DE1912216B2 - ELECTRIC HEATING ELEMENT - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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Description
Die Erfindung betrifft elektrische Heizelemente, wie sie in Industrie und Haushalt für viele Zwecke benui/.t werden.The invention relates to electrical heating elements such as those used in industry and households for many purposes be used.
Dabei finden vornehmlich gcvvendelte Wideri'indsdrähte
Anwendung, die jedoch zwei wesentliche Nachteile haben: Einmal müssen derartige
Widerstandselemente relativ groß sein, so daß ihre Wärmeabgabe pro Oberflächeneinheit gering ist
Zweitens haben die üblicherweise benutzten Nickel-Chrom-Legierungen einen ausgeprägten Temperaturkoeffizienten
des Widerstandes, so daß beim Einschalten des kalten Heizelementes ein im Vergleich
zum Betriebsstrom sehr großer Anschaltstrom gezogen wird.
Es ist vorgeschlagen worden, eine auf eine nichtleitende Unterlage aufgedampfte Zinnoxid-Schicht
txl verwenden. Derartige Schichten lassen sich aber
nur mit Hufe der Aufdampf-Technik aufbringen; außerdem kann man nur relativ dünne Schichten
herstellen, da sonst das Material ausknstalKsiert.Coiled resistance wires are mainly used, but they have two major disadvantages: firstly, such resistance elements must be relatively large so that their heat dissipation per surface unit is low, secondly, the commonly used nickel-chromium alloys have a pronounced temperature coefficient of resistance, so that when the cold heating element is switched on, a very large starting current is drawn compared to the operating current.
It has been proposed to use a tin oxide layer txl vapor-deposited on a non-conductive substrate. Such layers can only be applied using the vapor deposition technique; In addition, you can only produce relatively thin layers, otherwise the material will be articulated.
Aus Zinnoxid-Schichten bestehende Heizelemente lassen sich zwar mit relativ kleinen Abmessungen herstellen, jedoch ist ihre Wärmeabgabe pro Flächeneinheit unbefriedigend. Ein weiterer Nachteil sind die durch den Prozeß des Aufdampfens bedingten hohen Herstellungskosten.It is true that heating elements consisting of tin oxide layers can have relatively small dimensions produce, but their heat dissipation per unit area is unsatisfactory. Another disadvantage are the high manufacturing costs due to the vapor deposition process.
Weiterhin ist eil Widerstandselement bekanntgeworden, bei dem das aus einer Mischung aus Glas und einer Legierung aus Ruthenium und Rhodium bestehende Widerstandsmaterial auf einen nichtleitenden Träger aufgebracht ist (USA.-Patentschrift 3 326 645). Eine Verwendung dieses Widerstandsmaterials als elektrisches Heizelement ist jedoch nicht vorgesehen.Furthermore, a resistance element has become known, which consists of a mixture of glass and an alloy of ruthenium and rhodium existing resistance material is applied to a non-conductive carrier (USA. Patent 3 326 645). However, this resistance material is not used as an electrical heating element intended.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizelement zu schaffen, welches sich auf sehr hohe Temperaturen heizen läßt, eine hohe Wärmeabgabe pro Flächeneinheit und ;inen relativ geringen Temperaturkoeffizienten hat sowie einfach herzustellen ist.The invention is based on the object of creating an electrical heating element which is based on Can heat very high temperatures, a high heat emission per unit area and; inen relatively has a low temperature coefficient and is easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird ernndungsgemäß dadurch gelöst, daß das Widerstandsmaterial eine Mischung aus feinverteiltem Rutheniumoxid und Glas ist, in welcher Mischung das Rutheniumoxid 10 Ims 80 Gewichtsprozent und das Glas 90 bis 20 Gewichtsprozent ausmacht, wobei die Mischung vorzugsweise 46 bis 65 Gewichtsprozent Rutheniumoxid und 54 bis 35 Gewichtsprozent Glas aufweist.According to the appointment, this object is achieved by that the resistance material is a mixture of finely divided ruthenium oxide and glass, in which Mixture of ruthenium oxide makes up 10 Ims 80 percent by weight and glass makes up 90 to 20 percent by weight, the mixture preferably being 46 to 65 percent by weight ruthenium oxide and 54 to 35 percent by weight Has glass.
Nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung wird zur Herstellung des elektrischen Heizelementes das Widerstandsmaterial entweder auf einen nichtleitenden Träger aufgebrannt oder zu einem Block verdichtet, der zwei Anschlüsse für den Heizstrom aufweist.According to further embodiments of the invention For the production of the electrical heating element, the resistance material is either applied to a non-conductive one Carrier burned on or compressed into a block, the two connections for the heating current having.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß man ein elektrisches Heizelement mit den beschriebenen Eigenschaften erhält, welches sich leicht in jeder gewünschten Form herstellen läßt und damit für viele Verwendungszwecke eingesetzt werden kann, wie im folgenden beschriebenThe advantages achieved with the invention are in particular in that one obtains an electrical heating element with the properties described, which can be easily produced in any desired shape and thus for many purposes can be used as described below
5S werden soK.5S become soK.
Zunächst kann das Widerstandsmaterial nach der Erfindung auf eine nichtleitende Unterlage zur Herstellung eines elektrischen Heizelementes aufgebrannt werden.First of all, the resistance material according to the invention can be placed on a non-conductive base for production an electric heating element.
Die gegebenenfalls zu verwendende hitzefeste Unterlage kann ein keramisches Material sein. z. B. Tonerde-Keramik, Aluminiunioxyd, Siliciumoxyd, Por7xIIan. Aluminiumporzellan, Glas (z. B. Pyrex). Mann kann auch als Träger Glimmer. Steatit oder andere bekannte Werkstoffe verwenden, die in der elektrischen bzw. elektronischen Industrie für derlei Zwecke gebräuchlich sind. Man kann die Widerstandsmassc auch auf gitter- oder netzartige BauteileThe heat-resistant base which may be used can be a ceramic material. z. B. Alumina ceramic, aluminum oxide, silicon oxide, Por7xIIan. Aluminum porcelain, glass (e.g. Pyrex). Man can also use mica as a carrier. Steatite or use other known materials that are used in the electrical or electronic industry for such Purposes are common. One can measure the resistance also on grid-like or net-like components
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auftragen, deren Gestalt z. B. von den Strahlern bei Unterlage aus nicht leitendem Material verwendet,
Gasfeuerungen bekannt ist. Derartige Siebe oder wobei an diesem Block oder Körper entsprechende
Netze können auch als Luft-Durchlauferhitzer ver- elektrische Anschlüsse ausgebildet werden. Auch in
wendet werden, z. B. bei Haartrocken-Geräten cder diesem Falle kann man diejenigen Widerstandsmas-Heizgeräten
für Räume. Das Widerstandsmaterial 5 sen bzw. Werkstoffe verwenden, die oben angegeben
kann in Form von Tinten, Pasten oder Puivern durch wurden und auch in der erwähnten älteren Anmel-Siebdruck,
Sprühen, Tauchen, Offset-Drucken oder dung der Anmelderin beschrieben sind,
andere bekannte Beschichtungsverfahren aufgebracht In der Figur der Zeichnung ist schematisch an
werden. Nach Aufbringen und Trocknen wird die nach der Erfindung ausgebildetes Heizelement für
Widerstandsmasse mit einer geeigneten Temperatur io einen elektrischen Kochkessel gezeigt. Es weist zugebrannt,
die z. B. zwischen 550 und 850° C liegen nächst eine Porzellanunterlage von etwa 10 mal
kann. Die Brenntemperatur hängt unter anderem 3,8 cm Länge bzw. Breite mit einer Dicke von
natürlich von der Zusammensetzung der Unterlage etwa 0,62 bis 1,2 mm auf. Auf dieser Unterlage 1 ist
ab. Dieses Brennen dient zum Entfernen entsprechen- eine U-förmig gestaltete Schicht 2 aus Widerstandsder
organischer Lösungsmittel und zur Verfestigung 15 material aufgebracht, deren Dicke etwa 0,025 mm ist.
