DE2101068B2

DE2101068B2 - Heizstab

Info

Publication number: DE2101068B2
Application number: DE2101068A
Authority: DE
Inventors: Beatrice Bois Jerome Vernon Ragault (Frankreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-01-16
Filing date: 1971-01-12
Publication date: 1974-05-30
Also published as: DE2101068C3; US3674985A; DE2101068A1; GB1332517A; FR2074672A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizstab, bestehend aus Ciinem schraubenförmig gewickelten, länglichen Heizelement, das auf länglichen Stützelementen angeordnet und mit seinen Enden in einer Fassung befestigt ist.

Es gibt verschiedene Anwendungsfälle für Heizstäbe, hauptsächlich werden sie aber in Haushalten oder in chemischen und physikalischen Labors verwendet. Für letzteren Anwendungsfall müssen oft besondere Bedingungen an den Heizstab gestellt werden, da die speziellen Voraussetzungen des zu erwärmenden Heizgutes sehr verschieden sein können. Im allgemeinen sollte ein Heizstab für diese besonderen Anwendungsfälle schnell aufheizbar sein, gut elektrisch isoliert sein, einen starken Wärmeabfall zwischen Heizstelle und Stromzufühnmgsstelle aufweisen, einen guten Schutz gegen aggressive Flüssigkeiten besitzen und nicht zuletzt leicht zu reinigen sein.

Zu diesem Zweck sind bereits verschiedene Heizstäbe vorgeschlagen worden. Beispielsweise wird in der deutschen Auslegeschrift 1 276 838 ein elektrischer Mantelrohrheizstab beschrieben, der mittels besonderer Isolierungen äußerst hochspannungsfest ist. Der Nachteil dieses Heizstabes liegt in dem verhältnismäßig

ίο starken Mantelrohr, das keine rasche Aufheizung zuläßt und auch nicht bei aggressiven Flüssigkeiten verwendet werden könnte.

In der deutschen Auslegeschrift 1 100 198 wird ein Hinweis zur Herstellung einer feuchtigkeitsdichten Befe^ciijjung eines Griffes an einem elektrischen Heizstab gegeben. Ein anderer Heizstab wird in der deutschen Patentschrift 627 287 beschrieben, bei dem der Heizkörper von zwei gleichachsigen, rohrförmigen, schraubenlinig geführten Windungen gebildet wird, die aus

dünnwandigen, zweckmäßig rostsicheren, die isolierten Widerslandsdrähte enthaltenden Metallrohren bestehen. Zweck dieser Vorrichtung ist es. einen Heizstab zu schaffen, der im wesentlichen biegsam ist. Der Nachteil dieses Heizstabes ist darin zu sehen, daß einerseits die

*5 eigentliche Heizwicklung einen weiteren Metallschut/ benötigt und andererseits ein verhältnismäßig großer Wärmeverlust dadurch entsteht, daß die metallische Wicklung auf den Versteifungseinlagen mit einer verhältnismäßig großen Berührungsfläche aufliegt. Des weiteren ist es bei der bekannten Vorrichtung als nachteilig anzusehen, daß eine Reinigung der Heizspiralen kaum möglich ist. daß das Heizgut durch die enge Wicklung und den äußeren Mantel langsamer erhitzt wird und daß der Heizstab nur in völlig neutralen Flüssigkeiten eingesetzt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Heizstab der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine rasche Erhitzung auch nicht neutraler Flüssigkeiten zuläßt und verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Wärmeisolierung zwischen Heizdraht und Stromzuführung sowie der elektrischen Isolierung aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der als Heizelement verwendete Heizdraht isoliert und an zylindrisch angeordneten isolierten Stützdrähten in engen, sich aber nicht berührenden Windungen aufgehängt ist und die kalten Enden des Heizdrahtes und die Enden der Stützdrähte in ein mit Gußmasse gefülltes und mit einem Pfropfen abgeschlossenes Isolierrohr hineingefühit b/w. durch den Pfropfen hindurchgeführt sind, wobei die kalten Enden durch Kupplungsstücke weiter zum Stromversorgungskabel laufen. Mit der Erfindung wird erreicht, daß die Wärmeentwicklung nur im mittleren Teil entsprechend stark auftritt, die Enden jedoch mehr oder weniger kalt bleiben.

