EP1484945B1 - Elektrische Heizleitung oder Heizband - Google Patents

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EP1484945B1
EP1484945B1 EP04010990A EP04010990A EP1484945B1 EP 1484945 B1 EP1484945 B1 EP 1484945B1 EP 04010990 A EP04010990 A EP 04010990A EP 04010990 A EP04010990 A EP 04010990A EP 1484945 B1 EP1484945 B1 EP 1484945B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
polytetrafluoroethylene
band
shock
insulating layer
Prior art date
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Active
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EP04010990A
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English (en)
French (fr)
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EP1484945A1 (de
Inventor
Klaus Schwamborn
Wolfgang Dlugas
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HEW Kabel GmbH and Co KG
Original Assignee
HEW Kabel CDT GmbH and Co KG
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Publication date
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Application filed by HEW Kabel CDT GmbH and Co KG filed Critical HEW Kabel CDT GmbH and Co KG
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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 an electrical heating cable or an electrical heating tape having arranged in the layer structure insulating sheaths made of polytetrafluoroethylene.
  • heating cables in a coaxial arrangement are known (DE-A 28 50 722), in which the heating element is enclosed by a fluoropolymer as insulating material.
  • This insulation is covered by a copper wire mesh, where the individual wires are additionally nickel-plated to avoid corrosion.
  • This braid of the copper wires is the electrical protective conductor of the line, which is provided to avoid accident hazards, for example, by short circuit in the electrically conductive part, within the line.
  • the protective conductor is covered by an outer plastic sheath which, for protection against aggressive media of the environment, e.g. made of a fluoropolymer.
  • DE-U-200 06 222 discloses an electrical heating cable or an electrical heating tape having layered structure of insulating sheaths made of polytetrafluoroethylene, wherein the insulation is shock-proofed by a PTFE tape in combination with a glass fiber fabric.
  • a resistant to external mechanical stress electrical heating cable with coaxial layer structure is already known (DE-ES 101 07 429).
  • a glass ceramic tape layer in the layer structure above the conductor insulation of this cable should provide protection against mechanical damage in conjunction with a likewise air-permeable reinforcement layer.
  • On both sides of these two layers air-impermeable layers of an extrudable fluoropolymer are provided so that an air cushion can form between them.
  • the invention is another way to protect located in the layer structure of a heating cable or a heating tape sheaths (conductor insulation, sheath, outer protective sheath) made of polytetrafluoroethylene even at maximum mechanical force by impact or crushing stresses.
  • At least one of the polytetrafluoroethylene sheaths is shock-proofed by at least one adjacent insulating layer of a melt-processable fluoropolymer.
  • the invention is based on the recognition that sufficient protection against external mechanical stresses can be achieved by the juxtaposition of polymer layers of the same polymer family, but different polymer structure.
  • An advantageous embodiment of the invention results in an electrical heating cable in a coaxial arrangement with a central conductor, an insulation made of polytetrafluoroethylene and a protective conductor in the form of stranded or -geflochtener wires and an outer protective sheath when the polytetrafluoroethylene - insulation, one or more layers, is shock-proofed by at least one adjacent insulating layer of a melt processable fluoropolymer.
  • a particularly advantageous embodiment of a heating line in a coaxial arrangement results according to the invention when, below the conductor enclosing polytetrafluoroethylene - insulation, and thus directly on the conductor itself, the shock-absorbing insulating layer is arranged from a processable from the melt fluoropolymer.
  • the heating line according to the invention has no air cushion in the layer structure, the heat generated by the conductor heating thus reaches without much heat accumulation to the cable / line surface, ie where it is needed.
  • the line construction is production-technically problem-free, by the extruded polymeric protective layers the line diameters can be kept small.
  • the polytetrafluoroethylene insulation is subjected to a temperature treatment for the purpose of sintering the polymer material, the shrinkage of the polytetrafluoroethylene caused thereby results in compaction of the layer structure.
  • the line is therefore, in contrast to the known heating cable with air cushion, also longitudinally watertight, while known glass fiber braids, mica tapes or inorganic films still have an undesirable wicking and therefore provide an ideal moisture transport.
  • heating tape consists, for example, of parallel-guided feed cores and a conductor contacting these conductors at intervals heating coil and an intermediate sheath and / or an outer sheath made of polytetrafluoroethylene, then in carrying out the invention at least one sheath layer by at least one adjacent insulating layer of a processable from the melt Fluoropolymer shock resistant.
  • the sheath is shock-protected by at least one adjacent insulating layer of a processable from the melt fluoropolymer according to the invention .
  • Self-limiting heating tapes have proved to be advantageous for special applications, for example in explosion protection, in these heating tapes with parallel, uninsulated feeders and a surrounding semiconductive sheath and a common insulation and / or an outer protective sheath made of polytetrafluoroethylene in turn, the common insulation and / or Protective jacket shockproof according to the proposal of the invention.
  • the purpose of the longitudinal water-tightness and compactness of the heating lines or heating strips according to the invention, in continuation of the invention, is also to weld or bond the shock-absorbing insulating layers with the polytetrafluoroethylene sheathings. At the same time the bending fatigue strength of such arrangements is substantially increased.
