DE4239568C2 - Isolierter Heizdraht für eine Heizplatte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen massiven, von einer Isolierung umschlossenen Heizdraht zum Einlegen in die Nuten einer Heizplatte mit einer inneren Lage der Isolierung in Form einer ungetränkten Umflechtung aus Glasseide und einer äußeren Umhüllung.

Heizdrähte aus NICR-Werkstoffen finden seit vielen Jahren in den unter­ schiedlichsten Varianten Verwendung für Elektro-Wärmegeräte.

Diese Heizdrähte, die überwiegend in Metallplatten oder Metallkörper ein­ gebaut werden, um diese zu erwärmen, müssen vor elektrischen Durchschlägen (Kurzschlüssen) geschützt werden. Hierfür gibt es je nach Verwendungszweck und Arbeitstemperatur der Heizdrähte die unterschiedlichsten Isolationsmäntel.

Bei niedrigen Arbeitstemperaturen, z. B. bis ca. 200°C, werden extrudierte Si­ likon- oder PVC- oder PE-Kunststoffisolationen verwendet.

Bei Industrie-Heizplatten, die hohe Arbeitstemperaturen haben, werden die Heizdrähte hohen Belastungen ausgesetzt (z. B. 400°C und mehr). Diese Heizdrähte werden seit langer Zeit mit Glasseide isoliert. Glasseide kann in hauchdünnen Fäden mittels Flecht- oder Spinnmaschinen in mehreren Schichten auf massive oder mehrdrahtige Drähte aufgebracht werden. Glasseide ist in hohem Maße temperaturbeständig und elektrisch durchschlagssicher.

Bekanntgeworden ist auch eine biegsame elektrische Heizleitung, bei der auf den Heizleiter eine elektrische Isolierung aus einem wärme­ beständigen Stoff, wie Glasseide, Schlackenwolle od. dgl., aufgesponnen oder aufgeflochten, diese Isolierung gegebenenfalls mit wärmebeständigen Lacken od. dgl. getränkt und über der elektrischen Isolierung eine metallische Umspinnung oder Umflechtung angebracht ist, die gegebenenfalls durch einen weiteren Überzug feuchtigkeitsundurchlässig gestaltet wird, derart, daß sie biegsam bleibt (DE 8 95 798).

Derartige bekannte biegsame elektrische Heizleitungen werden z. B. in einer Luftschraube aus Holz oder Metall verwendet und in eine Einsenkung entlang an der Kante eingelegt. Vor allem wegen der me­ tallischen Umspinnung eignen sich diese Heizleitungen nicht zum Einbau in die Nuten einer Heizplatte.

Bekanntgeworden ist weiterhin ein Wickel- oder Isolierband aus einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, bei dem das Band eine von der Rechteckform abweichende, vorzugsweise linsen- oder trapezförmige Querschnittsform aufweist (DE 32 14 447 A1). Das Wickelband besteht aus ungesintertem, d. h. thermisch nicht vorbehandelten Polytetrafluor­ ethylen (PTFE). Es ist mit einer in weiten Bereichen einstellbaren Umlappung um den Heizleiter gewickelt und anschließend dicht gesintert.

Nachteilig ist, daß das Band eine von der Rechteckform abweichende, vorzugsweise linsen- oder trapezförmige Querschnittsform aufweist. Dieses eigenartig querschnittsmäßig geformte Band wird um einen hoch­ flexiblen elektrischen Leiter gewickelt, der aus Litzen, beispielsweise aus versilberten oder vernickelten Kupferdrähten, besteht. Die Iso­ lierung besteht aus einer oder mehreren Lagen des aus Polytetrafluor­ ethylen hergestellten Wickelbandes. Außer zur Isolation eines aus Litzen bestehenden Leiters wird das bekannte Wickelband auch zur Isolierung von Rohren verwendet.

Bekanntgeworden sind schließlich elektrische Leiter, die durch Um­ wicklungen gegen hohe Außentemperaturen geschützt sind.

Gemäß DE-Z: Elektrotechnik, 69, H. 21, Dez. 1987, S. 44-45, ist ein extrem hochbelastbares Hochtemperaturkabel bekanntgeworden, dessen wesentliches Merkmal ein mit PTFE imprägniertes und bei hohen Temperaturen gesintertes Fiberglasgeflecht ist.

