Brevet FR2466166A1 — publié le 19810327

On connait des corps chauffants electriques qui sont constitués par un ou plusieurs elements chauffants fixes sur un support comme c'est le cas, par exemple, de dépôts metalli ques rapportés sur un support refractaire à l'aide de composes auto-durcissables, de ciment réfractaire ou autres. C'est le cas des circuits de faible épaisseur plats, ou mis en forme pour des appareils electro-ménagers tels que des chauffeplats, poêles à frire, etc... On connait également des corps chauffants qui sont constitues par l'association d'éléments chauffants et d'une masse d'enrobage isolante, qu'il s'agisse de refractaires mineraux ou de refractaires dits "fibreux". Ces corps chauffants sont, par exemple, des fils de forte section, rubans et bandes enrobes en totalite ou en partie pour réaliser des moufles ou éléments tubulaires. Cette technique sert également à fabriquer des éléments dits "blindés" constitues par un fil enroulé en spirale pour constituer une résistance électrique, ce fil étant integralement noye dans une masse réfractaire par exemple poudreuse, à l'intérieur d'un tube métallique, l'ensemble étant presque toujours comprimé à l'aide d'un moyen mécanique (pressage, martelage, laminage, etc..). De tels éléments enrobes et comprimés sont également utilises pour fabriquer des plaques chauffantes de cuisinières, des chauffe-plats, des fers à repasser, etc... Ainsi, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n" 2.091.107 décrit un élément chauffant qui est entièrement noyé dans une gaine réfractaire afin de le proteger complètement contre les agressions de l'atmosphère dans laquelle doit se trouver 1 'élément. On remarque la liaison particuliere de l'élément chauffant intérieur avec les fils électriques extérieurs selon laquelle un seulement noyé dans la gaine réfractaire (et donc inamovible) dépasse la gaine. On remarque aussi qu'il n'est prévu aucun moyen pour fixer amoviblement ensemble décrit dans un appareil. On connait aussi un procédé de fabrication d'elements chauffants selon lequel un fil chauffant est introduit en partie dans une masse plastique, après quoi l'ensemble est cuit pour durcir la masse plastique qui devient réfractaire et immobilise le fil sur toute sa longueur. Un tel procede est décrit, par exemple, dans le brevet belge n" 464.026 et dans le brevet suisse n" 212.048. Il faut noter qu'aucun de ces deux brevets ne donne d'indication concernant l'alimentation électrique du fil chauffant ou la fixation amovible de l'ensemble obtenu dans un appareil. Le brevet des ETats-Unis d'Amérique n" 1.481.869 decrit un appareil qui comprend un élément chauffant lui-même composé d'un fil en partie noyé dans un support réfractaire. L'alimentation électrique du fil chauffant est obtenue en engageant librement dans des trous les extrémites dudit fil chauffant et en les assujettissant à une borne. La fixation mecanique de l'ensemble résulte de la forme même du support refractaire qui est intimement relié à une chemise exté rieur. La présente invention s'écarte de ces dispositions anterieu- res en ce qu'elle concerne un corps chauffant du type appelé "bougie" et destine à équiper un appareil tel qu'un chauffeeau. Il est bien connu que ces corps chauffants doivent être solidement fixés à l'appareil et doivent pouvoir être démontes En outre, il est bon que les organes de fixation mécanique et de liaison électrique ainsi que la partie de l'appareil qui reçoit le corps chauffant soient relativement à l'abri d'une trop haute température due au rayonnement ou à la conduction du corps chauffant proprement dit. Ces conditions ne sont pas remplies de maniere satisfaisante et économique dans la pratique car, la plupart du temps, les liaisons mecaniques et électriques sont complexes et coûteuses. La présente invention remedie à ces inconvénients et permet de réaliser une liaison efficace, tant sur le plan mécanique que sur la plan électrique, grâce à des moyens Simples et peu coûteux. L'invention sera bien comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé. Bien