DE1021518B

DE1021518B - Electric tubular heater of great power

Info

Publication number: DE1021518B
Application number: DEV7104A
Authority: DE
Inventors: Franz Bauhaus; Dipl-Ing Rudolf Czepek; Heinrich Heinbuch
Original assignee: Voigt and Haeffner AG
Current assignee: Voigt and Haeffner AG
Priority date: 1954-04-07
Filing date: 1954-04-07
Publication date: 1957-12-27

Description

Bekannt sind elektrische Rohrheizkörper, die entweder nach einem Füllverfahren oder nach dem sogenannten Backerverfahren hergestellt sind. Nach dem erstgenannten Verfahren wird eine feinkörnige Isoliermasse, bestehend aus Metalloxyd, zwischen Rohrmantel und Heizleiter durch Einrütteln gefüllt. Nach dem Füllen wird eine Verdichtung des Isoliermaterials mit mechanischen Mitteln, z. B. durch Walzen oder Hämmern, also' durch eine Verringerung des ursprünglichen Querschnittes des Mantelrohres, herbeigeführt. Beim Backerverfahren wird zwischen den Rohrmantel und den Heizleiter zunächst Reinmagnesium eingebracht, das nachfolgend unter hohem Druck und Wasserdampf in Magnesiumhydroxyd, umgewandelt wird. Durch nachfolgendes Glühen wird dieses dann in MagnesiumO'xyd übergeführt. Der so vorbereitete Rohrheizkörper wird anschließend,, wie zuvor geschildert, verdichtet. Die nach diesem bekannten Verfahren erzeugten Rohrheizkörper sind bislang hinsichtlich ihrer elektrischen Leistung im allgemeinen beschränkt auf 2 kW je laufenden Meter.Electric tubular heating elements are known, which either after a filling process or after the so-called Backer processes are made. According to the first-mentioned process, a fine-grained insulating compound, consisting of metal oxide, filled by shaking between the pipe jacket and the heating conductor. After this Filling is a compaction of the insulating material by mechanical means, e.g. B. by rolling or hammering, thus' brought about by a reduction in the original cross-section of the jacket pipe. In the backer process, pure magnesium is first introduced between the pipe jacket and the heating conductor, which is subsequently converted into magnesium hydroxide under high pressure and steam will. This is then converted into magnesium oxide by subsequent annealing. The one so prepared The tubular heating element is then compressed as previously described. According to this known method produced tubular heating elements are so far limited in terms of their electrical performance in general to 2 kW per running meter.

Es erhebt sich nun die Frage, warum solche Rohrheizkörper bisher nicht in größeren Abmessungen und mit höherer Leistung ausgeführt wurden, obwohl sie auf den verschiedensten Gebieten der Elektrotechnik mit Vorteil eingesetzt werden könnten. Wollte man solche Rohrheizkörper höherer Leistung nach dem Backerverfahren herstellen, dann müßte der Querschnitt des Rohrheizkörpers selbstverständlich entsprechend vergrößert werden. Dies hätte wiederum. zur Folge, daß viel Reinmagnesium in Magnesiumoxyd umgewandelt werden müßte. Für den bekannten und üblichen Rohrheizkörper mit einem Mantelrohrund Außendurchmesser von 7 bis 12 mm ist aber schon eine mehrmals zu wiederholende mehrstündige Wärmebehandlung im Autoklav und Schutzgasofen nötig. Bei einem Rohrheizkörper größeren Querschnittes müßten dann noch größere Mengen Magnesium in Magnesiumoxyd verwandelt werden, was die Fertigstellung wesentlich verteuern und die Wirtschaftlichkeit in Frage stellen würde. Der Anwendung des Füllverfahrens war aber nach den bis jetzt vorliegenden Erfahrungen deswegen, eine Grenze gesetzt, weil bei einem Mantelrohrdurchmesser ab 16 mm nicht mehr die für Hoehleistungs-Rohrheizkörper erforderliche Fülldichte erreichbar war. Hierbei ist es gleichgültig, ob der Rohrheizkörper während des Füllens in bekannter Weise in der Waagerechten oder in der Senkrechten in Schwingungen versetzt wird.The question now arises, why such tubular heating elements so far have not been made in larger dimensions and with higher performance, although they could be used with advantage in a wide variety of fields of electrical engineering. You wanted to produce such tubular heating elements of higher power according to the Backer process, then the cross-section would have to be of the tubular heater can of course be enlarged accordingly. This in turn would have. As a result, a lot of pure magnesium would have to be converted into magnesium oxide. For the well-known and conventional tubular heating elements with a jacket tube and an outside diameter of 7 to 12 mm several hours of heat treatment in the autoclave and protective gas oven to be repeated several times necessary. With a tubular heater with a larger cross-section then even larger quantities of magnesium would have to be converted into magnesium oxide, which would lead to completion would make it much more expensive and would put economic viability in question. The application of the However, according to the experience available up to now, a limit was set because With a jacket pipe diameter of 16 mm or more, this is no longer the one required for high-performance tubular heating elements Filling density was achievable. It does not matter whether the tubular heating element is in is set in a known manner in the horizontal or in the vertical vibrate.