  • the thickness of the impact absorbing layer is 0.1 to 0.8 mm, preferably 0.2 to 0.5 mm.
  • the thickness to be selected in the case of heating cables in coaxial arrangement and on the conductor immediately located shock absorbing insulating layer depends essentially on the respective conductor diameter. For example, with a conductor diameter of 1.5 mm, the impact absorbing layer is 0.2 mm.
  • the invention offers particular advantages even if the conductor insulation consists of a polytetrafluoroethylene tape wound with overlap of the edges, for example with a rectangular cross section.
  • the gussets formed by the winding of the band are filled with the fluoropolymer of the impact absorbing layer.
  • the adhesion of the adjoining layers is improved, the further compactness gained thereby ensures a high stability of the line against kinking and bending.
  • the shock-absorbing layer according to the invention consists of a melt processable fluoropolymer. Since, in the case of a generic heating cable or a heating band, the task also depends on a high long-term temperature resistance, if appropriate also under the influence of aggressive media, it is advantageous to produce the impact-absorbing layer of a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (TFA / PFA).
  • TFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer
  • tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer FEP
  • polytetrafluoroethylene-perfluoromethylvinyl ether copolymer also known under the trade name HYFLON MFA
  • FEP tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer
  • HYFLON MFA polytetrafluoroethylene-perfluoromethylvinyl ether copolymer
  • melt-processable fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), may sometimes find advantageous use.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene
  • a particularly advantageous embodiment of the invention results in a polytetrafluoroethylene envelope from a wound polytetrafluoroethylene tape if this has a plano-convex cross-sectional shape.
  • the plano-convex shape after winding and sintering of the polytetrafluoroethylene band results in a compact envelope with a closed smooth outer surface. This is of particular advantage when the outer surface is exposed to aggressive media in the environment.
  • the strip of polytetrafluoroethylene in cross-section as a flat profile, with tapering from the center to both sides edge regions and at the edges regular band.
  • PTFE strip material
  • the edges of the band made of polytetrafluoroethylene are drawn wide, wherein the edge width on both sides of the band thickness determining middle region is at least 45%, preferably 50 to 80%, of the entire width of the band.
  • the thickness of the polytetrafluoroethylene tape advantageously used according to the invention is from 20 to 200 ⁇ m, preferably from 40 to 160 ⁇ m.
  • the tape thickness decreases to the edges (edge) down to 5 microns and less.
  • the bandwidth is expediently 5 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm.
  • the same band dimensions apply with particular advantage also for the case that in addition to the insulation and the outer protective sheath consists of a wound tape made of polytetrafluoroethylene.
  • an impact-absorbing insulating layer of a melt processable fluoropolymer below the polytetrafluoroethylene wrap layer (s).
  • a further advantageous embodiment of the invention would be the one or both sides of the protective conductor an impact absorbing insulating layer of a processable from the melt fluoropolymer adjacent to enclose the protective conductor so with these insulating layers.
  • the conductor 1 as shown in Figure 1, for example, a number of individual resistance wires.
  • the conductor insulation is designated 2, it consists of a high temperature resistant polytetrafluoroethylene, the term "polytetrafluoroethylene”, as above, includes cole tetrafluoroethylene polymers provided with modifying additives, but in such an amount that the polymer, such as PTFE itself, from the melt is not processable.
  • the polytetrafluoroethylene used consists of a first unsintered tape or film material wound on the heating conductor in the unsintered state, preferably with overlap, for example up to 50%, and sintered in the wound state by a corresponding temperature treatment.
  • the individual tape layers are fused or welded into a compact insulation.
  • the protective conductor 3 consists of individual metallic wires, such as nickel-plated copper wires, which are stranded on the insulation 2 or woven to achieve the widest, covering over the circumference covering.
  • the heating line is completed by the jacket 4, which is useful, since such lines are also used in the sphere of influence of aggressive media, such as in the chemical industry, is made of a suitably suitable plastic material.
  • Fluorinated polymers which are applied in extruded form or in which a winding of initially unsintered and wound wound PTFE tapes forms the outer termination of the heating cable have also proved advantageous as cladding materials.
  • shock absorbing layer 5 is provided.
  • This layer of extrudable fluoropolymer, amorphous in accordance with the invention dampens the impact energy applied from the outside and thus prevents conduction damage or destruction.
  • the heating cable again in a coaxial design, consists of the heating element 6, for example, a plurality of individual stranded together or braided resistance wires.
  • the conductor insulation is denoted by 7, it consists in the present embodiment of one or more layers of a band of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • this tape wound up in the unsintered state and sintered in the wound state forms a compact, longitudinally watertight casing which is also insensitive to aggressive media, but due to the material structure is not sufficiently suitable for absorbing shock or impact stress without damage .
  • the invention provides the shock absorbing layer 8 of a melt processable fluoropolymer. This layer covers the conductor 6 directly, because of the smaller in relation to the diameter of the line conductor diameter, the wall thickness of the layer 8 can be kept extremely thin. Compared to the solution according to FIG. 1, this substantially saves polymer material, moreover, this embodiment leads to a reduced overall diameter compared with the above exemplary embodiment, but above all with respect to the prior art.
  • This line construction substantially enhances the material-specific properties of PTFE and PFA (TFA, MFA).
