DE1146991B

DE1146991B - Electric heating element

Info

Publication number: DE1146991B
Application number: DET16537A
Authority: DE
Inventors: Bernard Kwate
Original assignee: Therm O Lab Corp
Current assignee: Therm O Lab Corp
Priority date: 1959-04-13
Filing date: 1959-04-13
Publication date: 1963-04-11
Also published as: DE1146991C2

Description

Elektrisches Heizelement Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement, das in Form von feinen Metallteilchen auf einem auf der Oberfläche eines metallischen Grundbauteiles vorgesehenen Überzug aus glasartigem Email aufgebracht ist.Electrical heating element The invention relates to an electrical heating element, that in the form of fine metal particles on one on the surface of a metallic one Basic component provided coating of vitreous enamel is applied.

In allgemeiner Form betrifft die Erfindung Verbesserungen an Heizelementen und insbesondere eine Stoffschicht, die in Form eines Überzuges auf flache oder gekrümmte Oberflächen aufgetragen werden kann, wobei dieses Auftragen auf zahlreiche Metalle und Legierungen sowie Nichtmetalle wie Glas, Speckstein und feuerfeste Ziegel usw. erfolgen kann. Das erfindungsgemäße Heizelement kann grundsätzlich auf alle festen Stoffe aufgebracht werden, die eine hohe Wärmefestigkeit besitzen, wie etwa in dem Bereich von 300 bis 1000°. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Heizelement gegossen, gepreßt oder in anderer Weise in gewünschte Formen verformt werden.In general terms, the invention relates to improvements in heating elements and in particular a layer of fabric that is in the form of a cover on flat or Curved surfaces can be applied, this applying to numerous Metals and alloys as well as non-metals such as glass, soapstone and refractory bricks etc. can be done. The heating element according to the invention can in principle be applied to all solid substances are applied that have a high heat resistance, such as in the range of 300 to 1000 °. Furthermore, the heating element according to the invention cast, pressed or otherwise deformed into desired shapes.

Das Verfahren, dünne Metallfilme auf Oberflächen aus nichtmetallischen feuerfesten Stoffen, wie verglastes Töpfereigut, aufzubringen, ist seit vielen Jahren bekannt. Dieses Verfahren besteht gewöhnlich darin, kolloidale Teilchen eines Metalls wie Gold, Platin, Palladium usw. in einem geeigneten flüssigen Medium zusammen mit einem Flußmittel wie Wismutnitrat zu suspendieren und sodann ein derartiges Gemisch als einen Überzug auf einer nichtmetallischen und feuerfesten Oberfläche aufzutragen und die gesamte Anordnung sodann auf eine Temperatur von 540 bis 820° C zu erhitzen. Der sich ergebende metallische Überzug ist elektrisch leitend.The process of applying thin metal films to non-metallic surfaces Applying refractories, such as glazed pottery, has been around for many years known. This process usually consists of colloidal particles of a metal such as gold, platinum, palladium, etc. in a suitable liquid medium together with to suspend a flux such as bismuth nitrate and then such a mixture to be applied as a coating on a non-metallic and refractory surface and then heating the entire assembly to a temperature of 540 to 820 ° C. The resulting metallic coating is electrically conductive.

Seit einiger Zeit sind Kombinationen aus metallischen und keramischen Stoffen in Anwendung gekommen, die unter Anwendung hoher Temperaturen und Drücke gebildet werden und die hohe Reißfestigkeit der Metalle zusammen mit den feuerfesten Eigenschaften der keramischen Stoffe aufweisen. Diese Kombination findet z. B. in den Verbrennungskammern von Düsenmaschinen Anwendung. Weiterhin sind elektrisch leitende Teilchen, wie Silberteilchen, in eine Paste gebracht und sodann auf eine elektrisch nichtleitende Oberfläche oder Grundlage dergestalt aufgebracht worden, daß sich ein Schaltkreis für elektrische Stromkreise bildete. Dieses Verfahren ist unter dem Namen der gedruckten Schaltungen bekannt.For some time now, combinations of metallic and ceramic have been used Substances have come into use that are subject to high temperatures and pressures and the high tensile strength of the metals together with the refractory Have properties of the ceramic materials. This combination takes place e.g. Am the combustion chambers of jet engines. Furthermore are electric Conductive particles, such as silver particles, put into a paste and then onto a electrically non-conductive surface or base has been applied in such a way that a circuit for electrical circuits was formed. This procedure is known under the name of printed circuits.

