CH662231A5 - Flexibles elektrisches ablaengbares heiz- oder temperaturmesselement. - Google Patents

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CH662231A5
CH662231A5 CH4705/83A CH470583A CH662231A5 CH 662231 A5 CH662231 A5 CH 662231A5 CH 4705/83 A CH4705/83 A CH 4705/83A CH 470583 A CH470583 A CH 470583A CH 662231 A5 CH662231 A5 CH 662231A5
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Heinz Eilentropp
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Eilentropp Hew Kabel
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles elektrisches ablängbares Heiz- oder Temperaturmesselement mit isolierten Speiseadern und einem oder mehreren Heiz-oder Messleitern, welche die Leiter der Speiseadern an über die Länge in Abständen wiederkehrenden Stellen unmittelbar oder über Kontaktbrücken kontaktieren und zwischen aufeinanderfolgenden Kontaktstellen im Wechsel von einer Speiseader zur anderen Heizzonen definierbarer Leistung oder Messzonen bilden.

Bekannt sind flexible Heizelemente beispielsweise unter dem Handelsnamen «Econotrace». Diese für Begleitheizungsproble-me angebotenen Heizkabel weisen Speiseadera mit einem Kupferleiter und einer Isolierung aus Polytetrafluorethylen-Per-fluorpropylen (FEP) auf. Aus dem gleichen Werkstoff besteht auch die beide Speiseadern gemeinsam umschliessende sogenannte Innenisolation, über die der eigentliche Heizleiter aus einer Chrom-Nickel-Legierung gewickelt ist. An in Abständen vorgesehenen Stellen an den Aussenkanten sind Innenisolierung und Aderisolierung entfernt, so dass dort die jeweilige Windung oder Windungen des Heizleiters elektrisch leitenden Kontakt mit den Leitern der Speiseadern erhalten. Nachteilig ist, dass wegen der geforderten Flexibilität des Heizkabels Gefahr besteht, dass sich die Windungen des Heizleiters verschieben, so dass die einwandfreie Kontaktgabe mit den Leitern der Speiseadern nicht immer gewährleistet ist. Die gleiche Gefahr besteht auch dann, wenn bei Erwärmung und der damit verbundenen Wärmedehnung der eingesetzten Materialen durch Lockern der Windungen der Heizleiter an der einen oder anderen Stelle vom Speiseleiter abhebt.

Nachteilig hierbei sowie bei den sogenannten selbstregulierenden Heizbändern (US-PS 4 194 536) ist ferner, dass z.B. für die Überwachung oder Steuerung des Heizsystems zusätzliche Kabel oder Leitungen verlegt werden müssen. Der entscheidende Nachteil aber ist der, dass die Leistung der bekannten Heizelemente - auch in selbstregulierender Form - begrenzt ist. Das führt dazu, dass die Beheizung bzw. Temperierung z.B. grosser Rohrlängen, die dem Medientransport dienen, Rohrbegleitheizungen nur mittels einer Vielzahl von Anschluss- und Verbindungsstellen zu bewerkstelligen sind. Abgesehen davon, dass gerade bei dieser in der sogenannten Rohrbündelkabeltechnik bekannten Form der Heizung oder Temperierung häufig die Forderung besteht, beispielsweise an einem Rohrabzweig sowohl die weiterführende Rohrleitung als auch die abgehende zu temperieren. Die hier notwendige erneute Einspeisung des Heizstromes stösst aus Platzmangel oder Mangel an elektrischen Anschlussmöglichkeiten gerade an diesen Stellen oft auf Schwierigkeiten, abgesehen von den Fällen, wo die Anschlussoder Verbindungsstellen gegen Einbruch von Feuchtigkeit besonders abzudichten sind oder die Forderung nach einer explosionsgeschützten Abzweig- oder Verbindungsstelle erhoben wird.

Im wesentlichen das gleiche gilt für ein anderes bekanntes Heizkabel bei dem der Heizleiter zwischen den parallel geführten Speiseadern ebenfalls parallel geführt ist. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der jeweiligen Speiseader und dem Heizleiter an in Abständen wiederkehrenden Stellen erfolgt über gesonderte Kontaktelemente in Form von Klammern. Der parallel geführte Heizleiter kann auch aus einer Heizdrahtwendel bestehen, die auf einem isolierenden Kern aufgewickelt ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein flexibles elektrisches Heizele-

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ment zu schaffen, das auch in den beschriebenen Einsatzfällen für eine optimale Wärmeverteilung bei hoher Betriebssicherheit sorgt. Nicht auf eine optimale Wärmeverteilung, vielmehr auf eine optimale Wärme- bzw. Temperaturerfassung kommt es bei gleichem oder vergleichbarem mechanischen Aufbau - selbstverständlich bei hoher Betriebssicherheit - an, wenn das flexible elektrische Element nicht zu Heizzwecken, sondern zu Temperaturmesszwecken verwendet wird.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäss dem Patentanspruch dadurch, dass die Heizleiter oder Messleiter in die Speiseadern eingeflochten oder eingewebt sind und diese jeweils einzeln schlaufenförmig umgeben oder über verseilten Speiseadern wendeiförmig herumgeführt sind.