Rohrheizkörper großer elektrischer Leistung wurden daher bis jetzt in anderer Weise hergestellt. Ihr Mantelrohr wurde mit keramischen Formkörpern angefüllt, die im Bereich ihres Umfanges Ausnehmungen aufweisen, in die die wendelförmig oder auch anders Elektrischer Rohrheizkörper
großer LeistungTubular heating elements of high electrical power have therefore been manufactured in a different way up to now. Your jacket tube was filled with ceramic moldings which have recesses in the area of their circumference into which the helical or other electrical tubular heating element
great achievement

Anmelder:Applicant:

Voigt & Haeffner Aktiengesellschaft,
ίο Frankfurt/M., Hanauer Landstr. 142-172Voigt & Haeffner Aktiengesellschaft,
ίο Frankfurt / M., Hanauer Landstr. 142-172

Dipl.-Ing. Rudolf Czepek, Frankfurt/M.,
Heinrich Heinbuch, Großauheim,
und Franz Bauhaus, Frankfurt/M.,
sind als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Rudolf Czepek, Frankfurt / M.,
Heinrich Heinbuch, Großauheim,
and Franz Bauhaus, Frankfurt / M.,
have been named as inventors

gewickelten Heizleiter eingelegt werden. Beim Einbringen dieser Heizwendeln, in die Ausnehmungen der keramischen Formkörper besteht stets die Gefahr einer unerwünschten Längung derselben, und beim nachfolgenden Verdichten und möglichen Brechen der keramischen Formkörper können, die Heizleiter beschädigt werden. Außerdem haben derart aufgebaute Rohrheizkörper den Nachteil, daß die Wärmeableitung aus ihrem Innern in Richtung auf den Außenmantel zu wünschen übrigläßt. Wird zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zusätzlich eine Füllung angewandt, dann läßt sich diese erfahrungsgemäß nicht genügend homogen herstellen. Da die keramischen Formkörper nicht ohne Bindemittel, welche wiederum den elektrischen! Isolierwiderstand herabsetzen, erzeugt werden können, wird der eigentliche Vorteil einer Füllung der Hohlräume innerhalb und. außerhalb des keramischen Fortnkörpers — denn hierzu können reine Metallo-xyde, z. B. Magnesiumoxyd, mit bester Isolierfähigkeit Verwendung finden — zunichte gemacht. Schließlich wird bei der bekannten Ausführung vielfach noch ein die Mittelbohrung der keramischen Formkörper durchdringender, mitunter mit Gewinde versehener Längsbolzen benötigt, weil die einzelnen keramischen Formkörper von an sich kurzer Länge vor dem Einlegen der Heizleiter in diese aufeinandergereiht und mittels des Bolzens baulich zu einem Isolierkörper größerer Länge vereint werden müssen.wound heating conductor can be inserted. When bringing in of these heating coils, in the recesses of the ceramic molded body there is always the risk of a unwanted elongation of the same, and in the subsequent compression and possible breaking of the Ceramic moldings can damage the heating conductors. In addition, have such a structured Tubular heating elements have the disadvantage that the heat dissipation from their interior in the direction of the outer jacket leaves a lot to be desired. If a filling is also used to improve the thermal conductivity, then experience has shown that this cannot be produced homogeneously enough. Since the ceramic Shaped body not without a binder, which in turn increases the electrical power! Reduce insulation resistance, generated the real advantage is a filling of the cavities within and. outside of of the ceramic body - because pure metal oxides, z. B. magnesium oxide, with the best insulating properties are used - ruin it made. Finally, in the known design, the central bore of the ceramic shaped body penetrating, sometimes threaded longitudinal bolts required because the individual ceramic moldings of a short length per se before the heating conductors are inserted into them lined up and combined structurally by means of the bolt to form an insulating body of greater length have to.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen betriebssicheren, einfach herstellbaren Rohrheizkörper großer Leistung zu schaffen. Die Erfindung löst dieseThe invention is based on the object of an operationally reliable tubular heating element that is easy to manufacture to create great achievement. The invention solves this