Durch die besondere Art der Windungen wird eine große Heizfläche erreicht, so daß sich Flüssigkeiten sehr rasch erhitzen lassen, die leicht durch die Windungen hindurch umgewälzt werden können. Auch sind die Berührungspunkte des Heizdrahtes auf den schlecht wärmeleitenden Stützdrähten so minimal, daß über diese kaum eine Wärmeableitung erfolgt.

Die Stützdrähte können haarnadelähnliche Arme sein, an welchen die Windungen des Heizdrahtes mit Haltefäden befestigt sind. Damit zeigt sich eine weitere Besonderheit der Vorrichtung darin, daß die Windungen des Heizstabes von außen wie auch von innen leicht zugänglich und mit einem entsprechenden Bürstchen einfach zu reinigen sind. Diese Besonderheit ist

von Bedeutung, wenn berücksichtigt wird, daß bei bestimmten elektrolyiischcn Bädern die eingetauchten Heizelemente gewöhnlich mil Verunreinigungen überzogen werden, die in bestimmten Abständen wieder entfernt werden müssen. In diesem Zusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Heizdrahies die Anlagerungen bei gleicher Heizkraft geringer sind als bei den üblichen Heizstäben und daß sie vor allem nicht am Draht selbst anhaften können.

In piner weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Schutzrohr aus Kunststoff vorgesehen werden, das über die Windungen und das !solierrohr geschoben wird, Qucrschlilze aufweist und an einem Ende einen Schlitz über einer Öffnung für den Durchlaß eines Winkelstückes freigibt. Bei einer ständigen industriellen Verwendung kann ein derartiger Schutz gegen mechanische Angriffe notwendig sein, denen der Heizstab bei konstanter Benutzung in Herstellungslabors od. dgl. ausgesetzt ist. Durch die besondere Ausbildung dieses Schut/mhres wird aber die Umwälzung der Flüssigkeit beim Erhitzen am Draht kaum behindert, so daß eine Beschädigung des Heizdrahtes nicht zu erwarten ist. Diese Tatsache wird dadurch unterstützt, daß die Stützdrähte zwischen der inneren Wand des Kunststoffschulzrohres und den Windungen des Heizdrahtes verlaufen und damit den Heizdraht fern von jedem Kontakt halten.

Von Bedeutung ist außerdem noch, daß bei bestimmten Überzügen des Heizdrahtes, wie beispielsweise halogenierte Polyolefine, jegliches Anhaften unmöglich ist und folglich auch keine andere Abdichtung nötig ist, als ein elastisches Einspannen in einen elastischen Körper. Der Vorteil derartiger Kupplungsstücke ist einerseits in einer völligen lnertheit gegenüber Angriffe durch chemische Substanzen zu sehen, was bei den meisten der üblichen Kupplungsarien nicht der Fall ist, und andererseits auch darin, daß durch eine derartige Abdichtung ein Kriechstrom verhindert wird, was sonst nur durch die Verwendung von kostspieligen Materialien gewährleistet werden kann.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig.) eine Seitenansicht, zum Teil im Querschnitt, des Heizteiles, des darauffolgenden nicht heizenden Teiles und der Anschlüsse,

F i g. 2 die Seitenansicht eines Teiles eines Heizelementes auf einem Montagedorn,

F i g. J die Ansicht des in F i g. 2 gezeigten Gegenstandes, aus einer um 90° gedrehten Richtung gesehen,

F i g. 4 einen Längsschnitt eines Verzweigungsstükkes mit den Anschlüssen an das Versorgungskabel,

F i g. 5 eine Seitenansicht des Heizstabes mit Schutzrohr, teilweise aufgeschnitten.