Diese Massnahmen sichern die Lage z.B. des Heizleiters in der vorgesehenen Position, Längsverschiebungen der Windungen, auch aus den Kontaktbereichen der Speiseadern heraus sind vermieden. Das gilt in gleicher Weise für den Einsatz eines Heizdrahtes als Heizleiter und auch als für ein auf einem Träger aufgewickeltes Heizelement. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass z.B. durch das Einflechten und die Schlaufenbildung höhere elektrische Widerstände pro Längeneinheit untergebracht werden können, so dass vom Heizelement verhältnismässig kurze Enden abgeschnitten werden können, die dennoch ausreichend hohe Widerstände für die Heizwirkung mitbringen.

Im wesentlichen die gleichen Vorteile ergeben sich aber auch dann, wenn es sich bei der Leitung um eine Temperaturmessleitung, etwa zur Temperaturüberwachung elektrischer Kabel, Rohre oder Rohrsysteme handelt, der eingeflochtene oder eingewebte Draht ein entsprechender Widerstandsdraht ist, und über die Speiseadern die bei Temperaturerhöhung in der Umgebung veränderte Widerstandscharakteristik dieses Drahtes etwa über eine Brückenschaltung festgestellt wird. Bei den eingewebten oder eingeflochtenen Messleitern kann es sich aber auch um Thermoelemente handeln, die bei entsprechender Temperaturänderung im zu überwachenden System über die hier spannungsfreien Speiseadern nunmehr elektrische Signale nach aussen geben. In jedem Fall sind demnach im Band beliebig viele Heizzonen oder auch Messzonen bzw. Thermoelemente zusam-mengefasst, wobei deren Anzahl durch den Verwendungszweck und die Produktlänge bestimmt wird. Sind, wie nach der Erfindung auch vorgesehen, die Heizleiter um die verseilten Speiseadern wendeiförmig herumgelegt, dann lässt sich ein solches Element, wie bekannte Heizdrähte (US-PS 3 355 572) auch, mit verhältnismässig kleinem Schlag etwa auf eine Rohrleitung aufwickeln, so dass die Wärme Verteilung auf die Rohroberfläche gegenüber den bekannten Heizelementen wesentlich verbessert ist. Wegen der Verseilung oder Bündelung besteht auch keine Gefahr, dass die Kontaktgabe zwischen Heizleiter und Speiseadern beim Aufbringen auf ein Rohr gemindert oder gar völlig unterbrochen wird.

Die gleichen Vorteile, lediglich mit umgekehrter Blickrichtung ergeben sich auch dann, wenn es sich bei dem flexiblen Element um eine Temperaturmessleitung, etwa zur Temperaturüberwachung elektrischer Kabel, Rohre oder Rohrsysteme handelt.

Das Heiz- oder Temperaturmesselement kann mindestens eine weitere Ader enthalten. Hierdurch wird der Einsatzbereich solcher Elemente wesentlich erweitert. Dabei ist es völlig unerheblich, ob es sich bei den Heizelementen um solche in flacher Ausführung, z.B. in Stegleitungs- oder Litzenform, oder um solche in runder gebündelter Form handelt. Entscheidend ist vielmehr, dass in dieses Heizelement gleichzeitig Melde-, Steueroder Überwachungsfunktionen integrierbar sind, was zur wesentlichen Erhöhung der Betriebssicherheit beiträgt. Gesonderte Leitungselemente, die diese Funktionen übernehmen könnten, entfallen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass bei gleichem Aufbau des Heizelementes noch am Montageort lediglich durch schaltungstechnische Massnahmen an den Enden für eine

Leistungserhöhung, z.B. durch Parallelschalten einer oder mehrerer zusätzlicher Adern, gesorgt werden kann.

Die weitere Ader oder die weiteren Adern können aber auch in der einen Länge des Heizelementes lediglich mitgeführt sein, und erst beim Anschluss an eine zweite Länge oder auch bei einem Abzweig dazu verwendet werden, die zweite Länge und/oder die abgehende Länge von der z.B. am Anfang der ersten Länge befindlichen Spannungsquelle mit dem notwendigen Speisestrom für die Heizdrähte zu sorgen. Durch die Verminderung der im Bereich der Heizelemente sonst notwendigen Speisestellen kann die Betriebssicherheit des gesamten Systems wesentlich erhöht werden.

Wie bereits angedeutet, können die weitere Ader bzw. die weiteren Adern zu der oder den Kontaktstellen aufweisenden Speiseadern parallel geschaltet sein. Dies bedeutet bei gleichbleibender Länge des Heizelementes eine Erhöhung des Leiterquerschnitts und damit eine Erhöhung der Heizleistung. Der besondere Vorteil liegt noch darin, dass diese Leistungserhöhung auch nachträglich erfolgen kann, nämlich lediglich durch Zu-schaltung am Leitungsende, so dass an dem bereits installierten System nachträgliche Montagearbeiten nicht erforderlich sind. Wird eine Leistungserhöhhung nicht gefordert, kann die weitere Ader z.B. Überwachungszwecken dienen, etwa auch dadurch, dass sie als Meldeader in bekannter Weise je nach ihrer Aufgabe besonders gestaltet ist.

