DE2050952C3 - Verfahren zum Vermindern des Ver luststromes eines elektrischen Heiz elements - Google Patents

Description

<; u;_c ^n»,. eeeieneterweise etwa ι υ "ι "ei

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermin- 35 ™ⁿ * °£ '^' ^_ur|_{e in} vielen Fallen als angedern des mit der Zeit auftretenden Ansteigens eines Wechselsp—t spannung sollte nicht

Verluststromes zwischen dem axialen Widerstands- mes en befunde"· " _Vorzugsweise wird die

element und dem geerdeten Metallmantel eines mit wenigeJ J^fJ Gleichspannung in etwa regelmäßieiner Netzspannung zu betreibenden Rohrheizkor- elektro ^^nd| ^_{d de} ^P _{s Betrie} ^B _bs des Heizelements pers, dessen Widerstandselement von e.ner Isolier- 40 WJ" ⁰I⁶^bJSi das Verhältnis sämtlicher Pcschicht aus temperaturbeständigem organischem ^¹^¹·J?S? welcher das Gleichstrompotential Oxydmaterial umgeben ist. ™üen wan Periode, während welcher es

Koaxiale elektrische Heizelemente dieser Art wer- emj^irkJ' ™^r g⁵"⁸™ _d. vorteilhaftenve.se zwischen den in weitem Umfang für häusliche und industrielle η chi ^l ^^e]f _{£i Einsc}haltzeit von etwa 5» 0 Zwecke verwendet, z.B. in Spiralform als Heizring 45 3ϋ_7( und 1 ^9 λ t^ ^ie _twJ 050 ₀, _d. h.. ein Verfür Haushaltskocher. Unter Betriebsbedingungen ist und> ^ ^Α™'^ _{sjch als gee}ignet herausgestellt, der Mantel geerdet, während eine Wechselspannung, haltnis von 5 ^ ^ hervorgehoben werden, daß üblicherweise zwischen 120 und 250 V bei 50 oder ^^^S^ in der Länge und der Hz an das Widerstandselement angelegt wmi. Das we ^^eiche^ ^A _Gk ^a _ich ^_nungSanwendung gegeben temperaturbeständige Isoliermaterial welches das 50 P^^f'^^'_den normalen Verluststrom eines Widerstandselement umgibt, soll die thermische sind N'^mn^^ _24()V Wechselstromhe.zele-Energie so wirtschaftlich wie möglich auf den Mantel nthug ^^e™«^c _{tur als Einhe}it, dann kann,

übertragen und dabei gleichzeitig so wirksam wie men s be. BetnetJJ«JP „ _{dne Reduz}ierun_g

möglich das Widerstandselement gegen den geerde- '" ^llJ^eJ ^^η^ _{um dic} Hälfte dadurch erzielt ten Mantel elektrisch isolieren. " "| . _{daß man eine} 30 V-Gleichspannung für etwa

Die Wärmekapazität eines Heizelements dieser Art werde", daß man e _{dem wi(krstandsele}.

soll so klein wie möglich sein, damit s.ch das EIe- ein^^1S ^J^eckung anlegt. Wird die Gleichment in möglichst kurzer Zeit aufheizen oder abkuh- mtnt und der ™ | j _der Verluststrom - len kann. Eine geringe Wärmekapazität bedeutet, ^sPJ^nnu^^geⁿ?ni _sprüngli^en Wert. Jedoch daß das temperaturbeständige Isoliermaterial so 60 langsam^ auf seme P t;_{telen Fa}„ _{davon aus}. dünn wie möglich sein soll. Andererseits ,st es von kann^ ^"J, _Abnehmen der elektrolysierenwesentlicher Bedeutung, daß der Verluststrom de f_e„ _Snannun_R mindestens zehn Minuten vergehen, zwischen dem Widerstandselement, und dem Mantel den SP³⁰"!^ ^m _{om auf 90}o „ seines ursprünghfließt, wenn das Heizelement betrieben wird, d.h. ^^^ _angestiegen ist. Allgemein gesprochen wenn sich das temperaturbeständige sol.ermater.al 65 chen ^{Wertes ang}J _h |_e Verminderung des Verlustauf Betriebstemperatur befindet, so klein wie mog- g.b «^^aB «Jf _{mit der} Anwendungszeit der A^t^it^Ä^ÄÄT SX ändert, wobei die stärkste Vermin-

/derung in den frühen Stadien der Elektrolyse auf-

/ tritt Annäherungsweise kann man davon ausgehen.

daß die Rückkehr des Heizelements zu normalen Bc-

triebsbedingungen nach dem Abnehmen der Gleich-

spannung linear verläuft.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von in den / Fig. 1 bis5 dargestellten Ausführungsbeispiclen er- ■ läutert. Es zeigt

F i g. 1 und 2 Schaltungsanordnungen zum periodischen Anlegen einer elektrolysierenden Gleichspannung an das Isoliermaterial zwischen dem Widerstandselement und dem leitenden Mantel eines elektrischen Heizelements,

Fig. 3 und4 typische graphische Darstellungen, wobei das Maß des Verluststromes auf der Ordinate und die Zeit auf der Abszisse aufgetragen ist und

F i g. 5 eine graphische Darstellung, bei der der Verluststrom in Milliampere auf der Ordinate und die Zeit in Stunden auf der Abszisse erscheint.