des Überzuges in Filmform. Die Gestalt und die Die elektrische Leitfähigkeit des Belags soll für
Größe der Widerstandsschichten wird je nach dem die folgende Überlegung in Ohm pro Flächeneinbeabsichtigten
Verwendungszweck gp-vählt. Man he it angegeben werden, wobei — den Versuchen entkann
Streifen, Mäandermuster oder Flächen anderer sprechend — jede Flächeneinheit gleich einem
Gestalt aufbringen. Man kann die Schicht auch als 20 Quadratzoll ist. Wenn das Heizelement 3000 Watt
durchgehenden Überzug ausbilden, z. B. bei Auf- abgeben soll, dann ist die Leitfähigkeit des Belages
bringen auf Unterlagen, welche die Gestalt eines etwa 1,28 Ohm pro Flächeneinheit, d.h. pro Qua-Zylinders
haben. dratzoll. Dies ist nur eine Näherung, da die einzel-Zweckmäßig
werden Anschlußklemmen an den nen quadratischen gedachten Einheiten nicht in
Enden des Musters aus Widerstandsmaterial dadurch 25 einer Linie angeordnet sind, sondern vielmehr eine
angebracht, daß eine silberhaltige Tinte oder ein diesbezügliche Abweichung bei der Umbiegung des
anderer Stoff aufgebracht wird, so daß man Zufüh- U besteht.apply whose shape z. B. used by the radiators with a base made of non-conductive material, gas firing is known. Such sieves or corresponding networks on this block or body can also be designed as electrical connections as air flow heaters. Can also be used in, e.g. B. with hair drying devices or in this case you can use those resistance mas heating devices for rooms. Use the resistance material 5 or materials that can be specified above in the form of inks, pastes or powders and are also described in the above-mentioned older application screen printing, spraying, dipping, offset printing or application by the applicant,
other known coating methods applied in the FIGURE of the drawing is shown schematically to be. After application and drying, the heating element designed according to the invention for resistance mass with a suitable temperature is shown in an electric cooking kettle. It has burned up, the z. B. between 550 and 850 ° C are next a porcelain base of about 10 times. The firing temperature depends, among other things, on the length or width of 3.8 cm with a thickness of, of course, about 0.62 to 1.2 mm depending on the composition of the base. On this pad 1 is from. This firing is used to remove a U-shaped layer 2 made of resistance of organic solvents and applied for solidification 15 material, the thickness of which is about 0.025 mm. of the coating in film form. The shape and the electrical conductivity of the covering should be chosen for the size of the resistance layers, depending on the intended use in ohms per area. It is meant to be specified, whereby - speaking from the experiments, stripes, meander patterns or surfaces of others - apply each surface unit like a shape. One can also get the layer as it is 20 square inches. If the heating element forms 3000 watts of continuous coating, e.g. If, for example, you want to give up, the conductivity of the covering must be brought to a base which has the shape of approximately 1.28 ohms per unit area, ie per square cylinder. dratzoll. This is only an approximation, since the individual connection terminals on the square imaginary units are not arranged in a line in the ends of the pattern made of resistor material, but rather one attached that a silver-containing ink or a related deviation in the bending of the other substance is applied, so that one feed U consists.
rungsdrähte an den eigentlichen elektrischen Wider- Wie erwähnt, ist der Belag 0,025 mm dick, und dieAs mentioned, the covering is 0.025 mm thick, and the
stand anlöten, schweißen oder anklemmen kann. Belagschicht wurde aus folgender Widerstandsmassestand can be soldered, welded or clamped. The covering layer was made from the following resistance compound
Man kann auch entsprechende Kappen zum An- 30 hergestellt:Corresponding caps can also be made for an 30:
schließen der Anschlüsse verwenden. 1n„, D .... . ^, to close the connections. 1n ", D ..... ^,
r- .._ -luu-u r-· τ j lO°/o Borsilikat-Glas,r- .._ -luu-u r- τ j lO ° / o borosilicate glass,
Es sei ein Beispiel beschrieben: Eine Tonerde- 270/ d OJNb OLet us describe an example: An alumina 270 / d OJNb O
Keramik-Platte von 5 cm Länge und 2,5 cm Breite 3^ ^ * «■Ceramic plate 5 cm long and 2.5 cm wide 3 ^ ^ * «■
sowie 0,62mm Dicke weist Anschlüsse auf d.e j4 °/o organischer Träger (z.B. Äthylcellulose).as well as a thickness of 0.62 mm has connections on de j4% organic carrier (e.g. ethyl cellulose).
