NL8103034A - Verwarmingskabel voor gebruik in een elektrische deken. - Google Patents

Description

ί , * - r

Ρ & C

LW 4801-3 Ned.

Verwarmingskabel voor gebruik in een elektrische deken.

De uitvinding heeft betrekking op een verwarmingskabel onder toepassing van materialen met een positieve temperatuurcoëfficiênt (PTC) in samenhang met de verwarmingselementen in de kabel, en meer in het bijzonder op een verwarmingskabel die geschikt is voor gebruik in een 5 elektrische deken, laken of dergelijke.

In de recente jaren is het gebruik van PTC-materialen in samenhang met elektrische verwarmingselementen meer en meer populair geworden wegens de voordelen, die voortvloeien uit de zelf-beperkende temperatuur-eigenschappen. Diverse typen van verwarmingskabels zijn ontworpen, waarin 10 een paar op enige afstand van elkaar verwijderde geleiders gescheiden zijn door het PTC-materiaal dat over de beide geleiders geëxtrudeerd is.

Het PTC-materiaal tussen de beide geleiders verschaft een weg van relatief lage weerstand van de ene geleider naar de andere. De warmte wordt in werkelijkheid geproduceerd in het PTC-materiaal en men zou het 15 PTC-materiaal tussen de beide geleiderdraden kunnen beschouwen als een aantal parallele weerstandsverwarmingselementen aangebracht tussen de beide geleiderdraden.

Het PTC-materiaal kan in een typerend geval bestaan uit een polyetheenmateriaal, waaraan een dispersie van geleidend koolstofzwart 20 Is toegevoegd. Het Amerikaanse octrooischrift 3.858.144 beschrijft in het algemeen de bestanddelen van geschikte PTC-materialen voor gebruik in verwarmingskabels en de manier waarop dergelijke materialen kunnen worden bewerkt met inbegrip van de uitgloeiingsstap. Dit octrooischrift noemt ook de problemen die samenhangen met de lage kontaktweerstand tussen het 25 PTC-materiaal en de geleiders, die de stroom aan het PTC-materiaal toevoeren.

In dit octrooischrift wordt gezegd dat een verbeterde stabiliteit en betere en meer consistente grensvlakgeleidingsvermogen tussen de geleiderdraad en het PTC-materiaal wordt verkregen door de elektroden 30 vooraf te bedekken met een compositie bevattende geleidend zwartsel voorafgaande aan het opbrengen van de koolstofzwart polymere matrix door extrusie op de elektrode. Dit resulteert in de polymere matrix, die aanzienlijk grotere hoeveelheden koolstofzwart bezit op het grensvlak dan elders. Het type geleider, dat in dit octrooischrift geopenbaard wordt, 35 is echter niet geschikt voor gebruik in elektrische dekens en andere omgevingen, waarin een herhaald buigen vereist is en de draad gemakkelijk moet worden gebogen.

----——a 81 03 0 34 V k * - 2 -

t I

De onderhavige uitvinding is gericht op het verschaffen van een verwarmingskabel die geschikt is voor gebruik in een elektrische deken onder gebruikmaking van PTC-materiaal als verwarmingsbegrenzer, en in het bezit van verbeterde flexibiliteitseigenschappen en een verbeterde 5 weerstandsstabiliteit vertoont.

Meer in het bijzonder verschaft de uitvinding een verwarmingskabel voor gebruik in een elektrische deken, bevattende een paar langwerpige, op enige afstand van elkaar verwijderde geleiders, die in deze afstandsligging ondersteund worden door een materiaal met positieve 10 temperatuurcoëfficiënt (PTC), dat geëxtrudeerd is over deze geleiders en bedekt is met een isolerende bekleding, met het kenmerk, dat tenminste één der geleiders een kern van niet-geleidende flexibele draden omvat, alsmede een spiraalvormig aangebrachte band van laag weerstandsmateriaal gewikkeld op de kern, welke kern van draden geïmpregneerd is met 15 geleidende koolstof, die een weg van lage weerstand in de lengterichting van de geleiders verschaft, aan de inwendige diameter van de spiraalvormig gewikkelde materiaalband.

