DE1921789C3

DE1921789C3 - Verfahren zur Herstellung von Rohrfüllungen für elektrische Heizkörper

Info

Publication number: DE1921789C3
Application number: DE1921789A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Chem. Dr. 5211 Ranzel Neidhardt; Joseph 4211 Luelsdorf Schneider
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1969-04-29
Filing date: 1969-04-29
Publication date: 1975-02-20
Also published as: DE1921789A1; YU33924B; DE1921789B2; FR2040385A1; JPS5125600B1; US3621204A; YU104570A; CA928729A; GB1303284A; AT303215B

Description

elektrischen Leitfähigkeit. Durch Erhöhung der Zusatzmenge wird keine entscheidende Verbesserung erzielt. Bei Talkum liegt z. B. das Optimum des elektrischen Widerstandes bei Zusatz von etwa 2 Gewichtsprozent.

Auch bei Ersatz des Talkums durch ein anderes normales Gleitmittel mit Schichtstruktur, wie z.B. Glimmer oder Speckstein, wird das angestrebte Ziel nicht erreicht.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe ι ο zugrunde, den elektrischen Widerstand und die Wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials auf dem Wege einer dichteren Packung des Isoliermaterials zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man dem Magnesiumoxid vor dem Einfüllen in die Rohre gesinterte Magnesiumsilikate, Magnesiumoxid oder Mischungen daraus zusetzt, deren Körner praktisch ganz oder überwiegend aus einer Vielzahl von Einzelkristallen unter 10 Mikron bestehen. Das gekörnte, erschmolzene Magnesiumoxid kann dabei eine kantige (kubische), vorzugsweise aber auch eine abgerundete Form haben.

Das zuzusetzende Magnesiumsilikat wird durch Sintern eines synthetischen oder mineralischen Produktes, wie z. B. Talkum, Speckstein, Enstatit od. dgl., oberhalb 1100⁰C, vorzugsweise bei etwa 135O°C, und anschließendes Zerkleinern des Sinter-Blocks auf eine Korngröße unter 0,37, vorzugsweise unter 0,1 mm hergestellt, und die Zusatzmenge beträgt 0,05 bis 6 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2 Gewichtsprozent.

Das zuzusetzende MgO wird aus Magnesia einer Korngröße unter 5 Mikron (Magnesia usta) durch Sintern bei 1500 bis 2000° C, vorzugsweise bei etwa 1700° C, und anschließendes Zerkleinern des Sinter-Blocks auf eine Korngröße unter 0,37, vorzugsweise unter 0,1 mm hergestellt, und die Zusatzmenge beträgt 3 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 Gewichtsprozent. Die Einzelkörner haben dabei, unter dem Mikroskop betrachtet, ein traubenförmiges Aussehen.

Die Versuche haben nämlich gezeigt, daß sich die elektrische Leitfähigkeit im Rohrheizkörper ganz erheblich herabsetzen läßt, wenn dafür gesorgt wird, daß dem Isolationsmaterial, z. B. Elektromagnesia, erfindungsgemäß Zusätze hinzugefügt werden, die eine Kornzerstörung während des Verdichtungsprozesses bei der Herstellung der Rohrheizkörper weitgehend unterbinden. Dies kann durch die Zusätze gemäß der Erfindung, die beim Verdichten als Gleitmittel wirken, erreicht werden. Parallel zur verminderten Kornzerstörung beim Verdichten wird eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit durch besseres Ineinandergleiten der Kornmasse erreicht. Eine höhere Wärmeleitfähigkeit bewirkt aber ein niedrigeres Temperaturgefälle von der Heizwendel zum Rohrmantel. Daraus ergibt sich im Rohrheizkörper bei gleicher Oberflächentemperatur eine niedrigere Durchschnittstemperatur und infolge der Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit damit eine geringere elektrische Leitfähigkeit.

Die Zusatzstoffe müssen erfindungsgemäß feinkristallin sein. Im Kristallgefüge eines einzelnen Korns müssen möglichst viele Kristallite verhältnismäßig lose zu größeren Kristallaggregaten vereinigt sein, so daß die im Korn vorgebildeten Kristallite oder Kristallaggregate leicht aneinander abgleiten können.