Die Fig.) und 2 zeigen zwei einfache Möglichkei- *° ten zum Anlegen einer periodischen, elektrolysierenden Gleichspannung zwischen dem Widerstandselement und dem Mantel eines Heizelements. Nach Fig. 1 wird ein SchalterS zyklisch betätigt. 1st der Schalter S geschlossen, so heizt sich ein Heizelement 1 »5 in normaler Weise auf, und zwar gespeist von einer Wechsclstromquelle 2, deren eine Seite auf oder nahe dem Erdpotential liegen sollte. Bei geöffnetem Schalter S fließt ein Gleichstrom über eine Diode D, einen Strombegrenzungswiderstand R und das Isoliermaterial, das zwischen dem Widerstandselement und dem äußeren geerdeten Mantel des Heizelements 1 einge-

Heizelementen tür eieKinsun. > ·«".>..

wendet wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die gezeigte Schaltung eine Energiercglung durchdie Möglichkeit bietet, die Temperatur des sehr genau zu steuern. Damit sinken die ixuÄiwn, wild es wird außerdem ein verbesserter Wirkungsgrad des Heizelements erzielt.

In den graphischen Darstellungen zeigt F i g. 3 die Veränderung des Wechselstroni-Verluststroms über derjenigen Zeit, während welcher eine clektrolysierende Gleichspannung angelegt ist. Die Ordinate nach F i g. 3 zeigt den Wert des Wechselstrom-Verluststromes direkt nach dem Abnehmen der elektrolysierenden Gleichspannung, und zwar ausgedrückt als Verhältnis zu demjenigen Wechselstrom-Verluststrom, der in einem unelektrolysierten Heizelement auftritt. Die Abszisse in Fig. 3 zeigt die Zeit in Minuten, während welcher die elektrolysierende Gleichist. Es ergibt sich, daß annähernd entsteht, die anzeigt, daß nur jige Verbesserungen erzielt werden können, wenn die Gleichstromelektroly.se länger als fünf Minuten fortgesetzt wird. Beim Erstellen der Kurven nach F i g. 3 betrug die Gleichspannung 30 V. während die Wechselspannung auf 240 V gehalten wurde. Das Heizelement wurde mit einer Temperatur von 85(Γ C an der Abdeckung betrieben, und das Isoliermaterial bestand aus Magnesiumoxyd.

~ " ;. 4 geht hervor, wie der Effekt der Gleichder Zeit, die nach dem Ab-Spannung vergeht.

^!?-Strahlung, oder Heizelement eines elektrisehen Haushaltskochers wird in der Regel mit einem zyklischen Schalter verwendet, der d^e Erwärmung steuert. Dieser Schalter kann in einfacher und relativ billiger Weise zu der Schaltung gemäß F,g. 1 abgedes

t abgewandelte Ausf^hrungsform,

Thyristor T wird asymmetrisch au Grund einer Zündverzögerung gezündet, die von einer Zenerdiode

Dl hervorgerufen wird. Die Zenerdiode liegt in Reihe mit einem veränderbaren Widerstand RlDe _Glcichspannung, während auf

JJ^^f _{Zeit in Minule}„ seit Beendigung der <k...^^{bszisse a} _{f ist}. _Aus dieser gruphischen

Elektrolyse autg ^g^ ^ ^ ^ _{wesent ichen h}.

mit einer elektrolysie

^ ^^ _{Hd w chse} .

_{und mit} einem Heizelement aus Magnesiumoxyd bestand

-"^{von 85}°^{c ar}"

schwingung dar, wobei sich die Verformung der positiven Halbschwingung von der Verformung der negativen Halbschwingung unterscheidet. Dementsprechend kann die resultierende Schwingungsform als eine Kombination einer Wechselspannung mit einer Gleichvorspannung betrachtet werden. Die Gleichvorspannung (deren Größe wird durch Veränderung des Grades an Asymmetrie gesteuert, welche in der

beitet. Diagramm, bei dem die Verlust-

Mg. 3 zeig ¹J- _Milliarnpere über der Zeit ^^^^ X_zisse aufgetragen sind, und zwar η S■ ^un «^{n a}^^ _{das bis} ^_{um Pun}kt X normal beuru ^H^«^lem _d' _anscll,_ießend in der oben betrieben wurot^ _wirkung einer Gleichstrom-

55 «.hr ^" ^We'se ^c * _Umer verwendung

;^Iektr°g ^unt^_ch Fig 1 wurde die Wechsclspan-

SS darauf hineewiesen, daß der Wkta-nd « I dufc" Sprung des ZBndzei.punto d« ThyrjslorsT während jeder H.lbschw.ngung die ^ Heizelemenl I zugefuhrte Ene,g,e beeinfluB, und 6s dementsprechend die vom Heiiciemenl erreichte

^ΤΓ^ S,„„, , U. 1

J-*

S3« Wer, so lange Hieb. "vH°schc Behandlung im Zeilpunkl V umerzykn _{Zej( ]ang wurde}„ _d

