способ изготовления плоского резистивного электронагревателя и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изготовления плоского резистивного электронагревателя, заключающийся в том, что формируют на изоляционном полимерном основании резистивный элемент, устанавливают снаружи по меньшей мере один изоляционный слой, соединяют в пакет все указанные элементы и термообрабатывают его, отличающийся тем, что для формирования резистивного элемента используют ленточный резистивный материал, который при формировании располагают вдоль основания, для чего резистивную ленту свободно закрепляют в начале изоляционного основания в виде синусоиды поперек него, затем захватывают верхние петли синусоиды и растягивают их вдоль основания в другую сторону до необходимой длины в виде полосок, параллельных боковым сторонам основания, закрепляют концы полосок на другом конце основания, одновременно протягивая с натяжением снизу между резистивным ленточным элементом и изоляционным основанием рулон алюминиевой фольги и сверху над резистивным элементом рулон изоляционной пленки, формируя пакет, термообработку которого осуществляют, расплавляя с помощью ламинатора изоляционные пленки и плотно сжимая весь пакет в единое целое.

2. Установка для изготовления плоского резистивного электронагревателя, включающая устройство для укладки резистивного элемента с несколькими выступающими элементами и зажимным приспособлением, транспортирующую ленту, простирающуюся по траектории, соответствующей конфигурации нагревателя, захватное приспособление, обводящее устройство для укладки резистивного элемента по указанной траектории, соединительное устройство для соединения частей нагревателя, отличающаяся тем, что устройство для укладки с выступающими элементами расположено в начале транспортирующей ленты и представляет собой соответственно каретку из двух последовательно расположенных над транспортирующей лентой частей - неподвижной и подвижной кареток с расположенными на соседних краях каждой из них в ряд перпендикулярно оси транспортирующей ленты роликовыми штырями, зажимное приспособление расположено на одной из боковых сторон неподвижной каретки, на второй боковой стороне ее размещена катушка с резистивным ленточным элементом, захватное приспособление выполнено съемным, при этом подвижная каретка в совокупности с расположенной последовательно за ней тормозной кареткой и приводным узлом образуют в совокупности обводящее устройство для укладки резистивного элемента по длине нагревателя, соединительным устройством служит узел ламинирования, включающий в себя расположенные последовательно по высоте друг под другом катушки для первой пленки, второй пленки, алюминиевой фольги и третьей пленки, и попарно установленные две пары валиков с подогревом с зазором между ними для пропускания слоев нагревателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при изготовлении нагревателей резистивного типа.

Известен способ изготовления плоского резистивного электронагревателя, описанный в п. РФ №2052907.

Известный способ заключается в том, что формируют зигзагообразный ленточный резистивный элемент, выполняя встречно-параллельные чередующиеся прорези на резистивной ленте, перпендикулярные к оси ленты. Размещают резистивный элемент на изоляционном основании, устанавливают снаружи изоляционные слои и скрепляют все элементы связующим, причем прорези выполняют чередующимися через одинаковое расстояние, одинаковой длины, не доходящими до краев ленты с обеих сторон на величину технологического поля и смещенными попеременно относительно одна другой по ширине ленты на величину, равную или большую шага чередования, одно из технологических полей ленты обрезают до сопряжения реза с ближайшими к данному краю торцами прорезей, образуя лепестки, размещение резистивного элемента на основании выполняют, вводя основание со стороны обрезанного технологического поля между лепестками с чередованием через один изоляционным основанием, после чего обрезают другое технологическое поле до сопряжения реза с ближайшими к данному краю ленты торцами прорезей. Все элементы скрепляют между собой связующим в виде клея ВК-350.