Man kann die weitere Ader bzw. die weiteren Adern aber auch dazu verwenden, z.B. in zeitlichen Abständen am verlegten System Kontrollmessungen durchzuführen. Zu diesem Zweck ist es möglich, die zur Leistungserhöhung zugeschalteten weiteren Adern abzuklemmen, während der Kontrollmessung mit verminderter Leistung zu fahren und anschliessend wieder durch Zuschalten der Parallelkreise auf die gewünschte volle Leistung zu kommen. Alle die erwähnten Variationsmöglichkeiten sind mit den bekannten Heizelementen auch in sogenannter selbstregulierender Form nicht zu erreichen.

Hinzu kommt, dass durch die Anordnung mindestens einer weiteren Ader eine grössere Heizdrahtlänge im Heizelement untergebracht werden kann. Das gilt z.B. dann, wenn die Speiseadern und die weiteren Adern in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind und der Heizleiter diese Adern insgesamt wendeiförmig umgibt oder wenn der Heizleiter in diese Adern eingeflochten oder eingewebt ist und diese schlaufenförmig um-schliesst. So können bei der Ablängung auch verhältnismässig kurze Enden hergestellt werden, die dennoch eine ausreichende Heizleistung mitbringen.

Werden zusammen mit dem Heizleiter isolierende Fäden oder Garne eingebracht, dann sichern diese gleichzeitig den mechanischen Zusammenhalt der Grundaufbauelemente, sie bilden den Schutz des Heizleiters gegen mechanische äussere Kräfte und sorgen als quasi durchlässige Hülle dafür, dass z.B. die Wärme vom Heizleiter ohne Staubildung abgeführt wird.

Eine Erhöhung der Heizleistung bringt auch eine andere vorteilhafte Konstruktion, bei der die Speiseadern und die weiteren Adern in einem Bündel oder Verseilelement angeordnet sind und der Heizleiter alle Adern wendeiförmig umschliesst und zwischen den Kontaktstellen hintereinander liegende Heizzonen bildet. Eine Leistungserhöhung ist aber auch möglich bei einer Ausführung mit parallel mitgeführtem Heizleiter oder Heizleitern.

Neben einer gesteckten Ausführung können der oder die Heizleiter auch die Form einer Wendel oder Kordel aufweisen, auch kann diese Wendel oder Kordel auf einem stützenden isolierenden Kern aufgebracht sein. Eine weitere zweckmässige Möglichkeit zur Unterbringung einer grösseren Heizdrahtlänge ist die, den oder die Heizleiter innerhalb einer Geflechtfachung unterzubringen oder die Heizleiter selbst als Geflecht auszubilden.

Den im Handel befindlichen ablängbaren bekannten Heizbändern, Heizkabeln und dergleichen mit Heizleiter und Speise-

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aderii ist gemeinsam, dass für die Kontaktgabe zwischen Heizleiter und Speiseleiter die Isolierung der Speiseadern an den vorgesehenen Stellen mechanisch, etwa durch Fräsen, Schaben, Schneiden und dergleichen entfernt wird. Da diese Massnahme vor dem Aufwickeln des Heizleiters an den bereits fertig isolierten und gegebenenfalls ummantelten Speiseadern vorgenommen wird, sind nur die aussen liegenden Bereiche Ser Isolierung zu erfassen. Diese für die Kontaktgabe verhältnismässig räumlich engen Bereiche sind weitere Schwachstellen der bekannten Heizleitungen. Diese nachträgliche Freilegung der Leiter der Speise-.adern ist offenbar auch ein weiterer Grund dafür, dass bisher lediglich bandföjmijge Ausführungen ablängbarer Heizelemente bekannt geworden sind.

Die bei den bekannten Heizkabeln mit parallelen Speiseadern und Heizleitern verwendeten Kontaktklemmelemente sind ebenfalls nur einsetzbar bei Heizkabeln in flacher Ausführung, abgesehen von möglichen Störungen durch fehlerhaftes Festklemmen der Einzelelemente.

Die geschilderten Schwierigkeiten können dadurch überwunden werden, dass man die Speiseadern an den Kontaktstellen rundum von der Isolierung befreit. Diese Entfernung der Isolierung erfolgt bei der Aderfertigung, so dass ein nachträgliches Bearbeiten mit der Gefahr der Beschädigung des Heizelementes entfällt. Hinzu kommt vor allem die nunmehr sichere Kontaktmöglichkeit über den gesamten Umfang der Speiseader. Das gilt sowohl für die Fälle, in denen die Adern in Form eines Bandes nebeneinander geführt sind, als auch für die Fälle, bei denen die Speiseadern und weiteren Adern miteinander verseilt oder gebündelt sind.