durch Aufbrennen von Silbertinte bei der entspre- 35 ° °by burning silver ink at the corresponding 35 ° °
chenden Temperatur hergestellt wurden, so daß eine Die Schicht wurde mit einem bekannten Sieb-Adhäsion erzielbar war. Dann wird ein Muster aus druckverfahren auf die Unterlage aufgebracht, und der erfindungsgemäßen Widerstandsmasse in Form nach einem Brennen bei 850 bis 1000° C wurde die einer Flüssigkeit durch ein Siebdruckverfahren auf- mit dem Überzug versehene Unterlage im ganzen gebracht, und dann wurde das Ganze gebrannt, um 40 dadurch umhüllt bzw. eingeschlossen, daß sie in die flüssig aufgebrachte Widerstandsmasse in eine geschmolzenes Glas getaucht wurde. Die Zeichnung Art Glasur zu verwandeln. Das so hergestellte Wider- zeigt, daß die Widerstandsschicht an ihren beiden Standselement kann die erhebliche Wärmeleistung Enden die Silberkontakte 3 um etwa 3 mm iibervon 800 Watt abgeben, wenn 240 Volt an die Klem- läppt.The layer was made with a known sieve adhesion was achievable. Then a pattern from the printing process is applied to the base, and the resistance mass according to the invention in the form after firing at 850 to 1000 ° C was the a liquid by a screen printing process on the base provided with the coating as a whole and then the whole thing was fired, encased or enclosed by being in the liquid applied resistance mass was immersed in a molten glass. The drawing Kind of transforming glaze. The resistor produced in this way shows that the resistive layer on both of them Stand element, the considerable heat output ends the silver contacts 3 by about 3 mm above Output 800 watts when 240 volts lap to the terminal.
men gelegt werden. Durch entsprechende Gestaltung 45 Zur Herstellung eines Heizelementes zur Abgabemen are laid. By appropriate design 45 To produce a heating element for delivery
und Wahl der richtigen Länge und Breite der den von 1000 Watt für einen Haartrockner wird dieand choosing the right length and width of the 1000 watts for a hair dryer will die
Widerstand bildenden Figur aui Widerstandsmate- Innenseite eines Zylinders mit 2 Zoll InnenumfangResistance-forming figure on the inside of a cylinder with an inner circumference of 2 inches
rial kann jede beliebige Heizwirkung zwischen 50 n^ 2,5 Zoll Länge mit einer Widerstandsmasse be-rial can be any heating effect between 50 n ^ 2.5 inches in length with a resistive mass
und 800 Watt erreicht werden. deckt, die an jedem Ende einen Anschluß aufweist.and 800 watts can be achieved. covers, which has a connection at each end.
