DE2124028A1

DE2124028A1 - Elektrischer Rohrheizkörper

Info

Publication number: DE2124028A1
Application number: DE19712124028
Authority: DE
Inventors: R Bleckmann
Original assignee: ELPAG AG CHUR
Current assignee: ELPAG AG CHUR
Priority date: 1970-05-21
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1971-12-02
Also published as: GB1340024A; ZA713260B; DE2124028C3; NO131225B; CH530146A; DE2124028B2; SE373260B; FR2090181B1; CA935217A; AT299400B; NL7107024A; US3716693A; FR2090181A1; BE767472A; NO131225C

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard üedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62

ELPAG AG CHUR, Haus Winterthur, Bahnhofplatz 10, Chur / Schweiz

Elektrischer Rohrheizkörper

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Rohrheizkörper, bei dem in einem Mantelrohr ein oder mehrere Heiz wider stände untergebracht sind, die vom Mantelrohr mittels Magnesiumoxyds oder eines anderen hochschmelzenden Isoliermaterials isoliert sind und dessen Mantelrohrtemperatur einen dem jeweiligen Rohrmaterial und Verwendungszweck angepaßten Höchstwert nicht üb erschreiten darf.

Derartige Rohrheizkörper werden in großen Stückzahlen zur Erhitzung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, z. B. in Waschmaschinen, Geschirrspülmaschinen oder anderen Flüssigkeitserhitzern oder als

^c/^hu 109849/1222

Wärmestrahler in Backöfen, Elektroherden, Grillgeräten usw. verwendet. Wenn aus irgendwelchen Gründen die Wärmeabfuhr von der Rohroberfläche gehemmt ist, z. B. infolge Kalkansatzes oder Schaumbildung bei Waschmaschinen oder infolge "Trockengehens" aufgrund von Steuerungsfehlern, z. B. bei Geschirrspülmaschinen, dann steigt die Temperatur im Inneren des Rohrheizkörpers auf eine Höhe, bei der die Heizwiderstände zu schmelzen beginnen. Dieses "Durchbrennen" des Rohrheizkörpers kann nun einerseits so verlaufen, daß sich ein Lichtbogen, der sofort erlischt, nur zwischen den aufgeschmolzenen Enden | des Heizwiderstandes bildet. Man spricht in diesem Fall von einem

"Durchbrennen nach innen". Es kann sich jedoch auch ein Lichtbogen zu dem im allgemeinen geerdeten Außenrohr bilden, wobei der Rohrheizkörpermantel oftmals über eine größere Strecke aufschmelzen kann. Bei den wechselstrombetriebenen elektrischen Rohrheizkörpern für die Wassererhitzung ergibt die Statistik, daß in etwa 1/3 der Fälle ein Durchbrennen des Rohrheizkörpers nach außen erfolgt. Bei strahlenden Rohrheizkörpern mit Oberflächentemperaturen von über 700 C steigt der Anteil der nach außen durchbrennenden Rohrheizkörper auf etwa 2/3 aller Fälle an. Wenn der Rohrheizkörper von einer mehr oder minder stark leitenden Flüssigkeit umgeben ist, dann hat das Aufschmelzen des Außenrohres zur Folge, daß Flüssigkeit in das Innere des Rohrheizkörpers eindringt, so daß eine elektrische Verbindung zu dem noch an Spannung liegenden aufgeschmolzenen Ende der Heizwendel mit den bekannten Gefahren hergestellt wird.

Wegen der Brandgefahr ist es auch nicht möglich, Rohrheizkörper in Elektrogeräten ohne besondere Schutzvorkehrung zu betreiben, die mit einem Kunststoffbehälter ausgerüstet sind. Die erforderlichen Schutzmaßnahmen sind jedoch mitunter teuerer als die Einsparung, welche aufgrund der Verwendung eines Kunststoffbehälters erreicht wird.

5100 109849/1222

Das Problem, weshalb Rohrheizkörper einmal nach innen und einmal nach außen durchbrennen, ist, soweit bekannt, in der Literatur noch nicht systematisch untersucht worden. Es ist anzunehmen, daß die bei der Lichtbogenbildung entstehenden Metalldämpfe in Risse oder Poren des Isoliermaterials eindringen und sich dort niederschlagen, bis sich eine elektrisch leitende Brücke zu dem Außenmantel gebildet hat und dann ein entsprechender Lichtbogen zum Außenmantel entsteht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Rohrheizkörper so auszubilden, daß eine Überhitzung des Außenrohres ausgeschlossen ist und daß die Gefahr eines Durchbrenneisdesselben nach außen unter Aufschmelzen des Außenrohres erheblich herabgesetzt oder überhaupt beseitigt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in unmittelbarer Nähe der Heizwiderstände Zonen aus einem zusätzlichen Material vorgesehen sind, das bei einer solchen Temperatur erweicht oder schmilzt, die in diesen Zonen auftritt, wenn das Mantelrohr den. Temperaturhöchstwert erreicht.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist im Inneren des Rohrheizkörpers eine elektrisch leitende Seele vorgesehen, welche ein Isoliermaterial trägt, auf dem die Heizwiderstände angeordnet sind, wobei die Schmelztemperatur des Isoliermaterials so niedrig gewählt ist, daß es erweicht oder schmilzt, wenn die Temperatur des Rohrheizkörpermantels den zulässigen Höchstwert erreicht.

