CH696614A5

CH696614A5 - Metodo per la produzione di resistenze di classe 2 con PTC e resistenze così prodotte.

Info

Publication number: CH696614A5
Application number: CH00022/02A
Authority: CH
Inventors: Alberto Nicoli
Original assignee: Ht S P A
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2007-08-15
Also published as: EP1326481A2; DE60202586D1; BR8200046U; DE60202586T2; ES2234979T3; ATE287194T1; EP1326481B1; DE60202586T8; EP1326481A3

Description


  [0001] La presente invenzione propone un metodo per la produzione di resistenze di classe 2 con PTC (Positiv Temperature Coefficient) secondo la rivendicazione 1 nel quale:
- si dispone all'interno di un tubo un doppio strato di un materiale isolante, in particolare polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilenepiromellitimide)) o politetrafluoroetilene (PTFE);
- si inserisce nel tubo un elemento riscaldante costituito da uno o più elementi PTC serrati fra una coppia di diffusori, centrando il complesso per mezzo di anelli centratori;
- si riempie lo spazio attorno all'elemento riscaldante di materiale isolante polverizzato, in particolare ossido di magnesio;
- si compatta detto materiale isolante;

  
e in cui le dimensioni dei granuli di ossido di magnesio sono inferiori a 200 Microm, e preferibilmente la dimensione media dei granuli è di circa 40 Microm.

[0002] Si ottengono in questo modo delle resistenze nelle quali non è più necessario prevedere dispositivi di controllo e/o sicurezza quali termostati e/o termofusibili, rimanendo comunque assicurato il necessario isolamento.

[0003] In particolare il ricorso ad ossido di magnesio avente la granulometria indicata permette di compattare l'isolante all'interno del tubo che contiene gli elementi PTC senza intaccare il rivestimento esterno in polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide)).

[0004] L'invenzione riguarda anche le resistenze secondo la rivendicazione 6 ottenute con detto metodo.

   Generalmente per la produzione di resistenze di classe 2 (resistenze che devono avere un doppio isolamento) si ricorre all'uso di materiali isolanti, quali l'ossido di magnesio in granuli, in unione ad un secondo materiale, costituito generalmente da un doppio giro di ploimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide)) o politetrafluoroetilene (PTFE)

  .

[0005] Un primo tipo di resistenze di questa categoria comprende una spirale di filo resistivo inserita all'interno di un contenitore tubolare generalmente metallico riempito con ossido di magnesio in polvere.
Questo tubo viene poi inserito all'interno di un secondo tubo di diametro maggiore e l'intercapedine viene anch'essa riempita con ossido di magnesio che viene successivamente pressato e compattato.

[0006] Questo tipo di resistenze ha un diametro che per alcune applicazioni è ritenuto eccessivo.
Un secondo tipo di resistenze prevede sempre di collocare la spirale di filo resistivo all'interno di un tubo che viene riempito con ossido di magnesio in polvere e quindi di rivestire questo tubo con un doppio strato di polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide)) o politetrafluoroetilene (PTFE) per inserirlo poi in un secondo tubo,

   che costituisce l'involucro esterno.
Questo secondo tipo di costruzione permette di ottenere resistenze con diametri minori.
In epoca recente sono state proposte resistenze di classe 2 nelle quali l'elemento riscaldante è costituito da uno o più elementi PTC. Questi elementi presentano il notevole vantaggio di non necessitare di dispositivi di controllo e/o sicurezza quali termostati e/o termofusibili anche se presentano comunque tutti i problemi sopra accennati, in relazione alla necessità di realizzare un doppio isolamento.

[0007] Una prima soluzione a questo problema è descritta nel brevetto tedesco No.

   DE 19 737 241, che riguarda una resistenza comprendente uno o più elementi PTC serrati fra una coppia di elementi diffusori del calore, con un primo strato di materiale isolante costituito da una pluralità di anelli in materiale a base di ossido di magnesio e gomma silicone, che vengono inseriti sul pacchetto costituito dai PTC e relativi diffusori ed un secondo strato di isolante costituito da un doppio foglio di polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide)) avvolto attorno a questi anelli.
Il tutto viene poi inserito all'interno di un comune contenitore costituito da un tubo metallico e quindi compattato.

[0008] Questa soluzione presenta diversi vantaggi rispetto allo stato della tecnica anteriore,

   poiché oltre a non necessitare dei dispositivi di controllo della temperatura risulta anche di dimensioni più contenute rispetto alle resistenze note.