entendu, les description et le dessin ne sont donnes qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est une vue schématique partielle d'un corps chauffant conforme à l'invention. Les figures 2 et 3 sont deux vues partielles en coupe montrant deux variantes de réalisation d'un corps chauffant conforme à l'invention. Le procedé conforme à l'invention est destiné à la fabrication de corps chauffants électriques devant comprendre un support réfractaire, au moins un élement métallique chauffant et au moins un élement de fixation de l'ensemble dans un appareil. Il est du type prevoyant que l'on fixe 1 'élé- lément métallique ad support l'enfonçant dans la masse plastique du support, avant cuisson. Le procedé conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'on ménage à chaque extrémité de l'élément métallique une partie dépassante, en ce que l'on porte cet ensemble à une température telle que la masse cuise et devienne un support rigide dont les parties dépassantes à des éléments de fixation en exerçant un effort mécanique de serrage sur les parties dépassantes elles-memes. Selon ce procéde, on doit par conséquent, choisir les composants de la masse d'une part et de l'élément d'autre part pour que leur traitement à haute température meur donne les caractéristiques voulues sans les priver d'aucune. On est, par conséquent, contraint d'éliminer certains alliages métalliques qui, après traitement à des températures élevées, ne supporteraient pas un effort mécanique telle qu'une traction axiale. Mais l'expérience montre que le nombre d'alliages utilisables est suffisamment grand pour satisfaire la majorité des besoins pratiques de l'industrie. Pour réaliser le procédé qui a été décrit ci-dessus, on part d'une masse réfractaire dont la composition peut être variable suivant le but recherché mais qui, pour des questions de compatibilité avec l'alliage métallique, a généralement une teneur minimum d'environ 30 % d'alumine, teneur d'autant plus importante que la temperature de l'ensemble ainsi constitue sera élevé compte-tenu de 1 'applica- tion envisagée. La masse réfractaire peut etre préparée par les moyens classiques connus : malaxeur, mélangeur, pétrin, etc.. puis ensuite etre mise en forme par moulage ou par extrusion. Ou peut rappeler que, selon la technique connue, la masse réfractaire peut être rendue plus compacte par degazage, ce qui procure une meilleure ouvrabilité de la masse. La masse ainsi obtenue est prête à recevoir le ou les élé- ments métalliques car elle est suffisamment maleable, plastique et molle pour que l'on puisse y inserer le ou les éléments métalliques et, cela, en les enfonçant partiellement à la surface extérieure du support. Lorsque l'élément métallique est constitué, de manière connue en soi, par un fil enroule en spirale simple ou complexe, cette spirale est enfoncee par une partie de sa périphérie dans la masse plastique. Le fil enroule en spirale peut, par exemple, être disposé autour de la masse obtenue sous forme d'un cylindre et cela en disposant le fil comme le filet d'une vis, cette opération très simple pouvant être réalisée manuellement. Le fil enroulé en spirale peut egalement être disposé longi tudi nal ement. Cet ensemble est ensuite soumis à la température voulue pour obtenir la cuisson des elements réfractaires qui composent le support et pour lui donner la rigidité et la tenue mécanique voulues. Naturellement, comme cela est connu en soi, la cuisson de la pâte réfractaire peut être précédée d'une phase de séchage naturel, forcé ou mixte. Les composants réfractaires du support peuvent être choisi parmi ceux que l'on connait car ils ne présentent pas d'in convénients particuliers a l'égard de la technique de l'invention. En revanche, comme dit plus haut, la partie métallique ne peut pas être quelconque et on peut, à titre d'exemple, citer parmi les alliages metalliques qui ont donnés de bons résultats aux essais - nickel-chrome (80 - 20 %), - nickel-chrome-fer, - alliage fer-chrome-aluminium, - céramiques métalliques. Les céramiques metalliques, telles que le