DE2316569A1

DE2316569A1 - Elektrischer rohrheizkoerper und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2316569A1
Application number: DE19732316569
Authority: DE
Inventors: Hermann Knauss; Wolfgang Niehaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-04-03
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1974-10-31
Also published as: FR2224962A1

Description

FATEI¹JTAi,; WALTE

Dipl.-Chem. Dr. R U F F Dipl.-Ing. J. B EIE R

7 STUTTGART 1 Neckarstraße 5O Telefon CO71-Q 22 7O 51

2. April 1973 JB/Va/M

Anmelder: Karl Fischer, 7135 Oberderdingen, Am Gänsberg

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Elektrischer Rohrheizkörper und Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Rohrheizkörper für Temperaturen über 600 C mit einem metallischen Mantel und einem in keramischer Isoliermasse eingebetteten Heizleiter und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

übliche Rohrheizkörper haben einen äußeren metallischen Mantel mit einem Außendurchmesser von ca. 6 mm und darüber, der in einer keramischen isolierenden Einbettung einen Heizleiter in Form einer Wendel aus einem metallischen Widerstandsmaterial enthält. In den meisten Anwendungsgebieten ist diese Rohrheizkörperbauart sehr vorteilhaft. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen diese übliche Bauart nicht oder nur schlecht brauchbar ist. Insbesondere beim Einsatz der Rohrheizkörper bei sehr hohen Temperaturen und bei der Notwendigkeit, die Wärme durch isolierende Platten mittels Kontaktwärmeübertragung hindurchzubringen, treten Schwierigkeiten auf. Wenn man

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beispielsweise die Eigenschaften der sogenannten Glaskeramik, eines hochwärmeschockbeständigen teilweise kerami-.sierten Glases, betrachtet, das al.s durchgehende Herdab- deckung benutzt wird, dann zeigt sich folgendes: Die Glaskeramik hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit und auch einen großen Värmeübergangswiderstand. Sie neigt zur Strukturänderung bei Überhitzung und. ist empfindlich gegen punktuelle Überschreitung der zulässigen Temperatur. Ein weiterer Nachteil ist die Leitfähigkeit des Glases bei ihrer Arbeitstemperatur. Vernünftige Leistungen und Anheizzeiten sind also nur dann möglich^ wenn die -Temperatur des unter der Platte angeordneten Heizelementes so hoch wie irgend zulässig getrieben wird und die Beheizung so gleichmäßig wie möglich ist. Nur dann ist eine ausreichende Wärmemenge durch die Glaskeramlkplatte hindurchzubekommen. Eine weitere Forderung ist, daß die Platte mit normaler Netzspannung zu betreiben "sein muß und wegen eventueller Bruchgefahr der Glaskeramik, sowie wegen der Leitfähigkeit des GlaseSjeine zusätzliche. Isolation und ein Anschluß an einen Schutzleiter vorgesehen sein sollten. Diese große Summe von Forderungen ist aber teilweise einander entgegengerichtet und war bisher noch nicht gleichzeitig zu erfüllen.

Aus der französischen Patentschrift Λ 062 626 ist ein Rohrheizkörper bekannt geworden,- dessen wendeiförmiger Heizleiter durch einen auf den äußeren Mantel des Rohrheiz- . körpers ausgeübten Preßdruck: verformt wird. Es ist auf diese Weise zwar möglich, eiree relativ ebene Anlagefläche zur Kontaktwärmeübertragung zu schaffen, der gesamte Heizkörper bekommt aber eine relativ große Ausdehnung, und es muß ein ziemlich großer Sicherheitsabstand zwischen dem Heizleiter und dem Mantel eingehalten werden. Auch dieser Heizkörper kann die obengenannten Forderungen nicht vollständig erfüllen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, jeinen Rohrheizkörper der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der außerordentlich geringe Abmessungen haben kann und insbesondere für hohe Temperaturen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der' Erfindung dadurch gelöst, daß der Heizleiter aus einem massiven ungewendelten Draht besteht.