Obzwar dieses bekannte Kabel nicht ausdrücklich als Heizkabel zum Einbau in Heizplatten bestimmt ist, welches sich selbst erwärmt, ist die Isolierung aus einer Umwicklung aufgebaut, die aus einer auf den Matall-Leiter aufgebrachten Mikroband-Isolierung besteht, um die herum ein Teflonband gewickelt ist. Zum Abschluß ist das Kabel durch ein Glasfibergeflecht isoliert, das bei hohen Temperaturen gesintert ist.

Weiterhin ist ein Kabel zur Verlegung in heißen Räumen bekanntgeworden, welches auch durch eine Umwicklung isoliert ist (US 4,595,793).

Auch bei diesem Kabel soll die Isolierung den Wärmeübertritt von außen zum Kabel hin - zumindest für eine gewisse Zeit - verhindern.

Auch dieses Kabel ist nicht brauchbar, um zum Aufheizen von Heiz­ platten verwendet zu werden.

Im übrigen sind die Isoliermäntel beider bekannter Kabel, soweit sie aus Glasseide od. dgl. bestehen, getränkt, was zu den vorstehend erläuterten Nachteilen führt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen massiven Heizdraht der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der zusammen mit einer betriebssicheren Isolierung leicht zu verarbeiten ist und eine dauerhaft kurzschlußsichere Kombination mit einer metallischen Heizplatte zuläßt.

Es wurde gefunden, daß sich diese Aufgabe in einfacher Weise durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen lösen läßt.

Durch die erfindungsgemäße geschickte Kombination von Glasseide und PTFE lassen sich alle Nachteile bisheriger Isolationen vermeiden.

Erfindungsgemäß werden Glasseide und PTFE schichtweise um den massiven Heizdraht herum angeordnet. Von Vorteil ist, wenn der Heiz­ draht von einer inneren Lage aus Glasseide und einer äußeren Lage aus PTFE-Folien umgeben ist.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5. Im Unteranspruch 5 ist die Verwendung des neuen Heizdrahtes in einer Heizplatte aus Aluminium gekennzeichnet.

Der gebräuchlichste Durchmesser für einen massiven Heizdraht nach der Er­ findung aus NICR-Werkstoffen beträgt etwa 0,8 bis 1,6 mm. Die Anzahl der Schichten aus umflochtener Glasseide lassen sich variieren, und je nach Durchmesser des Heizdrahtes und dem Querschnitt der Nuten festlegen.

Die äußere Lage besteht in der Regel aus einer mehrschichtigen Umwicklung mit einer noch nicht wärmebehandelten PTFE-Folie. Auch die Gesamtdicke dieser Umwicklung ist abhängig von dem später gewünschten Außendurchmesser des isolierten Heizdrahtes und von der erforderlichen Belastungssicherheit.

Diese mehrschichtige Umwicklung aus PTFE-Folie in der äußeren Lage durch­ läuft zum Schluß der Herstellung eine thermische Behandlung, wodurch - ent­ sprechend einem Sinterprozeß - eine Verschmelzung der verschiedenen Folien und auch eine Aushärtung des PTFE erfolgt. Dadurch wird die letzte PTFE-Lage zu einem geschlossenen, nicht mehr dehnbaren, schlauchartigen Außenmantel, der die inneren Glasseidenschichten völlig abschließt.

Es hat sich herausgestellt, daß bei erfindungsgemäß isolierten Heizdrähten die bisher bekannten Probleme der Glasseidenisolation nicht mehr auftreten. Erstmals ist erfindungsgemäß ein Heizdraht geschaffen, der in Industrie- Heizplatten wesentliche Vorteile bietet.

So können beispielsweise Kerntemperaturen des Heizdrahtes bis zu 450°C den elektrischen Kurzschlußwiderstand der neuen Isolation nicht verändern. Der PTFE-Außenmantel bleibt davon unbeschädigt, wenn die Metallmasse der umgebenden Heizplatte nicht höher als 250°C aufgeheizt wird.

Der erfindungsgemäß isolierte Heizdraht erfüllt alle entsprechenden Ma­ terialforderungen des VDE.

Der erfindungsgemäß isolierte Heizdraht läßt sich problemlos verarbeiten. Es treten dabei keine Glasfaserteilchen mehr in die Umgebungsluft.

Es treten aus dem isolierten Heizdraht auch keine schädlichen Dämpfe oder Gase mehr aus, da der geschlossene Außenmantel aus PTFE die Glasseiden­ schichten völlig umschließt und diese keine Tränkungen mehr benötigen.