bisiliciure de molybdène, le carbure de silicium, le lanthane chromite ou autres, peuvent être insérées dans une masse réfractaire devant être cuite ultérieurement mais, dans ce cas, on doit tenir compte des coefficients de dilatation afin que le retrait apres cuisson se fasse sans dislocation et sans détérioration de l'ensemble. Les expériences ont montre que les alliages les plus aisément utilisables sont ceux de nickel-chrome, nickel-chrome-fer et fer-chrome-aluminium. Ces alliages, en effet, supportent l'opération de cuisson au four nécessaire pour le support réfractaire, cette opération se faisant au minimum à 1000" C et au maximum à 1300 C. Les alliages fer-chrome-aluminium sont tout particulièrement à préconiser. Comme expliqué plus haut, le fil enroulé en spirale est enfoncé en partie dans la masse mais non pas noyé complètement. Selon l'utilisation envisagée, on peut disposer le fil enroulé en spirale selon différentes configurations du moment qu'une partie est incrustée dans la masse et l'autre à l'exterieur. Selon une variante du procédé conforme à l'invention, la par- tie dépassante est constituée par l'extrémité elle-même de l'élément chauffant et l'on assujettit cette extrémité éven- tuellement torsadée a un élément de fixation tel qu'une tige filetée. Selon une autre variante du procédé conforme à l'invention on assujettit un élément de fixation, tel qu'une tige filetée à chaque extrémité de l'élément métallique, puis l'on noie une extrémité de l'élément de fixation dans la masse plastique du corps non cuit, puis l'on cuit l'ensemble. Lamasse plastique du corps peut être conforme selon toute forme désirée : lisse, cannelée, torsadee, etc.. Selon une variante de l'invention, lorsque le corps est conforme en cylindre extérieurement cannelé et éventuellement creux, par exemple par extrusion, l'élément est placé dans une cannelure et l'on rapproche les parois de la cannelure pour encastrer ledit élément sur au moins une partie de sa longueur. Ainsi sur la figure 1, on voit que le corps 1 est cannez longitudinalement pour presenter une pluralité de canaux 2 séparés par des côtes 3. Lorsque la masse qui constitue le corps 1 est- encore plastique, on dispose un fil torsade en spirale 4 dans les canaux 2 puis, manuellement ou mécaniquement, on déforme les deux côtes 3 séparant deux canaux 2 voisins pour que le fil 4 soit emprisonné et, donc, immobilisé et relié définitivement au corps (ou supportl). Naturellement, le fil enroulé en spirale 4 doit être relie à un fil electrique d'alimentation de sorte que, finalement, le corps (ou support) 1 doit avoir au moins deux liaisons électriques avec les extrémités de l'élément chauffant. Selon l'invention, les éléments métalliques devant être reliés au support sont d'au moins deux sortes : l'élément chauffant et l'élément de raccordement de celui-ci au fil d'alimentation électrique. Sur la figure 1, on voit que l'on peut aisément relier le fil 4 par ses deux extrémités aux fils électriques d'alimentation grâce à deux tiges filetées 5 et 6 qui sont placées chacune dans un canal 2 et qui sont reliées chacune à une extrémité du fil 4 soit par simple pression, soit en vissant les tiges dans la spirale du fil 4, soit au moyen d'une soudure ou de tout autre élément de liaison. Quelle que soit la variante utilisée, on assure le contact entre le fil 4 et la tige filetée correspondante 5 ou 6 en prenant soin qu'une extrémité de ces tiges depasse l'ex- trémité du support 1. Comme expliqué plus haut, on rapproche les côtes 3 situées de part et d'autre du canal 2 dans lequel une tige est engagée de telle manière que l'on scelle en même temps la tige et l'extrémité du fil enroulé en spirale 4 en obtenant, ainsi, deux-effets par une même opéra tion : immobilisation de l'extrémité du fil 4 et fixation des tiges 5 et 6. Pour obtenir une bonne continuite électrique il est bon de réunir les fils 4 à chacune des tiges 5 et 6 au moyen d'une soudure par exemple. Après cuisson, la masse qui constitue le support 1 est durcie dans la position qui a été donnée lorsque la masse est encore