  • PTFE PTFE
  • PFA PFA
  • the heating cable according to the invention therefore meets all safety requirements, in particular those for explosion protection.
  • this heating line according to the invention is inexpensive to produce, partly because of the simplified compared to the prior art steps, partly because of the lower amounts of material, which are also still assigned to the same polymer family. A particular advantage when a high continuous temperature resistance is required, for example in hot steam cleaning plants with operating temperatures between 300 ° and 320 ° C.
  • the outer jacket 10 is in this embodiment also made of a winding of PTFE - bands, subjected in the wound state of a temperature treatment and thus welded or fused to form a compact enclosure.
  • the particular cross-sectional shape of the PTFE tape provided according to the invention results in a particularly smooth, self-contained surface. A rupture of the individual tape layers under impact or impact stress is avoided by the inventive solution to arrange a shock-absorbing polymer layer of the same polymer family in the layer structure of the heating line.
  • the heating line according to the invention according to Figure 2 is also characterized by particularly favorable external dimensions.
  • the diameter of the conductor 6 is 1.4 mm
  • the wall thickness of the shock absorbing layer 8 is 0.2 mm
  • the insulation 7 has a wall thickness of 0.6 mm
  • the thickness of the braid 9 is 0, 4 mm
  • the jacket 10 has a wall thickness of 0.5 mm. Notwithstanding the preferred embodiment of FIG. 2, other variants are possible.
  • insulating layers of PTFE and PFA for example, in the layer structure of the heating line alternate, such as PTFE / PFA / PTFE or PFA / PTFE / PFA, the prerequisite is as in the embodiments that these insulating layers adjacent to each other.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizleitung oder ein elektrisches Heizband mit im Schichtenaufbau angeordneten isolierenden Umhüllungen aus Polytetrafluorethylen.
  • Für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche, beispielsweise auch für die Beheizung von aggresiven Medien, sind Heizleitungen in koaxialer Anordnung bekannt (DE-A 28 50 722), bei denen der Heizleiter von einem Fluorpolymer als Isoliermaterial umschlossen ist. Überdeckt wird diese Isolierung von einem Kupferdrahtgeflecht, wobei die Einzeldrähte zur Vermeidung von Korrosionen zusätzlich vernickelt sind. Dieses Geflecht aus den Kupferdrähten ist der elektrische Schutzleiter der Leitung, der zur Vermeidung von Unfallgefahren, beispielsweise auch durch Kurzschluß im elektrisch leitenden Teil, innerhalb der Leitung vorgesehen ist. Überdeckt wird der Schutzleiter von einem äußeren Kunststoffmantel, der zum Schutz gegen aggresive Medien der Umgebung z.B. aus einem Fluorpolymer hergestellt ist. Vorteil einer so aufgebauten koaxialen Anordnung ist neben dem weiten Einsatzbereich dieser Leitung aufgrund der hochtemperaturbeständigen und auch gegen aggresive Medien unempfindlichen Werkstoffe, daß solche Leitungen in praktisch beliebigen Längen mit hoher Flexibilität herstellbar sind.
  • DE-U-200 06 222 offenbart eine Elektrische Heizleitung oder ein elektrisches Heizband mit im Schichtenaufbau angeordneten isolierenden Umhüllungen aus Polytetrafluorethylen, wobei die Isolierung durch ein PTFE-Band in Kombination mit einem Glasseidengeflecht stoßgesichert ist.
  • Ähnliches gilt für bekannte elektrische Heizbänder (GB 2 092 420 A, GB 2 130 459 A), die z.B. für sog. Rohrbegleitheizungen eingesetzt werden oder auch auf dampfgespülten Rohren für den Temperaturerhalt oder für eine Temperaturerhöhung sorgen. Schließlich sind auch sog. selbstbegrenzende Heizbänder mit einem Halbleiter-Heizelement im Einsatz. Da die Wärmeabgabe hier selbsttätig in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gesteuert wird, sind solche Heizbänder für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen besonders geeignet.
  • Nun kommt es aber immer wieder vor, daß aufgrund äußerer Betriebsbedingungen beim Einsatz von Heizleitungen, etwa in koaxialer Ausführung, bei äußerer Druckbelastung der äußere Mantel so stark verquetscht und die Isolierung vom Heizleiter weggedrückt wird, daß Schutzleiter und Heizleiter einander berühren bzw. der isolierende Abstand zwischen Schutz- und Heizleiter so gering geworden ist, daß es zu Glimm- oder Funkenentladungen kommt. Auch können bei der Beschädigung gebrochene Drähte des Schutzleiters in die Isolierung gelangen und somit zum Ausfall der gesamten Heizleitung führen. Dies sind Kriterien, die insbesondere bei solchen Heizleitungen zu berücksichtigen sind, die in explosionsgeschützten Anlagen eingesetzt werden und an die von daher besondere Sicherheitsanforderungen als vorbeugender Explosionsschutz gestellt werden. Diese Kriterien sind aber auch zu berücksichtigen im Hinblick auf die geltenden Normen (DIN VDE 0170/0171,EN 50014 und EN 50019), die beispielsweise einen Schutzleiter verlangen, der eine hinreichende Bedeckung der Oberfläche der Leiterisolierung gewährleistet, sowie eine gesonderte Quetschprüfung mit einer anschließenden Prüfung des Isoliervermögens der Leiterisolierung. Eine Verstärkung der Wanddicke sowohl der Isolierung als auch des äußeren Mantels zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten hilft hier nicht weiter, abgesehen davon, daß diese Maßnahmen zu einer erheblichen Durchmesservergrößerung der gesamten Leitung sowie zu einem erhöhten Kostenaufwand wegen der größeren Materialmenge an Fluorkunststoff führen.
