DE2850722A1 - Electric heater, esp. immersion heater for corrosive liq. - has lead with fluoro-plastics insulation, coaxial wire braid and impermeable fluoro-plastics cover - Google Patents
Electric heater, esp. immersion heater for corrosive liq. - has lead with fluoro-plastics insulation, coaxial wire braid and impermeable fluoro-plastics coverInfo
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Abstract
Description
Elektrisches Heizelement mit Schutzleiter fUr aggressive B8derElectrical heating element with protective conductor for aggressive cores
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstands-Heizelement in kabelfbrmiger Ausbildung mit einem Schutzleiter für die Beheizung von Behältern, in denen sich aggressive Flussigkeiten befinden Die Beheizung dieser Bäder bereitet insofern technische Schwierigkeiten, als die dafUr benutzten Heizelemente korrosionsfest ausgebildet sein müssen und zur Vermeidung von Unfallgefahren durch Kurzschluß im elektrisch leitenden Bad ein Schutzleiter/ Schutzerde so angeordnet sein soll daß bei einer mechanischen oder korrosiven Beschädigung des Heizelementes der Schutzleiter eine Sicherheit gegen Stromführung des Bades bietet0 Wenn die Badtiüssigkeit korrosive Eigenschaften besitzt, ist es erforderlich, den Schutzleiter ebenfclls gegen die Korrosion zu schUtzen, jedoch so anzuordnen, daß er bei einer mechanischen oder korrosiven Beschädigung des Heizelementes mit Sicherheit freigelegt wird und dadurch seine Schutzaufgabe übernehmen kann, Hier bietet sich eine AusfUhrung des elektrischen Heizelementes als Kabel vom koaxialen Typ ane wobei der Zentralleiter des Widerstandsheizelement bildet und die koaxiale Abschirmung als Schutzleiter ausgeführt ist.The invention relates to an electrical resistance heating element in cable-shaped design with a protective conductor for heating containers, in which there are aggressive liquids. The heating of these baths prepares technical difficulties insofar as the heating elements used for them are corrosion-resistant must be trained and to avoid the risk of accidents caused by short circuits in the electrically conductive bath a protective conductor / protective earth should be arranged so that in the event of mechanical or corrosive damage to the heating element, the protective conductor provides security against current flow in the bath 0 If the bath liquid is corrosive Has properties, it is necessary to also protect the protective conductor against the To protect against corrosion, but to be arranged in such a way that it can be damaged in the event of a mechanical or corrosive damage to the heating element is exposed with certainty and thereby can take over its protective task, here an execution of the electrical Heating element as a cable of the coaxial type ane wherein the central conductor of the resistance heating element forms and the coaxial shielding is designed as a protective conductor.
Widerstandsheizelemente vom koaxialen Typ sind in der Technik bereits bekannt z.B. aus der DE-OS 21 30 796. Bei den kabel förmigen Heizelementen nach dieser Patentanmeldung befindet sich die koaxiale Drahtumflechtung jedoch als mechanischer Schutz auf der OberflUche des Heizelementes und stellt demnach einen äußeren Mantel dar, der nicht gegen korrosiven Angriff in einem Flussigkeitsbad beschUtzt sstG Bei stark korrosiver Einwirkung des zu beheizenden Bades wUrde es auch nicht genUgen, den koaxialen Schutzmantel aus korrosionsfestem Ketal, z.B.Coaxial type resistive heating elements are already in the art known e.g. from DE-OS 21 30 796. In the cable-shaped heating elements according to this patent application is located the coaxial wire braiding however, as mechanical protection on the surface of the heating element and accordingly provides an outer jacket that does not protect against corrosive attack in a liquid bath Protected sstG If the bath to be heated was strongly corrosive, it would Nor is it enough to use the coaxial protective jacket made of corrosion-resistant ketal, e.g.
nichtrostendem Stahl zu bilden, sondern er muß durch andere Maßnahmen geschUtzt werden.to form stainless steel, but he must by other measures to be protected.
