DE2032235A1

DE2032235A1 - Elektrisches Widerstandserhitzungs kabel

Info

Publication number: DE2032235A1
Application number: DE19702032235
Authority: DE
Inventors: Louis Joseph Henri Mans Leonardus Frans Helene Gommans Hubertus Johannes Josephus Ruytenbeek Silvester Marie Venlo Geominy (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-07-10
Filing date: 1970-06-30
Publication date: 1971-01-14
Also published as: DE2032235C3; ES381562A1; CH522345A; FR2054412A5; AT303216B; US3784784A; GB1284385A; BE753185A; CA932373A; SE367905B; DE2032235B2; NO129321B; JPS5025662B1; DK126290B

Description

PHN.

l)I;1.-Ing. P.-J. KUPFERMANN

r: ^.V. philips' Gloeilampeniabrieken

Akte-Na, PHN- 4205 AnmeWungvum: 29· 3W0± 1970

"Elektrisches Widerstandserhitzungskabel".

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Widerstandserhitzungskabel, das aus einem biegsamen Kern aus elektrisch isolierendem Material, einem sich rings um diesen Kern über die ganze Länge des Kabels erstreckenden schraubenlinienförmig gewickelten Heizdraht und einem Mantel aus elektrisch isolierendem Material besteht, wobei das Kabel in mindestens zwei Gruppen sich in der Längsrichtung des Kabels erstreckender Sektoren geteilt ist, die abwechselnd angeordnet sind und die beim Betrieb des Kabele verschiedene Temperaturen annehmen.

Ein Kabel dieser Art ist aus der deutschen Patent-

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schrift ,820.9*0 bekannt. Bei diesem Kabel ist der Heizdraht in den Sektoren, die beim Betrieb eine ver'hältnismässig niedrige Temperatur annehmen müssen, mit grösserer Steigung gewickelt als in den Sektoren, die beim Betrieb eine verhältniamassig hoho Temperatur annehmen müssen.

In der Praxis stellt sich heraus, dass es bei einer· derartigen Bauart nicht möglich ist, ein Kabel mit Sektoren mit sehr grossen Temperaturunterschieden (von einigen hundert ⁰C) herzustellen; die Temperatur des Heizdrahtes selber weist in den unterschiedlichen Sektoren kaum Unterschiede auf.

Eine andere Bauart eines derartigen Kabels ist aus der USA Patentschrift Re 26.522 bekannt.

Bei dem elektrischen Widerstandserhitzungskabel nach dieser letzteren Patentschrift werden Sektoren, deren Temperatur beim Betrieb nicht oder nur auf einen verhältnismässig niedrigen Wert ansteigt, dadurch erhalten, dass in bestimmten Abständen längs des Kabels eine Anzahl Wicklungen des Heizdrahtes mittels eines aus einem elektrisch leitenden Material bestehenden Streifens kurzgeschlossen werden.

Der Streifen befindet sich bei einem Kabel nach dieser Patentschrift zwischen dem Kern und den Wicklungen des Heizdrahtes.

Wenn ein derartiges Kabel geknickt oder mehrere Male gebogen wird, besteht die Gefahr, dass die Enden des Streifens sich aus dem Raum zwischen den Wicklungen des Widerstandsdrahtes herausschieben und sich biegen, wobei sie den isolierende Aussenumhüllung beschädigen und Kurz»

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Schluss zwischen dem Kabel und anderen beim Betrieb in der Nähe des Kabels liegenden Metallteilen hei beirühren. Ausserdem treten dabei örtlich Aenderungen des Widerstandes dos Kabels auf.

Hei der beschriebenen Bauart ist es nicht ohne weiteres klar, wie Sektoren mit verhältnismässig niedriger Temperatur mit geringen Abmessungen erhalten werden müssen.

Die Erfindung bezweckt eine Bauart eines elektrischen Vliderstandsex'hitzungskabels zu schaffen, bei d"T die erwöhnten Nachteile der bekannten Bauarten vermieden werden.

Ein elektrisches Widerstanderhitzungskabel dieser Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in den Sektoren des Kabels, die beim Betrieb eine verhältnismSssig niedrige Temperatur annehmen, eine ungerade Anzahl miteinander in elektrischer Verbindung stehender abwechselnd im gleichen Sinne wie der Heizdraht in den Sektoren mit verhältnismässig hoher Temperatur beim Betrieb und in entgegengesetztem Sinne schraubenlinienförmig gewickelter Heizdrahtschichten aufeinander auf dem Kern liegen, wobei die Anzahl aufeinander angebrachter Schichten um mindestens 2 grosser als die Anzahl Schichten in den Sektoren ist, die beim Betrieb eine verhältnismSasig hohe Temperatur annehmen.

