DE2825980A1 - Elektrischer rohrheizkoerper und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

DR. INQ. HANS LlCHTI · DIPL.-INQ. HEINER LICHTI

PATENTANWÄLTE 282598Q

D-7500 KARLSRUHE 41 (GRÖTZINGEN) · DU R LACH ER STR. 31 (HOCHHAUS)

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Fritz Eichenauer . 4525/78

D-6744 Kandel / Pfalz

Elektrischer Rohrheizkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Rohrheizkörper mit einem aus Bandmaterial gebogenen Mantelrohr, einem im Mantelrohr verlaufenden elektrischen Widerstandsheizelement und einer das Widerstandsheizelement umgebenden elektrisch isolierenden Einbettmasse. Zugleich bezieht die Erfindung sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohrheizkörpers.

Derartige Rohrheizkörper werden in verschiedensten Anwendungsfällen zur Erhitzung von festen, flüssigen oder gasförmigen Medien eingesetzt, und zwar sowohl zur unmittelbaren Erwärmung in direktem Kontakt mit dem Medium als auch mittelbar in der Weise, daß die Wärmeabgabe durch eine Wärmedurchgangsfläche erfolgt, die mit dem Rohrheizkörper wärmeleitend verbunden ist. Das Mantelrohr besteht üblicherweise aus einem Metall, das entsprechend den Anforderungen hinsichtlich Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit usw. ausgewählt ist. Im Inneren des Mantelrohrs verläuft der elektrische Heizleiter. Der verbleibende innenraum des Mantelrohrs ist von der Einbettmasse ausgefüllt, die für die gesamte Lebensdauer des Rohrheizkörpers eine genaue Positionierung des Widerstandsheizelementes, gutes elektrisches Isolationsvermögen

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und hohe Wärmeleitfähigkeit gewährleisten soll. An den Enden ist das Mantelrohr üblicherweise mit Abschlußteilen abdichtend verschlossen, durch die das Widerstandsheizelement mit geeigneten elektrischen Anschlußelementen hindurchgeführt ist.

Üblicherweise geht man bei der Herstellung von Rohrheizkörpern der erläuterten Gattung von geschlossenem Rohrprofil für das Mantelrohr aus. Diese Rohrprofile werden abgelängt, darauf wird das Widerstandsheizelement in das Mantelrohr eingeführt, anschließend wird die schüttfähige Einbettmasse eingefüllt, und schließlich wird -ggfs. unter Nachfüllen weiterer Einbettmasse- in einer besonderen Vorrichtung die Anordnung gerüttelt, um die Einbettmasse vorzuverdichten. Im Anschluß hieran ist es notwendig, durch eine Querschnitts verringerung durch Walzen oder dgl. die Einbettmasse auf die vorgesehene Enddichte zu verdichten. Diese Maßnahmen sind in zeitlicher und vorrichtungsmäßiger Hinsicht sehr aufwendig und gestalten daher die Herstel lung dieser bekannten Rohrheizkörper verhältnismäßig kostspielig. Dies gilt insbesondere für Rohrheizkörper verhältnismäßig kleiner Abmessungen, wie sie in großen Stückzahlen beispielsweise für Haushaltsgeräte verwendet werden, und bei denen diese Unkosten gegenüber dem verhältnismäßig geringen Gesamtwert noch stärker ins Gewicht fallen.

Es ist weiter bekannt (vgl. DE-OS 24 18 130), elektrische Rohrheizkörper der eingangs beschriebenen Gattung kontinuierlich herzusteilen, in dem Bandmaterial fortschreitend zu einer rohrförmigen Umhüllung geformt und die aneinanderstoßenden Längskanten stumpf miteinander verschweißt werden. Der Widerstandsheizleiter und die Einbettmasse werden gleichzeitig vertikal zugeführt und eingebettet. Eine Verdichtung der Einbettmasse durch Querschnitts verringerung ist hierbei gleichfalls unumgänglich. Nachteilig ist weiter, daß bei dieser Arbeitsweise nur ein gestreckter Widerstandsdraht eingebracht werden kann, während spiralförmige Widerstandsheizelemente, die mit Rücksicht auf Energieumsatz und Anpassung an unterschiedliche Einsatzbedingungen in der Regel bevorzugt werden, sich danach nicht verarbeiten lassen. Schließlich und vor allem