De uitvinding zal hieronder, aan de hand van enige in de figuren der bijgaande tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeelden nader worden 20 toegelicht.

Figuur 1 toont een aanzicht in perspectief van een verwarmingskabel volgens de uitvinding; figuur 2 geeft op grotere schaal een doorsnede genomen over de lijn 2-2 in figuur 1; 25 figuur 3 toont een verdere doorsnede genomen over de lengte door de verhittingskabel; en figuur 4 geeft een doorsnede van een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding.

Onder verwijzing naar figuur 1 van de tekening wordt daarin 30 weergegeven een verwarmingskabel algemeen aangegeven met het verwijzings-cijfer 12. De verwarmingskabel 12 omvat een paar op enige afstand van elkaar gelegen geleiders 14 en 16, die in hun afstandsligging ondersteund worden door geëxtrudeerd PTC-materiaal, dat de vorm kan aannemen van polyetheen geladen met geleidend koolstofzwart ter verkrijging van de 05 gewenste weerstandseigenschappen.

Elk van de geleiders 14 en 16 omvat een kern 14a en 16a en spiraalvormig gewonden geleiderdraden 14b en 16b. De geleiderdraden 14b en 16b zijn gevormd uit koper en hebben een doorsnede van ongeveer 81 0 3 0 3 4 % * - 3 - 0.064 mm bij 0/254 nm. De kernen 14a en 16a hebben een diameter van * ongeveer 0,46 mm en zijn gevormd uit een aantal glas of rayondraden met een dikte van 1650 denier, die tezamen gebundeld zijn tot een in hoofdzaak cilindrische vorm zoals geïllustreerd in figuur 1 en bijeengehouden 5 worden tussen spiraalvormig aangebrachte geleiderdraden 14b en 16b.

De kernen 14a en 16a, in overeenstemming met de uitvinding, zijn gedoopt in een oplossing bevattende een dispersie van geleidende koolstof deeltjes. De oplossing kan hetzij een water of alkoholbasis zijn en is voldoende vloeibaar om de koolstofdeeltjes in staat te stellen zich 10 af te zetten in de ruimten en spleten tussen de draden van glas of rayon, waaruit de kernen bestaan. Dit opbrengen van de koolstof op de kernen 14a en 16a kan worden uitgevoerd voor of na dat de geleiders 14b en 16b om de kern gewikkeld zijn. Een meer volledige penetratie van de koolstof kan echter worden gerealiseerd indien de kernen voorafgaande aan het 15 wikkelen van de geleiders om de kernen, worden bedekt.

Wanneer het PTC-materiaal 18 wordt geëxtrudeerd op de geleiders 14 en 16, wordt het oppervlakgedeelte van de op de kernen 14a en 16a opgebrachte geleidende koolstof een deel van het oppervlak van het PTC-materiaal aangezien het materiaal zich bevindt in een vloeibare 20 of gesmolten toestand wanneer het geëxtrudeerd is. Het resultaat is een sterk geleidend gedeelte van PTC-materiaal op het grensvlak tussen het PTC-materiaal en de kernen 14 en 16. Men zal dus opmerken dat stroom, die loopt tussen de geleiders 14b en 16b in het PTC-materiaal ofwel kan vloeien door het oppervlak van de geleiderdraden inrechtstreeks 25 kontakt met het PTC-materiaal danwel in de lengterichting kan worden geleid door de neergeslagen koolstoflaag in de kern en in zones van het PTC-materiaal aangebracht tussen de windingen van de spiraalvormig gewonden geleiderdraden 14b en 16b. Door de stroom diverse wegen ter beschikking te stellen worden de eigenschappen van de verwarmingskabel 30 verbeterd en wordt een gelijkmatiger geleidingsvermogen verkregen tussen de beide geleiderdraden.

Bij beschouwing van de doorsnede van figuur 3 kan men gemakkelijk waarnemen de toename in geleidend oppervlak verschaft door de bedekking van de isolerende geleiders 14a en 16a met het geleidende koolstofzwart.