Unter "Heizdraht" ist in diesem Zusammenhang

ein Draht beliebiger Form und gegebenenfalls zusammengesetzter Bauart zu verstehen.

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Durch Anwendung der Kabelkonstruktion nach der Erfindung lassen sich auf einfache Weise, ohne dassausser dem Heizdraht noch andere Materialien verwendet werden, Sektoren erhalten, die sich in der Längsrichtung des Kabels erstrecken und die pro Längeneinheit einen verschiedenen Widerstand und somit beim Betrieb eine verschiedene Wärmeentwicklung aufweisen.

Das Auftreten eines Temperaturunterschiedes als solche ist lediglich auf die besondere Bauart des Kabels nach der Erfindung zurückzuführen.

Nach einer geeigneten Ausftihrungsform liegen in den Sektoren des Kabels, die beim Betrieb eine verhältnismässig niedrige Temperatur annehmen, drei Heizdrahtschichten aufeinander und ist in den Sektoren, die beim Betrieb eine verhältnismässig hohe Temperatur annehmen, der Heizdraht in einer einzigen Schicht gewickelt.

Ein derartiges Kabels besteht in elektrischer Hinsicht aus einer Anzahl von Sektoren mit einem verhältnismässig hohen und einer Anzahl von Sektoren mit einem verhältnismässig niedrigen Widerstand, wobei die letzteren Sektoren dadurch erhalten werden, dass der Heizdraht derart gewickelt wird, dass eine Anzahl von Teilwiderständen gebildet werden, die je nur einen Teil des Stromes führen, der in den anderen Sektoren vom Widerstandedraht geführt wird. Die Anzahl in einem bestimmten Sektor vorhandener Teilwiderstände bedingt auf diese Weise in Abhängigkeit von der Belastung die beim Betrieb in diesem Sektor erreichte Temperatur.

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Der Heizdraht kann in den unterschiedlichen Sektoren und in den aufeinander liegenden Schichten mit der gleichen oder mit verschiedener Steigung gewickelt sein.

Auch kann innerhalb eines Sektors während des WiekelVorgangs die Steigung derart geändert werden, dass innerhalb eines Sektors ein bestimmtes Temperaturprofil erhalten wird.

Bei einer Ausführungsform die sich in der Praxis

besonders bewährt hat, und bei der in den Kabelsektoren ^ die beim Betrieb eine verhältnismässig niedrige Temperatur annehmen, drei Heizdrahtschichten aufeinander liegen, sind die beiden ersten auf dem Kern liegenden Schichten mit grösserer Steigung als die dritte Schicht gewickelt. Bei Anwendung dieser Bauart wird ein grösserer Temperaturunterschied zwischen den unterschiedlichen Sektoren erhalten als bei einer Bauart, bei der die beiden ersten auf dem Kern liegenden Schichten mit einer gleichen Steigung wie die-dritte Schicht gewickelt sind. Wenn die dritte Schicht Λ mit kleiner Steigung gewickelt wird, wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen den unterschiedlichen Schichten hergestellt und wird die Anbringung wenn gewünscht von betriebssicheren Kontakte an diesen Teile erleichtert. Naturgemäss kann der gewünschte Temperaturunterschied auch dadurch erhalten werden, dass mehr als drei Schichten mit gleicher kleiner Steigung aufeinander aufgewickelt werden. Die beschriebene bevorzugte Ausführungsform ergibt jedoch

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im Vergleich zu einer derartigen Bauart eine erhebliche Materialersparung.

Der Kern des Kabels kann aus einem beliebigen elektrisch isolierenden organischen oder anorganischen Material bestehen, das die beim Betrieb des Kabels auftretenden Temperaturen aushalten kann. Der Kern kann eine einfache oder eino zusammengesetzte Bauart aufweisen und z.B. aus Polynivylchiorid, Silikongummi, Nylon, Glasgarn, Asbestgarn, Polytetrafluoräthylen und Polyfluoräthylen-r propylen bestehen.

Innerhalb des Kernes kann ein zentraler Leiter angebracht sein. Dieser Leiter erstreckt sich über die ganze Länge des Kabels und kann für Kontaktierungszwecke verwendet werden, wenn es bedenklich ist, das Kabel schleifenartig anzuordnen oder auf andere Weise die Kontaktierung zu bewirken.

Der Heizdraht kann grundsätzlich aus einem beliebigen elektrisch leitenden Material bestehen· Vorzugsweise wird aber ein Material mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes (0,002 oder grosser pro ⁰C) verwendet, wie z.B. Nickel oder Kupfer. Dadurch wird nämlich der auftretende Temperaturunterschied bei einer gegebenen Bauart vergrössert und ist bei einem vorgeschriebenen Temperaturunterschied eine geringere Materialmenge genügend als bei Anwendung¹ von Materialien mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten.