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ist es dabei notwendig, die Einbettmasse vor Beeinträchtigungen durch den Schweiß Vorgang zu schützen, denn dabei in die Einbettmasse eindiffundierende Verunreinigungen führen zu erheblicher Verschlechterung vor allem des elektrischen I so I at ions Vermögens. Die erforderlichen Schutzmaßnahmen sind, soweit sie überhaupt Erfolg haben, sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rohrheizkörper der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der sich bei optimalen elektrischen Eigenschaften in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen läßt und insbesondere aufwendiger Maßnahmen zur Λ/erdicHung der Einbettmasse nicht bedarf. Zugleich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohrheizkörpers anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rohrheizkörper der eingangs beschriebenen Gattung gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Längsseitenbereiche des Bandmaterials unter Bildung eines geschlossenen Querschnitts über-einander gebogen sind. Im Gegensatz zur bisher herrschenden Auffassung geht.die Erfindung damit davon ab, ein kohäsiv geschlossenes Mantelrohr vorzusehen. Erfindungsgemäß ist das Mantelrohr vielmehr durch Überlappung und gegenseitige Anlage der übereinander gebogenen Längsseitenbereiche des flachen Ausgangsmaterials geschlossen. Da beim Übereinanderbiegen dieser Längsseitenbereiche erst der Querschnitt des Mantelrohrs geformt wird, ist es ohne weiteres möglich, nach Maßgabe der -vor dem Biegen eingebrachten- Einbettmasse die erforderliche Enddichte in einem Arbeitsgang dadurch zu erreichen, daß das Biegen entsprechend geführt wird. Durch einfache Versuche läßt sich die Menge der Einbettmasse ohne weiteres so bemessen, daß mit der Enddichte auch vorbestimmte Querschnittsabmessungen erreicht werden. Im übrigen kann gleichzeitig mit dem Schließen des Querschnitts durch Übereinanderbiegen eine weitgehend beliebige, beispielsweise runde, ovale, viereckige usw. Querschnittsform herbeigeführt werden. Ein erfindungsgemäßer Rohrheizkörper entsteht in der Regel zunächst in gestreckter Form und kann anschließend ohne weiteres in jede gewünschte Form gebogen werden.

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In vielen Anwendungsfällen wird bereits eine einfache Überlappung der Längsseitenbereiche zu der notwendigen Dichtigkeit führen. Bei besonders hohen Anforderungen besteht die Möglichkeit, die Längsseitenbereiche miteinander zu falzen und damit einen Gasaustausch mit der Atmossphäre praktisch völlig zu unterbinden.

Im übrigen lassen sich die Anforderungen an die Dichtigkeit des Mantelrohrs beträchtlich senken, wenn nach weiterer Lehre der Erfindung die Einbettmasse aus einer feinkörnigen Grundmasse aus keramischem, vorzugsweise oxidkeramischem Material und einem Zusatz von 0,5...5 Gew. % von Alkyl- bzw. Arylpolysiloxan , vorzugsweise Methylpolysiloxan besteht. Dieser organische Zusatz wird vorzugsweise mit einer Körnung von 20 bis 200£jm zugemischt. Eine derartige Einbettmasse ist Gegenstand der Patentanmeldung P 25 14 578.2 der Anmelderin, auf welche Bezug genommen wird.

Ein besonderer Vorzug des erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers ist darin zu sehen, daß er ohne weiteres auch mit spiralförmig gewendetem Widerstandsheizelement ausgeführt werden kann, sodaß vielfältige Anpassungsmöglichkeiten bei hohem spezifischem Energieumsatz bestehen.

In verfahrensmäßiger Hinsicht geht die Erfindung davon aus, daß das Mantelrohr aus Bandmaterial gebogen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Bandmaterial zunächst zu einem U-Profil gebogen wird, in den U-Innenraum die Einbettmasse eingebracht und das Widerstandsheizelement eingelegt wird und daß anschließend die U-Schenkel des U-Profils unter Bildung eines geschlossenen Querschnitts übereinander gebogen werden. Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, die Einbettmasse langwierig durch einen engen Querschnitt in Längsrichtung in das Mantelrohr einzufüllen, vielmehr kann die Einbettmasse schnell und wirkungsvoll in den offenen Innenraum des U-Profils eingebracht werden. Insbesondere muß dabei die Einbettmasse nicht notwendig schüttfähig sein, es können ohne weiteres auch schlecht rieselnde oder sogar pastose Massen verwendet werden. Das Widerstandsheizelement kann beim Einlegen entweder so in die