Dadurch ist es möglich, den gesamten Heizleiter außerordentlich dünn herzustellen. Die Wärmeübertragung zwischen dem Heizleiter und dem Mantel ist erheblich besser als bei der ■ bekannten Bauart mit einem wendelförmigen Heizleiter. Die gesamte Außenfläche des Heimleiters kann die Wärme durch die Isoliermasse hindurch auf direktem Wege an den äußeren Mantel abgeben. Bei einem wendeiförmigen Heizleiter konnte dagegen nur der Teil der Heizleiteroberfläche die Wärme direkt abgeben, der am Außenumfang der Wendel lag. In der Mitte bildete sich ein Wärmestau, der nicht nur die Temperatur des inneren "Schlauches" aus Isoliermasse unzulässig erhöhte, sondern auch die Heizleitertemperatur hochtrieb.Bei Umsetzungen und Schmelzvorgängeiin diesem Isolierschlauch, der seine Wärme nicht nach außen abführen kann, kann es auch zu Explosionsvorgängen kommen, d.ie dadurch ausgelöst werden, daß der Widerstand in der Metallschmelze schlagartig zurückgeht. All diese Schwierigkeiten sind in dem Heizkörper nach der Erfindung behoben, so daß die Differenz zwischen der maximalen Heizleitertemperatur und der Temperatur am Außenmantel sehr gering ist. Daher kann der Rohrheizkörper gefahrlos mit sehr hoher Temperatur betrieben werden. Die Forderung, den Heizleiter so dicht wie möglich an den Wärmeverbraucher, beispielsweise die Glaskeramikplatte, heranzubringen, ist trotz Einhaltung aller übrigen Forderungen ideal erfüllt. Wesentlich ist es vor allem, den Fläehenschwerpunkt des Heizleiters dicht an den beheizten Gegenstand heranzubringen, wenn mittels Wärmeleitung übertragen werden soll.

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Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann der Heizleiter in seiner Querschnittsform durch mechanische Einwirkung auf den Mantel verformt sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Mantel eine Querschnittsform mit wenigstens einer Abplattung auf einer Seite besitzt und der Heizleiter dieser Querschnittsform angepaßt ist. Durch diese Maßnahmen wird eine besonders gute Wärmeübertragung ermöglicht, sofern es um die Kontaktwärmeübertragung geht. Erstaunlicherweise wurde festgestellt, daß es möglich ist, durch Einwirkung auf den Mantel auch den massiven Heizleiter unter Zwischenschaltung der Isoliermasse zu verformen. Dadurch ist es möglich, die Schichtdicke des den Heizleiter umgebenden Isoliermaterials gering zu halten. Andernfalls würde bei einer Verformung des Mantels der jeweilige radiale Abstand zum Heizleiter sich sehr stark ändern, und es müßte, um auch an der Stelle geringsten Abstandes noch eine ausreichende Schichtdicke der Isoliermasse zu gewährleisten, diese insgesamt sehr stark gewählt werden. Dadurch wird auch der Flächenschwerpunkt des Heizleiters noch dichter an den zu beheizenden Gegenstand gebracht.

Nach der Erfindung· wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers der angegebenen Art geschaffen, nach dem der im wesentlichen kreisförmige massive Heizleiter durch mechanische Einwirkung auf den Mantel unter Zwischenschaltung der Isoliermasse zu einem Querschnitt mit einer Abplattung verformt wird. Es erstaunt, daß sich die Querschnittsform eines massiven Heizleiters auf diese Weise verformen läßt, obwohl die zwischengeschaltete Isoliermasse lediglich ein verdichtetes Schüttgut ist. Die Querschnittsform des Heizleiters wird zwar nicht genau der durch die äußere Verformung hervorgerufenen Querschnittsform des Mantels entsprechen, sich jedoch dieser annähern, so daß die beabsichtigten vorteilhaften Wirkungen, nämlich die Schaffung eines außerordentlich dünnen Heizkörpers mit sehr

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geringem Durchschnittsabstand zwischen Heizleiter und Mantel, eintreten.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor. I_n der Zeichnung von Ausführungsbeispielen zeigen:

Fig. 1 einen stark vergrößerten Querschnitt durch einen Rohrheizkörper,

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1 eines verformten Rohrheizkörpers und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Anschlußende eines Rohrheizkörpers.