Hinzu kommt, daß der Außenmantel aus PTFE ein optimaler Schutz gegen mechanischen Abrieb und Verschleiß ist, wodurch die Lebensdauer des iso­ lierten Heizdrahtes wesentlich verlängert wird.

Außer durch den PTFE-Außenmantel der Isolierung wird auch durch die PTFE-Umwicklung der inneren Lage aus Glasseidenumflechtung eine zusätz­ liche Isolationsverstärkung und ein Schutz vor elektrischen Durchschlägen gewährleistet.

Von außen können keine Feuchtigkeit, Dämpfe oder Kondensate in die Iso­ lierung eindringen, wodurch eine elektrische Brückenbildung durch die neue Isolation verhindert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch Fig. 2 entlang der Linie I/I,

Fig. 2 eine Darstellung der Isolation,

Fig. 3 ein Konstruktionsdetail aus Fig. 4 und

Fig. 4 den Querschnitt durch eine Heizplatte.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie I/I in Fig. 2 durch einen massiven Heizdraht 1, beispielsweise aus NICR-Werkstoffen, der von einer Isolierung 3 aus Glasseide und PTFE umgeben ist. Im dargestellten Aus­ führungsbeispiel besitzt der Heizdraht einen Durchmesser 2 von 0,8 bis 1,6 mm.

Fig. 1 zeigt, daß die Isolierung 3 aus einer Kombination aus Glasseide 50 und PTFE 60 besteht. Der Aufbau dieser Kombination läßt sich vor allem der Fig. 2 entnehmen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist erkennbar, daß um den massiven Heizdraht 1 herum eine innere Lage Glasseide 50 in Form einer inneren Um­ flechtung 5 angeordnet ist. Diese innere Umflechtung 5 der Isolierung 3 besteht aus ungetränkter Glasseide 50. Die äußere Lage der Isolierung 3 besteht aus PTFE 60.

An die innere Lage der Isolierung 3 aus einer inneren Umflechtung 5 aus Glasseide 50 schließt sich eine innere Umflechtung 6 aus einem Folienstrei­ fen 7 aus PTFE 60 an. Die Folienstreifen 7 sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer Überlappung 8 bis etwa 80% gewickelt. Diese Überlappung 8 ist durch eine gestrichelte Linie in Fig. 2 angedeutet.

Der Folienstreifen 7 der inneren Umwicklung 6 besteht aus thermisch vorbe­ handeltem und deshalb nicht dehnbarem PTFE.

Der Außendurchmesser 4 des mittels einer Isolation 3 versehenen Heizdrahtes 1 kann durch die Wahl der Umflechtungen 5 bzw. Umwicklungen 6 variiert werden. Insbesondere läßt sich je nach dem gewünschten Außendurchmesser 4 des mit der Isolierung 3 geschützten Heizdrahtes 1 auf die innere Umwick­ lung 6 aus PTFE 60 eine erste, eine zweite oder auch mehrere Umflech­ tungen 9, 10 aus Glasseide 50 aufbringen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die beiden Umflechtungen 9 und 10 dargestellt.

Die auf die innere Umflechtung 6 aus PTFE 60 folgenden Umflechtungen 9 und 10 bestehen aus ungetränkter Glasseide 50.

Die äußere Lage der Isolierung 3 aus PTFE 60 ist zunächst mehrschichtig aus mehreren thermisch unbehandelten Folienstreifen 7 gewickelt. Nach dem Wickeln werden diese Folienstreifen 7 aus PTFE thermisch zu einem ge­ schlossen nicht mehr dehnbaren Schlauch 11 als Außenmantel verschmolzen, der die Isolierung 3 dicht umschließt. Dieser Außenmantel 11 aus PTFE 60 verhindert, daß beispielsweise aus den Schichten mit getränkter Glas­ seide Dämpfe oder Gase nach außen dringen. Außerdem verhindert der Außen­ mantel 11 aus PTFE 60, daß durch die Wärmearbeit der Heizplatte auf Dauer Beschädigungen an der Isolierung 3 des Heizdrahtes 1 auftreten.

Das thermisch behandelte PTFE 60 des Außenmantels 11 ist in einem zu­ sätzlichen thermischen Prozeß ausgehärtet. Dadurch wird dem Außenmantel der Isolierung 3 eine besondere Festigkeit gegeben.