[0009] Rimane però l'inconveniente di una certa laboriosità del processo di produzione, poiché occorre realizzare preventivamente gli anelli isolanti in un materiale a base di gomma siliconica e ossido di magnesio, per cui anche questa soluzione risulta ulteriormente perfettibile.
In effetti sarebbe utile poter realizzare una resistenza di classe 2 con gli elementi riscaldanti PTC utilizzando, come materiali isolanti, il comune ossido di magnesio ed il polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilenepiromellitimide)) o politetrafluoretilene (PTFE).
Sono stati fatti esperimenti in questo senso, che però hanno fornito risultati alquanto deludenti poiché durante la fase di compattazione dell'ossido di magnesio,

   che viene effettuata generalmente per martellatura, i granuli foravano lo strato di polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilenepiromellitimide)), vanificando cos Å le proprietà isolanti di questo materiale.

[0010] Per trovare una soluzione a questo problema la richiedente ha effettuato numerose sperimentazioni, variando tutti i parametri che possono influire sul risultato finale ed intervenendo, in particolare, sulla granulometria dell'ossido di magnesio.
Tutte le resistenze prodotte fino ad oggi, infatti, fanno uso di ossido di magnesio nel quale la dimensione media dei grani è di circa 180 um e la frazione avente dimensioni inferiori a 45 um è pari a circa il 6% del totale.

   La quantità di componente fine viene limitata appositamente, poiché rende più difficoltosa la riempitura dell'elemento, per cui la tendenza generale e comune a tutti i produttori é quella di utilizzare ossido di magnesio con granuli di una certa dimensione.

[0011] Ad esempio esemplificativo si riportano, nelle seguenti tabelle A e B, due esempi di granulometria tipica utilizzata a questo scopo.

[0012] 
<tb>Tabella A<sep>Tabella B


  <tb>>500 Microm........0,0%<sep>>500 Microm.........0,0%


  <tb>425- 500 Microm.......0,0%<sep>>425 Microm.......<0,1%


  <tb>250-425 Microm.......31,4%<sep>425-355 Microm......4%


  <tb>180-250 Microm.......18,3%<sep>355-250 Microm.......24%


  <tb>100-180 Microm.......26,2%<sep>250-180 Microm.......20%


  <tb>75-100 Microm.......8,9%<sep>180-106 Microm.......24%


  <tb>45-75 Microm....... 9,0%<sep>106-75 Microm.......13%


  <tb>< -45 pm........6,3%<sep>75-450 Microm .......10%


  <tb><sep><45 Microm........5%

[0013] La richiedente, come accennato in precedenza, ha ipotizzato che intervenendo opportunamente sulla granulometria potesse essere possibile ottenere risultati soddisfacenti senza incorrere negli inconvenienti che avevano portato in precedenza ad abbandonare questa strada. Le sperimentazioni effettuate hanno confermato l'esattezza di questa ipotesi, ed hanno portato allo sviluppo del seguente metodo, che verrà ora illustrato con riferimento alle figure allegate in cui:
<tb>la fig. 1<sep>illustra la sezione lungo l'asse di una resistenza secondo l'invenzione;


  <tb>la fig. 2<sep>è la sezione della resistenza di fig. 1, secondo una direzione ortogonale alba precedente.

[0014] Conformemente con l'invenzione, per la produzione di una resistenza di classe 2 con elementi riscaldanti costituiti da PTC, si procede come segue.

[0015] Si inserisce all'interno di un tubo (1), che costituisce l'involucro esterno della resistenza, uno strato di materiale isolante (2) costituito da alcuni giri di polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide)) o politetrafluoroetilene (PTFE), avvolti a spirale ed infilati nel tubo in modo da ottenere, sulla superficie interna di quest'ultimo, almeno due gin completi di materiale isolante.
Si inseriscono poi nel tubo uno o più elementi centratori (3) costituiti ad esempio da anelli in politetrafluoroetilene (PTFE),

   gomma siliconica o altro materiale in grado di resistere alle temperature sviluppate dalla resistenza e quindi si infila l'elemento riscaldante, costituito da uno o più elementi PTC (4) serrati fra una coppia di diffusori (5), ad esempio in alluminio.
Questi diffusori avranno preferibilmente la forma, in sezione, di un settore circolare il cui raggio di curvatura corrisponde al raggio della superficie interna degli elementi centratori.

[0016] Preferibilmente i diffusori avranno le estremità sagomate in modo da definire coppie di bordi longitudinali sporgenti, indicati con (7) in fig.

   2, i quali consentono un montaggio più sicuro degli elementi PTC, impedendo che queste possano fuoriuscire in tutto o in parte dai diffusori stessi ed assicurando cosi un contatto elettrico ottimale.

[0017] Questi elementi centratori avranno la superficie interna anulare mentre la superficie esterna sarà preferibilmente poligonale, ad esempio esagonale, per consentire un più facile passaggio della polvere di ossido di magnesio che viene introdotta successivamente per realizzare lo strato di isolante primario indicato con (6) nelle figure.

[0018] Una volta che l'elemento rfscaldante é collocato nel tubo, si procede perciò ad immettere l'ossido di magnesio finemente triturato, che andrà a riempire tutti gli spazi disponibili attorno all'elemento riscaldante, per realizzare l'isolamento primario.

