EP1297722B1 - Heizkabel mit mehrschichtaufbau - Google Patents

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EP1297722B1 EP01273768A EP01273768A EP1297722B1 EP 1297722 B1 EP1297722 B1 EP 1297722B1 EP 01273768 A EP01273768 A EP 01273768A EP 01273768 A EP01273768 A EP 01273768A EP 1297722 B1 EP1297722 B1 EP 1297722B1
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/54—Heating elements having the shape of rods or tubes flexible
    • H05B3/56—Heating cables

Definitions

  • the present invention relates to a heating cable with a multi-layer structure.
  • German Offenlegungsschrift DE 34 14 284 A1 discloses an electrical heating element known for piping. Here is a coaxial heat conductor with a External insulation of Teflon-PFA described.
  • the present invention has for its object to a heating cable in such a way improve it especially against external mechanical stresses (Buckling) is particularly resistant.
  • a heating cable is provided with a multi-layer structure, at least a central electrically conductive heating conductor and two electrically insulating and in having substantial air-impermeable layers, which are arranged so that between them can form an air cushion.
  • the spacer may be a layer of fibrous, braided, cellular or porous Be structure.
  • the spacer can be designed in the sense of a mechanical reinforcement function be.
  • the spacer may be a reinforcing layer of a metallic wire mesh be, which may consist of nickel-plated copper wires.
  • At least one of the substantially air-impermeable layers may be made Perfluoroalkoxy copolymer (PFA) exist.
  • PFA Perfluoroalkoxy copolymer
  • At least one of the substantially air-impermeable layers and the Spacer may be a layer of non-metallic fiber material be.
  • the layer of a non-metallic fiber material may consist of a Consist of glass fiber ceramic tape.
  • a heating cable according to the invention is denoted by 6.
  • Such Heating cable can be, for example, as Serienitztechnisch for process temperature constant maintenance use. Due to the structure explained in more detail below It can also be used in potentially explosive atmospheres.
  • Such a heating cable 6 with series resistance has a constant, through the Voltage, the resistance and the length of the cable defined active power. For example, it can maintain a process temperature of up to 280 ° C become. A typical supply voltage is 750 V. This can be Achieve output power in the range of 25 W / min.
  • an electrical heating conductor. 1 intended. This is of a first insulating layer 2, for example of PFA or from a comparable plastic material, surrounded. At this first electric Insulating layer 2 adjoins a glass fiber ceramic tape layer 3, which in Interaction with a radial of it outside (as shown) or inside (not shown) arranged reinforcing layer 4 a protection against mechanical Damage offers.
  • the glass fiber ceramic tape layer 3 is similar to one with Minerals offset glass fiber formed.
  • the sandwich structure of the glass fiber ceramic tape layer 3 / reinforcing layer 4 it further increases the mechanical protection properties.
  • the glass fiber ceramic tape layer 3 also prevents this from occurring during a thermal Extension of the underlying PFA layer 2, the reinforcing layer 4 in this cuts. It should also be remembered that the PFA material at higher Temperatures softened.
  • the glass fiber ceramic tape layer 3 thus has simultaneously mechanical protection and electrical insulation.
  • the reinforcing layer 4 is outwardly again by another electrically insulating layer 5 protected, for example, from perfluoroalkoxy copolymer material (PFA) can exist.
  • PFA perfluoroalkoxy copolymer material
  • the two electrically insulating layers 2, 5 are both substantially and im Ideally, completely air-impermeable, so that between them at a appropriate dimensioning of their cross sections a mechanically protective air cushion formed.
  • the glass ceramic tape layer 3 and the reinforcing layer 4 are in essential air permeable and therefore have the function of a spacer, the a direct contact of the two layers 2, 5 prevented as possible. Therefore, the Reinforcing layer 4 also formed so that they are the underlying layers -
  • grounding straps with comparable structure - completely surrounds, both in terms of the longitudinal extent as well as the Circumferential direction of the heating cable. The complete surrounding in all dimensions guarantees that the spacer effect and thus also the protective air cushion always available.
  • This air cushioning is on the one hand by the braided structure of the Reinforcing layer 4 and on the other hand by an appropriate design of the Inner diameter of the reinforcing layer 4 with respect to the outer diameter of the Fiberglass ceramic tape layer 3 reached.
  • the diameter of the reinforcing layer 4 For example, it can be deliberately oversized to ensure sufficient strength to ensure thereby adjusting air cushion.
  • the reinforcing layer 4 has some play with respect to the underlying layers, but can through the layer 5 Be closely surrounded outside.
  • the braided structure of the reinforcing layer 4 thus also achieves that a certain volume of air between the glass fiber ceramic tape layer 3 and the outer protective layer 5 can form.
  • wire mesh-based reinforcing layer instead of the wire mesh-based reinforcing layer, too other spacers are used, for example, a porous, fibrous, braided or cellular (open or closed) structure.
  • the mechanical protection effect is summarized on the one hand by the Air cushion and on the other hand achieved by the sandwich structure.
  • the advantage in the sense a synergetic effect is that while both protective measures may be provided independently of each other, but complement each other so that they provide a protective effect with respect to different mechanical influences from the outside unfold.
  • the heating cable according to the invention has when used as a heating cable the Advantages that it is highly flexible and chemically resistant, a constant heat output (Active power) allows large heating circuit lengths are possible and the Supply voltage can be up to 750 V.