Die zuzusetzenden gesinterten Magnesiumsilikate sind in ihrer Wirkung den bekannten Zusatzstoffen auf der Basis von Magnesiumsilikaten mit Schichtstruktur bzw. Plättchen- oder Schuppenstruktur erheblich überlegen, wie ein Vergleich der Ableitströme der Einbettmassen (Beispiele 1 bis 5) mit den zum Stande der Technik gehörenden, Talkum enthaltenden Einbettmassen (Vergleichsbeispiele 1' bis 5') zeigt. Besonders deutlich wird der erzielte Effekt bei einem Vergleich der Ableitströme im Bereich von spezifischen elektrischen Belastungen von 3 bis lO Watt/cm*. Dieses Erfolgsergebnis war nicht zu erwarten und konnte dem Stand der Technik nicht entnommen werden.

Normale mineralische Gleitmittel, wie Talkum oder Speckstein, erfüllen, auch wenn sie durch Glühen völlig entwässert werden, die Anforderungen nicht Glimmer scheidet wegen seiner extrem hohen Eigenleitfähigkeit bei höheren spezifischen elektrischen Belastungen aus.

In den folgenden Beispielen sind die an Testrohrheizkörpern gemessenen Ableitströme, die ein Maß für die elektrische Isolationsqualität der Magnesia darstellen, an Hand handelsüblicher Produkte und gemäß der Erfindung gegenübergestellt.

Die Messung der Ableitströme, die umgekehrt proportional den Widerständen sind, wurde in Edelstahlrohren vorgenommen, wie sie ähnlich auch in der Elektrotechnik verwendet werden.

Die Rohre hatten folgende Abmessungen:

Länge: 500 mm,

Durchmesser: lOinm (vordem Verdichten), Wandstärke: 0,75 mm.

Nach dem Füllen und Verschließen wurden die Rohre auf einen Durchmesser von 8,2 mm, z. B. durch Ringhämmern, reduziert. Die Heizwendeln hatten einen Durchmesser von 3 mm bei einer Drahtstärke von 0,3 mm Die Prüfspannung zwischen Heizwendel und Rohrmaterial betrug 500 V. Die angelegte Heizspannung lag je nach spezifischer Belastung zwischen 170 und 240 V.

Beispiel 1 bis 5

Zu handelsüblichen Elektromagnesiamustern unterschiedlicher Qualität wurden je 2 Gewichtsprozent gesintertes Magnesiumsilikat (Enstatit), das auf eine Korngröße kleiner als 0,10 mm zerkleinert war, zugesetzt.

ohne Zusatz mA
mit Zusatz mA
ohne Zusatz mA
mit Zusatz mA
ohne Zusatz mA
mit Zusatz mA
ohne Zusatz mA
mit Zusatz mA
e) ohne Zusatz mA
mit Zusatz mA

Spezifische Belastung

7,8 I 9 I (Watt/cm«)

1,70
1,07
2,35
1,12
1,63
1,28
1,16
0,70
1,85
0,90

3,55	7,0
1,72	3,65
4,65	10,2
1,88	3,30
4,30	11,0
2,75	6,3
2,40	5,3
1,19	2,55
1,90	2,65
1,0	1,10

16,5

19,4

34,9

13,3

14,6

Vergleichsbeispiele Γ bis 5'

Es wurde wie in den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 5 verfahren, nur mit dem Unterschied, daß den Elektromagnesiamustern 7 Gewichtsprozent Talkum zugesetzt wurden. Das verwendete Talkum war so weit getrocknet, daß die Schichtstruktur erhalten blieb.