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Einbettmasse eingedrückt werden, daß es von dieser allseitig umgeben und damit vom Mantelrohr isoliert ist. Noch besser reproduzierbare Ergebnisse werden erhalten, wenn zunächst ein vorbestimmter Anteil der Einbettmasse und nach dem Einlegen des Widerstandsheizelements die restliche Einbettmasse eingebracht wird.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht selbstverständlich die Möglichkeit, in der bekannten Weise eine Nachverdichtung durch Querschnittsverringerung vorzunehmen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Möglichkeit, die Menge der Einbettmasse so abzustimmen, daß beim Übereinanderbiegen der U-Schenkel die Einbettmasse auf ihre vorbestimmte Enddichte komprimiert wird. Die erforderliche Abstimmung der Menge der Einbettmasse mit den angestrebten Querschnittsabmessungen läßt sich leicht ermitteln.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich ohne weiteres kontinuierlich durchführen, insbesondere bei Rohrheizkörpern verhältnismäßig geringer Länge, deren herkömmliche Herstellung besonders kostenungünstig ist, erweist sich aber eine taktweise Verfahrensführung als besonders vorteilhaft. Dabei wird das Bandmaterial vor dem Biegen zum U-Profil, was mit üblichen Preßwerkzeugen erfolgen kann, auf seine vorgesehene Länge abgelängt, das Widerstandsheizelement in vorbestimmter Länge und mit Abschlußteilen und Anschlußelementen versehen eingelegt und schließlich die U-Schenkel gleichzeitig auf ihrer ganzen Länge gebogen, was wiederum mit üblichen Preßwerkzeugen ausgeführt werden kann. Abweichend hiervon besteht auch die Möglichkeit, das flache Bandmat-erial zunächst kontinuierlich U-förmig zu profilieren und anschließend abzulängen. In jedem Fall führt die beschriebene Arbeitsweise zu anschlußfertigen Rohrheizelementen, die weiterer Maßnahmen -bis auf einen eventuellen Biegevorgangnlcht bedürfen. Das übereinanderbiegen der U-Schenkel gleichzeitig auf ihrer ganzen Länge bedeutet mit anderen Worten, daß nur senkrecht zur Längsausdehnung gerichtete Werkzeugbewegungen erforderlich sind. Das führt einerseits zu hoher Arbeitsgeschwindigkeit und andererseits zu einer gleichmäßigen, definierten Dichte der Einbettmasse. Unkontrollierte Verlagerungen von Einbettmasse in

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Längsrichtung sind dabei ausgeschlossen.

Aus vorstehenden Erläuterungen folgt ohne weiteres, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl gestreckte als auch gewendelte Widerstandsheizelemente verarbeitet werden können. Ferner können die U-Schenkel entweder einfach übereinander gebogen werden oder -bei erhöhten Dichtigkeitsforderungenmiteinander verfalzt werden. Zusammen mit dem abschließenden Biegen der U-Schenkel kann ferner in ein und demselben Arbeitsgang das Mantelrohr zu seiner vorbestimmten, weitgehend beliebigen Querschnittsform gepreßt werden.

Unter Umständen empfiehlt es sich, nach dem Einbringen von Einbettmasse und Widerstandsheizelement zunächst eine Vorverdichtung vorzunehmen, bevor die U-Schenkel übereinander gebogen werden. Diese Vorverdichtung laßt sich, da der Innenraum des U-Profils frei zugänglich ist, in einfacher Weise mit einem Hub eines geeigneten Preßwerkzeugs ausführen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß ein Rohrheizelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung angegeben werden, die zu einer wesentlichen Vereinfachung und Verringerung des zeitlichen und apparativen Aufwands bei der Herstellung führen. Dabei ist vor allem wesentlich, daß Widerstandsheizelemente weitgehend beliebiger Ausbildung in fertig vormontiertem Zustand, mit Abschlußteilen und Anschlußelementen eingelegt werden können, daß Widerstandsheizelement und Einbettmasse in einfachster Weise seitlich in den offenen U-lnnenraum eingebracht werden können und daß eine langwierige und aufwendige Vorverdichtung durch Rütteln sowie eine Nachverdichtung durch Querschnitts verringerung nicht erforderlich sind. Soweit eine Vorverdichtung angezeigt ist, kann diese in einfachster Weise durch Pressen vor dem Zusammenbiegen der U-Schenkel erfolgen. Eine Beeinträchtigung der Einbettmasse in chemischer oder physikalischer Hinsicht ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschlossen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Figur 1 Einen elektrischen Rohrheizkörper im Längsschnitt,

Figur 2 a - c verschiedene Schritte bei der Herstellung des Rohrheizkörpers gemäß Figur 1,