  • Ein gegen äußere mechanische Belastungen widerstandsfähiges elektrisches Heizkabel mit koaxialern Schichtenaufbau ist bereits bekannt (DE-ES 101 07 429). Eine Glaskeramikbandschicht im Schichtenaufbau oberhalb der Leiterisolierung dieses Kabels soll im Zusammenwirken mit einer ebenfalls luftdurchlässigen Verstärkungsschicht Schutz gegen mechanische Beschädigungen bieten. Beidseitig dieser beiden Schichten sind luftundurchlässige Schichten aus einem extrudierfähigen Fluorpolymer vorgesehen, so daß sich zwischen ihnen ein Luftpolster ausbilden kann. Abgesehen von dieser aufwendigen sowie den Kabeldurchmesser vergrößernden Schichtenkonstruktion führt das bewußt herbeigeführte Luftpolster im Kabelinnem zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Wärmeleitung weg vom Heizleiter an die Kabeloberfläche und damit zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Heizkabels selbst.
  • Um das zu vermeiden, dennoch aber den Forderungen der geltenden Normen nach ausreichender Widerstandsfähigkeit gegen äußere Schlag- oder Druckbeanspruchungen zu genügen, hat man bereits vorgeschlagen (EP 0 609 771 B1), unter- und/oder oberhalb des Schutzleiters bei einer gattungsgemäßen elektrischen Heizleitung eine oder mehrere Lagen eines Bandes aus mechanisch hochfesten Kunststoffen, etwa aus Polyimid, vorzusehen. Eine solche Bewicklung ist in der Lage, hohe Druckbeanspruchungen auszuhalten, äußere Schläge werden gedämpft abgefangen, eine Beschädigung der Leiterisolierung ist vermieden.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik geht die Erfindung einen anderen Weg zum Schutz der im Schichtenaufbau einer Heizleitung oder eines Heizbandes befindlichen Umhüllungen (Leiterisolierung, Zwischenmantel, äußerer Schutzmantel ) aus Polytetrafluorethylen auch bei höchster mechanischer Krafteinwirkung durch Schlag- oder Quetschbeanspruchungen.
  • Gemäß der Erfindung ist mindestens eine der Polytetrafluorethylen-Umhüllungen durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß ein ausreichender Schutz gegen äußere mechanische Beanspruchungen erreicht werden kann durch das Nebeneinander von Polymerschichten aus der gleichen Polymerfamilie, aber unterschiedlicher Polymerstruktur. So ist nach dem Vorschlag der Erfindung das Polytetrafluorethylen mit seiner fasrigen, sogenannte Fibrillen aufweisenden, Polymerstruktur durch das benachbarte thermoplastische Polymer mit seiner amorphen Struktur geschützt. Das ergibt sich dadurch daß bei Stoß- oder Schlagbeanspruchungen im Gegensatz zur Faserstruktur die amorphe Polymerstruktur Stoß absorbierend wirkt.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich bei einer elektrischen Heizleitung in koaxialer Anordnung mit einem zentralen Leiter, einer Isolierung aus Polytetrafluorethylen und einem Schutzleiter in Form aufgeseilter oder -geflochtener Drähte sowie einem äußeren Schutzmantel dann, wenn die Polytetrafluorethylen - Isolierung, ein- oder mehrschichtig, durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert ist.
    Eine besonders vorteilhafte Ausführungform einer Heizleitung in koaxialer Anordnung ergibt sich nach der Erfindung dann, wenn unterhalb der den Leiter umschließenden Polytetrafluorethylen - Isolierung, und damit unmittelbar auf dem Leiter selbst, die Stoß absorbierende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer angeordnet ist. Durch die Verwendung artverwandter Werkstoffe auch für den mechanischen Schutz ist gegenüber den bekannten Heizkabeln oder -leitungen die Dauertemperaturbeständigkeit, eine notwendige Eigenschaft für Heizleitungen, wesentlich erhöht. Die erfindungsgemäße Heizleitung weist keine Luftpolster im Schichtenaufbau auf, die vom Leiter erzeugte Heizwärme gelangt somit ohne wesentlichen Wärmestau zur Kabel- / Leitungsoberfläche, also dorthin, wo sie auch gebraucht wird. Der Leitungsaufbau ist fertigungstechnisch problemlos, durch die extrudierten polymeren Schutzschichten können die Leitungsdurchmesser klein gehalten werden.