[0019] Conformemente con una caratteristica dell'invenzione,

   questo ossido di magnesio ha una dimensione media dei granuli di circa 40 Microm, ed è esente da granuli aventi dimensioni maggiori di 200 Microm, preferibilmente esente da granuli aventi dimensioni maggiori di 192 Microm.
Nella tabella riportata qui di seguito e indicata la granulometria che, in seguito alle sperimentazioni effettuate dalla richiedente, ha fornito risultati
<tb><sep><sep>100% < 192 Microm


  <tb><sep>96 Microm<sep><7,4% < 92 Microm


  <tb><sep>48 Microm<sep><28,7% < 96 Microm


  <tb><sep>12 Microm<sep><55,8% < 48 Microm


  <tb><sep><sep>8,1% < 12 Microm

[0020] Una volta riempito l'interno della resistenza con l'ossido di magnesio si provvede a compattarlo, ad esempio per martellatura, dopo di che si può chiudere il tubo e la resistenza è pronta.

[0021] Adottando l'ossido di magnesio con la granulometria indicata si è potuto constatare che le successive operazioni di compattazione e pressatura dei granuli non causano alcun danno al rivestimento esterno in polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide)) o politetrafluoroetilene (PTFE), che mantiene cosi la sua integrità.

[0022] Si ottiene, in questo modo, una resistenza di classe 2 con PTC, di dimensioni compatte e che risulta piuttosto economica da produrne, dal momento che nella realizzazione si può fare uso di materiali di basso costo, già da tempo noti e utilizzati nel settore specifico.

   Un esperto del ramo potrà poi prevedere diverse modifiche e varianti, che dovranno però ritenersi tutte comprese nell'ambito del presente trovato, definito nelle rivendicazioni indipendenti.

Claims

1. Metodo per la produzione di resistenze di classe 2 con PTC, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi: - inserimento, all'interno di un tubo (1) che costituisce il contenitore della resistenza, di almeno due strati di materiale isolante (2) in corrispondenza della superficie interna di detto tubo (1); - inserimento di un elemento riscaldante costituito da uno o più elementi PTC (4) serrati fra una coppia di diffusori (5) all'interno di detto tubo (1), previa disposizione di uno o più elementi centratori (3); - riempimento degli spazi (6) compresi fra detto elemento riscaldante e detto strato isolante (2) con ossido di magnesio polverizzato; - compattazione di detto ossido di magnesio; in cui le dimensioni dei granuli dell'ossido di magnesio sono inferiori a 200 Microm.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che almeno il 50% dell'ossido di magnesio ha dei granuli di dimensioni inferiori a 48 Microm.

3. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i granuli dell'ossido di magnesio hanno dimensioni inferiori a 192 Microm.

4. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i granuli di magnesio hanno dimensioni medie comprese fra 30 Microm e 50 Microm, in particolare di 40 Microm.

5. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'ossido di magnesio ha la seguente granulometria: <tb><sep><sep>100% < 192 Microm

<tb><sep>96 Microm<sep> <7,4% < 92 Microm

<tb><sep>48 Microm<sep> <28,7% < 96 Microm

<tb><sep>12 Microm<sep> <55,8% < 48 Microm

<tb><sep><sep>8,1% < 12 Microm

6. Resistenze di classe 2 con PTC caratterizzate dal fatto di prevedere: - un elemento riscaldante costituito da uno o più elementi PTC (4) serrati fra una coppia di diffusori (5); - un contenitore tubolare (1) per detto elemento riscaldante; - uno strato isolante (2) in polimero poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide applicato alla parete interna di detto tubo (1); - uno strato isolante (6) in ossido di magnesio avente granuli di dimensioni inferiori a 200 Microm, fra detto elemento riscaldante e detto strato isolante (2) in polimero-poliimide (poli(4,4 ¾-ossidifenilene-piromellitimide).

7. Resistenza secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto di prevedere, per mantenere posizionato l'elemento riscaldante, uno o più centratori (3) costituiti da elementi anulari, detti elementi centratori (3) permettendo il passaggio ai granuli di ossido di magnesio e adessi di fluire lungo tutto il contenitore tubolare (1).

8. Resistenza secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detti diffusori (5) hanno le estremità (7) sagomate in modo da definire coppie di bordi longitudinali sporgenti, atti a trattenere in loco gli elementi PTC, impedendo che queste possano fuoriuscire in tutto o in parte dai diffusori (5) stessi.

9. Resistenza secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto ossido di magnesio presenta la seguente granulometria: <tb><sep><sep>100% < 192 Microm

<tb><sep>96 Microm<sep>< 7,4 % < 92 Microm

<tb><sep>48 Microm<sep>< 28,7 % < 96 Microm

<tb><sep>12 Microm<sep>< 55,8 % < 48 Microm

<tb><sep><sep>8,1 % < 12 Microm