DE1471130C - Masse zum Einbetten von Heizspiralen - Google Patents

Description

Elektrische Heizspiralen werden bei der Verwendung für bestimmte Zwecke in Schutzrohre aus Metall eingelagert. In diesem Fall muß der Heizdraht elektrisch gegen das Metallrohr isoliert werden, wobei die Isolationsschichtdicke zum besseren Wärmeübergang möglichst gering gehalten wird. Im allgemeinen werden für diesen Zweck Erdalkalioxide, beispielsweise Magnesiumoxid oder Gemische von Magnesiumoxid und Calciumoxid, Kieselsäure oder ähnliche Feuerfestoxide, Feuerfestoxidgemische oder -verbindungen eingesetzt.

Diese Feuerfestoxide besitzen jedoch den Nachteil, daß sie bei zwar guter Wärmeleitung bereits bei mittleren Temperaturen eine merkliche elektrische Leitfähigkeit besitzen. Es bilden sich daher bei der hohen Spannungsdifferenz, die zwischen Heizdraht und Metallrohr besteht, bereits bei geringer Temperaturüberhöhung Kriechströme aus, die zur Zerstörung der Schutzschicht und damit zum elektrischen Durchschlag führen.

Andererseits läßt eine Erhöhung des elektrischen Isolierwiderstandes durch dickere Schichten der Einbettmasse gleichzeitig eine höhere Wärmestauung entstehen, so daß dadurch das Problem nicht gelöst werden kann.

Es wurde nun gefunden, daß Bornitrid als Einbettmasse für elektrische Heizspiralen verwendet werden kann.

Es ist zwar bekannt, daß Bornitrid einen sehr hohen elektrischen Isolationswiderstand aufweist. Gleichzeitig besitzt es auch eine äußerst hohe Wärmeisolationsfähigkeit bei hohen Temperaturen, welche die Heizdrahttemperatur stark ansteigen läßt. Zusätzlich ist bekannt, daß Stähle, z. B. Heizdrähte, durch Eindiffundieren von Stickstoff und auch von Bor oberfiächengehärtet werden können und hierbei spröder werden. Dies mußte auch bei der Berührung der Heizdrähte mit Bornitrid befürchtet werden.

Es ist zwar bekannt, Gemische aus Bornitrid und Erdalkaliverbindungen als elektrische Isolatoren zu verwenden (deutsche Auslegeschrift 1 076 016). Da aber Erdalkaliverbindungen wie z. B. Magnesiumoxyd bei hohen Temperaturbelastungen elektrisch leitend werden, ist dieses Material für die Einbettung von Heizspiralen mit hoher elektrischer Leistung nicht geeignet. Ferner ist bekannt, daß Bornitrid einen sehr hohen elektrischen Isolationswiderstand aufweist. Gleichzeitig wirkt es bei hohen Temperaturen äußerst wärmeisolierend. So wird gemäß der USA.-Patentschrift 2 872 327 Bornitrid zusammen mit anderen Bonden zur thermischen Isolierung von Öfen herangezogen. Ein thermischer Isolator läßt jedoch die Heizdrahttemperatur nachteilig stark ansteigen. Ähnliche Eigenschaften besitzen feuerfeste Massen aus Bornitrid und Siliciumcarbid (USA.-Patentschrift 2 887 393), deren Gehalt an Siliciumcarbid und die damit verbundene erhöhte elektrische Leitfähigkeit des Materials den erfindungsgemäßen Verwendungszweck ausschließen. Zusätzlich ist bekannt, daß Stähle, z. B. Heizdrähte durch Eindiffundieren von Stickstoff und auch von Boroberflächen gehärtet werden können und hierbei spröder werden. Dies muß auch bei der Berührung der Heizdrähte mit Bornitrid befürchtet werden.

Verfahren zur Herstellung von geeignetem Bornitrid sind in den deutschen Patenten 1 153 731, 1165 557 und der deutschen Auslegeschrift 1182 214 beschrieben.

Es ist auch möglich, Bornitrid mit den bekannten Einbettmassen zu vermischen, wobei der Wirkungsgrad etwa dem Bornitridgehalt entspricht. Dabei sollte mindestens ein Gehalt von 10 % Bornitrid verwendet werden.

Die Nachteile, die bei der Verwendung von keramischen Einbettmassen darin bestehen, daß letztere bei höherer Temperatur eine zu hohe elektrische Leitfähigkeit annehmen, treffen bei Bornitrid als Einbettmasse nicht zu, da bei diesem Material der elektrische Widerstand nicht nennenswert erniedrigt wird.

Beispiel 1

In ein senkrecht gehaltenes Messingrohr, in dem zentrisch ein Heizdraht aus Nickel-Chrom-Stahl gespannt ist, wird als Einbettmasse feinkörniges Magnesiumoxid eingedampft. Durch einen Hilfskörper mit Hohlwelle, in der der Heizdraht geführt ist und an dessen unterem Ende eine Platte mit Durchbrüchen befestigt ist, kann das Einstampfen bei gleichzeitigem Nachschütten von frischem Material erleichtert werden. Ein auf diese Weise hergestelltes Heizrohrstück von 50 cm Länge kann an einem Regeltrafo mit 1000 Watt während 2 Stunden belastet werden.

Beispiel 2

Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wird ein Heizrohrstück derselben Länge durch Einstampfen von technischem Bornitrid mit einem Bornitridgehalt von 96°/o hergestellt. Es hält eine Dauerbelastung von 2000 Watt aus.

Beispiel 3

Auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 und 2 wird in ein Rohrstück derselben Länge ein Gemisch von Magnesiumoxid und Bornitrid im Verhältnis 1:1 eingestampft. Dieses Heizrohrstück hält eine Belastung von 1600 Watt aus.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Masse zum Einbetten von elektrischen Heizspiralen, dadurch gekennzeichnet, daß Bornitrid verwendet wird.

2. Masse zum Einbetten von elektrischen Heizspiralen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bornitrid im Gemisch mit bekannten Einbettmassen verwendet wird, wobei der Bornitradanteil mindestens 10% des Gemisches beträgt.