Der Heizstab besteht im wesentlichen aus einem Heizdraht 1, der schraubenförmig in Windungen auf einen zylindrischen Montagedorn 3 gewickelt ist, welcher eine bestimmte Anzahl von Längsrillen 4 hat, die in einer bestimmten Folge auf dessen Umfang verteilt sind; beispielsweise ergibt sich bei einer Anzahl von drei Rillen eine Versetzung von je 120°. Das Heizelement ist vorzugsweise ein Heizdraht mit kalten Zuleitungen, wobei der ganze heizende Teil und ein kleines Stück des nicht heizenden Teiles zu Windungen 7 gewickelt sind. Stützdrähte 5 von indifferenter Art, jedoch gegen chemische Substanzen widerstandsfähig, die beispielsweise aus einem überzogenen Stahldraht gebildet sein können oder durch Aufspritzen oder Umhüllen mit einer geeigneten Kunststoffmasse überzogen sind, werden über den Rillen auf die Heizdrahtwicklung gelegt und behelfsmäßig befestigt. Durch eine industrielle Flechttechnik und erleichtert durch das Vorhandensein der Rillen 4 kann die Befestigung der Stützdrähte 5 am Heizdraht 1 ;".n jedem der Kreuzungspunkte beispielsweise durch einen Faden oder Draht 6 erreicht werden. Dieser Faden selbst kann entweder ein einzelner Kunststoffaden sein, der widerstandsfähig gegen Hitze und chemische Substanzen ist, oder ein Metalldraht sein, der mit Kunststoffmasse überzogen ist, oder aber auch ein völlig anderes Material, wie beispielsweise ein Glasfiberfaden, der zusätzlich geschützt oder ungeschützt ist.

Bei einer fortwährenden, industriellen Fertigung werden in etwa folgende Maße eingehalten: Der Montagedorn 3 hat einen Durchmesser von 28 mm, der Heizdraht 1 einen Durchmesser von 3,8 mm, der Stützdraht 5 einen Durchmesser von 3 mm, der Draht oder

_ao Faden 6 einen Durchmesser von 1 mm und die kalten Zuleitungen eine Länge von 10 cm.

Die Größenanordnung des Durchmessers des Heizdrahtes 1 ist wichtig und beträgt beispielsweise 2,5 bi·· 5 mm. Wäre der Durchmesser kleiner, würde der Arbeitsgang des Wickeins des Drahtes 1 um den Montagedorn zu hohen Kosten und Schwierigkeiten führen, wäre er größer, könnte sich der Draht 1 nicht mehr der Krümmung von Heizstäben mit üblicher Größe anpassen; wäre er jedoch verschieden groß, so würde sich der Temperaturgradient von der Mitte nach außen hin ändern, und es könnte beispielsweise das günstige Verhältnis nicht mehr berücksichtigt werden, das zwischen der Primärisolation des Drahtes 260° C zur Sekundärisolalion 205' C besteht.

Sind die Stützdrähle 5 überzogene Drähte, so hat dies den Vorteil, daß ein Angriff der Drähte durch chemische Substanzen vermieden ist. Vorteilhafterweisc bestehen die Stützdrähte aus einer geraden Anzahl von geradlinigen Teilen, welche an den Enden durch gleichmäßige Biegungen, d. h. durch Haarnadelkurven 18 ohne Unterbrechung ihres Schutzes verbunden sind.

Führt man an einem Ende der auf diese Weise gebildeten Wicklung 7 die beiden Enden 26 und 28 des HeLzdrahtes und die Enden 25 und 27 der Stützdrähte 5 zusammen, so wird der dritte Stülzdraht 5 durch eine nicht heizende Rückleitung des Heizdrahtes f gebildet. So kommen an einem Ende der Wicklung die beiden Enden 25 und 28 des Heizdrahtes 1 und die beiden Fnden 26 und 27 der »Haarnadel«, wie in F i g. 1 dargestellt, zusammen.

Darin ist außerdem gezeigt, wie die kalten Enden 26, 28 des Heizdrahtes 1 und die Enden 25, 27 der Stützdrähte durch einen elastischen Kunststoffpfropfen 8 geführt sind, welcher Löcher mit geeignetem Durchmesser aufweist und in ein Isolierrohr 9 eingesetzt ist. Die Enden der Stütztdrähte können für eine bessere mechanische Befestigung umgebogen sein, und nur die nicht heizenden Enden des Drahtes 1 laufen hindurch. Eine geeignete Wahl der Abmessungen der Elemente erlaubt es, beispielsweise durch eine konische Form des durchlöcherten Pfropfens 8 und des einen Teils der Isolierrohres 9 eine Verkeilung des Pfropfens in dem Rohr zu erhalten, um eine Dichtigkeit der Anordnung an dieser Stelle zu gewährleisten; der Pfropfen kann beispielsweise aus einem Polyvenylchlorid-Elastomer plastisch gegossen sein oder aus einem Spezialkautschuk oder einem halogenierten Polyolefin gefertigt sein; das Isolierrohr 9 ist aus Polyvinyl-Hypochlorid oder aus

einem halogcnierlen oder nicht halogenieren Polyolcfin gefertigt.