Недостатком известного способа является технологическая сложность его осуществления, заключающаяся в необходимости выполнения большого числа прорезей при формировании зигзагообразного резистивного элемента, образования технологического поля и процесса склеивания. Само изделие - нагреватель имеет значительный положительный температурный коэффициент (поскольку из-за сложного химического состава резистивный слой представляет собой нелинейный элемент), из-за чего без специальных средств не обеспечивает стабильный температурный режим.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления гибкого резистивного нагревателя, описанный в одноименном патенте РФ №2019065 по кл. Н05В 3/34, з. 18.10.90, оп. 30.08.94 и выбранный в качестве прототипа.

Известный способ заключается в следующем.

На одной из двух полимерных подложек формируют электроды, формируют резистивный слой с положительным коэффициентом сопротивления, наносят адгезионный слой, соединяют в пакет все указанные элементы и затем термообрабатывают его, причем первоначально на каждую из подложек, разматываемую из рулона, наносят адгезионный слой, выполненный на основе водорастворимого акрилового сополимера и эпоксианилиновой смолы, который сушат при температуре 110-120°С, формируют указанный резистивный слой из водорастворимого сополимера ОЛД-02 ЭМА, эпоксианилиновой смолы, каучука ПДИ-3АК, графита, технического углерода, растворителя воды или водоспиртовой смеси определенной вязкости, который затем сушат при температуре 110-120°С, и изоляционная составляющая которого выполнена идентичной материалу адгезионного слоя на второй подложке, а при соединении в пакет совмещают резистивный слой с поверхностью электродов.

Недостатком известного способа является то, что он достаточно сложен и трудоемок, т.к включает нанесение на каждую подложку адгезионного слоя, сушку его при повышенной температуре, нанесение и сушку резистивного слоя сложного состава и не вполне удовлетворительная теплонесущая способность из-за выполнения его резистивного слоя из водорастворимого сополимера, эпоксианилиновой смолы, каучука, графита, технического углерода, растворителя воды или водоспиртовой смеси.

Известна установка для изготовления плоского электронагревателя, описанная в п. РФ №2082282 по кл. Н05В 3/34, з. 27.09.94, оп. 20.06.97.

Известная установка включает в себя беззазорный штамп со спаренными пуансонами с заданной шириной паза и матрицы и с режущими кромками, выполненными с наклоном вовнутрь для высечки из фольги резистивного элемента, валки для прокатывания ленты фольги, приспособления для накатывания резистивного элемента на термостойкую изоляционную ленту, режущее приспособление для обрезания вдоль по выступающим краям высечек.

Недостатком известной установки является то, что она предназначена для изготовления плоского резистивного электронагревателя в виде расположенных поперечно вдоль длины нагревателя коротких лент резистивного материала, наклеиваемых на термостойкую основу с выравниванием полей, технология изготовления которого достаточно сложна.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является установка для изготовления электронагревателя из металлического провода (проволоки), описанная в з. №98115303 «Система и способ изготовления электроподогревателя» по кл. Н05В 3/34, А47С 7/74, 21/04, з. 17.08.98, оп. 20.06.2000 и выбранная в качестве прототипа.

Известная установка содержит устройство для укладки проволоки из нескольких выступающих по схеме расположения элементов, соответствующих желаемой конфигурации нагревателя, транспортирующую ленту, снабженную обводящим средством и простирающуюся по траектории, по существу соответствующей конфигурации нагревателя, вокруг указанных выступающих элементов передвигают указанную транспортирующую ленту, при этом указанное обводящее средство выполнено с возможностью укладки указанного проводника по указанной траектории, а указанные выступающие элементы образуют часть первого крепежного приспособления для нагревателя. Выступающие элементы размещают таким образом, чтобы соседние петли по существу стыковались между собой. Имеется захватное приспособление с возможностью переноса первого нагревателя и части устройства для укладки. Устройство для укладки проводника содержит зажимное приспособление для закрепления указанной схемы расположения. Установка содержит также соединительное устройство для соединения частей нагревателя в единое целое устройство, создающее опору для поддержания слоя ленты в точках соединения проводника, а также датчик.

