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Elektrischer Mantelrohrheizkörper Die Erfindung bezieht sich auf einen
elektrischen Mantelrohrheizkörper, bestehend aus einem innerhalb eines Metallmantelrohres
in einem feinkörnigen verdichteten Isolierstoff eingebetteten Heiz-Leiter, und bezweckt
eine Verbesserung des Isolierwiderstandes zwischen dem Heizleiter und dem Mantelrohr.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwischen Heizleiter und Mantelrohr
die Innenfläche des letzteren mit einer dünnen Oxydschicht versehen ist, die entweder
aus dem Mantelrohrstoff erzeugt ist oder aus einem anderen hitzebeständigen Oxyd,
z. B. von Aluminium, Beryllium, Thorium, Magnesium, Silikat, Zirkon, Chrom oder
anderen Metallstoffen, das zu einer innigen Verbindung mit dem Mantelrohr aufgetragen
ist.
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Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Erzeugen der Oxydschicht
bzw. zum Auftragen der Schicht auf der Rohrinnenfläche. Diese Verfahren sowie weitere
vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im nachfolgenden beschrieben.
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Es ist zwar bereits bekannt gewesen, zwischen der Isoliermasse und
dem Mantelrohr einen Metallzylinder vorzusehen, der unter starker Volumenzunahme
oxydiert, wie z. B. einen Zylinder aus Magnesium. Zwischen dem Mantelrohr und diesem
Magnesiumzylinder wird heißer Dampf durchgeleitet, der das Magnesium zum Oxydieren
bringt
und dadurch zur Vergrößerung des Volumens. Die Erfindungsaufgabe
bestand aber hier nicht in der Verbesserung des Isolierwiderstandes zwischen dem
Mantelrohr und dem Heizleiter, sondern in dem Zusammenpressen der Füllmasse zwecks
Verineidung eines besonderen Einpressens der Füllmasse in das Mantelrohr. Es liegt
somit bei dem bekannten Mantelrohrheizkörper eine andere Aufgabe zugrunde.
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Die Erfindung hat den Vorteil, daß Rohrheizkörper mit der erfindungsgemäßen
Oxydschicht eine wesentliche bessere Isolation zwischen dem Heizleiter und dem Metallrohr
besitzen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß Rohrheizkörper ohne die erfindungsgemäße
Oxydschicht nach etwa i-,oo Betriebsstunden nur noch eine geringe Isolation zwischen
Rohr und Leiter besitzen, die zum Teil nur i % der ursprünglichen Isolation beträgt.
Durch die Erfindung wird eine wesentlich höhere Isolation erzielt, die etwa das
Zwanzigfache der Isolation der Rohrheizkörper ohne Oxydschicht ausmacht, wobei diese
wesentlich höhere Isolation auch nach längerer Betriebsdauer unverändert bleibt.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt mit Teilansicht des Rohrheizkörpers,
Fig. 2 einen Querschnitt.
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Der Rohrheizkörper besteht aus einem beispielsweise schraubenförmig
gewickelten Heizleiter io innerhalb eines metallenen Rohres i i. Der Heizleiter
io besteht beispielsweise aus einer Chrom-Nickel-Legierung mit 8o % Nickel und 2o
% Chrom, kann aber natürlich auch aus irgendeiner anderen geeigneten Legierung bestehen.
Der Heizleiter ist in einem feinkörnigen verdichteten Isolierstoff i2 eingebettet,
beispielsweise :Magnesiurnoxyd. Durch geeignetes Behandeln kann der Isolierstoff
zu einer vollständig harten Masse verdichtet sein, beispielsweise durch Rütteln
und nachträgliches Hämmern oder Walzen des Rohrheizkörpers.
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Es kann auch ein weiteres Verdichten dadurch gesichert werden, daß
das Rohr i i an einer oder einigen Seiten durch Pressen abgeflacht wird. An dem-
Ende des Rohrheizkörpers sind Kontaktstifte 13 und 13' mit eingebettet, die mit
dein Heizleiter io auf irgendeine Weise verbunden sind. Das Rohr besteht aus irgendeiner
hitzebeständigen Legierung, die den erforderlichen Temperaturen von etwa 65o° C
und mehr gewachsen ist. Eine brauchbare Legierung für das Rohr besteht aus 79% Nickel,
13% Chrom und 80% Eisen. Es sind natürlich auch andere Legierungen verwendbar.
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Auf der Innenfläche des Rohres ist erfindungsgemäß eine Oxydachicht
14 vorgesehen, die auf verschiedene Weise hergestellt werden kann. Soll die Oxydschicht
aus den Oxyden derjenigen Metalle erzeugt werden, die das Röhr bilden, so wird nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren die Innenfläche zuerst gereinigt und aufgerauht,
was beispielsweise durch Sandstrahlblasen erfolgen kann. Alsdann wird das Rohr hoch
erhitzt und mit Sauerstoff behandelt. Soll die Außenfläche des Rohres vor dem Entstehen
einer Oxydschicht oder Zunderschicht geschützt werden, so wird sie mit einem neutralen
oder reduzierenden Gas bespült. Das Erhitzen erfolgt bis etwa i2oo'° C, wobei es
sich gezeigt hat, daß das einfachste Erbitzungsverfahren in dem direkten Stromdurchgang
durch das Rohr besteht. Nach Erreichen dieser Temperatur wird Sauerstoff unter atmosphärischem
Druck oder .einem Druck von i bis 2 Atin. während 2 bis 5 Minuten Dauer durch das
erhitzte Rohr durchgeleitet. Es hat sich gezeigt, daß, unter je höherem Druck der
Sauerstoff durch das Rohr geleitet wird, eine entsprechend dickere Oxydschicht in
der gleichen Zeit erzeugt wird. Die Oxydschicht kann auch durch die Dauer des Sauerstoffdurchströmens
geregelt werden, indem bei längerem Durchströmen die Schicht dicker wird.