Wie bekannt, werden mindestens für die Isolierung der Speiseadern von Heizkabeln oder -leitungen hitzebeständige Werkstoffe bevorzugt. Solche Werkstoffe sind z.B. geeignete Elastomere, etwa auf Silikon-Kautschuk-Basis. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit ist der Einsatz von Fluorpolymeren für die genannten Zwecke, z.B. des Polytetrafluorethylens oder eines seiner aus der Schmelze verarbeitbaren Copolymere, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung FF,P, PFA oder ETFE geläufig sind. So ist das FEP ein Copolymeres aus Tetrafluorethylen und Perfluorpropylen, für das eine Dauergebrauchstemperatur von 205°C angegeben wird, während die des PFA, einem Per-fluoralkoxy sogar in der Grössenordnung von 260° C liegt, also dem Temperaturbereich des Polytetrafluorethylens selbst entspricht. Das ETFE, auch unter dem Handelsnamen Tefzel bekannt, ist ein modifiziertes Copolymeres aus Ethylen und Tetrafluorethylen mit einem Verhältnis von 25%: 75%, seine Dauergebrauchstemperatur wird mit etwa 155°C angegeben. Diese Materialien können in Kombination mit isolierenden Garn- oder Glasseidefäden oder entsprechenden Geflechten oder Geweben, die als gesonderte Schichten vorher aufgebracht sind, verwendet werden. Diese Werkstoffe können aber vorteilhaft auch in durch Garn-, Glasfasern und dergleichen verstärkter Form verwendet werden. Hierdurch sind hohe Festigkeit, aber auch gute Verarbeitbarkeit zu erreichen. Die genannten Materialien, aber auch andere entsprechend geeignete Werkstoffe, können in extrudierter Form die Leiter, das Leitersystem oder das Heizelement insgesamt umgeben. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese Werkstoffe in Bandform aufzubringen.

An sich ist es auch bekannt, aus der Schmelze nicht verarbeitbare Fluorpolymere, z.B. das Polytetrafluorethylen selbst, zur Isolierung elektrischer Leitungen einzusetzen. Aufgrund der bekannten Verarbeitungsschwierigkeiten solcher Polymateria-lien sind die herzustellenden Produktlängen jedoch begrenzt. Rohrleitungen oder Rohrsysteme grösserer Länge können ohne weiteres also nicht mittels elektrischer Leitungen, die mit diesem hochtemperaturbeständigen Werkstoff isoliert sind, beheizt werden. Diese Schwierigkeiten beim Einsatz bekannter Heizbänder oder Heizkabel können dadurch überwunden werden, dass die Isolierung der Speiseadern eine eventuell vorgesehene

Zwischenschicht und/oder die Aussenhülle selbst aus einem zunächst in ungesinterter Form aufgewickelten und im aufgebrachten Zustand gesinterten Bandmaterial besteht. Diese Art der Isolierung macht es möglich, Speiseadem für höchste thermische Beanspruchungen herzustellen, wobei gegenüber den Formen durch Pulverpressen und Sintern der hochtemperaturbeständigen Kunststoffe höhere Fertigungsgeschwindigkeiten bei vor allem beliebigen Fertigungslängen erreicht werden.

Die sogenannten selbstregulierenden Heizbänder, vor allem für Rohrbegleitheizungen angeboten, haben aufgrund der verwendeten Kunststoffmaterialien die Eigenschaft, in der Temperaturabgabe selbstbegrenzend zu wirken, so dass übliche Temperaturbegrenzer als entbehrlich angesehen werden. Ein ähnlicher Effekt lässt sich dadurch erreichen, dass für den Heizleiter selbst Metalle mit hohem Temperaturkoeffizienten verwendet werden. Als hierfür geeignet hat sich z.B. Rein-Nickel erwiesen.

Wie bereits angedeutet, können die Heizelemente bandförmig ausgebildet sein, sie können aber auch die Form eines Bündels aufweisen. In diesen Formen sind die Heizelemente auch für sogenannte Rohrbegleitheizungen einsetzbar, indem sie wendeiförmig um das jeweilige Rohr oder Rohrsystem herumgelegt oder parallel zur Rohrachse geführt sind.

Ein in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch, dass die Speiseadern und die weitere Ader bzw. Adern um einen Kern herum verseilt oder gebündelt sind, und der Kern ein Rohr oder Rohrsystem zur Aufnahme flüssiger oder gasförmiger Medien ist. Ein solcher Einsatz der Heizelemente für Begleitheizungen sichert eine völlig gleichmässige Temperierung über den gesamten Rohrumfang, ohne dass zusätzliche Mittel erforderlich wären.

Darüber hinaus ergibt sich aber noch der besondere Vorteil, dass wegen der Herstellung der Heizelemente in beliebigen Längen nunmehr beliebig ablängbare, temperierbare Rohrleitungen und/oder Rohrsysteme geschaffen sind. In der beheizbaren Form können z.B. Rohrleitungen aus Kunststoff oder Metall, beispielsweise Kupfer oder Edelstahl, in praktisch endlosen Längen hergestellt und erst am Montageort in der benötigten Länge zugeschnitten werden. Die ablängbaren Heizleiter bieten Gewähr dafür, dass kürzere oder längere Rohrleitungsstrecken stets einwandfrei, und zwar über den gesamten Rohrumfang, temperierbar sind.

Handelt es sich nicht um eine Rohrleitung, sondern um ein Rohrsystem, z.B. in Form eines Rohrbündels aus einer Mehrzahl verseilter Einzelröhrchen, dann können die Speiseadern und weitere Adern sowie der Heizleiter das Rohrbündel in einer oder mehreren Lagen umgeben. Durch Einfügung einer oder mehrerer isolierender Zwischenlagen ergibt sich hier die Möglichkeit, auch mehrere Heizkreise zur Temperierung der zu übertragenden Medien einzusetzen. Mehrere Heizkreise lassen sich in ein Rohrsystem auch in der Weise einfügen, dass das Rohrbündel insgesamt von einer aus Speiseadern, weiteren Adern und Heizleiter gebildeten Lage umschlossen wird und ein oder mehrere Einzelröhrchen des Rohrbündels für sich genommen noch einmal beheizt werden. Da in jedem Fall die Rohre auch die Einzelröhrchen einschliesslich der Heizleiter, beliebig ablängbar sind, sind die unterschiedlichsten Rohr-oder Rohrsystemkombinationen möglich.