Spezifische Belastung 7 j 8 j 9 j (Walt cm¹)

1,65	3,70	8,1
2,20	4,50	11,9
1,55	4,57	13,6
1,20	2,90	7,9
1,90	3,20	4,1

?) mit 2 Gewichtsprozent Zusatz
von Talkum mit
Schichtstruktur
mA 1,65 3,70 8,1 19,6

b) mit 2 Gewichtsprozent Zusatz von Talkum mit Schichtstruktur

mA 2,20 4,50 11,9 23,1

c) mit 2 Gewichtsprozent Zusatz
von Talkum mit Schichtstruktur

mA 1,55 4,57 13,6 35,3

d) mit 2 Gewichtsprozent Zusatz
von Talkum mit Schichtstruktur

mA 1,20 2,90 7,9 18,6

c) mit 2 Gewichtsprozent Zusatz
von Talkum mit Schichtstruktur mA

Beispiel 6

Einer Eiektromagnesia wurde ein gemäß der Beschreibung hergestelltes gesintertes Magnesiumoxid, das auf eine Korngröße kleiner als 0,37 mm zerkleinert war, zu 10 Gewichtsprozent zugesetzt.

	Spezifische	Belastung	8.4	10
7	I ⁸	9	6,6
	(Watt/cm⁴)		19,0
3.20	j 5,1	13,4
2,94	! 4,55

ohne Zusatz .... mA tnit Zusatz mA

Claims

1 2

Gewichtsprozent

Patentansprüche: ^gO 94 bis 98

^v — 1,0 bis 3,5

CaO 0,5 bis 2,0

1. Verfahren zur Herstellung von Rohrfüllun- 5 AIjO₃ 0,02 bis 0,25

gen für elektrische Heizkörper, deren Rohrfüllung YtSi 0 01 bis 0,10

einen erhöhten elektrischen Widerstand besitzt ;* ³ ' *

und aus gekörntem, erschmolzenem Magnesium- ^Nl° ^ü'^{Ui bis U}'^UJ

oxid und einem Zusatz aus einer Magnesiumver- _{d ebenenfa}ij_s Spuren von S^ Q, B₂O₃,

bindung besteht, dadurch gekennzeich- »> rager 8J^. vorhanden.
V «'., -"T Z^mu ^g¹¹^"™«^ vor dem _In ²'_der Korngrößenverteilung unterschieden sich die

Einfüllen in die Rohre gesinterte Magnesium- _hande,_sübIichen Korngemische nur unwesentlich. Sie sihkate, Magnesiumoxid oder Mischungen daraus g*J? , ^₅J_6n _m _{und 037 mm>
wobei die}

zusetzt deren Körner praktisch ganz oder über- ^ ^ _QU _{mm stark überwie}gen. Der elek-

^ioVrt^h" h ^{VOn EmzeIknstallen I5} trische Widerstand der daraus hergestellten isolier-"z VerfahrSTSacKnSruch 1, dadurch gekenn- materialien dagegen ist sehr unterschiedlich. Dies zeigt zeichnet, daß das zuzusetzende Magnesiumsilikat sich besonders dann, wenn das Material Temperaturen durch Sintern eines synthetischen oder minerali- ausgesetzt wird die etwa 800 bis 900 C überstehen, sehen Produkts oberhalb 1100⁰C, vorzugsweise bei ₂₀ Die Ursachen dafür sind nicht eindeutig zu erklaren, etwa 1350⁰C, und anschließendes Zerkleinern des Die gemessenen Abieitstrome, die umgekehrt propor-Sinter-Blocks auf eine Korngröße unter 0,37, vor- tional den Widerstanden sind, schwanken trotz zugsweise unter 0,1 mm hergestellt wurde und daß ähnlicher chemischer Zusammensetzung bei einer spedie Zusatzmenge 0,05 bis 6 Gewichtsprozent, vor- zifischen Oberflachenbelastung von z. B. 10 Watt nach zugsweise 2 Gewichtsprozent, beträgt. »₅ ^{den unten} angegebenen Prufbedingungen zwischen