plastique de sorte que les côtes 3 emprisonnent énergiquement et rigidement le fil 4 et les tiges 5 et 6. Les tiges 5 et 6 peuvent alors servir de supports solides pour les liaisons électriques et pour les liaisons mécani-i ques comme cela sera expliqué un peu plus loin. Sur la figure 1 on a representé une déformation très ponctuelle des côtes 3 pour que le dessin reste bien lisible mais, dans la pratique, il est plus avantageux de prévoir cette déformation sur une longueur un peu superieure et située au moins au droit de la jonction entre le fil 4 et la tige correspondante 5 ou 6 si l'on n'a pas prevu une soudure ou un autre élement de liaison positive. Sur la figure 2, on voit que le segment de fil 4a se trouve perpendiculaire à la côte 3 qui sépare les deux canaux 2a et 2b de sorte que les segments 4b et 4c sont correctement retenus longitudinalement même si par extraordinaire leur incrustation dans les canaux 2 n'était pas pas correctement effectuée tout le long de leur parcours. Sur cette figure 2, on a représenté un mode de réalisation selon lequel l'extrémité du fil 4 est simplement torsadée tandis que sur la figureS,on a representé une variante dif férente car ici, comme sur la figure 1, l'extrémité du fil 4 est reliée à une tige filetée 5. On va décrire la manière d'utiliser ces deux variantes non seulement à des fins électriques mais a des fins mécaniques. Il faut prévoir non seulement la liaison électrique des extremites du fil 4 mais également la fixation du support 1. Jusqu'à maintenant ceci est obtenu par des moyens relativement complexes destines à isoler le support proprement dit (qui est très chaud) de l'appareil sur lequel il est fixé. On est, ainsi,obligé de prevoir des pièces intercalaires, socles d'extrémités, etc... Ici, il suffit de prévoir ces pièces directement dans la masse constitutive du support lui-même, ce qui est particulièrement aisé lorsque le support est obtenu par extrusion de la pâte en profilé, au moyen d'une machine automatique. Selon un mode de réalisation particulier du procédé conforme à l'invention, on place un socle à l'une au moins des ex trémites du support réfractaire, on engage les extrémités dépassantes dans des trous que presente ce socle et l'on maintient ledit socle pressé contre le support réfractaire avec, éventuellement, interposition d'une nappe isolante, en exerçant un effort de traction sur les extrémités dépassantes. Sur les figures 2 et 3, on voit qu'à l'une au moins des deux extrémités du support 1 se trouve un socle 7 qui est placé à l'extrémité du support 1 avec- interposition d'une nappe isolante 8, par exemple à base d'amiante ou autre réfractaire fibreux. Le socle 7 de la figure 2 est traversé de trous 9 par deux desquels on fait passer les extrémités 4d du fil 4 (une seule est visible). Les extrémités 4d sont torsadées sur elles-mêmes deux, trois ou quatre fois si c'est nécessaire pour constituer un segment suffisamment solide et rigide pour permettre d'exercer une traction. Par ailleurs, le socle 7, en toute matière connue et adaptée à cet usage, est muni de tiges filetees fixes 10 sur lesquelles sont placés des écrous 11 et des rondelles 12 de telle sorte que l'on peut enrouler l'extrémité 4d entre les deux rondelles 12 et serrer l'ensemble entre les écrous 11. Il faut rappeler que la cuisson de la matière réfractaire qui constitue le support 1 est effectuée alors que le fil 4 est déjà en place et avant la fixation du socle 7, de sorte que l'extrémité 4d qui dépasse l'extrémité du support 1 est solidement ancree dans ce dernier et que l'on peut agir sur cette extrémité 4d en toute sécurité. En d'autres termes, il est possible d'exercer une traction très forte grâce à laquelle le socle 7 est appliqué contre le support 1 avec interposition de l'isolant 8 au moyen des seules extrémités 4d qui sont enroulées autour des tiges filetées 10. On obtient ainsi la fixation mécanique du socle 7 et la liaison matérielle de l'extrémité 4d et d'une tige 10 sur laquelle, ensuite, on peut disposer une cosse portant le fil électrique d'alimentation, à la