Gleiches gilt für den Fall, dass die Rohrleitung oder das Rohrleitungssystem hinsichtlich der Temperaturführung der zu transportierenden Medien überwacht werden soll. Durch das gleichmässig am Rohrumfang verteilte Temperaturmesselement, Widerstandsleiter, Thermoelement oder dergleichen, ist eine genaue Temperaturführung möglich. Schäden im System können kurzfristig erfasst und geortet werden.

Es ist auch möglich, insbesondere im Rohrsystem, Heizelemente und Temperaturmesselemente gemeinsam unterzubringen. So kann z.B. in einem aus mehreren verseilten oder gebündelten Einzelrohren bestehenden Rohrbündelkabel ein medien5

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führendes Röhrchen mit einem Heizelement temperiert sein, während zur Temperaturüberwachung des gesamten Kabels die aus den einzelnen Röhrchen gebildete Seele von einem Temperaturmesselement in Form einer Lage umgeben ist.

Vorteilhaft ist es mitunter auch, wenn die Heiz- oder Messleiter im Bereich der Kontaktstellen auf dem jeweils freiliegenden elektrischen Leiter durch zusätzliche Mittel, beispielsweise durch einen Metallauftrag in schmelzflüssiger, fein verteilter Form fixiert sind. Eine solche Massnahme ist unter dem Begriff «Flammenspritzen» in der Technik allgemein bekannt. Auch geeignete Kleber, beispielsweise auf Keramik-Basis, sind für diese Zwecke geeignet.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Die Figuren 1 bis 7 zeigen je ein Ausführungsbeispiel. Fig. 1 zeigt ein flexibles, beliebig ablängbares elektrisches Heizband oder -kabel, bestehend aus den beiden Speiseadern 1 und 2 mit den spannungführenden Leitern 3 und 4, deren Isolierung mit 5 bezeichnet ist. Als Isoliermaterial dient ein hitzebeständiger Kunststoff, beispielsweise ein Silikonkautschuk, ein Fluorpoly-meres in extrudierter Form, also FEP, PFA oder ETFE, oder auch in Bandform, beispielsweise als erst im aufgebrachten Zustand gesintertes PTFE-Band.

Zum Zusammenhalt der Einzeladern dient die Umhüllung 6, z.B. eine extrudierte FEP- oder Silikonkautschukhülle oder auch eine PTFE-Bandbewicklung oder eine Lage oder Schicht aus einem Garn- oder Glasseidengewebe bzw. -geflecht. Der Heizleiter 7 selbst ist über dieser Schicht wendeiförmig aufgebracht, Die Kontaktierung mit den Leitern 3 und 4 erfolgt beispielsweise dadurch, dass deren Isolierung 5 über die Bandlänge in Abständen längs kurzer Strecken entfernt ist, und zwar auf beiden Adern in Achsrichtung gegeneinander verschoben. Bei gleichzeitiger Entfernung der Schicht 6 an diesen Stellen kontaktiert der Heizleiter 7 die Leiter 3 und 4 über eine oder mehrere Windungen. Die Entfernung der Schicht 6 an den Kontaktstellen lässt sich vermeiden, wenn man den Heizleiter 7 unmittelbar über die Adern wickelt und die Schicht 6, beispielsweise als Gewebeband oder Geflecht, anschliessend aufbringt. Der Aussenmantel 8 schliesslich, z.B. aus einem Silikonkautschuk oder einem anderen geeigneten Kunststoff in extrudierter oder aus einem Bandmaterial gewickelter Form, dient dem äusseren mechanischen Schutz. Durch Garn- Faser- oder Fadeneinlagen kann der Mantel verstärkt sein, auch eine flammfeste Ausführung kann mitunter vorteilhaft sein.

Unabhängig von der speziellen Ausführung und den verwendeten Isoliermaterialien ist wesentlich, dass eine dritte Ader 9 mit einem Leiter 10 und einer Isolierung 11 im Heizelement vorgesehen ist. Diese zusätzliche Ader kann für die eingangs beschriebenen Aufgaben herangezogen werden, wobei neben Steuer-, Melde- oder Kontrollfunktionen vor allem die Mitverwendung als spannungsführende Ader zur Leistungserhöhung, zur Speisung anschliessender Längen, zur dreiphasigen Einspei-sung usw. hervorzuheben ist.

Abweichend von dem in der Fig. 1 dargestellten Heizelement oder -kabel in Bandform zeigt die Fig. 2 eine Anordnung, bei der die Speiseadern 12 und 13 mit der weiteren Ader 14 zu einem Heizelement zusammengefasst sind. Der Heizleiter 15, etwa als gestreckter Draht aus einer Widerstandslegierung ausgebildet, ist mit Garnen 16 in die Adern eingeflochten oder eingewebt. An den nicht dargestellten Kontaktstellen der Speiseadern ist wiederum die Isolierung 17 entfernt, der Heizleiter 15 kontaktiert die Leiter 18 und 19 der Speiseadern 12 und 13 in einer oder mehreren Windungen. Die Garne 16 oder Fäden sichern den Zusammenhalt der Adern, sie schützen aber auch die Heizdrähte und bilden gleichzeitig deren Abstandshalter.