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Ein Erhitzen durch unmittelbaren Stromdurchgang hat auch noch den
Vorteil, daß dabei keine Verzunderung des Rohres erfolgt.
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Es bat sich als vorteilhaft gezeigt, das Rohr vor der Sauerstoffbehandlung
einer Vorbehandlung zu unterwerfen, und zwar durch Schwefelwasserstoffgas: Diese
Vorbehandlung kann etwa 5 Minuten dauern und erfolgt bei etwa 6oo° C. Der Vorbehandlung
schließt sich dann die eigentliche Sauerstoffbehandlung bei i2od° C an.
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An Stelle der Behandlung durch Schwefelwasser-Stoffgas kann auch eine
Vorbehandlung in einer 5o%igen Lösung von Chlorwasserstoff mit etwa 3% Fluorwasserstoff
erfolgen, und zwar bei etwa 8o° C während etwa 30 Minuten, wonach zum Reinigen
des Rohres es noch kurz in heiße konzentrierte Salpetersäure eingetaucht wird. Danach
erfolgt die Sauerstoffbehandlung.
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Die mit einer auf diese Weise durch eine Oxyd-Schicht verbesserten
Rohrheizkörper zeigten eine etwa zwanzigfach bessere Isolation zwischen dem Heizleiter
und dem Mantelrohr. Diese Isolationsverbesserung beruht einerseits auf der isolierenden
Wirkung der Oxydschicht, die in das Gefüge des , Metallrohres bis zu einer bestimmten
Tiefe eindringt und das Metallrohr vor dem Eindringen von Gasen und Dämpfen aus
der Einbettmasse schützt, andererseits auf einer bestimmten Verbindung der Oxydschicht
mit der Einbettmasse, durch die eine bessere Wärmeübertragung erzielt und eine Wanderung
von Unreinigkeiten aus dem Rohrmetall in die Einbettmasse verhindert wird.
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Wichtig ist natürlich, daß die Oxydschicht eine genügend innige Verbindung
mit dem Metall der Rohrinnenfläche aufweist.
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Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren kann an Stelle des
Erzeugens einer Oxydschicht aus den Metallen des Rohres selbst auch eine Oxy dschicht
aus fremden Metallen auf die Rohrinnenfläche aufgetragen werden, wobei eine innige
Verbindung erzielt wird: Hierzu bedient man sich eines geeigneten Trägers, der mit
einem gebrannten und fein gemahlenen Metall vermischt ist. Als solche Metalle kommen
in Frage Aluminium, Beryllium, Thorium, Magnesium, Silikat,
Zirkon,
Chrom u. a., wobei sie entweder einzeln oder in beliebigen Kombinationen verwendbar
sind. Das Herstellen einer solchen aufgetragenen Oxydschicht aus fremden Metallen
erfolgt gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wie folgt: Der mit dem gebrannten
und feingemahlenen Metall vermischte Träger wird auf die Rohrinnenfläche aufgetragen,
dann an der Luft getrocknet, dann bei etwa 12o° C etwa i Stunde gehalten, dann bei
etwa 2o0° C etwa eine weitere Stunde gehalten und schließlich bei etwa 1200° C dann
etwa 2o Minuten gehalten. Während der letzten Heizstufe bei 12o0'° C kann zum Verbessern
der aufgetragenen Oxydschicht und zur Erleichterung ihrer Herstellung die Rohrinnenfläche
von Sauerstoff bespült werden. Die Beimischung des betreffenden Metalls zu dem Träger
kann beliebig sein. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine Metallbeimischung in Höhe
von etwa 50 bis 70% gute Oxydschichten ergab. Bei Aluminium bewährte sich eine Beimischung
von 6804, bei Beryllium von 5q.0/0.
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Die Erfahrung zeigt, daß die Dicke der erzeugten Oxy dschicht für
die Güte der Isolation maßgebend ist. Die Oxydschichtdicke kann auch nach dem Verhältnis
des Oxydschichtgewichtes zu dem Gewicht des Rohres bemessen werden. Es hat sich
gezeigt, daß eine ausreichend gute Isolation erzielt wird, wenn das Gewicht der
Oxydschicht etwa o, i % des Gewichtes des Rohres beträgt.
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Die Verfahren zum Herstellen der Oxydschicht sowie die Dicke der Oxydschicht
können je nach den Betriebsverhältnissen, für welche der Rohrheizkörper bestimmt
ist, verschieden gehalten werden. Wichtig ist jedoch stets, daß die Oxydschicht
an der Rohrinnenfläche gut haftet, d. h. mit ihr eine innige und ununterbrochene
Verbindung eingeht. In einzelnen Fällen kann von den einzelnen Verfahrensstufen
abgewichen werden, falls die Bestimmung der Rohrheizkörper dies zuläßt.