709 846M13709 846M13

Aufgabe bei einem Rohrheizkörper mit wendeiförmigem, konzentrisch zum Mantelrohr angeordnetem Heizleiter, dessen Isolierung gegenüber dem Mantelrohr durch ein nach einem Füllverfahren pulver- oder kornförmig eingebrachtes, nachträglich verdichtetes Metalloxyd, vorzugsweise Magnesiumoxyd, erzielt wird, dadurch, daß erfindungsgemäß sein Außendurchmesser mindestens 16 mm, seine elektrische Leistung je Meter Rohrlänge mindestens 3 kW, der Drahtdurchmesser seines Heizleiters mindestens 1 mm be- ίο trägt und daß er in eine während des Füllvorganges zugleich zwei Schwingungen ausgesetzte Isoliermasse eingebettet ist, von denen die eine in der Waagerechten, die andere in der Senkrechten wirksam ist.Task for a tubular heater with a helical, heating conductor arranged concentrically to the jacket pipe, its insulation from the jacket pipe by means of a subsequently compacted powder or granule introduced after a filling process Metal oxide, preferably magnesium oxide, is achieved by virtue of the fact that, according to the invention, its outer diameter At least 16 mm, its electrical power per meter of pipe length at least 3 kW, the wire diameter of its heating conductor is at least 1 mm and that it is in one during the filling process at the same time two vibrations exposed insulating compound is embedded, one of which in the horizontal, the other is effective in the vertical.

Durch die Kombination, dieser Merkmale wird es erstmalig möglich, Rohrheizkörper mit wendeiförmigem, konzentrisch zum Mantelrohr angeordnetem Heizleiter mit verhältnismäßig großem Außendurchmesser herzustellen. Denn durch gleichzeitige Anwendung zweier Schwingungen beim Füllvorgang wird vermieden, daß die infolge der großen Drahtstärke eine verhältnismäßig große Masse besitzende Wendel unzulässig starken einseitigen Schwingungen mit ihren ungünstigen Folgen ausgesetzt wird, und es wird gleichzeitig der Vorteil einer ausreichenden Fülldichte gewährleistet, so¹ daß durch nachträgliche Verdichtung auch bei Rohrheizkörpern großer Leistung eine gute Isolation und eine sichere Wärmeabfuhr erzielt werden kann mit der Folge, daß der wegen des größeren Rohrdurchmessers wesentlich längere Heizleiter größeren Querschnitts viel höher als bei bekannten Rohrheizkörpern belastet werden, kann. Dies um so mehr, als durch die bei der Erfindung möglich werdende hohe Verdichtung der Isoliermasse auch noch die beim Verdichten auftretende Zunahme des Heizleiterdurchmessers begünstigt wird. Dabei kann wegen des vergrößerten Mantelrohr- und Heizleiterdrahtdurchmessers bei hoher spezifischer Belastung der Oberfläche des Mantels gegenüber den bisher bekannten Ausführungen die spezifische Oberflächenbelastung des Heizleiterdrahtes verhältnismäßig klein gehalten werden. Da nun für den Aufbau des Heizleiters Drähte mit mehreren Millimetern Durchmesser verwendet werden können, erhöhen sich dessen Lebensdauer und die Betriebssicherheit wesentlich, da diese etwa mit dem Quadrat seines Durchmessers ansteigt. Der neue Rohrheizkörper ist aber nicht nur elektrisch in hohem Maße widerstandsfähig, sondern auch in mechanischer Hinsicht und außerdem gegen äußere Einflüsse, weil sein Mantelrohr eine Stärke von mehreren Millimetern haben kann. Da der Innendurchmesser des Mantelrohres groß ist, können in diesem ein oder mehrere Heizleiter starken Querschnitts ohne Schwierigkeiten untergebracht werden. Die Heizleiter selbst können, wie üblich, als Ein- oder Mehrfachwendeln ineinandergewickelt sein. Bei beiderseits offenen Rohrheizkörpern treten dann die Stromzu- und -ableitungen an jeder Stirnseite des Rohrheizkörpers aus. Ist der Rohrheizkörper einseitig verschlossen, z. B. in seiner Ausführung als Stabtauchheizkörper, wird man vorzugsweise eine bifilare Wicklung des Heizkörpers wählen, damit dessen Stromzu- und -ableitungen auf einer Seite des Heizkörpers austreten.The combination of these features makes it possible for the first time to produce tubular heating elements with a helical heating conductor arranged concentrically to the jacket tube and with a relatively large outer diameter. Because by simultaneous application of two oscillations in the filling operation is avoided that due to the large wire thickness, a relatively large mass possessing spiral inadmissible strong unilateral vibration is exposed to unfavorable consequences, and it is ensured at the same time the advantage of a sufficient filling density, so ¹ that by subsequent Compression good insulation and reliable heat dissipation can be achieved even with tubular heaters of great power, with the result that the heating conductor, which is much longer due to the larger tube diameter, has a much higher cross-section than with known tubular heaters. This is all the more so since the high compression of the insulating compound made possible by the invention also promotes the increase in the heating conductor diameter that occurs during compression. Because of the enlarged casing tube and heating conductor wire diameter, the specific surface stress of the heating conductor wire can be kept relatively small compared to the previously known designs with a high specific load on the surface of the casing. Since wires with a diameter of several millimeters can now be used for the construction of the heating conductor, its service life and operational reliability increase significantly, since this increases approximately with the square of its diameter. The new tubular heating element is not only highly electrically resistant, but also mechanically and also against external influences, because its jacket tube can be several millimeters thick. Since the inside diameter of the jacket pipe is large, one or more heating conductors with a large cross section can be accommodated in it without difficulty. The heating conductors themselves can, as usual, be wound into one another as single or multiple coils. In the case of tubular heating elements that are open on both sides, the current supply and discharge lines then exit at each end of the tubular heating element. If the tubular heater is closed on one side, e.g. B. in its execution as a rod immersion heater, you will preferably choose a bifilar winding of the heater, so that its current supply and discharge on one side of the heater.

