Спосіб виготовлення електронагрівального елемента

Реферат: UA 67921 U UA 67921 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електротермії, а саме, стосується способів виготовлення електричних нагрівальних елементів, що використовуються у конструкціях побутових обігрівачів приміщень, нагрівальних камер, технологічних пристроїв для теплової обробки матеріалів і речовин та будь-яких інших термічних пристроїв побутового й промислового призначення для нагріву середовища. Відомий спосіб виготовлення плоского електронагрівального елемента, який передбачає приєднання до пластини діелектрика листа електропровідного еластичного матеріалу шляхом виконання на останньому пар паралельних розтинів, що починаються з протилежних сторін електропровідного листа та утворюють суміжні, послідовно з'єднані своїми кінцями стрічки, при цьому вказаний лист монтують із забезпеченням розташування суміжних стрічок кожної пари на 6 протилежних поверхнях пластини діелектрика [див. патент України № 25442 (U) з класу МПК Н05В3/22, опублікований 10.08.2007 року у Бюл. № 12]. Недоліком відомого способу виготовлення електронагрівального елемента є його складність, яка зумовлена необхідністю застосування технологій розтину тонколистових матеріалів, а також обмеженість застосування, що пояснюється можливістю реалізації лише при виготовленні стрічкових електронагрівальних елементів. Відомий також спосіб виготовлення зигзагоподібного електронагрівального елемента, при якому формують заготовку з дроту у вигляді циліндричної спіралі, після чого зварюють сусідні витки заготовки у шаховому порядку і розрізають її вздовж у зоні зварних швів [див. а.с. СРСР 5 № 1736011 (Α1) з класу Μ. Кл. Н05В3/42, опубліковане 23.05.1992 року у Бюл. № 19]. Недоліком відомого способу є технологічна складність його здійснення, значні трудові витрати на операцію зварювання та застосування для нього додаткового енергоємного обладнання, а також відсутність етапу ізолювання дроту, що суттєво звужує сферу застосування готових виробів. Найбільш близьким за своєю суттю та ефектом, що досягається, і який приймається за найближчий аналог, є спосіб виготовлення електронагрівального елемента, що полягає у нанесенні резистивного дротового елемента на електроізоляційну основу з наступним його покриттям шаром електроізоляційного матеріалу, при цьому нанесення резистивного дротового елемента на електроізоляційну основу виконують шляхом її прошивання, а резистивний дротовий елемент попередньо покривають шаром антиадгезійного матеріалу з низьким 6 коефіцієнтом тертя [див. заявку Російської Федерації № 94039313 (А1) з класу МПК Н05В3/28, опубліковану 20.07.1996 року]. Основний недолік відомого способу виготовлення електронагрівального елемента полягає в недосконалості операції нанесення електропровідного елемента (дроту) на ізоляційну основу, який виконується шляхом багатократного наскрізного прошивання дротом основи. Зрозуміло, що під час здійснення відомого способу використовують, як правило, текстильну ізоляційну основу, адже іншу основу, наприклад, із суцільного пластика дротом не проткнеш - основу треба засвердлювати. Зважаючи на це, даний спосіб має вузьку сферу застосування, оскільки може бути реалізований при виготовленні електронагрівальних елементів лише для обмеженої групи нагрівальних пристроїв - тільки таких, що мають тканинну основу, зокрема, різних килимків, медичних поясів тощо. Наступний суттєвий недолік тісно пов'язаний із попереднім і полягає у відсутності можливості технологічно забезпечувати високі робочі температури виготовлених таким способом електронагрівальних елементів. Окрім вище перелічених факторів, це спричинено також наявністю операції покриття резистивного дроту шаром антиадгезійного матеріалу з низьким коефіцієнтом тертя. Як зазначено у описі відомого способу, манганіновий або константановий дріт покривають шовковим чи лавсановим обплетенням або ж фторопластовою емульсією. Зрозуміло, що допустимі робочі температури подібного покриття є занадто низькими для електронагрівальних елементів більшості побутових нагрівальних приладів (наприклад, тих, що використовуються для опалення приміщень, нагрівання води тощо), не кажучи вже про устаткування промислового призначення. Ще одним недоліком відомого способу виготовлення електронагрівального елемента є його складність. Даний недолік полягає у тому, що ізоляційне покриття (поліетиленова плівка) наноситься з обох боків електронагрівального елемента і запресовується по режиму ствердіння ізоляційного матеріалу. Такий метод ізоляції сприяє підвищенню трудових і матеріальних витрат при здійсненні вказаного способу, вимагає залучення пресового устаткування, а також погіршує тепловіддачу виготовлених за його допомогою електронагрівальних елементів (за рахунок збільшення загальної товщини виробів). 