35 De laag 17 tussen de kernen 14a, 14b en de PTC-laag 18 wordt in enigszins overdreven vorm weergegeven, maar is bedoeld om de laag koolstofzwart weer te geven, die in werkelijkheid zich uitstrekt in. de kernen, zoals hierboven uiteengezet. Zonder de geleidende deklaag, worden de spiraalvormig aangebrachte geleiders 14b en 16b bij elkaar aangebracht op de 8103034 - 4 - .i

' I

nabij gelegen zijden van de geleiders 14 en 16 op een enigszins willekeurige wijze, ook wanneer de windingen op de juiste wijze georiënteerd zijn. In andere gevallen is veel van de geleider gelègèn aan de zijde van de isolerende kern, weg van de aangrenzende geleider, waardoor de 5 stroomdoorgang naar dat gedeelte van de draad beperkt wordt. Indien zich echter op het gehele stuk van de geleiders 14 en 16 ofwel een gedeelte van de geleiderdraden 14b en 16b danwel een geleidend gedeelte 17 van de kernen 14a en 14b bevindt, die blootgesteld zijn aan de aangrenzende geleider, dan heeft de stroomdoorgang tussen’de beide gelèiders 14 en 16 10 de neiging gelijkmatig te zijn en rechtstreeks plaats te vinden'tussen de beide geleiders, waardoor de maximale ën meest gelijkmatige verhitting in het PTC-materiaal 18 verkregen wordt.

De fijne glas of rayonvezels gebruikt in de kernen 14a en 16a verschaffen sterkte en flexibiliteit voor de verhittingskabel. De 15 geleidende koolstofdeklaag van de kern bezit geen neiging om de flexibiliteit ervan te verkleinen en verbetërt de elektrische eigenschappen van de geleiders 14 en 16 zoals hierboven beschreven. Doordat de koperdraden 14b en 16b spiraalvormig aangebracht zijn om de flexibele kernen 14a en 16a wordt de flexibiliteit van de verhittingskabel niet verminderd 20 door de aanwezigheid van de geleiderdraden. Bovendien doordat de draden spiraalvormig aangebracht zijn wordt de invloed van buiging van de verwarmingskabel op de draden minimaal gemaakt. De verwarmingskabel kan vaak gebogen worden zonder gevaar voor breuk in de geleiderdraden 14b en 16b.

25 Teneinde de elektrische parameters te stabiliseren wordt de met PTC bedekte draad uitgegloeid bij een temperatuur bij of boven het smeltpunt van het polytheenmateriaal. Tenëihde de fysische configuratie van het PTC-materiaal 18 tijdens dit uitgloeien' te handhaven', is een laag 20 van thermoplastisch materiaal aangebracht, die geëxtrudeerd is over 30 het PTC-materiaal 18 voorafgaande aan de üitgloeiingshaiideling. Nadat het uitgloeièn voltooid is kan de thermoplastische rubberdeklaag 20 ofwel worden verwijderd danwel op haar plaats gelaten worden. Daarna wordt een verdere deklaag 22 van polyvinylchloride daarop geëxtrudeerd ter verschaffing van een isolerende deklaag, die op geschikte wijze af-35 gedicht kan worden bij de aansluitplaatsen en verbindingsorganen, die voor de verwarmingskabel 12 aangebracht zijn. Afhankelijk van het speciale type PTC-materiaal, dat men gebruikt, en het uitgloeiingsproces waaraan het wordt onderworpen, kan de thermoplastische laag 20 al of niet vereist zijn.

81 03 0 34 f \ - 5 -

Het resulterende samenstel is sterk/ flexibel en duurzaam en bezit geschikte eigenschappen voor gebruik in elektrische dekens, elektrische onderdekens, lakens en dergelijke. De draad kan men klein genoeg maken zodat hij nauwelijks wordt opgemerkt in de conventionele deken of 5 laken, en kan voldoende flexibel gemaakt worden zodat de deken kan worden gevouwen en gebogen, waarbij de verwarmingskabel geen merkbare weerstanden verschaft tegen een dergelijk vouwen en buigen. Daarbij komt dat de verwarmingskabel de voordelen bezit die inherent zijn bij een PTC-verwarmingskabel die zelf-begrenzend is in de zones, waarin eventuele 10 oververhittingscondities zich zouden kunnen ontwikkelen of optreden.