Weiterhin besteht ein bekanntes Verfahren bezüglich elektrischer Heizelemente darin, daß feinverteilte Graphitteilchen vermittels einer keramischen Bindung zusammengehalten werden und diese Masse in Stäbe und Stangen verformt wird. Derartige Stäbe und Stangen werden sodann stark erhitzt, um eine Glasbildung der in der Masse enthaltenen keramischen Stoffe zu bewirken. Ein derartiges Produkt besteht aus einem elektrischen Widerstandselement und gibt bei dem Anlegen eines elektrischen Potentials Wärme ab.There is also a known method relating to electrical heating elements in that finely divided graphite particles held together by means of a ceramic bond and this mass is deformed into rods and rods. Such bars and rods are then strongly heated to a glass formation of the ceramic contained in the mass To effect substances. Such a product consists of an electrical resistance element and emits heat when an electrical potential is applied.

Es ist ferner bekannt, Metallglasuren, die z. B. Borsäure- oder Kieselsäure-Metall-Verbindungen enthalten, auf einer Isolierschicht anzubringen, die fest auf der Isolierschicht haftet und sich homogen in gewünschter Stärke auftragen lassen. Derartige Metallglasuren stimmen bei geeigneter Auswahl in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten mit demjenigen der Unterlage überein, müssen aber einer Umwandlung unterzogen werden, die die Glasur leitend macht, und zwar z. B. durch Einwirkung eines reduzierenden Mittels wie Wasserstoff.It is also known to use metal glazes which, for. B. boric acid or silica-metal compounds included, to be applied on an insulating layer that is firmly attached to the insulating layer adheres and can be applied homogeneously in the desired thickness. Such metal glazes agree with the one in terms of their thermal expansion coefficient if they are selected appropriately the base, but must undergo a transformation that the glaze makes conductive, namely z. B. by exposure to a reducing agent such as hydrogen.

Nach einem weiteren bekannten Verfahren wird mit Hilfe einer Schablone ein Metallniederschlag gewünschter Formgebung auf eine Emailschicht aufgedampft, um den Heizleiter zu bilden. Der Heizleiter wird dabei bei hohen Temperaturen eingebrannt und ist dann bis zu diesen Temperaturen verwendbar.According to another known method, a template is used a metal deposit of the desired shape vapor-deposited onto an enamel layer, to form the heating conductor. The heating conductor is burned in at high temperatures and can then be used up to these temperatures.

Erfindungsgemäß wird ein verbessertes Heizelement verwendet, das zu etwa gleichen Teilen aus einer aus Siliziumdioxyd, Bleioxyd, Borsäure, Natriumearbonat, Feldspat und Lithiumcarbonat zusammengesetzten, tiefschmelzenden Glasfritte, die denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie derjenige des Grundbauteils, und aus Metallteilchen, hauptsächlich aus Nickel, besteht, wobei die Schicht aus Glasfritte und Metallteilchen in einem verdampfbaren flüssigen Träger auf den Emailüberzug aufgebracht und anschließend durch Feuereinwirkung auf ihm befestigt ist.According to the invention, an improved heating element is used that to roughly equal parts of one of silicon dioxide, lead oxide, boric acid, sodium carbonate, Feldspar and lithium carbonate composite, low-melting glass frit that has the same coefficient of thermal expansion as that of the basic component, and consists of metal particles, mainly nickel, the layer being made of Glass frit and metal particles in a vaporizable liquid carrier on the enamel coating applied and then attached to it by exposure to fire is.

Das erfindungsgemäße Heizelement vereinigt die Vorteile bekannter Elemente, ohne dabei mit gewissen Mängeln behaftet zu sein.The heating element according to the invention combines the advantages of known ones Elements without being afflicted with certain defects.

Gegenüber der Heizleiterherstellung durch Aufdampfen von reinem Metall wird es erfindungsgemäß ermöglicht, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gemisches gut an denjenigen der jeweils verwendeten Unterlage anzupassen, so daß eine einwandfreie Haftung nicht nur bei der Betriebstemperatur, sondern unter allen Temperaturverhältnissen gewährleistet ist.Compared to the production of heating conductors by vapor deposition of pure metal it is made possible according to the invention, the coefficient of thermal expansion of the mixture to adapt well to that of the base used in each case, so that a flawless Adhesion not only at the operating temperature, but under all temperature conditions is guaranteed.

Eine derartige Anpassung ist zwar auch bei den obenerwähnten Metallglasuren möglich, jedoch ist im Gegensatz zu diesen keine Nachbehandlung erforderlich, um die Glasur leitend zu machen.Such an adaptation is also true for the above-mentioned metal glazes possible, but in contrast to these, no post-treatment is required to to make the glaze conductive.

Im Vergleich zu bekannten Verfahren, nach denen Kolloide von Edelmetallen verwendet werden, weist das erfindungsgemäße Heizelement auch den Vorteil auf, daß dasselbe in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden kann.Compared to known processes according to which colloids of precious metals are used, the heating element according to the invention also has the advantage that the same can be produced in an economical manner.

