kupfer ein Edelmetall verwendet wird, wie Gold oder ein Metall, das sich mit einer schützenden Oxydhaut bedeckt, wie Aluminium.

Die Aussenumhüllung des Kabele kann in Abhängigkeit von den während des Gebrauchs auftre tenden Temperaturen aus für diesen Zweck bekannten organischen oder anorganischen Materialien bestehen. Ia Prinzip können dieselben Materialien, die für den Kern in Frage kommen, verwendet werden.

Das Kabel kann dadurch erhalten werden, dass der Kern, der im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen wird, unabläeeig in nur einer Richtung durch eine Wickelanordnung bewegt wird. Der mit dea Widerstandedraht umwickelte Kern wird danach mit einer AussenumhÜllung versehen, beispielsweise durch eine Umwicklung und/oder Umfleohtung mit Glas oder Asbestfasern, Rayon oder Baumwolle, oder aber dadurch, dass er durch eine Kxtrudieranordnung geführt wird, in der das Kabel mit einen Kunststoffmantel versehen wird.

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Der Aussenmantel kann gewünschtenfalle auch aus einer Reihe

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mit einer Öffnung versehenen Körpern aus keramischem Material bestehen.

JJa es vorteilhaft ist, die Sektoren mit verschiedenen Tempera· türen auch dann, wenn das Kabel nicht gebraucht wird, erkennen zu kb'nnen, beispielsweise bei der Montage in Apparaten oder bei der Anbringung von Anechlusstücken, ist es empfehlenswert, die AussenumhUllung mit Markierungen zu versehen. Beim umhüllten Kabel können die Sektoren mit relativ niedriger Temperatur durch die Anwesenheit einer grösseren Menge metallischen Materials auf magnetischem oder elektrischem Wege zurückgefunden werden. Eine Markierungsanordnung kann an eine für diesen Zweck geeignete Anordnung gekoppelt werden.

Erfindungsgemässe Kabel können in solcher Apparatur verwendet werden, in der örtlich Wärme erzeugt werden muss, während die da zwischenliegenden Teile der Apparatur und der Anschlusstellen nicht oder nur wenig in der Temperatur ansteigen dürfen.

Erfindungsgemässe Kabel können beispielsweise in Lockenwicklererhitzungsanordnungen verwendet werden, die im Prinzip aus einer Anzahl zu erhitzender Hohlzylinder oder "Finger" bestehen, die aus einer Bodenplatte ragen und auf welche die Lockenwickler geschoben werden können. Die Sektoren des Kabels, die während des Gebrauchs eine hohe Temperatur erreichen, werden in den Fingern vorgesehen, während die relativ kalt bleibenden Teile sich in der Bodenplatte befinden.

Erfindungsgemässe Kabel können gleichfalls in Abtauanordnungen für Eisschränke verwendet werden.

Die Erfindungsgeaässen Kabel können ferner in elektrisch heizbarer Kleidung, in Kaffeemaschinen und zur Raumheizung verwendet werdeij

Ein AuBführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigern

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Fig. 1 einen Draht in Seitenansicht, der in regeImSsβigen Abständen mit besser leitenden Umhüllungen versehen ist,

Fig. 2 einen Draht im Schnitt, welcher Draht in regelmässigen Abständen mit besser leitenden Umhüllungen versehen ist und danach über die (iesamtlänge mit einer gegen Oxydation bei hohen Temperaturen gesicherten Schicht versehen ist,

Fig. 3 ein Kabel, teilweise im Schnitt und ohne Aussenmantel, mit einem Draht nach Fig. 2.

Der Erhitaungsdraht nach Fig. 1 besteht aus einem Kern 1 aus Nickel mit einem Durchmesser von 0,8 mm und einem Widerstand pro Meter von 4 .1 . In regelmässigen Abständen sind über eine Länge von 60 cm Umhüllungen aus Kupfer vorhanden, wobei der Gesamtdurchmesser dee Drahtes örtlich 0,285 mm beträgt. Der Widerstand des umhüllten Drahtes beträgt pro Meter 0,4_Ί. . Die nicht bedeckten Teile haben eine Länge von einen Meter» Mit diesem Draht kann ein Kabel erhalten werden, dessen Sektoren unter Belastung eine Temperatur von 400⁰C erreichen; diese Sektoren werden von Sektoren flankiert, die eine Temperatur von 80⁰C erreichen.