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  • Resistance Heating (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Heizkabel mit Mehrschichtaufbau.
Die Verwendung von elektrischen Heizkabeln, die einen nach außen isolierten Heizleiter aufweisen, ist gut bekannt. Derartige Heizkabel werden beispielsweise zur Prozesstemperatur-Konstanthaltung als Serien-Widerstandsheizungen verwendet.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 200 06 222 U1 ist eine elektrische Heizleitung mit folgendem koaxialen Aufbau von innen nach außen bekannt: Heizleiter, erste Isolierhülle, Kunststoffband (gewickeltes PTFE-Band), Glasseidengeflecht, Schutzleiter und Isoliermantel.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 34 14 284 A1 ist ein elektrisches Heizelement für Rohrleitungen bekannt. Dabei ist ein koaxial aufgebauter Heizleiter mit einer Außenisolierung aus Teflon-PFA beschrieben.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Heizkabel derartig zu verbessern, dass es insbesondere gegenüber äußeren mechanischen Belastungen (Knicken) besonders widerstandsfähig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
Erfindungsgemäß ist ein Heizkabel mit Mehrschichtaufbau vorgesehen, das wenigstens einen zentralen elektrisch leitfähigen Heizleiter und zwei elektrisch isolierende und im wesentlichen luftundurchlässige Schichten aufweist, die derart angeordnet sind, dass sich zwischen ihnen ein Luftpolster ausbilden kann.
Zur Vermeidung eines direkten Kontakts der beiden im wesentlichen luftundurchlässigen Schichten kann ein Abstandshalter vorgesehen sein.
Der Abstandshalter kann eine Schicht mit faseriger, geflochtener, zellartiger oder poröser Struktur sein.
Der Abstandshalter kann im Sinne einer mechanischen Verstärkungsfunktion ausgelegt sein.
Der Abstandshalter kann eine Verstärkungsschicht aus einem metallischen Drahtgeflecht sein, das aus vernickelten Kupfer-Drähten bestehen kann.
Wenigstens eine der im wesentlichen luftundurchlässigen Schichten kann aus Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA) bestehen.
Zwischen wenigstens einer der im wesentlichen luftundurchlässigen Schichten und dem Abstandshalter kann eine Schicht aus einem nichtmetallischen Fasermaterial vorgesehen sein.
Die Schicht aus einem nichtmetallischen Fasermaterial kann aus einem Glasfaserkeramikband bestehen.
Unter Bezugnahme auf die beiliegende einzige Figur der Zeichnungen sollen nunmehr weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung näher erläutert werden.
In der Figur ist ein erfindungsgemäßes Heizkabel mit 6 bezeichnet. Ein solches Heizkabel lässt sich beispielsweise als Serienheizleitung zur Prozesstemperatur-Konstanthaltung verwenden. Aufgrund des im folgendem näher erläuterten Aufbaus lässt es sich auch im explosionsgefährdeten Bereichen verwenden.
Ein derartiges Heizkabel 6 mit Serienwiderstand weist eine konstante, durch die Spannung, den Widerstand und die Länge des Kabels definierte Wirkleistung auf. Beispielsweise kann damit eine Prozesstemperatur bis zu 280°C aufrechterhalten werden. Eine typische Versorgungsspannung beträgt 750 V. Damit lassen sich Ausgangsleistungen im Bereich von 25 W/min erzielen.
Zumehr soll der Aufbau des erfindungsgemäßen Heizkabels 6 von innen nach außen erläutert werden. Zentral ist in dem Heizkabel 6 ein elektrischer Heizleiter 1 vorgesehen. Dieser ist von einer ersten Isolierungsschicht 2, beispielsweise aus PFA oder aus einem vergleichbaren Kunststoffmaterial, umgeben. An diese erste elektrisch isolierende Schicht 2 grenzt eine Glasfaserkeramikbandschicht 3, die in Zusammenwirkung mit einer radial von ihr außerhalb (wie dargestellt) bzw. innerhalb (nicht dargestellt) angeordneten Verstärkungsschicht 4 einen Schutz gegen mechanische Beschädigung bietet. Die Glasfaserkeramikbandschicht 3 ist ähnlich einer mit Mineralien versetzte Glasseide gebildet.
Die Sandwichstruktur der Glasfaserkeramikbandschicht 3 / Verstärkungsschicht 4 erhöht dabei weiter die mechanischen Schutzeigenschaften.
Die Glasfaserkeramikbandschicht 3 verhindert auch, das bei einer thermischen Ausdehnung der darunter befindlichen PFA-Schicht 2 die Verstärkungsschicht 4 in diese einschneidet. Dabei ist auch zu bedenken, dass sich das PFA-Material bei höheren Temperaturen erweicht. Die Glasfaserkeramikbandschicht 3 hat somit gleichzeitig mechanische Schutz- und elektrische Isolierfunktion.