Die Zeichnung stellt einen vergrößerten Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Heizelementes dar.The drawing represents an enlarged partial section of an inventive Heating element.

Das erfindunggemäße elektrische Heizelement besteht im allgemeinen aus einer Glasschicht 10, die in feinverteilter Form oder fein zermahlen vorliegt und zwischen der feine Teilchen elektrisch leitender Stoffe vorgesehen sind, die auf eine glasartige Emailleschicht 11 auf einem Unterstück 12 aus Metall aufgetragen ist. Als Heizelement befindet sich das erfindungsgemäße Produkt im feuergefertigten Zustand auf der Oberfläche des metallischen Unterstückes 12. In ihrer ursprünglichen Mischform bestehen die Glasteilchen und die elektrisch leitenden Teilchen aus einer Suspension in einer verdampfbaren Flüssigkeit mit einer derartigen Konsistenz, daß die Masse auf die Unterlage aufgesprüht, aufgebürstet, mit Walzen aufgetragen, getaucht oder in anderer Weise aufgetragen werden kann.The inventive electrical heating element generally consists of a glass layer 10, which is in finely divided form or finely ground and between which fine particles of electrically conductive substances are provided, which is applied to a vitreous enamel layer 11 on a lower piece 12 made of metal. As a heating element, the product according to the invention is in the fire-finished state on the surface of the metallic lower piece 12. In their original mixed form, the glass particles and the electrically conductive particles consist of a suspension in a vaporizable liquid with a consistency such that the mass is sprayed onto the base, brushed, applied with rollers, dipped or otherwise applied.

Die Anteile von Glas zu elektrisch leitendem Stoff hängen größtenteils von der gewünschten Wärmeabstrahlung des Heizelementes sowie dem elektrischen Potential ab, mit dem die Wärmeabstrahlung erzielt werden soll.The proportions of glass to electrically conductive material depend largely the desired heat radiation of the heating element and the electrical potential with which the heat radiation is to be achieved.

Die oben angegebene flüssig-supendierte Masse wird, nachdem sie in einer der beschriebenen Arten einheitlich auf einer Unterlage aufgetragen worden ist und nachdem der flüssige Lösungsmittelträger verdampft worden ist, durch Feuereinwirkung auf eine Temperatur gebracht und bei dieser Temperatur so lange gehalten, daß das Glas und die elektrisch leitenden Teilchen in ein heterogenes und gleichermaßen verteiltes System sintern. Diese Sinterungsphase dient dazu, die Glasteilchen und die elektrisch leitenden Teilchen miteinander innig in Berührung zu bringen und ebenfalls eine innige Bindung oder Verschmelzung zwischen der Oberfläche der Unterlage und der gesinterten Stoffkombination zu bewirken. Die Art der Bindung zwischen den metallischen Teilchen ist die gleiche oder vergleichbar zu einer Bindung, die glasartiges Porzellanemaille mit Metall verbindet. In ähnlicher Weise weist die erfindungsgemäße Glasbindung die gleiche Natur auf wie eine Bindung zwischen einer nicht glasierten Tonware und einer Glasur oder ganz allgemein eines keramischen Stoffes in einer Glasur.The above-mentioned liquid-suspended mass, after being in one of the types described has been applied uniformly on a surface and after the liquid solvent carrier has been evaporated, by exposure to fire brought to a temperature and kept at this temperature for so long that the Glass and the electrically conductive particles into a heterogeneous and alike sintering distributed system. This sintering phase serves to remove the glass particles and to bring the electrically conductive particles into intimate contact with one another and also an intimate bond or fusion between the surface of the base and the sintered combination of substances. The nature of the bond between the metallic particle is the same or comparable to a bond that is vitreous Porcelain enamel connects with metal. In a similar way, the invention Glass bond has the same nature as a bond between an unglazed one Pottery and a glaze or, more generally, a ceramic material in one Glaze.

Es wurde gefunden, daß ein wirksames elektrisches Widerstandselement der oben beschriebenen Art dadurch gebildet werden kann, daß außer einem Glas niedrigen Schmelzpunktes Metallteilchen Anwendung finden, in denen man dem Nickel in geringem Prozentsatz Eisen zugemischt hat. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei Verwendung von 1 Teil Eisen auf 4 Teile Nickel erzielt, wobei jedoch die anteilmäßige Zusammensetzung erheblich schwanken kann. Die Teilchengröße kann zwischen 0,3 und 0,04 mm schwanken, wobei jedoch die durchschnittliche Teilchengröße vorzugsweise vorwiegend vorliegen soll.It has been found to be an effective electrical resistance element of the type described above can be formed in that, in addition to a glass, low Melting point metal particles are used, in which the nickel in low Percentage of iron mixed in. Satisfactory results have been obtained with use from 1 part of iron to 4 parts of nickel, but with the proportional composition can vary considerably. The particle size can vary between 0.3 and 0.04 mm, however, the average particle size is preferably predominant target.