FUr die Isolation und den korrosiven Schutz von Heizdrdhten in Flüssigkeitsbädern ist ebenfalls bereits der Korrosionsschutz durch Fluorkunststoffe bekannt, die außerordentlich korrosions- und wärmebeständige Eigenschaften aufweisen. Z.B.For the insulation and the corrosive protection of heating wires in liquid baths the corrosion protection by fluoroplastics is also already known, which is extraordinary Have corrosion and heat resistant properties. E.g.
werden nach der DE-05 20 41 935 Widerstandsheizdrähte fUr Tausch sieder mit einem Mantel aus Polytetrafluoräthylen versehen. Es ist ebenfalls in der Technik bekannt, Koaxial-Kabel mit Zwischenisolierung zwischen zentralem und koaxialen Leiter sowie einer äußeren Isolierung aus Fluorkunststoffen zu versehen.According to DE-05 20 41 935, resistance heating wires are used for replacement boilers provided with a jacket made of polytetrafluoroethylene. It is also in the art known, coaxial cable with intermediate insulation between the central and coaxial conductor as well as an outer insulation made of fluoroplastics.
Bei diesen Koaxialkabeln, die fUr dieHochfrequenztechnik eingesetzt werden, benutzt man jedoch Fluorkunststoffe wegen ihrer geringen dielektrischen Verluste und ihrer Wärmebeständigkeit.With these coaxial cables, which are used for high frequency technology however, fluoroplastics are used because of their low dielectric properties Losses and their heat resistance.
Sie dienen ausschließlich der NachrichtenÜbermittlung, wobei die auftretende Erwärmung eine nicht erwUnschte Begleiterscheinung ist. Kabel diesen Typs werden bisher nicht als Widerstandsheizelemente fUr aggressive Medien eingesetzt.They are used exclusively for the transmission of messages, whereby the occurring Warming is an undesirable side effect. Cables of this type are used not previously used as resistance heating elements for aggressive media.
Als Mangel der bisher bekannten kabelförmigen Widerstondheizelemente mit Fluorkunststoffisolation ist festzustellen, daß Heizelemente mit einer mitgeführten Schutzerde, die mit hoher Sicherheit bei Beschädigungen des Kabels ihre Funktion übernimmt, nicht vorhanden sind. Mit Fluorkunststoff gegen Korrosionsangriff geschützte Heizelemente mit Schutzerde gibt es bisher nur in Form von Stäbe, die außen durch übergezogene Fluorkunststoffschläuche geschützt werden. Diese Fluorkunststoffschläuche werden nachträglich auf das bereits fertiggestellte stabförmige Heizelement aufgezogen, wobei man zur Erzielung eines besseren Sitzes der Isolation auf dem Heizelement und zur Vermeidung von den Wärmeübergang behindernden Luftspalten zwischen Heizelement und HUlle sogenonnte Schrumpfschläuche benutzte Unter Schrumpfschlduchen werden Kunststoffschläuche verstanden, die nach der Fertigung aufgeveitet werden und nach überziehen von Körpern durch Erwärmung wieder ihren ursprünglicher Durchmesser annenmen (Memory-Effekt). Diese Art des Uberzugs hat eine Reihe won Nachteilen, so ldßt sich ein solcher Schutzüberzug nicht kontinuierlich in beliebiger Lunge herstellen, da er ja nachträglich in Stücken aufgezogen werden muß. Ferner erfolgt die Schrumpfung meist nicht ganz gleichmäßig, sodaß bei Erwärmung des Heizelementes der Schrumpfschlauch sich wieder zu lösen beginnt und den Wärmeübergang behindernde Luftspalte zwischen Heizelement und Mantel entstehen und so ein definierter Wärme-Uebergang nicht möglich ist0 Außerdem besitzen solche Schrumpfschläuche, bedingt durch ihre technische Herstellung, meist nur eine sehr geringe Wandstärke, z.B. 0,5 mm, die nicht die Gewehr fUr ausreichende Diffusionsdichte des Mantels bietet, Kcbelfbrmige Heizelemente mit Fluorkunststoff-Isolierung, Schutzleiter und äußerem Korrosionsschutz durch Fluorkunststoffe, die in beliebiger Ldnge hergestellt werden können und die vorgenannten Mangel vermeiden, sind bisher nicht bekannt. FUr die Herstellung und den Einsatz solcher Heizelemente ist es sehr erwünscht, diese in beliebiger Länge herzustellen, um 3e noch der gewünschten elektrischen Leistung und dem zur Verfugung stehenden Raum Heizelemente auszuführen, dLe den jeweiligen wdrmetechnischen Bedingungen entsprechen Die Aufgabe der Erfindung ist es; ein Heizelement zu finden dos die benannten Nachteile vermeidet, wobei ferner eine elektrische Leistung von 100 ~ 200 W/m Lange erreicht werden soll und ein möglichst geringer Biegeradius aus technischen gründen erwünscht ist. Der Biegeradius soll etwt bei dem 20-fachen des äußeren Kabeldruchmessers liegen.As a defect of the previously known cable-shaped resistance heating elements with fluoroplastic insulation it is found that Heating elements with a protective earth that is carried along with a high level of security in the event of damage to the Cable takes over its function, are not available. With fluoroplastic against Corrosion-resistant heating elements with protective