Bei dieser Temperatur kann eine Oxydation der Umhüllungen aus Kupfer auftreten und zwar an den Enden, wo diese durch Wärmeleitung gleichfalls eine verhältnismässig hohe Temperatur annehmen. Um dies zu verhindern, ist einer bevorzugten Ausführungsform gemäss in Pig. 2 der Erhitzungsdraht im Schnitt dargestellt, mit einem gegen Oxydation gesicherten Mantel 3 aus Nickel, der eich über die Gesamtlänge des Drahtes erstreckt. Dieser Nickelmantel kann beispielsweise 10a.hi dick sein und ändert die eleictrischen Eigenschaften des Erhitzungsdrahtes nicht wesentlich.

In Fig. 3 ist eine Aueführungsform eines erfindungegemässen

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dargestellt. Auf einen Glasfaserkern 4 ist der Erhitzungsdraht 5 , das Ganze ist von einem Glasfasermantel 6 umhUllt.

Bas erfindungsgemäsee Kabel weist u.a. die folgenden Vorteile den bekannten Konstruktionen gegenüber aufι

1. Das Kabel hat einen einfachen Aufbau, bei der Herstellung

des Kabels tritt dadurch weniger Ausfall auf,

2» Bevor der Erhitzungsdraht auf den Kern des Kabels gewickelt

wird, kann festgestellt werden, ob der verwendete Erhitzungsdraht keine fe Fehler aufweist. Bei einer genau beibehaltenen Ganghöhe beim Wickeln beaseht nach einer derartigen Kontrolle des Erhitzungsdrahts nur eine geringe Möglichkeit, dass das Kabel sich in elektrischer Hinsicht nicht hewährt.

J J)as Kabel ist weniger steif als diejenigen Kabel_y bei denen

-' *nanchen Steilen der Erhitzungsdraht in verschiedenen Schichten Uber-.nsider liegt, oder sich Metallstreifen an manchen Stellen entlang des •H«la zwischen dem Erhitzungsdraht und dem Kern befinden.

I/adurch, dass sich zwischen den besser leitenden Teilen und

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■■farn Widerstandsdraht keine Oxydfilme bilden können, die hohe Ubergangs-

" widerstände und örtliche Überhitzung verursachen können» bleibt das Kabel langer brauchbar als diejenigen Kabel, bei denen einen Anzahl von Windungen ies Krhitzungsdrahtes durch Metallstreifen und dergleichen kurzgeschlossen nand.

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Claims

-11- Prift. 4b11. FVT EflTANSF RUCHE :

1.J Elektrisches Widerstandserhitzungskabel, bestehend aus einem flexiblen Kern aus elektrischem Isoliermaterial, einem um diesen Kern eioh über die Gesamtlänge des Kabels erstreckenden, schraubenlinienförmig gewickelten Erhitzungsdraht und einem Mantel aus elektrischem Isoliermaterial, wobei das Kabel in wenigstens zwei Gruppen sich in der Längsrichtung des Kabels erstreckender, eich abwechselnder Sektoren verteilt ist, die beim Gebrauch des Kabels untereinander verschiedene Temperaturen annehmen, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhitzungsdraht aus sich abwechselnden Teilen mit relativ hohem und Teilen mit relativ niedrigem Widerstand pro Längeneinheit besteht.

2. Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhitzungsdraht aus einem Draht mit relativ hohem Widerstand pro Längeneinheit besteht, der in regelmäesigen Abständen mit sich in der Längsrichtung des Drahtes erstreckenden Umhüllungen mit relativ niedrigem Widerstand pro Längeneinheit versehen ist.

3. Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erhitzungsdraht aus einem Draht mit relativ hohem Widerstand pro Längeneinheit besteht, der in regelmäseigen Abständen mit sich in der Längsrichtung des Drahtes erstreckenden Umhüllungen mit relativ niedrigem Widerstand pro Längeneinheit versehen ist, und der ferner mit einer sich über die Gesamtlänge des Drahtes erstreckenden Umhüllung aus einem Material versehen ist, das noch bei der höchsten Temperatur, die das Kabel im Betrieb erreicht, gegen Oxydation gesichert ist.

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