Indien gebruikt in een elektrische deken leidt een dergelijke verwarmingskabel tot een deken, die het uiterste zal hebben aan veiligheids-bescherming in zoverre het gaat om lokale oververhittingscondities en zal tezelfder tijd de warmte gelijkmatig en doelmatig verdelen over alle 15 zones van de deken.

Onder verwijzing naar figuur 4 wordt daarin weergegeven een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij een enkele kern 14a wordt toegepast, waarbij één der geleiderdraden 14b rechtstreeks gewikkeld is op de bedekte kern, terwijl een tweede geleiderdraad 15 20 spiraalvormig gewikkeld is om een laag PTC-materiaal 18 *, dat geëxtrudeerd is op de eerste geleider 14. In deze opstelling zijn de geleiderdraden 14b en 15 concentrisch aangebracht ten opzichte van de kern 14a, waarbij de cilindrische laag van PTC-materiaal 18', geplaatst tussen de spiraalvormige geleiderdraden 14b en 15, daarmede eveneens concentrisch is. De 25 buitenste geleiderdraad 15 is omsloten door een thermoplastische deklaag 20' en een polyvinylchloridedeklaag 22' zoals beschreven in samenhang met de uitvoeringsvorm van de figuren 1-3. De laag 17' van koolstof aangebracht op de kern 14a in de uitvoeringsvorm van figuur 4 komt overeen met de laag 17 van de eerste beschreven uitvoeringsvorm in zoverre het 30 gaat om de functie en wijze van toepassing ervan.

8103034

Claims (6)

1. Verwarmingskabel voor gebruik in een elektrische deken, bevattende een paar langwerpige, op enige afstand van elkaar verwijderde geleiders, die in deze afstandsligging ondersteund worden door een materiaal 5 met positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC), dat geëxtrudeerd is over deze geleiders en bedekt is met een isolerende bekleding, met het kenmerk, dat tenminste één der geleiders een kern van niet-geleidende flexibele draden omvat, alsmede een spiraalvormig aangebrachte band van laag weerstands-materiaal gewikkeld op de kern, welke kern van draden geïmpregneerd is met 10 geleidende koolstof, die een weg van lage weerstand in de lengterichting van de geleiders verschaft, aan de inwendige diameter van de spiraalvormig gewikkelde materiaalband.

2. Verwarmingskabel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kern geïmpregneerd is met de geleidende koolstof· door onderdompeling van 15 de kern in een vloeibare dispersie van geleidende koolstof, waardoor de koolstof wordt neergeslagen op het oppervlak van de kern en binnen de tussenruimte van de draden van de kern.

3. Verwarmingskabel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de band van materiaal goed geleidend koper bevat met een dwarsdoorsnede 2 20 van ongeveer 0,016 mm .

4. Verwarmingskabel volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de door PTC-materiaal omsloten geleiders zijn bedekt met een thermoplastische rubber teneinde de vorm van het PTC-materiaal te handhaven tijdens een uitgloeiingshandeling, waarna een polyvinylchloride 25 isolerende deklaag is opgebracht over de thermoplastische rubber deklaag.

5. Verwarmingskabel volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de andere geleiderkern draden bezit, die geïmpregneerd zijn met geleidende koolstof en een spiraalvormig opgebrachte band van laag weerstandsmateriaal gewikkeld is om de kern, welk PTC-materiaal 30 geëxtrudeerd is over de geleiders, terwijl het isolerende materiaal geëxtrudeerd is over het PTC-materiaal.

6. Verwarmingskabel volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het PTC- materiaal een cilindrische omhulling vormt rondom de ene geleider en kern, terwijl de andere van de van elkaar 35 verwijderde geleiders spiraalvormig gewikkeld is om het PTC-materiaal, en de isolerende deklaag geëxtrudeerd is over de andere geleider en het' ’ PTC-materiaal. 8103034