DE2032235B2 - Elektrisches widerstandserhitzungskabel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches W; lersiaiKKeihit/Uii'jskabel. das aus einem biegsamen K■■· κ aus elektrisch isolierendem Material, einem sic'u rimis um diesen Kern über die nanze Länge des Kabels erstreckenden schraubenlinienförmig gewickelten, an seiner Oberfläche nicht isolierten 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 Kabels verschiedene Temperaturen annehmen.

Ein Kabel dieser Art ist aus der deutschen Patent- :.chrifi 820 943 bekannt. Bei diesem Kabel ist der Heizdraht in den Sektoren, die beim Betrieb ein.-verhältnismäßig niedrige Temperatur annehmen müssen,
Sektoren,
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 100 C) herzustellen·, die Temperatur de· Heizdrahtes selber weisi in den unterschiedlichen Sektoren kaum Unterschiede auf.

Eine andere Bauart eines derartigen Kabels ist aus der l'SA-Patenlschrift Re 26 522 bekannt.

Bei dem elektrischen WiiL-rstandserhitzutuskabei nach dieser letzteren Patentschrift werden Sektoren, deren Temperatur beim Betrieb nicht oder nut auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert ansteigt, dadurch erhalten, daß in bestimmten Absländen 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, ucü die linden des Streifens ■ ich aus dem Raum zwischen den Wicklungen des Widerstandsdrahtes herausschieben und sich biegen, wobei sie die isolierende Außenumhüllung beschädigen und Kurzschluß zwischen dem Kabel und anderen beim Betrieb in der Nähe des Ka-DeIs liegenden Metallteilen herbeiführen. Außerdem treten dabei örtlich Änderungen des Widerstandes des Kabels auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Widerslandskabel zu schaffen, bei dem der Temperaturunterschied zwischen den Sektoren höherer und niedrigerer Temperatur innerhalb der von den weiteren verwendeten Kabelmaterialien gesetzten Grenzen beliebig groß gemacht werden kann, wobei die Längen der Sektoren innerhalb weiter Grenzen beliebig klein und groß gemacht werden können und wobei die Kontaktierung elektrisch und materialtechnisch keine Schwierigkeiten bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Kabelsektoren, die beim Betrieb eine verhältnismäßig niedrige Temperatur annehmen, eine ungerade Anzahl miteinander in elektrischer Verbindung stehender abwechselnd im gleichen Wickelsinn 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 mindestens um zwei größer als die Anzahl von Schichten in den Sektoren ist, die beim Betrieb eine verhältnismäßig hohe Temperatur annehmen.

Unter »Heizdraht« ist in diesem Zusammenhang

«in elektrisch nichtisolierter Draht beliebiger Form und gegebenenfalls zusammengesetzter Bauart zu verstehen.

Bei Anwendung der Kabelkonstruktion nach der F.rfindung lassen sich auf einfache Weise, ohne daß außer dem Heizdraht noch andere Materialien verwendet werden, in der Längsrichtung des Kabels Sektoren mit sehr verschiedenen Widerstandswerten und somit sehr unterschiedlicher Wärmeentwicklung erhalten. Darüber hinaus erleichtert der Aufbau nach der [Erfindung die Kontaktierung.

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

Nach einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung liegen in den Sektoren des Kabels, die beim Betrieb eine verhältnismäßig niedrige Temperatur annehmen, drei I leizdrahtschichten aufeinander und ist i-i den Sektoren, die beim Betrieb eine verhältnismäßig hohe Temperatur annehmen, der Heizdraht in einer ein/igen Schicht gewickelt.

Hin derartiges Kabel 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 Widerstandsdraht geführt wird. Die Anzahl in einem bestimmten Sektor vorhandener Teilwiderslände bedingt auf diese Weise in Abhängigkeit von der Belastung die beim Betrieb in diesem Sektor erreichte Temperatur.

Der Heizd-aht kann in den unterschiedlichen Sekloren und in den aufeinanderlicgenden Schichten mit der gleichen oder mit verschiedener Steigung gewikkelt sein.