Kine Befcstigungssubslanz 11 kann in chis Rohr 9 eingegossen sein, durch deren Verfestigung ein mechanischer Halt der Anordnung und eine zusätzliche Aodichlung zwischen den Enden des Heizdrahtes, des Isolierrohres 9 und den gekrümmten Enden 25 und 27 der Stützdrähte 5 erreicht wird.

Die Gießmasse kann ein Kitt sein, der widerstandsfähig gegen chemische Substanzen ist, nämlich ein bei Kälte durch 'Katalyse polimerisiertes Harz, ein Pech oder irgendeine andere Füllsubslanz, welche die dreifache Funktion erfüllt: Abdichtung, chemische Widerstandsfähigkeit und mechanische Halterung.

Das Ende 30 des Kunststoffrohres 9 kann ein Gewin- »5 de aufweisen, an dem ein Kunsistoffwinkelstück 12 befestigt ist; in einer anderen Ausführung kann auch ein angeklebtes Winkelstück verwendet werden.

Daran anschließend folgt ein weiteres Kunststoffrohr 13, welches seinerseits auf das Winkelstück 12 auf geschraubt oder aufgeklebt sein kann. Dieses Rohr 13 kann zugleich der Halterung oder Befestigung des Hei?.:>;_jcs :m Rand einer Wanne und dem Schutz der kalten Zuleitungen zu dem Heizdraht dienen.

An Stelle des Rohres 13 kann an dem Ausgang des ^a5 Isolierrohres 9 ein abgedichteter, elektrischer Abzweig 14 (Fig.4) zwischen die kalten Enden 26 und 28 des Heizdrahtes 1 und den Zuleitungen eines Mehraderkabels 31. 32. 33 eingesetzt werden. Dieser Abzweig bestimmter Länge, beispielsweise 20 cm, besteht aus einem Kunststoffrohr, an dessen Innenseite beide Enden 15 jeweils leicht konisch ausgebildet sind: Pfropfen 16 und 17 aus elastischem Material, beispielsweise aus gegossener" Polyvinylchlorid oder aus Spe. ijl_eumnii. ·>■'—Jen dicht schließend in die Enden des Rohres fest eingesteckt. Diese Pfropfen sind mit einer ausreichenden Anzahl von Löchern entsprechender Größe für die beiden kalten Enden 26 und 28 des Heizdrahtes einerseits und die Zuleitungen 31. 32 und 33 des Versorgungskabels andererseits versehen. Der elektrische Abzweig, das Rohr 14 und die durchlöcherten Pfropfen 16 und 37 sind ortsfest durch Reibung an den elektrischen Leitungen miteinander verbunden und verkeilt, so daß eine gute Abdichtung erreicht und eine nützliche Isolierung für die Verwendung in Labors erbracht wird, wo der Abzweig verschiedensten Angriffen einer korrosiven Atmosphäre und von Benetzungen durch chemische Substanzen ausgesetzt sein kann.

Wenn man es wünscht, kann die Abdichtung noch dadurch vervollständigt werden, daß vor dem Verschließen in das Innere des Rohres 14(F i g. 4) ein Stoff gebracht wird, wie Pech, Spezialkauuchuk, Harz.

Durch die Verwendung des so vorteilhaft abgedichteten Abzweigs unter den manchmal strengen Anwendungsbedingungen in einem elektrochemischen Labor wird der Gebrauch von Hcizdrähien mit sehr langen kalten Zuleitungen vermieden, die sehr kostspielig waren, da die kalte Zuleitung nach Definition vorteilhaft'Twcise von der gleichen Isolierung sein sollte, wie der heizende Teil: es ist daher möglich, alle elektrischen Verzweigungen so weit von dem Ort der Anwendung des Heizstabes zu entfernen als man will, um die Verwendung im Labor selbst zu ermöglichen.

Ein Schutzrohr 22 ist über die Windungen 7, das Isolierrohr und den Abzweig 14 (F i g. 5) geführt.