Gemäß der weiteren Erfindung wird ferner die eingangs geschilderte Gefahr unzureichender Fülldichte dadurch beseitigt, daß die Isoliermasse während des FüllvO'rganges zugleich zwei Schwingungen unterworfen ist, von denen die eine in der Waagerechten, die andere in der Senkrechten wirksam ist.According to the further invention, there is also the risk of inadequate filling density described at the outset this eliminates the fact that the insulating compound is simultaneously subjected to two vibrations during the filling process of which one acts horizontally and the other vertically.

Als Stabtauchheizkörper kann der neue Rohrheizkörper da eingesetzt werden, wo die geforderte elektrische Leistung von den bisher gebräuchlichen Ausführungen normaler Rohrheizkörper nicht mehr bewältigt wurde oder Rohrheizkörper kleinerer Abmessungen nicht betriebssicher genug waren und daher in solchen Fällen die induktive Erwärmung zur Anwendung kam. Auch als Heizkörper für elektrische Schutzgasöfen ist er geeignet, weil er wegen der Stärke seines nicht vom Strom durchflossen«! Mantels weitgehendst gegen Korrosion beständig ist und von ihm auch die elektrische Leistung erzeugt wird, die der bekannte Rohrheizkörper mit keramischen Formstücken nicht zu liefern vermag.As a rod immersion heater, the new tubular heater can be used where the required electrical Performance of the previously common designs of normal tubular heating elements no longer coped with or tubular heating elements of smaller dimensions were not sufficiently reliable and therefore in inductive heating was used in such cases. Also as a radiator for electric It is suitable for protective gas furnaces because the current does not flow through it because of the strength of it «! Coat is largely resistant to corrosion and it also generates the electrical power that the known tubular heater with ceramic fittings is unable to deliver.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, und zwar als Stabtauchheizkörper mit nur einer bifilaren Heizwicklung, ist in der Zeichnung dargestellt. Innerhalb des mehrere Millimeter starken. Mantelrohres 1 ist der in vorliegendem Fall bifilar gewickelte Heizleiter 2 angeordnet, dessen Stromanschlußenden 3/4 durch den Anschlußkörper 5 nach außen geführt sind. Sinngemäß kann ein derartiger Rohrheizkörper auch mehrere einfach oder bifilar gewickelte Heizwendeln enthalten. Zwischen dem Heizleiter 2 und dem Mantelrohr 1 befindet sich die nach der Erfindung im Füllverfahren eingebrachte Isoliermasse 6, die in vorliegendem Fall aus nahezu reinem Magnesiumoxyd besteht. Nach dem Füllvorgang wird der Rohrheizkörper in bekannter Weise durch Walzen oder Hämmern in. seinem Querschnitt verjüngt, wodurch eine Verdichtung der Isoliermasse 6 herbeigeführt wird. Da der Heizkörper nach dem Ausführungsbeispiel als Stabtauchheizkörper Verwendung finden soll, ist der Rohrheizkörper einseitig durch eine eingeschweißte oder konisch aus dem Rohr selbst gezogene Kappe 7 abgeschlossen.An embodiment of the subject matter of the invention, namely as a rod immersion heater with only one bifilar Heating coil is shown in the drawing. Within the several millimeters thick. Jacket pipe 1, the heating conductor 2, wound bifilarly in the present case, is arranged, its power connection ends 3/4 are passed through the connection body 5 to the outside. Analogously, such a Tubular heating elements also contain several single or bifilar wound heating coils. Between the heating conductor 2 and the jacket tube 1 is the insulating compound introduced in the filling process according to the invention 6, which in the present case consists of almost pure magnesium oxide. After the filling process the tubular heating element is tapered in a known manner by rolling or hammering in. Its cross-section, whereby a compression of the insulating compound 6 is brought about. Since the radiator according to the embodiment to be used as a rod immersion heater, the tubular heater is one-sided by a Cap 7 welded in or conically drawn from the tube itself is completed.