  • Da in der Regel die Polytetrafluorethylen - Isolierung einer Temperaturbehandlung zum Zwecke des Sintems des Polymermaterials unterworfen wird, ergibt sich durch die dadurch bewirkte Schrumpfung des Polytetrafluorethylens eine Kompaktierung des Schichtenaufbaues. Die Leitung ist daher, im Gegensatz zur bekannten Heizleitung mit Luftpolster, auch längswasserdicht, während bekannte Glasseidengeflechte, Glimmerbänder oder anorganische Folien noch eine unerwünschte Dochtwirkung aufweisen und daher für einen idealen Feuchtigkeitstransport sorgen.
  • Wie oben ausgeführt, sind neben den beschriebenen Heizleitungen in koaxialer Ausführung auch elektrische Heizbänder der unterschiedlichsten Ausführungsformen im Einsatz. Besteht ein solches Heizband beispielsweise aus parallel geführten Speiseadern und einer die Leiter dieser Speiseadern in Abständen kontaktierenden Heizwendel sowie einem Zwischenmantel und/oder einem Außenmantel aus Polytetrafluorethylen, dann ist in Durchführung der Erfindung mindestens eine Mantelschicht durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert.
    Bei einer anderen Variante eines Heizbandes mit parallelen, unisolierten Speiseleitern und einem parallel zu diesen geführten und mit den Speiseleitern in Abständen kontaktierten Heizdraht sowie einer gemeinsamen Umhüllung aus Polytetrafluorethylen ist nach der Erfindung die Umhüllung durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert.
    Für spezielle Anwendungen haben sich selbstbegrenzende Heizbänder als vorteilhaft erwiesen, beispielsweise im Explosionsschutz, Bei diesen Heizbändern mit parallelen, unisolierten Speiseleitern und einer diese umschließenden halbleitenden Umhüllung sowie einer gemeinsamen Isolierung und/oder einem äußeren Schutzmantel aus Polytetrafluorethylen sind wiederum die gemeinsame Isolierung und/oder der Schutzmantel nach dem Vorschlag der Erfindung stoßgesichert.
  • Dem Zweck der Längswasserdichtigkeit und Kompaktheit der erfindungsgemäßen Heizleitungen oder Heizbänder dient in Weiterführung der Erfindung auch eine Verschweißung oder Verklebung der Stoß absorbierenden Isolierschichten mit den Polytetrafluorethylen - Umhüllungen. Gleichzeitig wird die Biegewechselfestigkeit solcher Anordnungen wesentlich erhöht.
    Die Dicke der Stoß absorbierenden Schicht beträgt 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm. Die zu wählende Dicke hängt im Falle von Heizleitungen in koaxialer Anordnung und auf dem Leiter unmittelbar befindlicher Stoß absorbierender Isolierschicht im wesentlichen vom jeweiligen Leiterdurchmesser ab. So beträgt die Stoß absorbierende Schicht bei einem Leiterdurchmesser von 1,5 mm beispielsweise 0,2 mm.
  • Die Erfindung bietet besondere Vorteile auch dann, wenn die Leiterisolierung aus einem mit Überlappung der Kanten gewickelten Polytetrafluorethylen - Band besteht, etwa mit rechteckförmigem Querschnitt. In diesem Fall werden erfindungsgemäß die durch die Wicklung des Bandes gebildeten Zwickel mit dem Fluorpolymer der Stoß absorbierenden Schicht ausgefüllt. Die Haftung der aneinandergrenzenden Schichten wird verbessert, die dadurch gewonnene weitere Kompaktheit sichert eine hohe Stabilität der Leitung gegen Knicken und Biegen.
  • Die Stoß absorbierende Schicht besteht nach der Erfindung aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer. Da es bei einer gattungsgemäßen Heizleitung oder einem Heizband von ihrer Aufgabe her auch auf eine hohe Dauertemperaturbeständigkeit, gegebenenfalls auch unter dem Einfluss aggressiver Medien, ankommt, kann man vorteilhaft die Stoß absorbierende Schicht aus einem Tetrafluorethylen ― Perfluoralkylvinylether - Copolymerisat (TFA/PFA) herstellen. Aber auch das Tetrafluorethylen / Hexafluorpropylen - Copolymer (FEP) oder das Polytetrafluorethylen -Perfluormethylvinylether - Copolymerisat, auch bekannt unter dem Handelsnamen HYFLON MFA, sind, je nach Einsatzgebiet, vorteilhafte Polymere zur Durchführung der Erfindung.
  • Auch andere bekannte Fluorpolymere, die aus der Schmelze verarbeitbar sind, wie das Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder das Ethylen - Tetrafluorethylen (ETFE) können mitunter eine vorteilhafte Anwendung finden.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich bei einer Polytetrafluorethylen - Umhüllung aus einem gewickelten Polytetrafluorethylen-Band dann, wenn dieses eine plankonvexe Querschnittsform aufweist. Gegenüber gängigen Bändern mit rechteckförmiger Querschnittsform führt die plankonvexe Form nach dem Wickeln und Sintern des Polytetrafluorethylenbandes zu einer kompakten Umhüllung mit geschlossener glatter äußerer Oberfläche. Diese ist von besonderem Vorteil dann, wenn die äußere Oberfläche aggressiven Medien der Umgebung ausgesetzt ist.