Ein {renügcnd langer Schlitz 21 befindet sich in dem Schutzrohr 22 sowie eine Öffnung 2Ϊ mit einem zu dem Außendurchmesscr des Winkelstückes 12 entsprechenden Durchmesse·. Die Windungen 7 werden ohne besondeie Halterung einfach in das Schutzrohr 22 eingeführt. Der Schlitz 21 ermöglicht durch Auseinanderbiegen elastischer Lippen das Einführen des Winkelstükkes 12 des isolierrohrcs 13 oder des Abzweigs 14 in die Öffnung 23. l-erner sind Schlitze 24 für eine gute Umwälzung oder Erneuerung der Flüssigkeit innerhalb des Schut/rohres 22 dur-.-h die sich außerhalb in der Wanne befindliche flüssigkeit vorgesehen.

Eine Weiterbildung dieser Vorrichtung kann in dem häufig auftretenden Fall angewendet werH'.n. bei dem die Hcizstäbc mit Drehstrom versorgt werden sollen. Dazu müssen zugleich und parallel drei identische Diäiite zu einer einzigen Spule gewickelt werden Die drei kalten I nden, die sich nun an dem einen Ende der Spule ergeben, können zum anderen Ende herausgeführt werden, wodurch die drei Stützdrähle 5 ersetzt sind, so daß keine Veranlassung mehr besteht, weitere Drähte als zusätzliche Stützen 5 zu verwenden. Bei den beispielsweise erwähnten Dimensionen besitzt der durchlöcherte Pfroplcn 8 nunmehr sechs Löcher für die Enden der Drähte und keine mehr für Stül/drähic 5. Der durchlöcherte Pfropfen 16 hat ebenfalls sechs Löcher. Im Inneren des Rohres 14. welches immer mit dem Rohr 12 verbunden sein kann, kann der elekinsche Abzweig nunmehr dreiphasig, in Stern- oder Dreieckschallung, mit den Phasen des Netzes über das Mehraderkabcl verbunden sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

4087

Claims

Patentansprüche:

1. Heizstab, bestehend ;ius einem schraubenförmig gewickelten, länglichen Heizelement, das auf länglichen Stützelemcnten angeordnet und mit seinen Enden in einer Fassung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der als Heizelement verwendete Heizdraht (I) isoliert und an zylindrisch angeordneten, isolierten Stützdrähten (5) in engen, sich aber nicht berührenden Windungen aufgehängt ist und die kalten Enden (26, 28) des Heizdrahtes (1) und die Enden (25, 27) der Stützdrähte (5) in ein mit Gußmasse (II) gefülltes und mit einem Pfropfen (8) abgeschlossenes Isolierrohr (9) hineingeführt bzw. durch den Pfropfen (8) hindurchgeführt sind, wobei die kalten Enden (26, 28) durc'.i Kupphingsstücke weiter zum Stromversorgungskabel (19) laufen.

2. Heizstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Slüi/drähie (5) haarnadelähnliche Arme (18) sind, an welchen die Windungen (7) des Heizdrahtes (I) mit Haltefaden (6) befestigt sind.

3. Heizstab nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Stützdrähte (5) in Längsrillen (4) eines Montagedorns (3) verlaufen.

4. Heizstab nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kupplungsstück ein über ein Gewinde mit dem Ende des Isolierrohres (9) verbundenes, isolier'es Winkelstück (12) dient, an das sich ein weiteres Isolierrohr (13) anschließt.

5. Heizstab nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das Winkelstück (12) ein abgedichteter, elektrischer Abzweig (14) anschließt.

6. Heizstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzrohr (22) aus Kunststoff über die Windungen (7) und das Isolierrohr (9) geschoben ist, d;<s Querschlitze (24) aufweist und an einem Ende einen Schlitz (21) über einer Öffnung (23) für den Durchlaß des Winkelstückes (12) freigibt.

7. Heizstab für Drehstrom nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (7) aus drei spiralförmig gewickelten, parallelen Heizdrähten (1) gebildet sind, deren drei kalte Enden als Stützdrähte für die Haltefaden (6) der Windungen dienen, wobei alle sechs Enden der drei Windungen durch den Pfropfen (8) des Isolierrohres (9) laufen und in das Kupplungsstück eintreten.