Недостатком известной установки является то, что производство является дискретным, поскольку нагреватель изготавливается по форме спинки или сиденья автомобиля, и не позволяет получить мерный нагреватель, а также не очень эффективным по функциональному назначению, т.к. предназначен для использования проволоки; кроме того, способ изготовления такого нагревателя весьма трудоемок.

Задачей заявляемых технических решений является упрощение технологии и оборудования и снижение трудоемкости изготовления при повышении функциональной эффективности изготавливаемого с их помощью нагревателя.

Поставленная задача решается тем, что:

- в способе изготовления плоского резистивного электронагревателя, заключающемся в том, что формируют на изоляционном полимерном основании резистивный элемент, устанавливают снаружи по меньшей мере один изоляционный слой, соединяют в пакет все указанные элементы и термообрабатывают его, согласно изобретению, для формирования резистивного элемента используют ленточный резистивный материал, который при формировании резистивного элемента располагают в виде нескольких полос вдоль основания, для чего резистивную ленту свободно закрепляют в начале изоляционного основания в виде синусоиды поперек него, затем захватывают верхние петли синусоиды и растягивают их вдоль основания в другую сторону до необходимой длины в виде полосок, параллельных боковым сторонам основания, закрепляют концы полосок на другом конце основания, одновременно протягивая с натяжением снизу между резистивным ленточным элементом и изоляционным основанием рулон алюминиевой фольги и сверху над резистивным элементом рулон полимерной изоляционной пленки, формируя пакет, термообработку которого осуществляют, расплавляя с помощью ламинатора изоляционные пленки и плотно сжимая весь пакет в единое целое;

- в установке для изготовления плоского резистивного электронагревателя, включающей устройство для укладки резистивного элемента с несколькими выступающими элементами и зажимным приспособлением, транспортирующую ленту, простирающуюся по траектории, соответствующей конфигурации нагревателя, захватное приспособление, обводящее устройство для укладки резистивного элемента по указанной траектории, соединительное устройство для соединения частей нагревателя, согласно изобретению устройство для укладки с выступающими элементами расположено в начале транспортирующей ленты и представляет собой соответственно каретку из двух последовательно расположенных над транспортирующей лентой частей - неподвижной и подвижной кареток с расположенными на соседних краях каждой из них в ряд перпендикулярно оси транспортирующей ленты роликовыми штырями, зажимное приспособление расположено на одной из боковых сторон неподвижной каретки, на второй боковой стороне ее размещена катушка с резистивным ленточным элементом, захватное приспособление выполнено съемным, при этом подвижная каретка в совокупности с расположенной последовательно за ней тормозной кареткой и приводным узлом, соединенные между собой тянущим тросом, образуют в совокупности обводящее устройство для укладки резистивного элемента по длине нагревателя, соединительным устройством служит узел ламинирования, включающий в себя расположенные последовательно по высоте друг под другом катушки для первой пленки, второй пленки, алюминиевой фольги и третьей пленки, и попарно установленные две пары валиков с подогревом с зазором между ними для пропускания слоев нагревателя.

Использование в качестве заготовки ленточного резистивного материала и расположение его в несколько полос вдоль длины основания путем растягивания из синусоиды в совокупности с одновременной протяжкой последовательно расположенных по высоте слоев изоляционного, резистивного материала и алюминиевой фольги и термообработки получившегося пакета с помощью ламинатора позволяет упростить технологию и снизить трудоемкость изготовления плоского резистивного электронагревателя. При этом размещение резистивного элемента на алюминиевой фольге обеспечивает увеличение теплонесущей способности электронагревателя, т.е. повышает его функциональную эффективность.

Выполнение в установке устройства для укладки в виде двух последовательно расположенных неподвижной и подвижной кареток с расположенными на них выступающими элементами в виде роликовых штырей в совокупности с выполнением обводящего устройства из тормозной каретки и приводного узла при использовании в качестве соединительного устройства ламинатора и катушек с изоляционным и проводящим материалом обеспечивает простую и надежную конструкцию установки, позволяющую получать мерный плоский резистивный нагреватель, обеспечивая достижение заданного результата.