earth have so far only been available in form of rods that are protected on the outside by coated fluoroplastic tubing. These fluoroplastic hoses are retrofitted to the one that has already been completed Rod-shaped heating element pulled up, whereby one to achieve a better fit the insulation on the heating element and to avoid hindering the heat transfer Air gaps between the heating element and the cover, so-called shrink tubing was used Shrink hoses are plastic hoses that are made after production are widened and after covering bodies by heating again theirs assume the original diameter (memory effect). Has this type of coating There are a number of disadvantages that such a protective coating cannot be applied continuously Produce in any lung, as it can be drawn up in pieces afterwards got to. Furthermore, the shrinkage usually does not take place quite evenly, so that when heated of the heating element, the shrink tubing begins to loosen again and the heat transfer obstructing air gaps arise between the heating element and jacket and thus a defined Heat transfer is not possible. In addition, such shrink tubing has conditionally due to their technical production, mostly only a very small wall thickness, e.g. 0.5 mm, which the rifle does not provide for sufficient diffusion density of the jacket, Cube-shaped Heating elements with fluoroplastic insulation, protective conductor and external corrosion protection by fluoroplastics, which can be manufactured in any length and which Avoid the aforementioned deficiency are not yet known. For the manufacture and the use of such heating elements, it is very desirable to have them in any length produce to 3e still the desired electrical power and available running room heating elements, dLe the respective thermal conditions The object of the invention is to; to find a heating element dos the named disadvantages avoids, furthermore an electrical power of 100 ~ 200 W / m length should be achieved and the smallest possible bending radius from technical founding is desirable. The bending radius should be around 20 times the outer cable diameter lie.
Die Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, daß erfindungsge mäß ein kabelförmiges elektrisches Heizelement mit koaxialem Schutzleiter so ausgebildet wird, daß genügend Isolationsstdrke zwischen zentralem Heizleiter und koaxialer Abschirmung (Erde) vorhanden ist. Erfindungsgemdß wird hierfUr eine Polytetrafluoräthylen-Isolation mit einer Wandstärke von 0,7 mm oder mehr benutzt. Die äußere Mantelisolation zum korrosiven Schutz des koaxialen Leiters wird ebenfalls aus Fluorkunststoff hergestellt und zwar insbesondere aus thermoplastisch extrudierbaren Fluorkunst stoffen, mit denen sich ein außerordentlich diffusionsdichter Überzug herstellen läßt, wenn die Wandstärke ca. 1 mm und mehr erreicht. In dieser AusfUhrungsform gebildete Heizkabel lassen sich in beliebigen Baulänge herstellen, sodaß man von dem kontinuierlich hergestellten Kabel spdter auf den Verwendungs zweck und die erforderliche Leistung abgestimmte Langen abtren nen kann. Die erfindungsgemößen Heizelemente besitzen einen defink ersten Wärmeübergang und fUr den Einsatz in stark korrosiven Bädern ausreichende Diffusionsdichte. Durch die koaxiale Anordnung des Schutzleiter wird erreicht, daß aus dem Kabel hergestellte Heizelemente die VDE-Schutzklasse 1 erreichen, d.h. daß sie fUr Bäderwärmungselemente im industriellen Bereich, bei dem größere elektrische Leistungsstdrken vorliegen, eingesetzt werden können.The solution to the problem is achieved in that according to the invention a cable-shaped electrical heating element with a coaxial protective conductor is designed in this way that there is sufficient insulation between the central heating conductor and the coaxial Shielding (earth) is present. According to the invention, a polytetrafluoroethylene insulation is used for this purpose with a wall thickness of 0.7 mm or more is used. The outer jacket insulation for Corrosive protection of the coaxial conductor is also made of fluoroplastic in particular made of thermoplastically extrudable fluorine art fabrics, with which an extremely diffusion-tight coating can be produced, if the wall thickness reaches approx. 1 mm and more. Heating cables formed in this embodiment can be produced in any length, so that one of the continuously manufactured cables later on the intended use and the required performance can cut off coordinated lengths. Have the inventive heating elements a defink first heat transfer and for use in strongly corrosive baths sufficient diffusion density. Due to the coaxial arrangement of the protective conductor achieves that heating elements made from the cable achieve VDE protection class 1, i.e. that they are used for bath heating elements in the industrial sector, in the larger electrical power levels exist, can be used.