Der in Fig. 1 dargestellte Rohrheizkörper 11 besitzt einen üblicherweise aus rostfreiem Stahl bestehenden Mantel 12, der die Form eines kreisrunden Rohres hat. In ihm ist in einer Isoliermasse 13 ein Heizleiter 14 eingebettet. Der Heizleiter 14 hat die Form eines runden Drahtes, der in Richtung der Längsachse des Rohrheizkörpers verläuft, d. h. nicht, wie das bei üblichen Heizkörpern der Fall ist, wendelförmig gebogen ist. Bei der Isoliermasse 13 handelt es sich um ein übliches keramisches Schüttmaterial, beispielsweise Magnesiumoxyd, das nach üblichen Verfahren in das Rohr eingebracht ist. Das Material ist auch, wie das bei normalen Heizkörpern üblich ist, nach dem Einbringen · vorverdichtet worden.

Dieser Rohrheizkörper kann mit außerordentlich geringen ., Abmessungen hergestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, den Außendurchmesser des Mantels 12 kleiner als

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3 mm zu wählen. Bei üblichen Bohrheizkörpern hat schon allein d^e Wendel diesen Durchmesser, so daß es kaum möglich ist, übliche Rohrheizkörper mit einem Durchmesser unter 5 mni herzustellen. Mir viele Anwendungszwecke wird also allein schon die Möglichkeit, sehr dünne Rohrheizkörper herstellen zu. können, einen großen Vorteil bringen. Dabei sind diese Heiskörper wegen der. beschriebenen guten und gleichmäßigen Wärmeabfuhr auch mit sehr hohen Temperaturen zu betreiben, wobei das Material des Heizleiters thermisch nicht sehr hoch beansprucht "wird. Sin Betrieb mit 800 bis 900° ist ohne Schwierigkeiten möglich«. Im Falle der Verwendung in dieser Form ist es tu U. ratsam, durch eine von allen Seiten gleichmäßige mechanische Einwirkung, beispielsweise durch Walzen oder Pressen, eine zusätzliche Verdichtung der Isoliermasse 13 -vorzunehmen. Der Durchmesser des Heizleiters i4 hängt natürlich von dem Material sowie den Abmessungen und der Leistungsaufnahme des Rohrheizkörpers ab. Er wird jedoch relativ gering sein.

In Fig. 2 ist ein Rohrheizkörper 11^e dargestellt, der aus dem Rohrheizkörper 11 nach Fig. 1 hergestellt sein kann. Durch mechanische Einwirkung auf den Hantel 12, beispielsweise durch Pressen in- einer rinnenartigen Form, ist der Rohrheizkörper 11' in die Form eines sich einem Halbkreis annähernden Dreiecks gepreßt worden. Der Mantel besitzt also eine längere Seite, die eben ist und als Abplattung 15 bezeichnet wird. Die beiden kürzeren Dreiecksseiten . können relativ rund sein. Durch die Verformung unter Zwischenschaltung der vor- und eventuell" zwischenverdichteten Isoliermasse 13 hat auch der Heizleiter 14' seine Querschnitt sform verändert. Der-massive Draht, aus dem der ■heizleiter besteht, wird unter dem starken Druck der äußeren mechanischen Einwirkung in eine Form gebracht, die der

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Querschnittsform des Mantels entspricht. Zwar wird die Querschnittsform des Heizleiters der des Mantels nicht im strengen Sinne einer geometrischen Ähnlichkeit entsprechen, jedoch wird ebenfalls an der Seite der Abplattung eine relativ starke Abflachung auftreten. Es wird dadurch erreicht, daß der Abstand zwischen der Außenfläche des Heizleiters 14 '■ und der Innenfläche des Mantels 12', d.h. die Schichtdicke der Isoliermasse 13¹, relativ gleich bleibt. Dadurch ist es möglich, trotz der starken Abplattung 15 die Gesamtabmessungen des Rohrheizkörpers gering zu halten.