Figur 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstands der Figur 2 c

Der in Figur 1 schematisch dargestellte Rohrheizkörper besteht im wesentlichen aus einem Mantelrohr 1, einem im Inneren des Mantelrohrs 1 verlaufenden, im dargestellten Ausführungsbeispiel gewendelten Widerstandsheizelement 2 und einer den freien Raum im Inneren des Mantelrohrs 1 ausfüllenden Einbettmasse 3. Das Mantelrohr 1 ist an seinen Enden durch stopfenförmige Abschiußteile 4 abgeschlossen, die in nicht dargestellter Weise im Mantelrohr 1 gegen Verschiebung gesichert sind. Durch die Abschlußteile 4 sind stiftförmig©Anschlußelemente 5 hindurchgeführt, die mit dem Widerstandsheizelement 2 verbunden sind und dessen Anschluß an eine elektrische Stromquelle ermöglichen.

Die Figur 2a zeigt, wie ein ursprünglich flacher Streifen von Bandmaterial 6 mittels eines Preßwerkzeugs 7 (das Gegenwerkzeug ist nicht dargestellt) zu einem U-Profil gepreßt ist. In den offenenU-Innenraum sind zunächst ein Teil der Einbettmasse 3, sodann das mit Abschlußteilen 4 und Anschlußelementen 5 fertig vorbereitete Widerstandsheizelemente 2 und schließlich die restliche Einbettmasse 3 eingebracht worden. In Figur 2b ist schematisch dargestellt, wie die Einbettmasse mittels eines (nicht dargestellten) Preßwerkzeugs, das sich ohne weiteres in den offenen U-Innenraum einführen läßt, vorverdichtet worden ist. In Figur 2c ist dargestellt, wie schließlich der Querschnitt des Mantelrohrs dadurch geschlossen worden ist, daß die U-Schenkel unter gegenseitiger Überlappung übereinander'gebogen worden sind, wobei eine weitere Verdichtung auf die vorgesehene Enddichte der Einbettmasse erfolgt ist. Gleichzeitig mit dem Zusammenbiegen der U-Schenkel ist das Mantelrohr 1 zu seiner vorgesehenen,

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im wesentlichen kreisförmigen Querschnittsform gepreßt worden.

Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform des Mantelrohrs 1 entsteht im wesentlichen in den in den Figuren 2a, b dargestellten Schritten. Jedoch sind die U-Schenkel nicht einfach überlappend übereinander gebogen, vielmehr sind zur Erzielung erhöhter Dichtigkeit die U-Schenkel unter Bildung eines Falzes 8 zusammengebogen.

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1., Elektrischer Rohrheizkörper mit einem aus Bandmaterial gebogenen Mantelrohr, einem im Mantelrohr verlaufenden elektrischen Widerstandsheizelement und einer das Widerstandsheizelement umgebenden elektrisch isolierenden Einbettmasse,

dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseitenbereiche des Bandmaterials (6) unter Bildung eines geschlossenen Querschnitts übereinander gebogen sind.

2. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseitenbereiche miteinander verfalzt sind.

3. Rohrheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbettmasse (3) aus einer feinkörnigen Grundmasse aus keramischem, vorzugsweise oxidkeramischem Material und einem Zusatz von 0,5...5 Gew. % von Alkyl- bzw. Arylpolysiloxan , vorzugsweise mit Methylpolysiloxan besteht.

4. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsheizelement (2) gewendelt ist.

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5. Verfahren zur Herstellung eines aus Mantelrohr, elektrischem Widerstandsheizelement und Einbettmasse bestehenden elektrischen Rohrheizkörpers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Mantelrohr aus Bandmaterial gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandmaterial zu einem U-Profil gebogen wird, in den U-Innenraum die Einbettmasse eingebracht und das Widerstandsheizelement eingelegt wird und daß anschließend die U-Schenkel des U-Profils unter Bildung eines geschlossenen Querschnitts übereinander gebogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Übereinanderbiegen der U-Schenkel die Einbettmasse auf ihre vorbestimmte Enddichte komprimiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einbringen von Einbettmasse und Widerstandsheizelement in den U-Innenraum die Einbettmasse durch Pressen vorverdichtet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein vorbestimmter Anteil der Einbettmasse und nach dem Einlegen des Widerstandsheizelements die restliche Einbettmasse eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandmaterial vor dem Biegen zum U-Profil auf die vorgesehen© Länge abgelängt wird, daß das Widerstandsheizelement in vorbestimmter Länge und mit Abschlußteilen und Anschlußelementen versehen eingelegt wird und daß die U-Schenkel gleichzeitig auf ihrer ganzen Länge gebogen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Biegen der U-Schenkel das Mantelrohr zu seiner vorbestimmten Querschnittsform gepreßt wird.

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