Soll dieses Heizband dreiphasig betrieben werden, dann kann die Ader 14 ebenfalls als Speiseadern mit Kontaktstellen ausgebildet sein. Zu diesem Zweck ist, wie erwähnt, die Isolierung 20 an gegenüber den Kontaktstellen der anderen Speiseadern versetzten Stellen zu entfernen, damit der Heizleiter 15 den Leiter 21 kontaktiert. Die Seele des Heizelementes wird schliesslich überdeckt durch den Aussenmantel 22 in einer der Fig. 1 entsprechenden Form.

Entsprechend einer aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform mit parallel verlaufenden Speiseadern und Heizleitern kann auch dort mit Vorteil eine weitere Ader in den Verband eingebracht werden, entweder als durchlaufende Leitung oder für den dreiphasigen Betrieb, indem die Kontaktbrücken zum Heizleiter entsprechend auch von der zusätzlichen Ader aus vorgesehen werden.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem in einer Ebene neben den Speiseadern 23 und 24 weitere Adern 25 und 26 vorgesehen sind, von denen z.B. die Ader 25 im Sinne einer mitlaufenden Versorgungsader für eine anschliessende Heizkabellänge und die Ader 26 als Melde- oder Überwachungsader oder auch lediglich als Blindader ausgeführt sein kann. Mit 27 ist der eingeflochtene Heizleiter bezeichnet, 28 ist ein miteinge-flochtener Faden oder ein Garn, etwa auf Glasseidenbasis.

Insbesondere ein solches Einflechten des Heizdrahtes ermöglicht es, die Speiseadern nicht nur an den Aussenkanten des Heizbandes, sondern auch im Innern des Verbandes bzw. abwechselnd mit den anderen Adern im Verband anzuordnen. Je nach dem Einsatzbereich sind so die unterschiedlichsten Ausführungsformen möglich.

In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Speiseadern 29 und 30 des flexiblen ablängbaren Heizelementes mit einer weiteren Ader 31 verseilt sind. Wie bereits erwähnt, ist hier die Isolierung 32 bzw. 33 rundum an den Kontaktstellen von den Leitern 34 und 35 entfernt, so dass in jedem Fall trotz der Verseilung der wendeiförmig um den Verseilverband herumgelegte Heizleiter 36 die Speiseadern an den betreffenden Stellen ein- oder mehrfach kontaktiert. Der Aussenmantel 37 kann wieder, wie bereits beschrieben, aufgebaut sein. Die weitere Ader 31 ist z.B. ohne Kontaktierungsmöglichkeit zur Erhöhung des Leitquerschnitts der Speiseadern als parallele Strombahn zuschaltbar.

Ein solches Heizelement in beliebig ablängbarer Form und mit rundem Querschnitt lässt sich auch mit verhältnismässig engem Schlag etwa auf eine Rohrleitung aufwickeln, so dass die Wärmeverteilung auf die Rohroberfläche gegenüber den bekannten Heizelementen wesentlich verbessert wird.

Eine spezielle Ausführungsform z.B. entsprechend dem Aufbau nach der Fig. 4 ergibt sich dann, wenn die Isolierung der Speiseadern und weiteren Adern sowie der Mantel aus einer Polytetrafluorethylen-Bandbewicklung, die nach dem Aufbringen der zunächst noch ungesinterten Bänder gesintert wurde, besteht. Die Bezeichnung Polytetrafluorethylen schliesst hierbei Tetrafluorethylen-Polymere ein, die mit modifizierenden Zusätzen versehen sind, jedoch in einer solchen Menge, dass das Polymere, wie das Polytetrafluorethylen selbst, aus der Schmelze nicht verarbeitbar ist. Andere geeignete Werkstoffe sind z.B. solche auf der Basis von Polyimiden.

Wie bereits angedeutet, haben sich elektrische Heizleiter für sogenannte Begleitheizungen für Rohrleitungen im Markt durchgesetzt. Sie finden z.B. in der chemischen Industrie beim temperierbaren Medientransport, etwa auch als Analysenleitungen, weite Anwendungsgebiete. Hierbei kommt es darauf an, die Temperatur des zu fördernden Mediums von der Aufnahme bis zur Abgabe konstant zu halten. Dies ist in vielen Fällen absolute Voraussetzung, da Temperaturänderungen, etwa in einem Rohrabschnitt, zur Änderung des Aggregatzustandes des zu fördernden Mediums führen und damit die gesamte Rohrleitung blockieren können.