  • Eine andere vorteilhafte Möglichkeit, eine Verbesserung der Isolierqualität gegenüber der aus rechteckförmigen Bändern herbeizuführen, ist die, das Band aus Polytetrafluorethylen im Querschnitt als Flachprofil auszubilden, mit von der Mitte nach beiden Seiten spitz zulaufenden Randbereichen und an den Kanten regelmäßigem Bandverlauf. Nach dem Wickeln des Bandes mit überlappenden Kanten und Sintern des Bandmaterials (PTFE) ergibt sich durch das Auslaufen der Bandkanten in den Überlappungsbereich hinein eine besonders glatte, in sich geschlossene Isolieroberfläche. Dabei sind vorteilhaft die Ränder des Bandes aus Polytetrafluorethylen breit gezogen, wobei die Randbreite beidseitig des die Banddicke bestimmenden mittleren Bereichs mindestens 45 %, vorzugsweise 50 bis 80 %, der gesamten Breite des Bandes beträgt.
  • Die Dicke des gemäß der Erfindung vorteilhaft verwendeten Bandes aus Polytetrafluorethylen beträgt 20 bis 200 µm, vorzugsweise 40 bis 160 µm. Die Banddicke nimmt zu den Kanten (Rand) hin auf 5 µm und weniger ab. Dabei wird die Bandbreite zweckmäßig 5 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 30 mm, betragen.
  • Die gleichen Bandabmessungen gelten mit besonderem Vorteil auch für den Fall, daß neben der Isolierung auch der äußere Schutzmantel aus einem gewickelten Band aus Polytetrafluorethylen besteht.
  • In diesem Fall kann es mitunter vorteilhaft sein, unterhalb der Wickellage (n) aus Polytetrafluorethylen eine Stoß absorbierende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer anzuordnen. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wäre die, ein- oder beidseitig an den Schutzleiter eine Stoß absorbierende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer angrenzen zu lassen, den Schutzleiter also mit diesen Isolierschichten einzuschließen.
  • Die Erfindung sei anhand der in den Figuren 1 und 2 als besonders vorteilhafte Ausführungsformen von elektrischen Heizleitungen in koaxialer Anordnung näher erläutert.
  • Zur Erhöhung der Flexibilität der Heizleitung nach der Erfindung besteht der Leiter 1, wie in der Figur 1 dargestellt, beispielsweise aus einer Anzahl einzelner Widerstandsdrähte. Die Leiterisolierung ist mit 2 bezeichnet, sie besteht aus einem hochtemperaturbeständigen Polytetrafluorethylen, wobei die Bezeichnung "Polytetrafluorethylen", wie oben auch, colche Tetrafluorethylen - Polymere einschließt, die mit modifizierenden Zusätzen versehen sind, jedoch in einer solchen Menge, daß das Polymere, wie das PTFE selbst, aus der Schmelze nicht verarbeitbar ist.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das verwendete Polytetrafluorethylen aus einem zunächst ungesinterten Band- oder Folienmaterial, das in ungesintertem Zustand auf den Heizleiter aufgewickelt, vorzugsweise mit Überlappung, beispielsweise bis zu 50 %, und im aufgewickelten Zustand durch eine entsprechende Temperaturbehandlung gesintert wird. Die einzelnen Bandlagen werden dabei zu einer kompakten Isolierung verschmolzen oder verschweißt.
  • Der Schutzleiter 3 besteht aus einzelnen metallischen Drähten, etwa aus vernickelten Kupferdrähten, die auf die Isolierung 2 aufgeseilt oder zur Erzielung einer weitestgehenden, über den Umfang reichenden Bedeckung aufgeflochten sind.
  • Nach außen hin ist die Heizleitung abgeschlossen durch den Mantel 4, der zweckmäßig, da solche Leitungen auch im Einflussbereich aggressiver Medien eingesetzt werden, etwa in der chemischen Industrie, aus einem entsprechend geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt ist. Als Mantelmaterialien haben sich Fluorpolymere ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, die in extrudierter Form aufgebracht werden, oder dadurch, daß eine Bewicklung aus zunächst ungesinterten und im gewickelten Zustand gesinterten PTFE - Bändern den äußeren Abschluss der Heizleitung bildet.
  • Um nun zu verhindern, daß bei äußerer Druckbelastung (Schlag) der Mantel 4 verquetscht und/oder von dem Schutzleiter 3 weggedrückt wird, es also zum Schaden an der Heizleitung und gegebenenfalls zu Leitungsausfällen kommt, ist unterhalb des Mantels 4 die Stoß absorbierende Schicht 5 vorgesehen. Diese Schicht aus einem nach der Erfindung amorphen extrudierbaren Fluorpolymer dämpft die von außen aufgebrachte Schlagenergie und verhindert so eine Leitungsbeschädigung oder Zerstörung.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeigt die Figur 2. Die Heizleitung, wiederum in koaxialer Ausführung, besteht aus dem Heizleiter 6, beispielsweise aus einer Vielzahl einzelner miteinander verseilter oder verflochtener Widerstandsdrähte. Die Leiterisolierung ist mit 7 bezeichnet, sie besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer oder mehreren Lagen eines Bandes aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Dieses Band im ungesinterten Zustand aufgewickelt und im gewickelten Zustand gesintert bildet zwar nach dem Sintern des PTFE - Materials eine kompakte, längswasserdichte Hülle, die auch gegen aggressive Medien unempfindlich ist, aufgrund der Materialstruktur aber nicht hinreichend geeignet ist, Schlag- oder Stoßbeanspruchungen ohne Schaden aufzunehmen. Um diese Heizleitung auch für den Einsatz unter extremen mechanischen äußeren Belastungen zu ertüchtigen, sie beispielsweise auch in explosionsgeschützten (gefährdeten) Anlagen einsetzen zu können, sieht die Erfindung die Stoß absorbierende Schicht 8 aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer vor. Diese Schicht überdeckt den Leiter 6 unmittelbar, wegen des im Verhältnis zum Durchmesser der Leitung geringeren Leiterdurchmessers kann die Wanddicke der Schicht 8 extrem dünn gehalten werden. Gegenüber der Lösung nach der Figur 1 wird hierdurch wesentlich an Polymermaterial eingespart, darüber hinaus führt diese Ausführungsform zu einem gegenüber dem obigen Ausführungsbeispiel, vor allem aber gegenüber dem Stand der Technik, verringerten Gesamtdurchmesser.