Технический результат - упрощение технологии и устройства для изготовления пленочного резистивного нагревателя при повышении его теплонесущей способности.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как использование ленточного резистивного материала, расположение его при формировании резистивного элемента в виде нескольких полос вдоль основания, посредством закрепления резистивной ленты свободно в начале изоляционного основания в виде синусоиды поперек него, последующего захвата верхних петель синусоиды, растягивания их вдоль основания в другую сторону до необходимой длины в виде полосок, параллельных боковым сторонам основания, и закрепления концов полосок на другом конце основания, одновременное с растягиванием резистивного элемента протягивание с натяжением снизу между резистивным ленточным элементом и изоляционным основанием рулона алюминиевой фольги и сверху над резистивным элементом рулона изоляционной пленки для формирования пакета и термообработка последнего с помощью ламинатора, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемая установка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как расположение устройства для укладки с выступающими элементами в начале транспортирующей ленты, выполнение его в виде каретки из двух последовательно расположенных над транспортирующей лентой частей - неподвижной и подвижной кареток с расположенными на соседних краях каждой из них в ряд перпендикулярно оси транспортирующей ленты роликовыми штырями, размещение зажимного приспособления на одной из боковых сторон неподвижной каретки, а катушки с резистивным ленточным элементом - на второй боковой стороне ее, наличие захватного приспособления, выполнение обводящего устройства для укладки резистивного элемента по длине нагревателя из подвижной каретки в совокупности с расположенной последовательно за ней тормозной кареткой и приводным узлом, использование в качестве соединительного устройства узла ламинирования, включающего в себя расположенные последовательно по высоте друг под другом катушки для первой пленки, второй пленки, алюминиевой фольги и третьей пленки, и попарно установленные две пары валиков с подогревом с зазором между ними для пропускания слоев нагревателя, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень». Заявляемые технические решения могут найти широкое применение в электротехнике, а потому соответствуют критерию «промышленная применимость». Заявляемые технические решения иллюстрируются чертежами, где показаны на:

- фиг.1 - общий вид сверху установки для изготовления плоского резистивного электронагревателя;

- фиг.2 - вид готового пленочного электронагревателя в разрезе;

- фиг.3 - одно из возможных положений кареток в процессе изготовления ПЭН;

- фиг.4 - схематичный вид ламинатора.

Заявляемый способ изготовления плоского резистивного электронагревателя заключается в следующем. Для формирования резистивного элемента используют ленточный резистивный материал, который формируют на изоляционном полимерном основании. При формировании резистивный элемент располагают в виде нескольких полос вдоль основания, для чего резистивную ленту свободно закрепляют в начале изоляционного основания в виде синусоиды поперек него, затем захватывают верхние петли синусоиды и растягивают их вдоль основания в другую сторону до необходимой длины в виде полосок, параллельных боковым сторонам основания. Затем закрепляют концы полосок на другом конце основания, одновременно протягивая с натяжением снизу между резистивным ленточным элементом и изоляционным основанием рулон алюминиевой фольги и сверху над резистивным элементом рулон изоляционной пленки, формируя пакет, в который соединяют все указанные элементы. Получившийся пакет подвергают термообработке, расплавляя с помощью ламинатора изоляционные пленки и плотно сжимая весь пакет в единое целое.