Die oben angegebenen elektrisch leitenden Teilchen werden mit einer tiefschmelzenden Glasmasse kombiniert in Anwendung gebracht, wobei das Glas die folgenden Bestandteile anteilmäßig aufweist: Silikat (SiOE) . . . . . . . . . . . . . . . 5 bis 50% Bleioxyd (Pb0) . . . . . . . . . . . . . 35 bis 85 0/0 Boroxyd (B203) . . . . . . . . . . . . 10 bis 25 0/0 Natriumoxyd (Na20) . . . . . . . . 0 bis 15 0/0 Kaliumoxyd (K20) . . . . . . . . . . 0 bis 15 % Aluminiumoxyd (A1203) ..... 0 bis 10% Titandioxyd (Ti02) . . . . . . . . . 0 bis 10% Zirkondioxyd (ZrO2) . . . . . . . . 0 bis 10 % Lithiumoxyd (L40) . . . . . . . . . 0 bis 10 0/0 Calciumoxyd (Ca0) . . . . . . . . 0 bis 10% Bariumoxyd (Ba0) . . . . . . . . . 0 bis 100/0 Die Rohstoffe für die obigen Oxydbestandteile werden den leicht im Handel erhältlichen Gütegraden aus zermahlenem Silikat für das Siliziumdioxyd (SiOp); Bleiglätte für das Bleioxyd (Pb0), Borsäure (H.B0g) für das Boroxyd, Natriumcarbonat für das Natriumoxyd (Na20), Kaliumcarbonat (Pottasche) für das Kaliumoxyd (K20) und Feldspat oder Aluminiumhydroxyd für das Aluminiumoxyd (A1203) entnommen. Die letzten drei der oben angegebenen Oxyde stellen vorschlagsweise Oxyde dar, die aus der Gruppe der Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle ausgewählt werden können. Die obige Aufstellung stellt einen Vorschlag bezüglich der Bestandteile des Glasanteiles der erfindungsgemäßen Masse dar, wobei dieser Anteil in anderen üblichen Weisen erhalten werden kann. Um das erfindungsgemäß zur Anwendung kommend Glas herzustellen, wird der rohe Ansatz der Bestandteile gründlich vermischt, in einen Tiegel gebracht und auf eine Temperatur von 1000 bis 1050° C erhitzt, die eine gute Fließbarkeit der Flüssigkeit bewirkt. Diese Temperatur sollte so lange aufrechterhalten werden, bis die gesamte Gasentwicklung sowie Glasbewegung, die durch das Aufschäumen bewirkt wird, beendigt ist. Das flüssige Glas wird sodann abgekühlt, indem man es langsam in ein kaltes Wasserbad ergießt, so daß das Glas unter Bildung kleiner Teilchen zerspringt unter der starken Kühleinwirkung. Die Glasteilchen werden sodann getrocknet, um sie von der gesamten Feuchtigkeit zu befreien. Sie werden sodann in einer Porzellankugelmühle auf eine Teilchengröße von 0,3 bis 0,046 mm zerkleinert, wobei die Teilchen im wesentlichen mit einer Größe von 0,075 mm vorliegen.The electrically conductive particles specified above are combined with a low-melting glass mass, the glass having the following proportions: Silicate (SiOE). . . . . . . . . . . . . . . 5 to 50% Lead oxide (Pb0). . . . . . . . . . . . . 35 to 85 0/0 Boron oxide (B203). . . . . . . . . . . . 10 to 25 0/0 Sodium Oxide (Na20). . . . . . . . 0 to 15 0/0 Potassium Oxide (K20). . . . . . . . . . 0 to 15% Aluminum oxide (A1203) ..... 0 to 10% Titanium dioxide (Ti02). . . . . . . . . 0 to 10% Zirconia (ZrO2). . . . . . . . 0 to 10 % Lithium oxide (L40). . . . . . . . . 0 to 10 0/0 Calcium Oxide (Ca0). . . . . . . . 0 to 10% Barium oxide (Ba0). . . . . . . . . 0 to 100/0 The raw materials for the above oxide components are easily commercially available grades of milled silicate for silicon dioxide (SiOp); Black lead for the lead oxide (Pb0), boric acid (H.B0g) for the boron oxide, sodium carbonate for the sodium oxide (Na20), potassium carbonate (potash) for the potassium oxide (K20) and feldspar or aluminum hydroxide for the aluminum oxide (A1203). The last three of the above-mentioned oxides are proposed as oxides which can be selected from the group of alkali metals or alkaline earth metals. The above list represents a suggestion with regard to the constituents of the glass portion of the composition according to the invention, it being possible for this portion to be obtained in other conventional ways. In order to produce the glass used according to the invention, the raw batch of the constituents is thoroughly mixed, placed in a crucible and heated to a temperature of 1000 to 1050 ° C., which causes the liquid to flow well. This temperature should be maintained until all of the gas evolution and glass movement caused by the foaming has ceased. The liquid glass is then cooled by slowly pouring it into a cold water bath so that the glass shatters with the formation of small particles under the strong cooling effect. The glass particles are then dried to rid them of all moisture. They are then comminuted in a porcelain ball mill to a particle size of 0.3 to 0.046 mm, the particles being essentially 0.075 mm in size.