manière connue. En se reportant à la figure 3, on voit un autre mode de réalisation selon lequel le fil 4 est relié à des tiges 5-6 ainsi que cela est representé sur la figure 1. Dans ce cas, le socle 7 doit être percé de trous 13 correspondant aux trous 9 de la figure 2 c'est-à-dire situés en regard des canaux 2 et, donc, des tiges 5-6 rendues solidaires du support 1. Le montage du socle 7 sur le corps 1 s'obtient en faisant traverser la nappe de produit isolant 8 par les tiges 5-6 puis en plaçant un écrou de blocage 14 agissant sur le socle 7 par l'intermédiaire d'une rondelle 15. Dans cette position, le socle 7 est fixe mécaniquement au corps 1 d'une manière absolument rigide, solide et énergique. Il suffit, alors, d'engager sur l'extrémité dépassante des tiges 5-6 une cosse serrée entre deux rondelles 15 et maintenue par un écrou de blocage 17. La cosse 16 reçoit un fil electrique standard A. Le montage qui vient d'être décrit (figure 2 ou figure 3) peut se retrouver à 1 'autre extrémité (non représentée) du support 1. On dispose ainsi d'un ensemble complet qui peut être mis en place par tous moyens connus. Ainsi, par exemple, on peut utiliser les tiges 10 ou les tiges 5-6 pour fixer des pattes ou équerres qui serviront à la solidarisation de l'ensemble et de l'appareil recepteur. On peut, également, selon le procédé conforme à l'invention, utiliser la maléabilité de la pâte constitutive du support 1 pour y enfoncer, avant cuisson, des éléments de fixation tels que des équerres ou des broches. Parmi les applications les plus intéressantes de l'invention, on trouve les "bougies" destinées aux chauffe-eau électriques. A titre d'exemple, on peut citer que l'on a expérimenté un corps chauffant du genre conformer à l'invention et l'on a obtenu des avantages marqués. Ainsi, l'on peut utiliser un fil en fer-chrome-aluminium (qui est meilleur marché qu un fil en nickel-chrome) dans un diamètre de 0,4 mm pour une puissance de 1.800 Watts, 3x220 Volts, alors qu'avec le dispositif connu le diamètre aurait dû être de 0,53 mm, ce qui représente un gain en Ohm.Kg dans le rapport de 1 à 3 et-une charge de 6,15 W/cm2 au lieu de 2,7 W/cm2, ce qui est tout à fait satisfaisant. L'invention permet de donner une position tres exacte à l'e- lément chauffant ce qui permet de supprimer totalement les pièces intercalaires qui sont parfois utilisées pour éloi- gner la partie chauffante de la pièce en porcelaine ou stéatite puisque l'on utilise un socle 7 (figures 2 et 3) monté directement. De meme l'invention permet de supprimer d'une part la tige centrale, qui est nécessaire à la fixation des "bougies" usuelles et d'autre part une pièce d'extrémité servant d'appui à cette tige centrale. On peut utiliser tout moyen pour réaliser mécaniquemet et électriquement les montages necessaires aux extrémités du support. On peut, par exemple, utiliser des tiges lisses (et non plus filetées) auxquelles sont soudées les extrémités des fils et qui reçoivent, à leur autre extrémité, une ou plusieurs cosses soudees. Ce montage permet de souder lesdites cosses de telle manière qu'elles assurent un blocage du socle contre le corps. Lorsqu'une mati ère isolante non rigide est placee entre le corps et le socle ou lorsque le socle lui-même est constitué de cette matière, il est bon d'interposer un seulement compensateur élastique entre le socle et les cosses soudees. Cet élement peut, par exemple, consister en une rondelle hémisphérique engagée sur la tige. Selon une variante, un corp chauffant conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'une extrémité d'au moins une tige filetee est placée au contact d'une extrémité d'un élément chauffant tandis que l'autre extrémité de la tige dépasse l'une des extrémites du support, la tige etant maintenue en place par la matière constitutive du support réfractaire, ainsi que cela est décrit en regard de la figure 1 tandis que, selon la variante des figures 2 et 3, une tige constitue une pièce de liaison, par exemple, un socle. Comme indique en regard des figures 2 et 3, l'une au moins des tiges