Заявляемая установка для изготовления плоского резистивного электронагревателя включает следующие узлы: устройство 1 для укладки резистивного элемента 2 с несколькими выступающими элементами 3 - роликовыми штырями и зажимным приспособлением 4, транспортирующую ленту 5, простирающуюся по траектории, соответствующей конфигурации нагревателя, захватное приспособление 6, обводящее устройство 7 для укладки резистивного элемента 2 по указанной траектории, соединительное устройство 8 для соединения частей нагревателя. При этом устройство 1 для укладки с выступающими элементами 3 расположено в начале транспортирующей ленты 5 и представляет собой соответственно каретку из двух последовательно расположенных над транспортирующей лентой 5 частей - неподвижной и подвижной кареток 9 и 10 с расположенными на соседних краях каждой из них в ряд перпендикулярно оси транспортирующей ленты 5 роликовыми штырями 3. Зажимное приспособление 4 расположено на одной из боковых сторон неподвижной каретки 9, на второй боковой стороне ее размещена катушка 11 с резистивным ленточным элементом 2. Захватное приспособление 6 выполнено съемным. При этом подвижная каретка 10 в совокупности с расположенной последовательно за ней тормозной кареткой 12 и приводным узлом 13 образуют в совокупности обводящее устройство 7 для укладки резистивного элемента 2 по длине нагревателя. Соединительным устройством 8 служит узел ламинирования, включающий в себя расположенные последовательно по высоте друг под другом катушки 14-17 для первой пленки, второй пленки, алюминиевой фольги и третьей пленки, и рулонный ламинатор типа KDFM-720, представляющий собой попарно установленные две пары валиков 18 и 19 с подогревом с зазором между ними для пропускания слоев нагревателя. Подвижная каретка 10 и тормозная каретка 12 связаны между собой и с приводным узлом 13 с помощью тянущего тросика 20. Основные узлы смонтированы на технологическом столе 21, состоящем из поля-крышки, закрепленной на опорах, на котором закреплены направляющие 22 для перемещения кареток.

Способ осуществляется с помощью заявляемой установки следующим образом.

Перед началом формирования резистивного слоя производят намотку резистивной ленты на катушку 11. В начальной стадии процесса формирования каретки находятся в следующем положении: неподвижная и подвижная каретки 9 и 10 - рядом друг с другом в начале транспортирующей ленты 5, т.е в положении заправки резистивом, каретка 9 - на некотором расстоянии от каретки 10. Заправку производят путем намотки резистивной ленты на роликовые штыри 3 подвижной и неподвижной кареток 10 и 9, как бы привязывая их друг к другу. Свободный конец резистивной ленты 2 неподвижно крепят к зажимному приспособлению 4. Процесс формирования резистивного поля осуществляют включением приводного узла 13, которое приводит к перемещению подвижной каретки 10 и тормозной каретки 12, сматыванию резистивной ленты с катушки 11 и растяжению ее из синусоиды в полоски. Одно из положений кареток показано на фиг.3. В процессе движения каретки 10 к ламинатору 8 длина резистивных лент 2 увеличивается. Движение каретки 10 происходит до тех пор, пока длина резистивных лент не достигает заданной длины резистивного поля. Каретка 10 останавливается концевым выключателем 23 (на чертежах не показан), установленным в месте, соответствующем длине резистивного элемента 2. После остановки подвижной каретки 10 тормозная каретка 12 подвигается к неподвижной каретке 9. С помощью захватного приспособления 6 концы резистивной ленты, находящиеся на роликовых штырях 3 неподвижной каретки 9, переносятся на тормозную каретку 12. Конец резистивной ленты, находящийся на подвижной каретке 10, с помощью захватного приспособления 6 подается в валики ламинатора 8. Ламинатор 8 тянет ленты резистива 2, натяжение которых происходит с помощью тормозной каретки 9. Одновременно с резистивной лентой 2 ламинатор 8 затягивает первую пленку с катушки 14, вторую пленку с катушки 15, алюминиевую фольгу с катушки 16 и третью пленку с катушки 17. Горячие валки ламинатора 8 расплавляют полиэтиленовые слои пленок и плотно сжимают весь слой и с выхода ламинатора 8 нагреватель выходит как единое целое.

В сравнении с прототипами заявляемые средства изготовления являются более простыми и позволяют получить более высокоэффективный электронагреватель.