Auch kann innerhalb eines Sektors während des Wickelvorgangs 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 Kabelsekloren die beim Betrieb eine verhältnismäßig niedrige 'lempeiatur annehmen, drei Heizdrahtschichten aufeinanderliegen, 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 /-wischen 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 eine dritte Schicht mit kleiner Steigung gewickelt wird, wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen den unterschiedlichen Schichten hergestellt und die Anbringung, wenn gewünscht, von betriebssicheren Kontakten an diesen Teilen erleichtert. Naturgemäß kann der gewünschte Temperaturunterschied auch dadurch erhalten werden, daß meiir als drei Schichten mit gleicher kleiner Steigung aufeinander aufgewickelt werden. Die beschriebene bevorzugte Ausführungsform ergibt jedoch im Vergleich zu einer derartigen Bauart eine erhebliche Materialeinsparung.

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 eine zusammengesetzte Bauart aufweisen und z.B. aus Polynivylehlorid, Silikongummi, Nylon. Glasgarn, Asbestgarn, Polytetrafluoräthylen und Polyfluoräthylenpropylen 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 spezifisch:.!! Widerstandes (0.002 oder gröL' : pro Grad C) verwendet, wie z.B. Nickel oder Kupf.T. Dadurch wird nämlich der auftretende Temperaturunterschied bei einer gegebenen Bauart vergrößert, und bei einem vorgeschriebenen Temperaturunterschied ist eine geringeie Materialmenge genügend als bei Anwendung von Materialien mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten.

Die Außenumhüllung kann in Abhängigkeit von den beim Betrieb auftretenden Temperaturen au*, für diesen Zweck bekannten organischen oder anorganischen Materialien bestehen. Grundsätzlich lassen sich die gleichen Materialien verwenden, die auch für den Kern angewandt werden.

Das Kabel kann dadurch erhalten werden, daß der Kern, der im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, kontinuierlich in einer Richtung durch eine 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 de^r Kern wird wenn einige Schichten aufeinander aufgewickelt weiden müssen, hin und her bewegt. Der mit dem Widerstandsdraht bewickelte Kern wird anschließend mit einer Außenumhüllung vergehen, z. B. dadurch, daß Glas- oder Asbestfasern 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 ein m Kunststoffmantel versehen wird.

Der Außenmantel kann erwünschtenfalls auch aus einer Anzahl mit einer zentralen Öffnrng versehener Körper aus keramischem Material bestehen.

Da es günstig ist, die Sektoren verschiedener Temperatur auch e^rkennen 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 Außcnumhüllung Markierungen anzubringen. Bei dem umwickelten Kabel können die Sektoren mit verhältnismäßig 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 Apparaturen verwenden, in der örtlich Wärme erzeugt werden muß, während die zwischenlicgenden Teile der Ap-

paralur und die Anschlußpunktc keine oder nur eine etwas höhere Temperatur annehmen dürfen.

Kabel nach der Erfindung lassen sich z. B. in Lokkenwickelheizvorrichtungen 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.

Kabel nach der Erfindung lassen sich auch in Auftauungsvorrichtungen für Kühlschränke verwenden.

Die Erfindung wird nachstehend für zwei Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der die F i g. 1 und 2 in vergrößertem Maßstab die Ausführungsbeispiele zeigen.

Das Kabel enthält einen aus Glasfasern bestehenden Kern 1. Auf den Kern ist ein Heizdraht 2 aufgewickelt. In den Sektoren A, die teilweise dargestellt sind, ist der Heizdraht in einer einzigen Schicht gewickelt, wobei der Widerstand 30ß/m beträgt. Die Sektoren A erreichen bei Betrieb bei einer Belastung von 90 W/m eine Temperatur von etwa 400° C. In den Sektoren B, von denen in der Figur einer dargestellt ist, ist der Heizdraht in drei Schichten gewikkelt. In der ersten unmittelbar auf dem Kern liegenden Schicht ist der Heizdraht mit einer Steigung, die etwa 20mal größer als die Steigung in den Sektoren A (Drahtteile 3 und 4) 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 größeren 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/( (in der Figur nach rechts) gewickelt. Die Temperatur im Sektor B ist beim Betrieb etwa 50 C. Die Lange der Sektoren B ist gleich der der Sektoren/). Die elektrisch isolierende Umhüllung 8 des Kabels besteht in diesem Falle aus hcrumgeflochtencn Glasfasern mit einer Gesamtdecke von 0,5 mm.