Es ist weiter oben angegeben worden, daß das Verhältnis von Glasteilchen zu den elektrisch leitenden Teilchen in Abhängigkeit von den zu erfüllenden Bedingungen abhängt. So kann z. B. eine Durchführungsform der Erfindung darauf abgestellt sein, rostfreie Stahlplatten oder Flußstahl zu verwenden, wobei bei einer anderen Durchführungsform die Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung notwendig ist. Da die Wärmeausdehnung zweier derartiger Metalle stark unterschiedlich ist, muß die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Heizmassenzusammensetzung entsprechend verändert werden, um diesen Bedingungen Rechnung zu tragen. Es können weiterhin andere Abänderungen bezüglich nichtmetallischer Unterlagen in Anwendung kommen.It has been stated above that the ratio of glass particles to the electrically conductive particles depending on the conditions to be met depends. So z. B. an embodiment of the invention should be aimed at stainless To use steel plates or mild steel, with one Another implementation form the use of aluminum or an aluminum alloy necessary is. Because the thermal expansion of two such metals is very different is, the composition of the heating mass composition according to the invention must correspond changed to take these conditions into account. It can continue other changes regarding non-metallic documents apply.

Um ein für die Anwendung auf Flußstahl geeignetes Heizelement in Vorschlag zu bringen, das einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie ein derartiger Flußstahl aufweist, kann das tiefschmelzende Glas die folgende Zusammensetzung besitzen: Glas A Silikat (SiOQ) ... . . . . . . . . . . . . . . . 11,261/0 Bleioxyd (Pb0) . . . . . . . . . . . . . . . . 67,21% Borsäure (H.B03) . . . . . . . . . . . . . 9,360/0 Natriumcarbonat (Na2C03) ..... 4,370/0 Feldspat (K20, A1203, 6 SiO2) ... 6,94% Lithiumcarbonat (Li2C03) ...... 0,86% 100,000/0 Element weist einen Widerstand von 0,096 Ohm/cm'= auf.In order to propose a heating element that is suitable for use on mild steel and has a similar coefficient of expansion as such a mild steel, the low-melting glass can have the following composition: Glass A Silicate (SiOQ) .... . . . . . . . . . . . . . . 11.261 / 0 Lead oxide (Pb0). . . . . . . . . . . . . . . . 67.21% Boric acid (H.B03). . . . . . . . . . . . . 9.360 / 0 Sodium carbonate (Na2C03) ..... 4,370 / 0 Feldspar (K20, A1203, 6 SiO2) ... 6.94% Lithium carbonate (Li2C03) ...... 0.86% 100,000 / 0 Element has a resistance of 0.096 ohm / cm '=.

Um ein für die Anwendung auf einer nichtmetallischen oder dielektrischen Grundlage, z. B. mit Glas gebundenem Glimmer geeignetes Heizelement in Vorschlag zu bringen, wobei die Unterlage die geringere Ausdehnung der gesamten Anordnung aufweist, kann das tiefschmelzende Glas aus 9 Teilen Glas A und 1 Teil Glas B sowie einer gleichen Menge an Nickelteilchen bestehen, wobei, wie weiter oben beschrieben, das Glas und das Nickel in Toluol suspendiert sind. Nach 15 Minuten Erhitzen auf 480° C, nachdem dieses Gemisch auf den mit Glas verbundenen Glimmer in einer Stärke von 0,127 mm aufgesprüht worden ist, besteht die sich ergebende Schicht aus einem elektrischen Heizelement, das einen Widerstand von 0,13 Ohm/cm2 aufweist.To get one for application on a non-metallic or dielectric Basis, e.g. B. with glass bound mica suitable heating element in proposal to bring, with the pad being the lesser extent of the entire arrangement has, the low-melting glass can consist of 9 parts of glass A and 1 part of glass B as well consist of an equal amount of nickel particles, where, as described above, the glass and nickel are suspended in toluene. After 15 minutes of heating up 480 ° C after this mixture on the glass-bonded mica in a strength of 0.127 mm has been sprayed, the resulting layer consists of one electrical heating element with a resistance of 0.13 ohm / cm2.