Fig. 3 zeigt ein Konstruktionsdetail aus Fig. 4. In Fig. 4 ist eine Heiz­ platte 12 dargestellt. In einem Grundblech 13 sind Nuten 14 mit einem viereckigen Querschnitt 15 angeordnet. In den Nuten liegen die Heizdrähte 1, die von der Isolierung 3 umgeben sind. Die mit der Isolierung 3 ver­ sehenen Heizdrähte 1 sind stramm in die Nuten 14 eingepaßt. In Fig. 4 un­ terhalb des Grundbleches 13 ist eine erste Isolierplatte 16 angeordnet, die mit dem Grundblech 13 fest verbunden ist. Auf die erste Isolierplatte 16 folgt eine zweite Isolierplatte 17, die mit der ersten Isolierplatte 16 fest verbunden ist. Die feste Verbindung wird in bevorzugten Ausführungs­ beispielen durch Schrauben hergestellt.

Das mit den isolierten Heizleitern 1 versehene Grundblech 13 ist durch eine Deckplatte abgedeckt, die mit dem Grundblech ebenfalls verschraubt, aber auch verklebt sein kann. Die zweite Isolierplatte 17 kann an ihren Rändern mit einem Verkleidungsprofil 19 ausgerüstet sein.

In Fig. 3 ist der in Fig. 4 umrandete Bereich in vergrößertem Maßstab dar­ gestellt. Deutlich ist erkennbar, daß der mit der Isolierung 3 versehene Heizdraht 1 stramm in der Nut 14 sitzt, welche einen viereckigen Quer­ schnitt 15 aufweist.

Deutlich sind in Fig. 3 die Deckplatte 18 sowie die erste Isolierplatte 16 erkennbar.

Für die Deckplatte 18 und das Grundblech 13 wird in bevorzugten Ausführungs­ beispielen als Material Aluminium verwendet. Die erste Isolierplatte 16 und die zweite Isolierplatte 17 bestehen ebenfalls aus an sich bekannten, für diese Zwecke verwendeten Isoliermaterial.

Liste der verwendeten Bezeichnungen

 1 Heizdraht
 2 Durchmesser
 3 Isolierung
 4 Durchmesser des mit der Isolation versehenen Heizdrahtes
 5 innere Umflechtung
50 Glasseide
 6 innere Umwicklung
60 PTFE
 7 Folienstreifen
 8 Umlappung
 9 erste Umflechtung aus Glasseide
10 zweite Umwicklung aus Glasseide
11 Schlauch
12 Heizplatte
13 Grundblech
14 Nut
15 viereckiger Querschnitt
16 erste Isolierplatte
17 zweite Isolierplatte
18 Deckplatte
19 Verkleidungsprofil

Claims (6)

1. Massiver, von einer Isolierung umschlossener Heizdraht zum Einbau in die Nuten einer Heizplatte mit einer inneren Lage der Isolierung in Form einer ungetränkten Umflechtung aus Glasseide und einer äußeren Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung aus

• - einer inneren Umwicklung (6) aus thermisch vorbehandelten PTFE- Folienstreifen (7) mit einer Überlappung (8) bis zu 80%,
• - einer darauffolgenden ungetränkten Umflechtung (9, 10) aus Glasseide (50) und
• - einer äußeren Umwicklung aus thermisch nicht vorbehandelten PTFE-Folienstreifen (7), die nach dem Wickeln thermisch zu einem dichten, nicht mehr dehnbaren Schlauch (11) als Außenmantel für die Isolierung (3) verschmolzen sind,

besteht.

2. Heizdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PTFE (60) des den Außenmantel bildenden Schlauches (11) ausgehärtet ist.

3. Heizdraht nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ungetränkte Umflechtung in der äußeren Umhüllung aus mehreren Umflechtungen (9, 10) besteht.

4. Heizdraht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umwicklung aus mehreren, thermisch nicht vorbehandelten PTFE-Folienstreifen (7) gewickelt ist.

5. Verwendung eines Heizdrahtes nach den Ansprüchen 1 bis 4 in einer Heizplatte aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Isolation (3) versehene Heizdraht (1) stramm in die in einem Grundblech (13) der Heizplatte (12) angeordneten Nuten (14) mit viereckigem Querschnitt (16) eingebettet ist und daß das Grundblech (13) einerseits mit einer ersten Isolierplatte (16) und andererseits, zur Arbeitsseite hin, mit einer Deckplatte (18) aus Metall verbunden ist.