Nach F i g. 2 besteht der Kern des Kabels aus einem zentralen Leiter 10, der mit einei aus Glasfaser bestehenden Umhüllung 11 versehen ist. Auf diesen Kern ist ein Heizdraht 12 aufgewickelt. In dem dargestellten Teil/1 des Kabels ist der Heizdraht in einer einzigen Schicht gewickelt. In dem Sektor B ist der Heizdraht in drei Schichten gewickelt (s. Fig. 1).

Das Kabel ist weiter mit einem Außenmantel 13 und zwei Endgliedern 14 und 15 versehen. Das Endglied 14 dient zum Verbinden des Heizdrahtes 12 mit dem z. B. aus Kupfer bestehenden zentralen Leiter 10. Zu diesem Zweck besteht das Endglied 14 aus einer Außenumhüllung 16 aus einem elektrisch isolierenden Material und einer Metallbuchse 17, die um den mit dem Heizdraht 12 versehenen Kern paßt; die Metallbuchse 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 riiii cinci inetälieneii Innenbüchse 20 versehen ist, die einen Kontaktstift 21 trägt. Das Endglied trägt außerdem 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrisches Widerstandserhitzungskabel, da* aus einem biegsamen Kern aus elektrisch isolierendem Material, einem sich ringsum d^;esen Kern über die ganze Länge des Kabels erstrekkenden schraubenlinienförmig gewickelten an seiner Oberfläche nicht isolierten Heizdraht und einem Mantel aus elektrisch isolierendem Malerial besteht, wobei das Kabel in mindestens zwei "jnippen sich in der Längsrichtung des Kabels erstreckender Sektoren geteilt ist, die abwechselnd anueoiJnet sind und die beim Betrieb des Kabels verschiedene Temperaturen annehmen, dadurch gekennzeichnet, daß in den KabelseV.u.ren (/J). die beim Betrieb eine verhältnismäßig iKv...juj Temper, lur annehmen, eine ungerade Anzahl miteinander in elektrischer Verbindung stehender abwechselnd im deichen Wikkelsinn λ ic der Heizdraht (2 bzw. 12) in den Sektore η (.-1) mit verhältnismäßig hoher 1 emperalur beim Betrieb und in entgegengesetztem Sinne schraubenlinienförmig gewickelter Heizdrahtschichten aufeinander auf dem Kern (1 bzw. 10 11) Heuen, wobei die Anzahl aufeinander angebrachter Schichten mindestens um zwei größer als die Anzahl von Schi*.'Ken in den Sektoren (.-!) ist. die beim Betrieb eine verhältnismäßig hohe Temperatur annehmen.

2. Elektrisches Widerstandserhitzungikabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht (2 bzw. 12) aus einem Material mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstandes besteht.

3. Elektrisches Widerstandserhiizungskabel nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß in den Kabelsektoren (ß), die beim Betrieb eine verhältnismäßig niedrige Temperatur annehmen, dici Heizdrahtschichten aufeinanderliegen, während in den Sektoren (A), die eine *° hohe Temperatur annehmen, der Heizdraht (2 bzw. 12) in einer einzigen Schicht gewickelt ist.

4. Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß in den Kabelsektoren (ß), die beim Betrieb eine verhältnismäßig niedrige Temperatur annehmen, drei Hei/drahtschiehten aufeinanderliegen, wobei die beiden ersten auf dem Kern (1 bzw. 10/11) liegenden Schichten mit größerer Steigung als die dritte Schicht gewickelt sind.

5. Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) aus Glasfasern und die isolierende Außenumhüllung (8) des Kabels aus um diesen Kern (1) herumgeflochtcncn oder — gesponnenen Glasfasern besteht.

6. Elektrisches Widerstandserhitzungskabel nach Anspruch 1.2 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10'U) aus einem zentralen sieh über die ganze Länge des Kabels erstreckenden elektrischen leiter (10) mit einer elektrisch isolierenden I 'mhiillunu (11) bestellt.

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n, m'u größerer Steigung gewickelt als in den en, die beim Betrieb eine verhältnismäßig hohe