In Fig. 2 ist ferner ein zweiter Querschnitt durch den Rohrheizkörper 11* gezeigt. Der Rohrheizkörper ist in Form einer Spirale angeordnet und unterhalb einer Platte 16 aus Glaskeramik derart angeordnet, daß die Abplattung 15 an der Unterseite der Glaskeramikplatte 16 zur Kontaktwärmeübertragung anliegt. Dazu wird der Rohrheizkörper über nicht dargestellte Abstützmittel und Federelemente nach oben gedrückt. Es ist zu erkennen, daß der "Abstand des Heizleiters 14' von der zu beheizenden Fläche außerordentlich klein wird und daß es mit dem Rohrheizkörper nach der Erfindung möglich ist, nahezu die gesamte Heizfläche mit dem Rohrheizkörper zu bedecken. In der Glaskeramik ist nämlich wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit eine Querleitung so gut wie unmöglich. Um überhaupt ausreichend Wärme durch die Platte hindurch zu übertragen, muß mit einem möglichst kurzen Wärmeübertragungsweg gearbeitet werden. Es ist zu · erkennen, daß es möglich ist, den Heizleiter bis auf ca. 1 mm an die zu beheizende Fläche heranzubringen, wobei auch die Schichtdicke der dazu noch hoch verdichteten Isoliermasse 13' nur die minimale, gerade noch zur elektrischen Isolierung ausreichende Stärke haben muß. Trotzdem ist eine volle elektrische Isolation geschaffen und durch

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Anschluß des Mantels 12' an einen Schutzleiter auch ein weiterer Schutz gegen Berührung etc. möglich.

In Pig. 3 ist ein Ende eines Rohrheizkörpers 11' gezeigt. Da der Heizleiter 14' relativ dünn ist, ist er gegen mechanische Beanspruchung, beispielsweise beim Anschluß, gefährdet. Über den Mantel 12' ist daher ein verengter und in der Form dem Mantel 12'. angepaßter Abschnitt 17 einer Muffe 18 geschoben und befestigt, beispielsweise durch Schweißung, Lötung oder Aufpressen. Die Muffe 18 hat in ihrem dem Anschluß zugewandten Teil 19 einen größeren Durchmesser als der Rohrheizkörper 11'. Innerhalb der Muffe ist der Heizleiter 14' mit einem Anschlußleiter 20 verbunden, der einen größeren Durchmesser ha£ als der Heizleiter 14' und somit gegen mechanische Beschädigung weniger anfällig ist. Die Muffe 18 ist in ihrem Inneren mit einer Isoliermasse 21 gefüllt und mit einem isolierenden Endverschluß 22 verschlossen* Durch den großen Durchmesser des Abschnittes 19 der Muffe wird auch gleichzeitig eine ausreichende Überschlagssicherheit zwischen dem Leiter "20 und der über den Mantel 12' an den Schutzleiter angeschlossenen Muffe 18 erreicht.

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Claims

Ansprüche

1. Elektrischer Rohrheizkörper für Temperaturen über 600°C mit einem metallischen Mantel und einem in keramischer Isoliermasse eingebetteten Heizleiter, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (14, II¹) aus einem massiven ungewendelten Draht besteht.

2. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (1-1') in seiner Querschnittsform durch mechanische Einwirkung auf den Mantel (12') verformt ist.

3. Rohrheizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12·) eine Querschnittsform mit wenigstens einer Abplattung (15) auf einer Seite besitzt und daß der Heizleiter (H¹) dieser Querschnittsform angepaßt ist."

k. Rohrheizkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform im wesentlichen dreieck- bzw. halbkreisförmig ist.

5. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Rohrheizkörpers geringer ist als 3 mm.

6. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anschlußenden des Rohrh_Teizkör-' pers (11, 11') ein dicker Angchlußleiter (20) angebracht ist.

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7· Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch . gekennzeichnet, daß an den Anschlußenden eine Anschluß?- muffe (18) mit wesentlich größerem Durchmesser an dem Mantel (12, 12') angebracht ist.

8. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß er zur Bildung einer Flächenheizung unter einer Glaskeramikplatte (16) mit seinen Abplattungen (15) nach einer Seite weisend und eine im wesentlichen ebene Hache bildend dicht aufgewickelt ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen kreisförmige massive Heizleiter (14·) durch mechanische Einwirkung auf den Mantel (12) unter Zwischenschaltung der Isoliermasse (13) zu einem Querschnitt mit einer Abplattung verformt wird.

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