Es wurde als vorteilhaft festgestellt, die Wärmeausdehnung des Heizelementes dadurch zu verändern, daß man für das Boroxyd in der obigen Zusammensetzung Natriumoxyd und Kaliumoxyd in Anwendung bringt. Somit wird in denjenigen Fällen, bei denen eine starke Ausdehnung wünschenswert ist, eine große Alkalimenge vorzugsweise in Anwendung gebracht. In denjenigen Fällen, bei denen eine geringe Ausdehnung wünschenswert ist, werden diejenigen Oxyde in Anwendung gebracht, die einen geringen Alkaligehalt aufweisen sowie ein höherer Boroxydgehalt in Anwendung gebracht. Dies ist in den obigen Beispielen für die Zusammensetzung bezüglich der Bindung an Flußstahl, Aluminium oder Aluminiumlegierungen und an Glas gebundenen Glimmer (ein Beispiel für eine nichtmetallische Unterlage) aufgezeigt worden.The thermal expansion of the heating element was found to be advantageous to be changed by using sodium oxide for the boron oxide in the above composition and using potassium oxide. Thus, in those cases where one large expansion is desirable, a large amount of alkali preferably in use brought. In those cases where low expansion is desirable those oxides are used that have a low alkali content have as well as a higher boron oxide content brought into use. This is in the above examples of the composition relating to the bond to mild steel, aluminum or aluminum alloys and mica bonded to glass (an example of a non-metallic base).

Durch einen derartigen Austausch kann die Wärmeausdehnung des Heizelementes dergestalt verändert werden, daß eine mit der gewöhnlichen Wärmeausdehnung der Unterlage vergleichbare Ausdehnung erzielt werden kann. Die Möglichkeit, die Wärmeausdehnung zu verändern, bedingt ein ausgezeichnetes Anhaften des fertigen Heizelementes an der Unterlage innerhalb des gesamten Heizbereiches der erfindungsgemäßen Vorrichtung.Such an exchange can reduce the thermal expansion of the heating element be changed in such a way that one with the usual thermal expansion of the base comparable expansion can be achieved. The possibility of thermal expansion to change requires excellent adhesion of the finished heating element the base within the entire heating area of the device according to the invention.

Wenn der elektrische Widerstand des Heizelementes verändert werden soll, wurde gefunden, daß eine derartige Veränderung dadurch bewirkt werden kann, daß das Verhältnis der Metallteilchen zu dem Glas abgeändert wird. Ein größerer Widerstand kann dadurch erzielt werden, daß ein geringerer Anteil an elektrisch leitenden Teilchen in Anwendung kommt. Umgekehrt gilt entsprechendes.When the electrical resistance of the heating element is changed it has been found that such a change can be brought about by that the ratio of the metal particles to the glass is changed. A bigger one Resistance can be achieved by having a lower proportion of electrical conductive particles come into use. The same applies vice versa.

Bei der Entwicklung der erfindungsgemäßen elektrischen Widerstandsüberzüge wurde es als notwendig empfunden, wie bereits weiter oben angedeutet, das Heizelement elektrisch von der Unterlage zu isolieren für den Fall, daß die Unterlage merklich elektrisch leitend ist. Ein derartiger elektrisch isolierender Stoff sollte vorzugsweise sowohl mit der Unterlage als auch mit dem Heizelement verträglich sein. Diese Verträglichkeit schließt vorzugsweise die Charakteristiken bezüglich der Wärmeausdehnung des Heizelementes und der Unterlage, auf der das Element aufgebracht wird, ein. Weiterhin sollte eine derartige Isolation eine geeignete Zusammensetzung aufweisen, um gute Haftfestigkeit zu bewirken. Ein derartiger Isolationsstoff kann ein keramisches Porzellanemaille sein, das eines der vielen im Handel befindlichen Produkte sein kann, und das für die besonderen Zwecke der Weiterhin kommt feinverteiltes Nickel in dem Verhältnis von 1 Teil Glas A im zerkleinerten Zustand auf 1 Teil Nickel unter Verwendung eines gleichen Gewichtsteiles eines aromatischen Lösungsmittels, wie Toluol, in Anwendung.In developing the electrical resistance coatings of the invention it was felt to be necessary, as already indicated above, the heating element electrically isolate from the base in the event that the base is noticeable is electrically conductive. Such an electrically insulating material should preferably be compatible with both the pad and the heating element. This compatibility preferably includes the thermal expansion characteristics of the heating element and the substrate on which the element is applied. Furthermore, a Such insulation must have a suitable composition in order to have good adhesive strength to effect. Such an insulation material can be a ceramic porcelain enamel that can be one of the many products on the market, and that for Furthermore, finely divided nickel comes in the ratio from 1 part glass A in the crushed state to 1 part nickel using a equal part by weight of an aromatic solvent, such as toluene, in use.