Selbstverständlich kann eine weitere Glasfaserkeramikbandschicht außerhalb der Verstärkungsschicht 4 zusätzlich zu der bereits gezeigten Glaskeramikbandschicht 3 vorgesehen sein.
Die Verstärkungsschicht 4 ist nach außen nochmals durch eine weitere elektrisch isolierende Schicht 5 geschützt, die beispielsweise auch aus Perfluoralkoxy-Copolymermaterial (PFA) bestehen kann.
Die beiden elektrisch isolierenden Schichten 2, 5 sind beide im wesentlichen und im Idealfall vollständig luftundurchlässig, so dass sich zwischen ihnen bei einer entsprechenden Bemessung ihrer Querschnitte ein mechanisch schützendes Luftpolster ausbildet. Die Glaskeramikbandschicht 3 und die Verstärkungsschicht 4 sind im wesentlichen luftdurchlässig und haben daher die Funktion eines Abstandshalters, der eine direkte Berührung der beiden Schichten 2, 5 möglichst verhindert. Daher ist die Verstärkungsschicht 4 auch derart ausgebildet, dass sie die darunterliegenden Schichten - bspw. im Gegensatz zu Erdungsbändern mit vergleichbarer Struktur - vollständig umgibt, und zwar sowohl hinsichtlich der Längserstreckung wie auch der Umfangsrichtung des Heizkabels. Das vollständige Umgeben in allen Dimensionen garantiert, dass die Abstandshalter-Wirkung und somit auch das schützende Luftpolster immer vorhanden sind.
Diese Luftpolsterung wird einerseits durch die geflochtene Struktur der Verstärkungsschicht 4 und andererseits durch eine entsprechende Bemessung des Innendurchmessers der Verstärkungsschicht 4 bezüglich des Außendurchmessers der Glasfaserkeramikbandschicht 3 erreicht. Der Durchmesser der Verstärkungsschicht 4 kann bspw. bewusst etwas überdimensioniert werden, um eine ausreichende Stärke des sich dadurch einstellenden Luftpolsters sicherzustellen. Die Verstärkungsschicht 4 hat etwas Spiel bezüglich der darunterliegenden Schichten, kann aber durch die Schicht 5 außen enganliegend umgeben sein.
Durch die geflochtene Struktur der Verstärkungsschicht 4 wird somit auch erreicht, dass sich ein gewisses Luftvolumen zwischen der Glasfaserkeramikbandschicht 3 und der äußeren Schutzschicht 5 ausbilden kann.
Selbstverständlich können statt der Verstärkungsschicht auf Drahtgeflechtbasis auch andere Abstandshalter verwendet werden, die bspw. eine poröse, faserige, geflochtene oder zellartige (offen oder geschlossen) Struktur besitzen.
Zusammengefasst wird die mechanische Schutzwirkung also einerseits durch das Luftpolster und andererseits durch die Sandwichstruktur erreicht. Der Vorteil im Sinne eines synergetischen Effekts besteht darin, dass beide Schutzmaßnahmen zwar unabhängig voneinander vorgesehen sein können, sich aber dahingehend ergänzen, dass sie eine Schutzwirkung bezüglich unterschiedlicher mechanischer Einflüsse von außen entfalten.
Das erfindungsgemäße Heizkabel hat bei einer Verwendung als Heizleitung die Vorteile, dass es hoch flexibel und chemisch beständig ist, eine konstante Heizleistung (Wirkleistung) ermöglicht, große Heizkreislängen möglich sind und die Versorgungsspannung bis 750 V betragen kann.

Claims (4)

  1. Heizkabel mit Mehrschichtaufbau,
    das von Innen nach Außen die folgenden Elemente aufweist:
    einen zentralen elektrisch leitfähigen Heizleiter (1),
    eine erste elektrisch isolierende und luftundurchlässige Schicht (2),
    ein Band (3) unmittelbar angrenzend an die erste elektrisch isolierende Schicht (2),
    eine Verstärkungsschicht (4) mit faseriger, geflochtener, zellartiger oder poröser Struktur, und
    eine zweite elektrisch isolierende und luftundurchlässige Schicht (5),
    dadurch gekennzeichnet, dass das Band (3) aus Glasfaserkeramik besteht, und
    dass die Verstärkungsschicht (4) aus einem metallischen Drahtgeflecht gefertigt ist.
  2. Heizkabel nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Drahtgeflecht (4) aus vernickelten Kupfer-Drähten besteht.
  3. Heizkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der im wesentlichen luftundurchlässigen Schichten (2, 5) aus Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA) besteht.
  4. Heizkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer Luftpolsterschicht die Verstärkungsschicht (4) ein Übermass bezüglich der darunterliegenden Schichten aufweist.
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