Die Aussenumhüllung kann, in Abhängigkeit von den beim Betrieb auftretenden Temperaturen aus für diesen Zweck bekannten organischen oder anorganischen Materialien bestehen.

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GrundsatzJ ich lassen sich die gleichen Materialien verwonden, die auch für den Kern angewandt werden.

Das Kabel kann dadurch erhalten werden, dass dor Kern, der im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, kontinuierlich in einer Richtung durch einer Wickelvorrichtung geführt wird, wobei man diese Vorrichtung am Kern entlang eine hin-und hergehende Bewegung vollführen lässt, wenn einige Schichten aufeinander angebracht werden müssen. Nach einem anderen Verfahren wird ein fester Wickelpunkt verwendet und wird der Kern, wenn einige Schichten aufeinander aufgewickelt werden müssen, hin und her bewegt. Der mit dem Widerstandsdraht bewickelte Kern wird anschliessend mit einer Aussenumhüllung versehen, z.B. dadurch, dass Glas- oder Asbest fasern oder Rayon oder Baumwolle um den Kern herumgewickelt oder -geflochten werden, oder dass der Kern durch eine Fliesspressvorrichtung geführt wird, mit deren Hilfe das Kabel mit einem Kunststoffmantel versehen wird.

Der Aussenmantel kann erwünschtenfalls auch aus einer Anzahl mit einer zentralen Oeffnung versehener Körper aus keramischem Material bestehen.

Da es günstig ist, die Sektoren verschiedener Temperatur auch erkennen zu können, wenn das Kabel ausser Betrieb ist, z.B. bei der Montage in Apparaten oder bei der Anbringung von Anschlussgliedern, ist es empfehlenswert, auf der Aussenumhüllung Markierungen anzubringen. Bei dem um wickelten Kabel können die Sektoren mit verhSltnismässig

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niedriger Temperatur beim Betrieb durch das Vorhandensein einer grossen Menge metallischen Materials auf magnetischem oder elektrischem Wege wiedergefunden werden.

Mit einer für diesen Zweck geeigneten Vorrichtung kann eine Markiervorrichtung verbunden werden.

Kabel nach der Erfindung lassen sich in Apparatur verwenden, in der örtlich Wärme erzeugt werden muss, während die zwischenllegenden Teile der Apparatur und die Anschlusspunkte keine oder nur eine etwas höhere Temperatur an-A nehmen dürfen.

Kabel nach der Erfindung lassen sich z.B. in
Lockenwickelheizvorrichtungen anwenden, die grundsätzlich aus einer Anzahl zu erhitzender Hohlzylinder oder "Finger" bestehen, die aus einer Bodenplatte hervorragen und auf
die die Lockenwickel aufgeschoben werden können. Die Sektoren des Kabels, die beim Betrieb eine hohe Temperatur
erreichen, werden in den Fingern untergebracht, während die verhältnismässig kalt bleibenden Teile sich in der Bodenplatte befinden.

W Kabel nach der Erfindung lassen sich auch in Auf-

tauungsvorrichtungen für Kühlschränke verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend für zwei Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert, in der die Figuren 1 und 2 in vergrössertem
Masstab Teile von Kabeln nach der Erfindung zeigen.

Das Kabel enthält einen aus Glasfasern bestehenden Kern 1. Auf den Kern ist ein Heizdraht 2 aufgewickelt. In

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den Sektoren A, die teilweise dargestellt sind, ist der Heizdraht in einer einzigen Schicht gewickelt, wobei der Widerstand JO n/m beträgt. Die Sektoren A erreichen bei, Betrieb bei einer Belastung von 90 W/m eine Temperatur von etwa JlOO⁰C. In den Sektoren B, von denen in der Figur einer dargestellt ist, ist der Heizdraht in drei Schichten gewickelt . In der ersten unmittelbar auf dem Kern liegenden Schicht ist der Heizdraht mit einer Steigung, die etwa 20 Male grosser als die Steigung in den Sektoren A (Drahtteile 3 und k) ist, in der gleichen Richtung (in der Figur nach rechts) wie im vorhergehenden Sektor gewickelt. In der darauf angebrachten Schicht (Drahtteile 5 und 6) ist der Heizdraht gleichfalls mit dieser grosseren Steigung, aber nun in entgegengesetztem Sinne, gewickelt. In der dritten Schicht (anfangend mit dem Drahtteil 7) ist der Heizdraht wieder mit der gleichen Steigung und in dem gleichen Sinne wie im vorhergehenden Sektor A (in der Figur nach rechts) gewickelt. Die Temperatur im Sektor B ist beim Betrieb etwa 50⁰C. Die Länge der Sektoren B ist gleich der der Sektoren A. Die elektrisch isolierende Umhüllung 8 des Kabels besteht in diesem Falle aus herumgeflochtenen Glasfasern mit einer Gesamtdicke von 0,5 nun.