Der Flußstahl wird zunächst mit einer im Handel befindlichen Glasemaille überzogen und die obige Lösung sodann auf diesen nichtleitenden überzug in der gewünschten Stärke, etwa 0,127 mm, aufgesprüht. Die gesamte Anordnung wird sodann etwa 15 Minuten auf 480° C erhitzt. Das sich ergebende Heizelement besitzt sodann einen elektrischen Widerstand von 0,047 Ohm/cm2 und bleibt mit der Unterlage fest verbunden, da die Ausdehnungseigenschaften beider ähnlich sind.The mild steel is initially covered with a commercially available glass enamel coated and the above solution then on this non-conductive coating in the desired Thickness, about 0.127 mm, sprayed on. The entire arrangement will then take about 15 minutes heated to 480 ° C. The resulting heating element then has an electrical one Resistance of 0.047 Ohm / cm2 and remains firmly connected to the base as the Expansion properties of both are similar.

Um ein für die Auftragung auf Aluminium und Aluminiumlegierungen geeignetes Heizelement in Vorschlag zu Bingen, das ähnliche Ausdehnungseigenschaften wie dieses Metall aufweist, kann das tiefschmelzende Glas aus 7 Teilen Glas A, wie oben angegeben, und 3 Teilen Glas B der folgenden Zusammensetzung bestehen: Glas B Bleioxyd (Pb0) . . . . . . . . . . . . . . . . 28,15% Silikat (Si02) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25,560/0 Lithiumcarbonat (Li2c03) ...... 5,36% Natriumcarbonat (Na2C03) ..... 15,700/0 Titandioxyd (Ti02) . . . . . . . . . . . . 8,900/0 Zirkonsilikat (ZrSi04) . . . . . . . . . . 1,610/0 Kaliumnitrat (KN03) . . . . . . . . . . 14,72% 100,000/0 In dem angezeigten Anteil werden zu 10 Teilen der Gläser A und B eine gleiche Nickelmenge hinzugegeben und die gesamte Masse, wie weiter oben beschrieben, in einem Lösungsmittel, wie Toluol, suspendiert. Nachdem diese Lösung auf einen überzug aus Glasemaille in einer Stärke von 0,127 aufgesprüht worden ist, wird die gesamte Anordnung 15 Minuten auf 480° C erhitzt. Das sich ergebende Emaillierung vorgesehen ist. Im Gegensatz zu den allgemeinen Bedingungen bezüglich der Porzellanemaillierung muß die vorliegende Unterlage bezüglich ihrer Anwendung so ausgewählt sein, daß gute dielektrische Werte vorgesehen sind und zwischen dem Heizelement und der Unterlage eine entsprechende elektrische Isolationsschicht erhalten wird, wenn die Unterlage elektrisch leitend ist.In order to propose a heating element suitable for application to aluminum and aluminum alloys, which has similar expansion properties as this metal, the low-melting glass can consist of 7 parts of glass A, as indicated above, and 3 parts of glass B of the following composition: Glass B Lead oxide (Pb0). . . . . . . . . . . . . . . . 28.15% Silicate (Si02). . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.560 / 0 Lithium carbonate (Li2c03) ...... 5.36% Sodium carbonate (Na2C03) ..... 15,700 / 0 Titanium dioxide (Ti02). . . . . . . . . . . . 8,900 / 0 Zirconium silicate (ZrSi04). . . . . . . . . . 1.610 / 0 Potassium Nitrate (KN03). . . . . . . . . . 14.72% 100,000 / 0 In the indicated proportion, an equal amount of nickel is added to 10 parts of glasses A and B and the entire mass, as described above, is suspended in a solvent such as toluene. After this solution has been sprayed onto a coating of glass enamel at a thickness of 0.127, the entire arrangement is heated to 480 ° C. for 15 minutes. The resulting enamelling is provided. In contrast to the general conditions relating to porcelain enamelling, the present substrate must be selected with regard to its application in such a way that good dielectric values are provided and a corresponding electrical insulation layer is obtained between the heating element and the substrate if the substrate is electrically conductive.

Das erfindungsgemäße Heizelelement besteht aus keramischen und elektrisch leitenden Teilchen, die durch Sintern miteinander verbunden sind unter Bildung eines elektrischen Widerstandsheizelementes. Auf Grund der Sinterbindung erscheint das Heizelement bei mikroskopischer Betrachtung ziemlich porös. Obgleich das Material im allgemeinen nicht auf biegsame Gegenstände aufgebracht wird, zeigt ein gesintertes Heizelement doch eine gewisse Biegsamkeit und kann somit Anwendung finden in Fällen, bei denen eine begrenzte Biegsamkeit möglich ist.The heating element according to the invention consists of ceramic and electrical conductive particles bonded together by sintering to form a electrical resistance heating element. This appears due to the sintered bond Heating element quite porous when viewed microscopically. Although the material is generally not applied to flexible objects, shows a sintered one Heating element has a certain flexibility and can therefore be used in cases where a limited flexibility is possible.