reçoit un organe, tel une cosse, qui est placé de maniere à prendre appui, éventuellement par l'intermédaire d'un élément interposé, contre le support refractaire dans le but de s'opposer au déplacement relatif du support refractaire et de la tige. En outre, comme expliqué plus haut, 1 'élément interposé peut être elastique afin de compenser les éventuelles deformations longitudinales dues à la matière constitutive soit d'une nappe isolante, soit du socle lui-même. L'invention n'est pas limitée aux seuls modes de réalisation décrits et représentés mais en embrasse au contraire, toutes les variantes REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la fabrication de corps chauffants électri ques devant comprendre un support réfractaire, au moins un élément métallique chauffant et au moins un élément de fixation de l'ensemble dans un appareil, du type pré- voyant que l'on fixe l'élément métallique au support en l'enfonçant dans la masse encore plastique::dudit sup port, caractérise en ce que l'on ménage à chaque entre mité de l'élément métallique une partie dépassante, en ce que l'on porte cet ensemble à une temperature telle que la masse cuise et devienne un support rigide dont les parties dépassantes sont solidaires, puis que l'on assujettit ces parties dépassantes à des éléments de fixation en exerçant un effort mécanique de serrage sur les parties dépassantes elles-mêmes. 2 - Procédé selon la révendication 1, caractérisé en ce que la partie dépassante est constituée par l'extrémité elle-même de l'élément chauffant et en ce que l'on assu jettit cette extrémité éventuellement torsadée à un élé- ment de fixation tel une tige filetée. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on assujettit un élément de fixation, tel une tige filetée, à chaque extrémité de l'élément metallique, puis que l'on noie une extrémite de l'élément de fixation dans la masse plastique du corps non cuit, puis que l'on cuit l'ensemble. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que le corps est conformé en cylindre extérieurement cannelé et éventuellement creux, par exemple par extrusion, en ce que l'seulement métallique est place dans une cannelure et en ce que l'on rapproche les parois de la cannelure pour encastrer ledit élément sur une partie de sa lon gueur. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 ci-dessus, caractérisé en ce que l'on place un socle à l'une au moins des extrémités du support réfractaire, que l'on engage les extrémités dépassantes dans des pas sages que présente ce socle et que l'on maintient ledit socle pressé contre le support refractaire avec, éven tuellement, interposition d'une nappe isolante, en exer çant un effort de traction sur les extrémités dépas santes. 6 - Corps chauffant obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ci-dessus. 7 - Corps chauffant selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une extrémité d'au moins une tige filetee est pla cee au contact d'une extrémité d'un élément chauffant tandis que l'autre extrémite de la tige dépasse l'une des extrémites du support, la tige étant maintenue en place par la matière constitutive du support réfractaire. 8 - Corps chauffant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tige constitue une pièce de liaison, par exem ple pour un socle ou un fil d'alimentation. 9 - Corps chauffant selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tige reçoit un organe, tel une cosse, qui est placé de manière à prendre appui, eventuellement, par l'intermédiaire d'un élément interposé, contre le sup port réfractaire dans le but de s'opposer au deplace ment relatif du support réfractaire et de la tige. 10 - Corps selon la revendication 9, caractérisé en ce que I'elément interposé est élastique afin de compenser les eventuelles déformations longitudinales dues à la ma tière constitutive soit d'une nappe isolante, soit du socle lui-même. 11 - Appareil équipe d'au moins un corps selon l'une quel conque des revendications 1 à 10 ci-dessus tel que chauffe-eau, appareil diffuseur de rayons infra-rouges et analogues.