In der Zeichnung ist eine Ausfuhrungsform der Erfindung beispiels weise dargestellt. Figur 1 zeigt einen Querschnltt und Figur 2 eine Ansicht des freigelegten Aufbaus des erfindungsgemäßen Heinz elementes Der zentrale Widerstandsheizleiter (1) wird aus einer üblichen Widerstandslegierung z.B. NiCr 20/40, bevorzugt aus Volldraht, hergestellt. Die Zwischenisolierung (2) besteht aus Fluorkunststoff vorzugsweise Polytetrafluoräthylen. Der koaxiale Mantelleiter (3), besteht in Ublicher Weise aus einem Kupfer-Drahtgeflecht, wobei die dÜnnen Kupferdrähte bevorzugt vor der Umflechtung versilbert werden, um eine Oxydation bei der Herstellung zu vermeiden.In the drawing, an embodiment of the invention is an example wisely presented. Figure 1 shows a cross section and Figure 2 is a view of the exposed structure of the Heinz element according to the invention The central resistance heating conductor (1) is made from a common resistance alloy e.g. NiCr 20/40, preferably from Solid wire, manufactured. The intermediate insulation (2) is preferably made of fluoroplastic Polytetrafluoroethylene. The coaxial sheathed conductor (3) consists in the usual way from a copper wire mesh, whereby the thin copper wires are preferred in front of the Braid can be silver-plated to avoid oxidation during manufacture.
Der Bedeckungsgrad des koaxialen Drahtgeflechtes auf der umflochtenen Isolation liegt bei mehr als 50 %, vorzugsweise bei etwa 80 ist Der äußere Schutzmantel (4) besteht aus Fluorkunststoffen, vorzugsweise aus thermisch extrudierbaren Material, z.B. Perfluoralkaxy.The degree of coverage of the coaxial wire mesh on the braided Isolation is more than 50%, preferably about 80%. The outer protective sheath (4) consists of fluoroplastics, preferably of thermally extrudable material, e.g. perfluoroalkaxy.
Bei der Herstellung von Heizelementen bestimmter Leistung werden entsprechende StUcke dieses koaxialen Heizkabels vom endlos hergestellten Kabel abgelängt. Sie werden mit aus dem Bad heraus geführten Enden verbunden, die kalt sind. Das wird in an sich bekannter Weise dadurch erreicht, daß für die Anschlüsse Kupferdrähte angeschweiß werden, die bei gleichem Querschnitt einen erheblich geringeren elektrischen Widerstand besitzen und sich dadurch nicht erwärmen. Der dußere Schutz an der Übergangsstelle zwischen Heizleiter und Abfuhrungsdraht kann durch Verschweißen des äußeren thermoplastischen Fluorkunststoffmaterials mit dem gleichen Material, das fUr die Isolierung der Abführungsenden benutzt wird, erreicht werden.In the manufacture of heating elements of a certain power are appropriate Pieces of this coaxial heating cable cut to length from the endlessly manufactured cable. she are connected to ends which are led out of the bath and which are cold. That will achieved in a manner known per se in that copper wires for the connections are welded, which have a significantly lower electrical power for the same cross-section Have resistance and do not heat up as a result. The outer protection at the crossing point between the heating conductor and the drain wire can be made by welding the outer thermoplastic Fluoroplastic material with the same material that is used for the insulation of the discharge ends is used.
Es ist jedoch auch möglich, die gewünschten Langen des Widerstandsdrahtes mit entsprechenden Kupfer-Ableitdrähten vor der Fabrikation als Zwischenstücke zu verschweißen und das so hergestellte Heizka belU das abwechselnd aus Widerstandsheizleitern und Kupferdrahtstücken besteht, noch der Herstellung entsprechend cnzuldngeneHowever, it is also possible to use the desired lengths of the resistance wire with appropriate copper drainage wires before fabrication as intermediate pieces weld and the so produced Heizka belU that alternately from resistance heating conductors and pieces of copper wire, can still be cut according to production
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