Ein Beispiel einer solchen Rohrbegleitheizung ist in der Fig. 5 dargestellt. Das mediumführende Rohr 38, das selbstverständlich auch die Seele eines Rohrbündelkabels sein kann, also aus

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mehreren miteinander verseilten Einzelrohren bestehen kann, ist von dem Heizelement 39 wendeiförmig umschlungen, das selbst entsprechend den Fig. 1, 2, 3 oder 4 aufgebaut sein kann. Mit 40 ist eine wärmeisolierende Hülle, beispielsweise aus einem geeigneten Schaum- oder Vlieswerkstoff bezeichnet; zur Wär-meabstrahlung nach innen kann die innere Oberfläche der Hülle 40 metallisiert sein. Es ist aber auch für den gleichen Zweck möglich, vor dem Aufbringen der Hülle eine Bewicklung mit einer Metallfolie vorzunehmen. Der mechanisch widerstandsfähige Aussenmantel 41 besteht z.B. aus einem Polyethylen, einem Polyvinylchlorid oder dergleichen.

Die Fig. 6 schliesslich zeigt eine weitere Verbesserung einer Rohrbegleitheizung. Über dem mediumführenden Rohr 42 sind die Speiseadern 43 und 44 zusammen mit weiteren Adern 45 in einer Lage, etwa durch Aufseilen, aufgebracht. Der Heizleiter 46 umgibt diese Lage wendelförmig, an den vorbereiteten, nicht dagestellten Kontaktstellen erfolgt die elektrisch leitende Verbindung zu den spannungsführenden Leitern der Speiseadern 43 und 44. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführungsform ist die völlig gleichmässige Wärmeverteilung am Umfang. An jeder Stelle, auch des Rohres, ist das System ablängbar und betriebsbereit. Ein solches beheizbares Rohrsystem mit Rohren oder Rohrleitungen aus Kunststoff oder Metall kann in praktisch endlosen Längen hergestellt und erst am Montageort in der benötigten Länge zugeschnitten werden.

Zur Leistungssteigerung und um auch hier die Möglichkeit der Einspeisung weiterer Längen oder Abgänge von einer Zentrale aus zu erreichen, können eine oder mehrere der Adern 45 auch zur Spannungsführung, aber auch für Steuer-, Meldeoder Kontrollvorgänge herangezogen werden. Über der Heizdrahtwicklung ist z.B. ein Garn- oder Glasseidegewebe oder -geflecht 47 angeordnet, hieran schliesst sich eine wärmeisolierende Hülle 48, gegebenenfalls nach vorherigem Aufbringen einer Metallbandbewicklung, an. Der Aussenmantel 49 besteht aus einem abriebfesten Kunststoff.

Auch bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist wieder ein Dreiphasen-Betrieb möglich. Die entsprechend mit Kontaktstellen, d.h. von der Isolierung befreiten Stellen der Speiseleiter, versehenen drei Speiseadern sind dann am Umfang des Rohres 42 sternförmig angeordnet.

Statt einer Lage sind für die Rohrbegleitheizung auch zwei oder mehr Lagen Speiseadern und weitere Adern möglich, die dann durch isolierende Zwischenlagen voneinander getrennt sind. Damit lassen sich sogar mehrere Heizkreise im Rohrsystem unterbringen. Das gilt auch für die Fälle, in denen z.B. ein Rohr in einem Rohrsystem gesondert beheizt werden muss, aber auch die Gesamtheit der Rohre eine Temperierung erfahren soll.

Das mediumführende Rohr 42, hier ein Einzelrohr, kann auch wieder ein aus Einzelröhrchen bestehendes Rohrsystem sein, etwa die Seele eines Rohrbündelkabels. Es kann aber auch ein elektrisches Kabel, ein Schlauch oder Rohr bzw. Rohrstück sein, wie es beispielweise für Farbspritzpistolen zur Anwendung kommt oder auch eine Förderleitung, die ihren Einsatz in der Lebensmittelindustrie findet. Die Einsatzbereiche sind praktisch unbegrenzt.

Der Heizleiter selbst, der zwischen die Adern eingeflochten, um diese wendeiförmig herumgelegt oder auch parallel zu den Adern geführt sein kann, ist z.B. aus einer Cr-Ni-Legierung hergestellt. Wird eine Selbstbegrenzung oder -regulierung der Heizelemente gewünscht, dann hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Heizleiter aus einem Material mit hohen Temperaturkoeffizienten herzustellen, beispielsweise aus reinem Nickel.

Speiseadern und sonstige Adern liegen bei einem Heiz- oder Temperaturmessband in einer Ebene. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn von den in einer Ebene nebeneinander liegenden Adern die Speiseadern jeweils die äusseren Bandkanten bilden. Damit ist die Gewähr gegeben, dass dem Heizdraht grösstmögli-che Kontaktflächen auf den Speiseadern zur Verfügung stehen. Gleiches gilt dann, wenn statt oder zusammen mit dem Heizdraht Temperaturmessleiter in den Verbund eingebracht sind.

Das Heizelement nach der Fig. 7 besteht aus den parallel geführten Speiseadern 51 und 52, deren Leiter 53 mit einer Polytetrafluorethylen-Bandwicklung 54, die nach dem Aufbringen gesintert wurde, isoliert sind. Die Bezeichnung Polytetrafluorethylen schliesst hierbei Tetrafluorethylen-Polymere ein, die mit modifizierten Zusätzen versehen sind, jedoch in einer solchen Menge, dass das Polymere, wie das Polytetrafluorethylen selbst, aus der Schmelze nicht verarbeitbar ist. Andere geeignete Materialien sind z.B. solche auf der Basis von Polyimiden.