Es ist weiterhin ein besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Heizelemente, in denen sich diese von anderen elektrischen Heizelementen im allgemeinen unterscheiden, daß die erfindungsgemäßen Elemente so vorgesehen werden können, daß sie einen stark positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich des Widerstandes aufweisen oder aber daß sie durch Veränderung der elektrisch leitenden Teilchen vermittels Auswahl aus der angegebenen Aufzählung und Kombination derartig elektrisch leitender Teilchen einen geringeren positiven Widerstandskoeffizienten besitzen. In jedem Falle ist das erfindungsgemäße Heizelement bezüglich seines Temperaturkoeffizienten des Widerstandes positiv.It is also a special feature of the heating elements according to the invention, in which these differ from other electrical heating elements in general, that the elements of the invention can be provided so that they are strong have positive temperature coefficients with respect to the resistance or else that they are made by changing the electrically conductive particles by means of selection the specified list and combination of such electrically conductive particles have a lower positive coefficient of resistance. In any case it is the heating element according to the invention with regard to its temperature coefficient of resistance positive.

So wird z. B. der Widerstand eines erfindungsgemäßen Heizelementes, das in entsprechenden Anteilen keramische Stoffe und Nickel enthält, unter Bildung eines entsprechenden Widerstandes in Abhängigkeit von der Raumtemperatur um etwa 211/o für 6° C erhöht oder verringert. So wird z. B. ein Heizelement, das für 1,6 Watt/cm2 bei 21° C vorgesehen ist, seinen Widerstand bei Temperaturerhöhung erhöhen (Abnahme der Wattzahl). In dem Fall, bei dem das Heizelement bei außerordentlich tiefen Temp; raturen benutzt wird, besitzt dasselbe eine höhere Wattzahl proportional unter 21° C. Dieses besondere Merkmal bedingt einen zusätzlichen, im erfindungsgemäßen Heizelement beinhalteten günstigen Faktor, wodurch bei tiefen Temperaturen eine zusätzliche Erwärmung bedingt wird, wobei diese zusätzliche Wärmeleistung gerade bei tiefen Temperaturen notwendig ist. Bei ansteigenden Temperaturen werden sodann geringere Energiemengen zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung benötigt. In einigen Fällen ist es möglich, ein thermostatisch gesteuertes Heizelement zu erstellen, ohne daß die Anwendung eines Thermostaten notwendig ist.So z. B. the resistance of a heating element according to the invention, which contains ceramic substances and nickel in appropriate proportions, with formation a corresponding resistance depending on the room temperature by about 211 / o for 6 ° C increased or decreased. So z. B. a heating element suitable for 1.6 Watt / cm2 at 21 ° C is intended to increase its resistance when the temperature increases (Decrease in wattage). In the case where the heating element is extremely deep temp; temperature is used, it has a higher wattage proportionally below 21 ° C. This special feature requires an additional one in the invention Heating element included favorable factor, which makes a low temperature additional heating is required, with this additional heat output straight is necessary at low temperatures. If the temperature rises, then smaller amounts of energy are required to operate the device according to the invention. In some cases it is possible to use a thermostatically controlled heating element without the use of a thermostat is necessary.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical heating element which is applied in the form of fine metal particles to a coating of vitreous enamel provided on the surface of a metallic base component, characterized in that the heating element (10) is made up of approximately equal parts from one of silicon dioxide, lead oxide, boric acid , Sodium carbonate, feldspar and lithium carbonate composed of low-melting glass frit, which has the same coefficient of thermal expansion as that of the basic component (12) and consists of metal particles, mainly nickel, the layer of glass frit and metal particles in a vaporizable liquid carrier on the enamel coating (11) applied and then attached to it by exposure to fire.

2. Electrical heating element according to claim 1, characterized in that that the predominantly nickel-based particles consist of large proportions of nickel and relatively small amounts of iron.

3. Electrical heating element according to claim 1, characterized in that the glass frit consists of 7 to 9 parts of each lithium dioxide, lead oxide, boric acid, sodium carbonate, feldspar and lithium carbonate and 3 parts of each lead oxide, silicon dioxide, lithium carbonate, sodium carbonate, titanium dioxide, zirconium silicate and potassium nitrate is composed.

4. Electrical heating element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that; that the basic component (12) is made of mild steel, aluminum or aluminum alloy. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 878 395, 882 445, 965859.