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- etwa 6 mA und etwa 40 mA. Erwünscht ist aber eine zeichnet, daß das zuzusetzende Magnesiumoxid aus möglichst niedrige elektrische Leitfähigkeit vor allem Magnesia einer Korngröße unter 5 Mikron durch bei hohen Temperaturen bzw. bei hohen spezifischen Sintern bei 150Cj bis 2000⁰C, vorzugsweise bei etwa elektrischen Belastungen. Darüber hinaus soll gleich-17CIO¹C, und anschließendes Zerkleinern des Sin- ₃o zeitig eine möglichst gute Wärmeleitung des Isol.erter-Blocks auf eine Korngröße unter 0,37, Vorzugs- materials und damit eine gute Ausnutzung der He.zweise unter 0,1 mm hergestellt wurde und daß die temperatur der Heizspirale gewahrleistet sein.
Zusatzmenge 3 bis 20 Gewichtsprozent, Vorzugs- In der deutschen Auslegeschrift 1 093 282 wird bei weise 10 Gewichtsprozent, beträgt. einer Einbettmasse für elektrische Rohrheizkörper

4. Gekörnte, erschmolzene Magnesia für Füllun- ₃₅ zwecks Erhöhung der Durchschlagfestigkeit vorgegen elektrischer Heizrohre, gekennzeichnet durch schlagen, körnigem Elektromagnesit vor dem Einfüleinen Gehalt an gesinterten Magnesiumsilikaten len in das Rohr ein Gleitmitte! in einer Menge von 2 und/oder Magnesiumoxid, deren Körner praktisch bis lO°/o zuzusetzen, das nach dem Einfüllen des ganz oder überwiegend aus Einzelkristallen unter Gemisches bei der Verdichtung des Isoliermaterials 10 Mikron bestehen. ₄o mittels Reduzierung des Rohrdurchmesseis eine

5. Material gemäß Anspruch 4, dadurch gekenn- gleichmäßige dichte Packung des Isoliermaterials zeichnet, daß die zugesetzten Mengen an gesinterten fördern soll. Als Gleitmittel werden anorganische Magnesiumsilikaten 0,05 bis 6, vorzugsweise 2 Ge- Materialien, z. B. Magnesiumsilikate, mit Plöttchenwichtsprozent, oder die an Magnesiumoxid 3 bis bzw. Schuppenstruktur, wie Speckstein und Talkum, 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 Gewichts- ₊₅ verwendet.

prozent, betragen. Diese bekannten Einbettmassen genügen aber den

Anforderungen der Praxis hinsichtlich einer möglichst niedrigen elektrischen Leitfähigkeit, insbesondere bei hohen spezifischen elektrischen Belastungen, ₅o nicht.

Die Vergleichsbeispiele Γ bis 5' zeigen, daß die

elektrische Leitfähigkeit einer Einbettmasse aus gekörntem erschmolzenem Magnesiumoxid, die als Gleitmittel 2 Gewichtsprozent Talkum enthält, bei jj höheren spezifischen elektrischen Belastungen (ober-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur halb 7 Watt/cm*) höher ist als die elektrische Leit-Herstellung von Rohrfüllungen für elektrische Heiz- fähigkeit einer Einbettmasse aus der gleichen Elektrokörper, deren Rohrfüllung einen erhöhten elektrischen magnesiasorte, die diesen Zusatz nicht enthält.
Widerstand besitzt und aus gekörntem, erschmölze- Zwar wird bei einigen handelsüblichen Elektronem Magnesiumoxid und einem Zusatz aus einer ίο magnesiasorten, die einen Zusatz von 2 Gewichts-Magnesiumverbindung besteht. prozent Talkum enthalten, bei einer spezifischen elek-

Erschmolzene, gekörnte Magnesia wird als elektri- trischen Belastung von z. B. 7 Watt/cm² eine Ersches Isolationsmaterial zwischen spannungsführenden niedrigung der elektrischen Leitfähigkeit festgestellt; Heizwendeln und den Rohrmänteln in elektrischen jedoch ist der Effekt verhältnismäßig gering. Bei Rohrheizkörpern der Elektrowärme- und Haushalts- 6j manchen Elektromagnesiasorten, die den gleichen geräteindustrie eingesetzt. Die chemische Zusammen- Zusatz in gleicher Menge enthalten, ist in manchen Setzung der Magnesia bewegt sich dabei etwa in folgen- Fällen nahezu kein Effekt bzw. sogar ein unerwünschden Grenzen: ter Effekt feststellbar, nämlich eine Erhöhung der