An den Stellen 55, 55', 55' ' und 56, 56', 56' ' ist die Isolierung rundum entfernt, so dass an diesen Stellen der eingefloch-tene oder eingewebte Heizdraht 57 Kontakt zu den Leitern 53 der Speiseadern erhält. Zwischen den Stellen 55 und 56, 55' und 56', 55' ' und 56' ' werden auf diese Weise Heizzonen definierbarer Leistung gebildet.

Zum mechanischen Schutz des Heizleiters 57 und zum Zusammenhalt der Speiseadern 51 und 52 kann oberhalb des Heizleiters eine gewebte oder geflochtene Hülle aus isolierenden Fäden oder Garnen oder auch eine extrudierte Hülle, z.B. aus einem Silikonkautschuk, oder eine Hülle aus einer erneuten PTFE-Bandbewicklung vorgesehen sein.

Das Band nach der Fig. 7 kann auch eine Messleitung z.B. zur Feststellung einer Temperaturänderung sein und damit Überwachungsfunktionen ausüben. In diesem Fall ist der Draht 57 ein Thermoelement; die für die Beheizung vorgesehenen Speiseadern 51 und 52 bilden die aus dem Band herausgeführten Anschlussleitungen für das Thermoelement.

Die Adern 51 und 52 können auch, wie in der Fig. 4 dage-stellt, miteinander verseilt und der Heizdraht 57 kann wendeiförmig um die verseilten Elemente herumgelegt werden.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims (15)

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1. Flexibles elektrisches ablängbares Heiz- oder Temperaturmesselement mit isolierten Speiseadern und einem oder mehreren Heiz- oder Messleitern, welche die Leiter der Speiseadern an über die Länge in Abständen wiederkehrenden Stellen unmittelbar oder über Kontaktbrücken kontaktieren und zwischen aufeinanderfolgenden Kontaktstellen im Wechsel von einer Speiseader zur anderen Heizzonen definierbarer Leistung oder Messzonen bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter (7; 36) oder Messleiter in die Speiseadern (1, 2; 12, 13; 23, 24) eingeflochten oder eingewebt sind und diese jeweils einzeln schlaufenförmig umgeben oder über verseilten Speiseadern (29, 30) wendeiförmig herumgeführt sind.
2. Heiz- oder Temperaturmesselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heiz- oder Temperaturmesselement mindestens eine weitere Ader (9; 14; 25, 26; 31) enthält.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Heiz- oder Temperaturmesselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Ader (9; 14) bzw. die weiteren Adern (25, 26) zu der oder den Kontaktstellen aufweisenden Speiseadern parallel geschaltet sind.
4. Heiz- oder Temperaturmesselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseadern (1, 2) und die weitere Ader (9) bzw. Adern in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind und der Heizleiter (7) diese Adern (1, 2, 9) wendeiförmig umgibt.
5. Heiz- oder Temperaturmesselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseadern und die weitere Ader bzw. Adern sowie der oder die Heizleiter in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind und die elektrische Verbindung zwischen Speiseadern und Heizleiter über gesonderte Kontaktbrücken erfolgt.
6. Heiz- oder Temperaturmesselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kontaktstellen die Leiter (3, 4; 18, 19; 34, 35) der zwei oder mehr Speiseadern rundum von der Isolierung (5; 17; 32, 33) befreit sind.
7. Heiz- oder Temperaturmesselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Speiseadern mit einem hitzebeständigen Kunststoff auf der Basis von Fluorpolymeren isoliert sind.
8. Heiz- oder Temperaturmesselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Speiseadern mit einem höher temperaturbeständigen Kunststoff auf der Basis von aus der Schmelze verarbeitbarer Copolymere des Tetrafluor-ethylens isoliert sind.
9. Heiz- oder Temperaturmesselement nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzebeständige Kunststoff ein aus der Schmelze nicht verarbeitbares Fluorpoly-meres, vorzugsweise ein Polytetrafluorethylen ist.
10. Heiz- oder Temperaturmesselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung mindestens der Speiseadern aus einem aufgewickelten Bandmaterial, z.B. aus einem Fluorpolymeren, besteht.
11. Heiz- oder Temperaturmesselement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heiz- oder Messleiter im Bereich der Kontaktstellen auf dem jeweils freiliegenden elektrischen Leiter durch zusätzliche Mittel, beispielsweise durch einen Metallauftrag in schmelzflüssiger, fein verteilter Form, fixiert sind.
12. Verwendung eines Heiz- oder Temperaturmesselements nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiseader und die weitere Ader bzw. Adern um einen Kern herum verseilt oder gebündelt werden.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohr (38; 42) oder ein Rohrsystem zur Aufnahme flüssiger oder gasförmiger Medien als Kern verwendet wird.
14. Verwendung eines elektrischen Heizelements nach Anspruch 1 als sogenannte Begleitheizung für Rohre und/oder Rohrsysteme.
15. Verwendung eines elektrischen Heizelements nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die das Heizelement bildenden Speiseadern und die weitere Ader bzw. Adern um das Rohr oder um das Rohrsystem ein- oder mehrlagig herum verseilt oder parallel zum Rohr oder -system in Achsrichtung herumgelegt werden und die Heizleiter jede Lage wendeiförmig umgeben.
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