  • Durch die Schicht 8, die aufgrund der Materialstruktur gleichsam als nachgiebige Pufferschicht bei Schlageinwirkung auf die Leitung wirkt, wird die angrenzende Leiterisolierung 7 mechanisch geschützt. Die Isolierung wird nicht vom Leiter 6 weggequetscht oder -gedrückt, ihre Isolierwirkung bleibt erhalten. Ein äußerer Schlag wird gedämpft abgefangen, eine Beschädigung der Leiterisolierung 7 ist nicht zu befürchten. Dieser erfindungsgemäße Leitungsaufbau verstärkt die werkstoffspezifischen Eigenschaften von PTFE und PFA (TFA, MFA) wesentlich. Die höhere Härte von PTFE gekoppelt mit der höheren Elastizität von PFA beispielsweise führen in dieser Verbundkonstruktion zu einer erheblichen Steigerung der Druck- und Stoßbelastbarkeit bzw. Standfestigkeit.
  • Da der Unterbau bei Schlag- / Stoßeinwirkung unbeschädigt bleibt, besteht auch keine Gefahr eines Drahtbruchs innerhalb des Schutzleiters 9 bzw. eines Ausfalls der Heizleitung durch gebrochene Drähte, die durch eine beschädigte Isolierung 7 hindurchdringen könnten. Die erfindungsgemäße Heizleitung erfüllt daher alle Sicherheitsforderungen, insbesondere auch die für den Explosionsschutz. Darüber hinaus ist diese erfindungsgemäße Heizleitung kostengünstig herstellbar, teils wegen der gegenüber dem Stand der Technik vereinfachten Arbeitsschritte, teils wegen der geringeren Materialmengen, die zudem noch der gleichen Polymerfamilie zuzuordnen sind. Ein besonderer Vorteil dann, wenn eine hohe Dauertemperaturbeständigkeit gefordert wird, beispielsweise in Heißdampfreinigungsanlagen mit Betriebstemperaturen zwischen 300° und 320° C.
  • Der äußere Mantel 10 besteht in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einer Wicklung aus PTFE - Bändern, im gewickelten Zustand einer Temperaturbehandlung unterworfen und damit zu einer kompakten Umhüllung verschweißt oder verschmolzen. Die nach der Erfindung vorgesehene besondere Querschnittsform des PTFE - Bandes führt zu einer besonders glatten, in sich geschlossenen Oberfläche. Ein Aufreißen der einzelnen Bandlagen unter Schlag- oder Stoßbeanspruchung ist durch die erfindungsgemäße Lösung, eine Stoß absorbierende Polymerschicht aus der gleichen Polymerfamilie im Schichtenaufbau der Heizleitung anzuordnen, vermieden.
  • Die erfindungsgemäße Heizleitung entsprechend Figur 2 zeichnet sich auch durch besonders günstige äußere Abmessungen aus. Bei einem Gesamtdurchmesser von z. B. 4,8 mm beträgt der Durchmesser des Leiters 6 1,4 mm, die Wanddicke der Stoß absorbierenden Schicht 8 beträgt 0,2 mm, die Isolierung 7 hat eine Wanddicke von 0,6 mm, die Dicke des Geflechtes 9 beträgt 0,4 mm und der Mantel 10 weist eine Wanddicke von 0,5 mm auf.
    Abweichend von der bevorzugten Ausführungsform nach der Fig. 2 sind auch andere Varianten möglich. So können sich Isolierschichten aus PTFE und PFA beispielsweise im Schichtenaufbau der Heizleitung abwechseln, etwa PTFE / PFA /PTFE oder auch PFA /PTFE /PFA, Voraussetzung dabei ist wie in den Ausführungsbeispielen, daß diese Isolierschichten jeweils aneinandergrenzen.
  • Der erfindungsgemäße Effekt läßt sich auch erreichen, wenn abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen bekannte Heizkabel oder Heizleitungen, auch in von der koaxialen Konstruktion abweichenden Ausführungsformen, gegen Stoß- und Druckbeanspruchungen zu ertüchtigen sind und an die dort verwendeten PTFE-Umhüllungen nach der Erfindung Isolierschichten aus aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymeren angrenzen.