1 UA 67921 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В основу корисної моделі поставлено задачу розширення сфери використання й ефективності способу виготовлення електронагрівальних елементів з одночасним його спрощенням за рахунок можливості застосування продуктивної і маловитратної технології з використанням доступних матеріалів, а також підвищення допустимої робочої температури нагріву отриманих цим способом виробів шляхом внесення відповідних технологічних змін у процес формування та збирання електронагрівального елемента у єдину конструкцію та додаткових окремих вдосконалень. Рішення поставленої задачі досягається тим, що у способі виготовлення електронагрівального елемента, який полягає у нанесенні резистивного дротового елемента на електроізоляційну основу з наступним його покриттям шаром електроізоляційного матеріалу, згідно пропозиції, резистивний дротовий елемент закріплюють на поверхні гнучкої електроізоляційної основи шаром будь-якої відомої термостійкої клейкої речовини чи матеріалу, наприклад термостійкого силіконового композиту. У іншому варіанті здійснення запропонованого способу, резистивний дротовий елемент приєднують до вказаної електроізоляційної основи взагалі механічним способом, наприклад скобами за допомогою степлера. Крім того, до електронагрівального елемента будь-яким відомим механічним способом, що обумовлює надійний електричний контакт, може бути приєднаний терморегулятор будь-якої відомої конструкції, наприклад, електроконтактне теплове реле. Запропонований спосіб виготовлення електронагрівального елемента передбачає операцію закріплення резистивного дротового елемента, накладеного на електроізоляційну основу (наприклад, зі склотканини, яка широко використовується у виробництві електронагрівальних пристроїв), безпосередньо шаром термостійкої клейкої речовини (наприклад, силіконовим композитом, який поширено використовується у виробництві електронагрівальних пристроїв). Запропоноване покриття дроту із термостійкого матеріалу чи речовини виконує ізоляційну функцію і одночасно служить надійним з'єднувальним компонентом для складових частин електронагрівального елемента. Якщо електроізоляційна основа має великі розміри, а дротовий елемент - велику товщину і значну вагу, то перед нанесенням силіконового покриття їх додатково з'єднують між собою будь-яким відомим механічним способом або взагалі тільки механічним способом. При цьому слід звернути увагу, що запропонований спосіб передбачає нанесення силіконового покриття лише з одного боку електронагрівального елемента (безпосередньо зверху на дротовий елемент, викладений на ізоляційній основі), за рахунок чого досягається зниження матеріалоємності запропонованої технології. Таким чином вироби, виготовлені запропонованим способом, мають гнучкість і необхідну механічну міцність, що дуже важливо при їх використанні в конструкціях електронагрівачів складної конфігурації з внутрішніми напруженими структурами, а також мають більш високий, порівняно із прототипом, поріг максимальної робочої температури. Приєднання терморегулятора покращує функціональні характеристики виготовлених запропонованим способом електронагрівальних елементів. Застосування операції покриття складових частин електронагрівального елемента шаром термостійкого силіконового композиту дає можливість виготовляти електронагрівальні елементи вказаним способом при будь-яких температурах навколишнього середовища, у тому числі і на морозі, навіть у польових умовах, тому що термостійкий силіконовий композит у рідинній фазі морозостійкий і успішно твердіє, не втрачаючи властивостей в інтервалі температур від -20 до +60 °С. Отже, запропонований спосіб виготовлення не вимагає жодного технологічно складного обладнання, не має технологічних обмежень щодо організації процесу виробництва, у тому числі особливих вимог до виробничих приміщень, температурного режиму тощо. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак, яка притаманна запропонованому способу виготовлення електронагрівального елемента, через внесення відповідних змін у технологічний процес та змін кріпильних матеріалів в цілому забезпечує досягненнятехнічного результату. Здійснення запропонованого способу полягає у наступному. Спочатку із рулону відмотують мірний шматок електроізоляційної основи, наприклад, склополотна, а з бухти, відповідно - мірний шматок дроту, наприклад ніхромового або будьякого іншого. Потім, залежно від бажаних розмірів електронагрівального елемента, відрізають необхідну кількість склополотна і дроту. Після цього на відрізаний шматок склополотна викладають дріт у будь-якій конфігурації. При необхідності дріт закріплюють на поверхні шматка склополотна будь-яким механічним способом, наприклад, за допомогою скоб (ця операція не є обов'язковою). Потім зверху на укладений дріт по всій площині його контакту із шматком склополотна наносять шар термостійкого силіконового композиту. Після застигання останнього 2 UA 67921 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 до вільних кінців дроту приєднують струмоведучі елементи, а також, за бажанням, встановлюють терморегулятор. Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці. Спосіб виготовлення електронагрівального елемента, що пропонується, не містить у своєму складі жодних технологічних етапів чи матеріалів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, у галузі електричної теплоенергетики, а отже є придатним для промислового застосування. При цьому запропоноване рішення має технічні та інші переваги перед відомими аналогами, що підтверджує можливість досягнення технічного результату об'єктом, що заявляється. У відомих джерелах інформації не виявлено способів виготовлення електронагрівальних елементів із вказаною у пропозиції сукупністю суттєвих ознак, а тому запропоноване технічне рішення вважається таким, що може отримати правовий захист. Суттєва відмінність запропонованого способу виготовлення електронагрівального елемента, від раніше відомих, полягає у специфіці закріплення резистивного дротового елемента на поверхні гнучкої електроізоляційної основи шаром термостійкої клейкої речовини, а також у можливості додатково перед нанесенням вказаного композиту з'єднувати дротовий елемент та ізоляційну основу будь-яким відомим механічним способом та встановлювати на виготовлений електронагрівальний елемент терморегулятор. Вказані відмінності у сукупності дозволяють підвищити розширити область застосування та ефективність способу виготовлення електронагрівальних елементів, розширити номенклатуру електронагрівальних виробів, а також сприяють загальному спрощенню технології. Жоден із відомих способів виготовлення електронагрівальних елементів не може водночас мати всі перераховані позитивні властивості, оскільки взагалі не передбачають запропоновану комбінацію використання сучасних матеріалів та операцій їх з'єднання. До основних технічних переваг запропонованого способу, у порівнянні з найближчим аналогом, можна віднести наступне: - підвищення ефективності процесу кріплення електронагрівальних елементів за рахунок включення етапу попереднього нанесення ізолюючо-з'єднувального шару термостійкої клейкої речовини; - підвищення граничної робочої температури електронагрівальних елементів, загальне спрощення технології їх виготовлення, а також зниження матеріалоємності виробництва з цієї ж причини. Після опису запропонованого способу виготовлення електронагрівального елемента фахівцям у даній галузі знань повинно бути зрозуміло, що все вищеописане є лише ілюстративним, а не обмежувальним, будучи представленим даним прикладом. Численні можливі варіанти реалізації запропонованого способу, а також матеріали для виробництва можуть бути вибрані залежно від бажаних параметрів електронагрівальних пристроїв і конкретних умов їх подальшої експлуатації та, зрозуміло, знаходяться в межах об'єму одного із звичайних і природних підходів в даній області знань, і розглядаються такими, що знаходяться в межах об'єму запропонованого технічного рішення. Квінтесенцією запропонованого технічного рішення є те, що резистивний дротовий елемент закріплюють на поверхні гнучкої електроізоляційної основи шаром термостійкої клейкої речовини або механічним способом, або, за необхідності, вказаний дротовий елемент спочатку приєднують до ізоляційної основи будь-яким відомим механічним способом, потім клейкою речовиною, а також будь-яким відомим способом, що обумовлює надійний електричний контакт, приєднують терморегулятор, завдяки чому і досягається очікуваний технічний результат. Зміна окремих технологічних етапів, запропонованих удосконалень на інші, природно, обмежує спектр переваг, перерахованих вище, і не може вважатися новим технічним рішенням в даній області знань, оскільки інші подібні технологічні комбінації вже не вимагатимуть будь-якого творчого підходу від інженерів-конструкторів, і не можуть вважатися результатами їх творчої діяльності або новими об'єктами інтелектуальної власності, відповідними до захисту охоронними документами. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб виготовлення електронагрівального елемента, який полягає у нанесенні резистивного дротового елемента на електроізоляційну основу з наступним його покриттям шаром електроізоляційного матеріалу, який відрізняється тим, що резистивний дротовий елемент закріплюють на поверхні гнучкої електроізоляційної основи шаром будь-якої відомої термостійкої клейкої речовини чи матеріалу. 3 UA 67921 U 5 2. Спосіб виготовлення електронагрівального елемента за п. 1, який відрізняється тим, що резистивний дротовий елемент приєднують до вказаної електроізоляційної основи механічним способом. 3. Спосіб виготовлення електронагрівального елемента за п. 1, який відрізняється тим, що до електронагрівального елемента будь-яким відомим механічним способом, що обумовлює надійний електричний контакт, приєднаний терморегулятор будь-якої відомої конструкції, наприклад електроконтактне теплове реле. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4