P"^thcn *^fL_crendcn Gkichsp.nnnngen angelegt. Aussetzen der C;,achs,_rome,e_k,_ro,_ySe kehrte

der Verluststrom schnell auf einen Wert in der Nähe des ursprünglich existierenden Wertes zurück, fiel jedoch sehr schnell wieder ab. wenn im Zeitpunkt Z die zyklische Glcichspannungsbehandlung wieder aufgenommen wurde. Der unruhige Verlauf der Kurve in der graphischen Darstellung hat sich auf Grund von Änderungen der Wechselspannung ergeben. Es wurde festgestellt, daß die Vorteile der Glcichspannungselektrolyse nur in den Fällen auftraten, in denen Heizelemente über beachtliche Zeit bei hohen Temperaturen betrieben worden waren. Es besteht die Möglichkeit, daß Metallionen, die aus dem Widcrstandsclemcnl oder der äußeren Abdeckung stammen, in das hochtcmperaturbcsländigc Isoliermaterial einwandern und seinen tatsächlichen Widerstand vermindern. Es ist möglich, daß das periodische Anlegen der Gleichspannung dazu führt, daß diese verunreinigenden Ionen zur negativen Elektrode des Gleichspannungskreises geschwemmt werden, so daß sich eine vorübergehende Verbesserung der Widerstandseigenschaften der Isolierschicht ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Diese beider. Patentanspruch. S^ &Ä£Ä

1. Verfahren zum Vermindern des mit der Zeit lerial «nuß so dick si ^ ^ ^. _{jed h dne}

auftretenden Ansteigens eines Verluststromes 5 £>kss'ges ^aU _{de;> Heizdements aJs un}ver-

il Widtdlment und ^Ian^™^{e Α}Α^Γ id

auftretenden Ansteigens eines Verluststromes £g ^ _{de;> Heizdements aJs un}ver

zwischen dem axialen Widcrstandselement und ^Ian^™^e. ^ΑΑ^Γ _ßenommen wird. .

dem geerdeten Metallmantel eines mit einer meidbar^n.Kam g _{die Aufgabe zugrun}d_e, bet

betreibenden Rohrheizkörper* Der ^™^ηϋ™» ο tn Gattung

dem geerdeten Metallmantel eines mit eine ^_{die Aufgabe zugrun}d_e,

Netzspannung zu betreibenden Rohrheizkörper*, Der ^™^ηϋ™» ο eingangs genannten Gattung

dessen Widerstandselement von einer Isoher- </^nei" ™^ize ™_{0 wcit} wie möglich zu reduz.eren.

schicht aus temperaturbeständigem organischem io dun VeriusWrom _teria,_schicht mit gennger

Oxydmaterial umgeben ist, dadurch ge- J™ ^Jg₁JjJ und die Ansprechzeit des He.zeie-

kennzeichnet, daß periodisch cm Gleich- U'c^e dubumici

spUnungspotential zwischen dem Metallmantel --.^rdles" Aufgabe erfindungsgemäß da-

und dem Widerstandselement angelegt wird ^h IiT neriodisch ein Gleichspannungspotent.al

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 du.ch, da B period «J" _{und dem} widerstandskennzeichnet, daß das angelegte Gleichspan- ^^JS£^l%a

nungspotential zwischen 5 und 20»« der Wechsel- element ajgeteg wir ^ _e,_ektdschen J_{50 ier}-

spannung beträgt. ._ioSsZf1en efniger hitzebeständiger Matenahen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2, dadurch ^eif ^ns™"_is ^e'_h"!f Oxydmaterialien, durch Gleichgekennzeichnet, daß das Verhältnis der Periode *° ';»· fⁿ°^'^ erheblich verbessert werden konwährend welcher das Gleichspannungspotent.al >^tr0I™.^r°'^y _dies ^Cverbesserten Isoliereigenschaften angelegt wird, zu der Zeit, während welcher nen, «ⁿ.^d .^J J^JT Heizelemente der eingangs Wechselspannung angelegt wird. ^chen 30 : 70 ^;^^^„"zufriedenstellender Weise mit

d 1 99 btät X " fb die dünner sind

Wechpg angeleg . ;^^^„zufriedenstellend

und 1 : 99 beträgt. uX rna"erialschkhten aufzubauen, die dünner sind.

4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge- *5 Iso»^e.^m»^te?™^s™.£g_ch war wobei dennoch der Verß das Verhältnis bei 5 :95 liegt. ^"S niedrig gehalten wird. Das 4 ddh ^W™¹" ™^sreiche b

4 Verfahren nach Anspruc 3, g .?£g_ch war wobei denno

kennzeichnet, daß das Verhältnis bei 5 :95 liegt. ^"S niedrig gehalten wird. Das

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ^W™¹" ™^sreiche _{find führt da}her zu verbes-

gekennzeichnet. daß jede Periode, wahrend wel- ^ν"^^β"; "?*„"„ die in weitem Umfang Anwen-

cher das Gleichspannungspotential angelegt wird. V^rtcnH"^zeS"