Heizkörper gemäß der Erfindung können in jeder beliebigen Länge hergestellt werden. Dies läßt sich wie folgt ermöglichen: Heizkörper bestimmter Fertigungslänge werden so ausgeführt, daß ihre beiden Stromanschlußenden beiderseits austreten. Die Rohrmäntel von, je zwei aneinanderzufügenden Heizkörpern werden an der Stoßstelle mit Gewinde versehen, über das alsdann eine Rohrmuffe geschraubt wird. Nachfolgend kann diese Muffe noch mit den Rohrmänteln der benachbarten Heizkörper verlötet oder verschweißt werden, Abgesehen, von der Herstellung der elektrischen Verbindung und dem Ausfüllen des an der Stoßstelle entstehenden Hohlraumes mit Isolierpulver erfolgt die Herstellung beliebig langer Rohrheizkörper, also in der gleichen Weise, wie im Rohrleitungsbau üblich.Radiators according to the invention can be made in any length. This can be as follows: Radiators of a certain production length are designed so that their two Exit the power connection ends on both sides. The pipe jackets of two radiators to be joined together are provided with a thread at the joint, over which a pipe socket is then screwed. Below this sleeve can also be soldered or welded to the pipe jackets of the neighboring radiators apart from making the electrical connection and filling in the an The hollow space created at the joint with insulating powder is used to manufacture tubular heating elements of any length, in the same way as is usual in pipeline construction.

Es ist ferner möglich, U-förmige Heizkörper großer Schenkellänge zu erzeugen. Hierzu werden je Schenkel ein oder mehrere gerade Heizkörper hintereinander angeordnet und, da der fertige neue Rohrheizkörper nachträglich beliebig gebogen werden kann, über einen als Rohrkrümmer gebogenen. Heizkörper miteinander vereint.It is also possible to produce U-shaped radiators with a large leg length. For this purpose, each leg one or more straight radiators arranged one behind the other and, as the finished new tubular radiator can subsequently be bent as desired, using a bent pipe bend. Radiators with each other united.

Claims

Patent claims:

1. Electric tubular heater with high performance with a helical, concentric to the jacket pipe arranged heating conductor, its insulation from the jacket pipe by one after one Filling process powder or granular introduced, subsequently compacted Metallaxyd, preferably magnesium oxide, is achieved, characterized in that its outer diameter

At least 16 mm, its electrical power per meter of pipe length at least 3 kW, the wire diameter its heating conductor is at least 1 mm and that it is in one during the filling process at the same time two vibrations exposed insulating compound is embedded, one of which in the horizontal, the other is effective in the vertical.

2. tubular heating element according to claim 1, characterized in that that the heating conductor or conductors is designed as multiple or bifilar coils are.

1 sheet of drawings