Nach Fig. 2 besteht der Kern des Kabels aus einem zentralen Leiter 10, der mit einer aus Glasfaser bestehenden Umhüllung 11 versehen ist. Auf diesen Kern ist ein Heizdraht • 12 atifgewickelt. In dem dargestellten Teil A des Kabels ist

der Heizdraht in einer einzigen Schicht gewickelt. In dem _t Sektor B ist der Heizdraht in drei Schichten gewickelt $siehe

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Claims

Fig. 1). Das Kabel ist weiter mit einem Aussenmantol ]'_) und zwei Endgliedern }k und 15 versehen. Das Endglied Ik dient zum Verbinden dos Heizdrahtes 12 mit dem Z₀B aus Kupfer bestehenden zentralen Leiter 10. Zu diesem Zweck besteht das Endglied 14 aus einer Ausseiiumhtil lung 16 aus einem elektrisch isolierenden Material und uinor Metallbuchse 17» die um den mit dem Heizdraht 12 verschonen Kern passt; die Metallbüchse ist mit einem Metallzylinder 18 versehen, der um den zentralen Leiter passt. Das Endglied 15 dient zur Kontaktierung; es besteht aus einer Buchse aus einem elektrisch isolierenden Material, die mit einer metallenen Innenbuchse 20 versehen ist, die einen Kontaktstift 21 trägt. Da& Endglied trägt ausserdera einen aus Metall bestehenden Hohlstift 22, in dem sich der aus der Umhüllung hervorragende Teil des zentralen Leiters 10 befindet.

Da im Sektor B der Heizdraht 12 in verschiedenen Schichten gewickelt ist, wird die Temperatur in diesem Sektor nicht besonders hoch. Der Mantel 19 des Endgliedes kann also z.B. aus Kunststoff bestehen.

Diese Ausführungsform des Erhitzungskabels hat den Vorteil, dass die elektrische Kontaktierung des Kabels auf einer Seite stattfinden kann.
■Patentansprüche;

1. 1 Elektrisches Widerstandserhitzungskabel, das aus nem biegsamen Kern aus elektrisch isolierendem Material, einem sich ringsum diesen Kern über die ganze Länge des

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Kabels erstreckendon schrauben]inionförmig gewickelten
Heizdraht und einem Mantel aus elektrisch isolierendem
Material besteht, wobei das Kabel in mindestens zwei Gruppen sirh in der * i-^ngsrichtung des Kabels erstreckender
Sektoren geteilt ist, die abwechselnd angeordnet sind und die beim Betrieb des Kabels verschiedene Temperaturen annehmen müssen, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kabelsektoren, die beim Betrieb eine verhäLtnismSssig niedrige Temperatur annehmen, eine ungerade Anzahl miteinander in
elektrischer Verbindung stehender abwechselnd im gleichen Vickelsinn wie der Heizdraht in den Sektoren mit verha'ltni-smfissi i» hoher Temperatur beim Betrieb und in entgegengesetztem Sinne schraubenlinienförmig gewickelter Heizdrahtschichten aufeinander auf dem Kern liegen, wobei die Anzahl aufeinander angebrachter Schichten mindestens um 2 grosser als die Anzahl von Schichten in den Sektoren ist, die beim Betrieb eine verholtnismässig hohe Temperatur
annehmen.

2. Elektrisches Viderstandserhitzungakabel nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizdraht
aus einem Material mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes besteht.
3· Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kabelsektoren, die beim Betrieb eine verhältnismässig niedrige Temperatur annehmen, drei Heizdrahtschichten aufeinander liegen, während in den Sektoren, die eine hohe Temperatur annehmen, der Heizdraht in einer einzigen Schicht gewickelt ist.

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BAD ORfGINAL -

h. Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach

Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kabelsektoren, die beim Betrieb eine verhältnismässig niedrige Temperatur annehmen, drei Heizdrahtschichten aufeinander liegen, wobei die beiden ersten auf dem Kern liegenden Schichten mit grösserer Steigung als die dritte Schicht gewickelt sind.

5· Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach

Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass der Korn aus Glasfasern und die isolierende Aussenumhüllung des Kabels aus am diesen Kern herumgeflochtenen oder - gesponnenen Glasfasern besteht.

6. Elektrischen Widerstandserhitzungskabe1 nach

Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem zentralen sich über die ganze Länge des Kabels erstreckenden elektrischen Leiter mit einer elektrisch isolierenden Umhüllung besteht.

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