Claims (22)

  1. Elektrische Heizleitung oder elektrisches Heizband mit im Schichtenaufbau angeordneten isolierenden Umhüllungen (2,4,7,10) aus Polytetrafluorethylen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Polytetrafluorethylen - Umhüllungen (2,4,7,10) durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht (5,8) aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert ist.
  2. Elektrische Heizleitung nach Anspruch 1 in koaxialer Anordnung mit einem zentralen Leiter (1,6), einer Isolierung (2,7) aus Polytetrafluorethylen und einem Schutzleiter (3,9) in Form aufgeseilter oder -geflochtener metallischer Drähte sowie einem äußeren Schutzmantel (4,10), dadurch gekennzeichnet, daß die Polytetrafluorethylen - Isolierung (2,7), ein- oder mehrschichtig, durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht (5,8) aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert ist.
  3. Elektrische Heizleitung nach Anspruch 2 in koaxialer Anordnung mit einer den zentralen Leiter (6) umschließenden einschichtigen Isolierung (7) aus Polytetrafluorethylen und einem diese überdeckenden Schutzleiter (9) sowie einem äußeren Schutzmantel (10), dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Polytetrafluorethylen - Isolierung (7), und damit unmittelbar auf dem Leiter (6), eine Stoß absorbierende Isolierschicht (8) aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer angeordnet ist.
  4. Elektrisches Heizband nach Anspruch 1 mit parallelen, aus isolierten elektrischen Leitern bestehenden Speiseadern und einer die Leiter dieser Speiseadern in Abständen kontaktierenden Heizwendel sowie einem Zwischenmantel und/oder einem Außenmantel aus Polytetrafluorethylen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Mantelschicht durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert ist.
  5. Elektrisches Heizband nach Anspruch 1 mit parallelen, unisolierten Speiseleitern und einem parallel zu diesen geführten und mit den Speiseleitern in Abständen kontaktierten Heizdraht sowie einer gemeinsamen Umhüllung aus einem Polytetrafluorethylen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert ist.
  6. Elektrisches Heizband nach Anspruch 1 mit parallelen, unisolierten Speiseleitern und einer diese umschließenden halbleitenden Umhüllung sowie einer gemeinsamen Isolierung und/oder einem äußeren Schutzmantel aus Polytetrafluorethylen, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Isolierung und/oder der Schutzmantel durch mindestens eine angrenzende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer stoßgesichert ist.
  7. Heizleitung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Stoß absorbierenden Isolierschicht (5,8) 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm, in Abhängigkeit vom jeweiligen Leiterdurchmesser (1,6), beträgt.
  8. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoß absorbierende Isolierschicht (5,8) mit der Polytetrafluorethylen - Umhüllung (Isolierung, Mantel) (2,4,7,10) verschweißt oder verklebt ist.
  9. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer Umhüllung (2,4,7,10) aus einem mit Überlappung der Kanten gewickelten Polytetrafluorethylen - Band, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Wicklung des Bandes gebildeten Zwickel mit dem Fluorpolymer der Stoß absorbierenden Isolierschicht (5,8) ausgefüllt sind.
  10. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoß absorbierende Isolierschicht (5,8) aus einem Tetrafluorethylen - Perfluoralkylvinylether - Copolymerisat (TFA/PFA) besteht.
  11. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoß absorbierende Isolierschicht (5,8) aus einem Tetrafluorethylen / Hexafluorpropylen - Copolymer (FEP) besteht.
  12. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoß absorbierende Isolierschicht (5,8) aus einem Polytetrafluorethylen - Perfluormethylvinylether (MFA) besteht.
  13. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Polytetrafluorethylen der Umhüllung (2,4,7,10) gesintert ist.
  14. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus Polytetrafluorethylen eine rechteckförmige Querschnittsform aufweist.
  15. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus Polytetrafluorethylen eine plankonvexe Querschnittsform aufweist.
  16. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Band aus Polytetrafluorethylen im Querschnitt als Flachprofil ausgebildet ist, mit von der Mitte nach beiden Seiten spitz zulaufenden Randbereichen und an den Kanten regelmäßigem Bandverlauf.
  17. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder des Bandes aus Polytetrafluorethylen breit gezogen sind, wobei die Randbreite beidseitig des die Banddicke bestimmenden mittleren Bereiches mindestens 45 %, vorzugsweise 50 bis 80 %, der gesamten Breite des Bandes beträgt.
  18. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 15 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Bandes aus Polytetrafluorethylen 20 bis 200 µm, vorzugsweise 40 bis 160 µm, beträgt, die zu den Kanten (Rand) hin auf 5 µm und weniger abnimmt.
  19. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Bandes aus Polytetrafluorethylen 5 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 30 mm, aufweist.
  20. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Schutzmantel aus einem gewickelten Band aus Polytetrafluorethylen besteht.
  21. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Wickellage(n) aus Polytetrafluorethylen eine Stoß absorbierende Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer angeordnet ist.
  22. Heizleitung oder Heizband nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder beidseitig an den Schutzleiter eine Stoß absorbierenden Isolierschicht aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymer angrenzt.
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