Die angegebenen Werte sind nur als Beispiele an- 50 (Diese Maße werden in Zoll angegeben, da die beiThe values given are only given as examples. 50 (These dimensions are given in inches as the
zusehen; die nach der Erfindung verwendete Wider- Verbuchen verwendete »Einheitsfläche« 1 · 1 Zollwatch; the "unit area" used in the invention is 1 x 1 inch
Standsmasse kann noch höhere Leitungen abgeben. maß.) Der Hohlzylinder besteht aus Porzellan undStanding mass can give off even higher cables. measure.) The hollow cylinder is made of porcelain and
Die Leistungsabgabe ist im wer^nilichen durch die hat eine Wanddicke von 1,5 bis ? mm. Die Leit-The power output is in general due to the has a wall thickness of 1.5 to? mm. The leading
Wärmeleitfähigkeit der Unterlage begrenzt. fähigkeit des Materials war (gemäß obiger Defini-Thermal conductivity of the base is limited. ability of the material was (according to the above definition
Ein in der beschriebenen Weise hergestelltes Heiz- 55 tion) 48 Ohm pro Flächenelement, d. h, pro ElementA heater produced in the manner described) 48 ohms per surface element, i. h, per element
element kann für eine Vielzahl verschiedener Heiz- mit der bekannten Länge 1 · 1 Zoll. Die Innenflächeelement can be used for a variety of different heating elements with the known length of 1 x 1 inch. The inner surface
zwecke verwendet werden, z. B. in Kaffeemaschinen. entspricht also einem Rechteck von 5 Quadratzollpurposes are used, e.g. B. in coffee machines. so corresponds to a rectangle of 5 square inches
Warrr'-.altetrögcn, Plattenheizern, Bügeleisen, Lot- Fläche. 1000 Watt bei 240 Volt erhält man bei etwaWarrr '-. Old troughs, plate heaters, irons, soldering surface. 1000 watts at 240 volts is obtained at around
kolben, Warmwasserspeichern, Raumheizgeräten mit 60 Ohm. und ■'/. von 60 sind 48 Ohm pro Flächcn-pistons, hot water tanks, space heaters with 60 ohms. and ■ '/. of 60 are 48 ohms per surface
crzwuiigener und freier Umwälzung, Glashausheizun- 60 einheit.Crushed and free circulation, glass house heating unit.
gen usw. usw. Das Heizelement kann an der Luft Man kann die erfindungsgemäßen Heizmaterialiengen etc. etc. The heating element can be in the air. The heating materials according to the invention can be used
und unter der Erde verwendet werden, es kann auch auch auf geringfügig vcrformbarc Unterlagen, z. B.and can be used underground. B.
zum Heizen von Aquarien dienen usw. Glimmer, aufbringen, um so /.. B. ein Heizelementserve to heat aquariums, etc. mica, to apply so / .. B. a heating element
Man kann nach d.r Erfindung auch Heizelemente für ein Bügeleisen herzustellen.According to the invention, it is also possible to manufacture heating elements for an iron.
herstellen, die besonders hohe Temperaturen er- 65 Das Widerstandsmaterial kann auch zu BlöckenManufacture that produce particularly high temperatures. 65 The resistor material can also be made into blocks
reichen, und zwar bis zu 1100° C. In diesem Falle bzw. Körpern verdichtet werden, die nach demrange, namely up to 1100 ° C. In this case or bodies are compressed, which after the
wird die Widerstandsmasse zu ein^m Block oder Brennen als Heizelemente dienen,the resistor mass will be used to make a ^ m block or burn as heating elements,
anders Gestalteten Körner verdichtet, d. h. also ohne Zürn Beispiel kann ein zylindrischer Körper ausdifferently shaped grains compacted, d. H. so without an example a cylindrical body can be made from
verdichtetem Widerstandsmaterial von etwa 3 mm Länge und 3 mm Durchmesser 400 Watt bei 12 Volt Spannung abstrahlen, wenn folgendes Widerstandsmaterial verwendet wird:compacted resistance material about 3 mm long and 3 mm in diameter 400 watts at 12 volts Radiate voltage when the following resistor material is used:
77,5 Gewichtsprozent RuO2ZNb2O., 7,5 Gewichtsprozent Silberpulver,77.5 percent by weight RuO 2 ZNb 2 O., 7.5 percent by weight silver powder,
15,0 Gewichtsprozent Glaspulver.15.0 percent by weight glass powder.
Zur Herstellung des zur Verarbeitung geeigneten Materials werden 3 g Acrylharz auf jeweils 100 g der obigen Mischung zugegeben, welches Harz als Binder wirkt. Die so hergestellte Masse wird dann in Luft bei einer Temperatur gebrannt, die mindestens so hoch ist wie die Arbeitstemperatur des Heizelementes, das heißt z. B. 850 bis 1000° C.To produce the material suitable for processing, 3 g acrylic resin per 100 g added to the above mixture, which resin acts as a binder. The mass produced in this way is then fired in air at a temperature at least as high as the working temperature of the heating element, that means z. B. 850 to 1000 ° C.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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