Es ist aus der britischen Patentschrift 801 057 bekannt, eine oder mehrere Heizwendeln auf einem Fasermaterial aufzuwickeln. Im Inneren des Fasermaterials befindet sich ein Rückleiter. Die so hergestellte

1098^/1222 5100 ; -

Heizwendelanordnung wird dann in einem Mantelrohr untergebracht, welches mit einem Isoliermaterial gefüllt wird. Das Fasermaterial hat die Aufgabe, Kurzschlüsse zwischen den Wicklungen der Heizwendel zu vermeiden. Da es eine gewisse Elastizität hat und die Wicklungen straff auf das Fasermaterial aufgewickelt werden, beult es sich zwischen den einzelnen Wicklungen wieder etwas aus und isoliert so diese voneinander. Auf diese· Weise soll es möglich werden, vor allem für elektrische Rohrkochplatten eine größere Anzahl von Heizwendeln in ein und demselben Rohr unterzubringen, so daß dementsprechend verschiedene Lei-" stungsstufen schaltbar sind. Das Ausgangsmaterial für das Faser-

material ist Glas. Durch ein kostspieliges und kompliziertes Auslaugverfahren wird ein Produkt erzielt, welches im wesentlichen aus reinem Siliziumdioxyd besteht und das "Refrasil" genannt wird. Dieses Produkt besitzt einen außerordentlich hohen Erweichungs- und Schmelzpunkt, z.B. einen Erweichungspunkt bei 1280 C und einen Schmelzpunkt bei 165O⁰C. Die in der britischen Patentschrift angegebene Lehre zum technischen Handeln geht im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung in entgegengesetzter Richtung. Es soll eine andere Aufgabenstellung gelöst werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß, entsprechende Abmessungen vorausgesetzt, die jedoch der Fachmann entsprechend dem jeweiligen Rohrheizkörpertyp und Verwendungszweck ohne weiteres ermitteln kann, es möglich ist, einen Kurzschluß zwischen den HeizkÖrperwicklungen oder zu einem im Inneren des Rohrheizkörpers angeordneten Seelendraht zu erzeugen, wenn die Temperatur des Außenrohres des Rohrheizkörpers einen bestimmten festgelegten Wert überschreitet. Es ist dabei gleichgültig, ob dieser Wert hoch oder tief liegt. Für bestimmte Anwendungszwecke, z. B. bei Rohrheizkörpern, die in der Nähe von schmelzbaren oder brennbaren Kunststoffen betrieben werden,

109849/1222

kann ζ. B. eine Rohrheizkörpertemperatur von über 300 C bereits unzulässig sein. In anderen Fällen, z. B. bei Strahlern, kann eine wesentlich höhere Temperatur, z. B. 900 C, toleriert werden.

Gemäß der Erfindung wird nun außer dem üblichen hochsehmelzenden Isoliermaterial, z. B. Magnesiumoxyd, in unmittelbarer Nähe der Heizwendel ein Isoliermaterial, z. B. Glas, verwendet, dessen Charakteristik so gewählt ist, daß es weich oder schmelzflüssig und bzw. oder elektrisch leitend wird, wenn die Temperatur des Außenrohres den . zulässigen Wert überschreitet. Es ist bekannt, daß Gläser mit den unterschiedlichsten Erweichungs- und Schmelzpunkten zur Verfügung stehen, so daß die angegebene Lehre zum technischen Handeln in einem großen Bereich von Anwendungszwecken realisierbar ist.

Wenn eine elektrisch leitende Seele verwendet wird, die z. B. mit einem Ende der Heizwendel elektrisch verbunden ist, ergeben sich - je nachdem, ob die Heizwendel mit einer kleinen oder einer großen Steigung gewickelt ist - zwei Effekte, die voneinander zu unterscheiden sind. Wenn die Wicklungen der Heizwendel sehr dicht beieinanderliegen, schmilzt das zusätzliche Isoliermaterial bei einer Überhitzung des Außenrohres über eine größere Fläche. Es entsteht durch diese Schmelze ein entsprechender Ableitstrom, welcher bei einer bestimmten Höhe zum Ansprechen einer Schmelzsicherung führt. Nach Erstarren dieser Schmelze kann der Heizkörper wieder verwendet werden. Wenn die Wicklungen des Heizkörpers jedoch einen größeren Abstand voneinander haben, kommt es bei einer Überhitzung an einer punktförmigen Stelle zu einem Überschlag durch das zusätzliche Isoliemnaterial. Die bei der Lichtbogenbildung auftretenden Metalldämpfe schlagen sich in der Überschlagstrecke nieder und bewirken einen bleibenden Kurzschluß. Derartige Heizkörper können nicht wieder verwendet werden. Da das

5100 10984 9/1222

zusätzliche Isoliermaterial nur in der Nähe der Heizwendel, jedoch nicht in der Nähe des Außenrohres verwendet wird, kommt es in jedem Fall nur zu einem Kurzschluß zwischen den Wicklungen einer Heizwendel oder zwischen den Wicklungen mehrerer Heizwendeln oder zwischen einer Heizwendel und dem im Inneren eines Rohrheizkörpers ggf. vorgesehenen Seelendraht, jedoch nicht zu dem Außenrohr.

Die nachfolgende Beschreibung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der weiteren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt eines Anschlußendes eines Rohrheizkörpers mit leitender Innenseele;

Fig. la einen Querschnitt des Rohrheizkörpers gemäß Figur 1 längs der Linie Ia-Ia in Figur 1;

Fig. 2 einen Schnitt eines Anschlußendes eines Rohrheizkörpers

mit einem über die Heizwendel gezogenen Glasfaserge- W webeschlauch;

Fig. 3 einen Schnitt eines Anschlußendes eines Rohrheizkörpers mit dicht gewickelter Heizwendel;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Behälter mit stehend angeordnetem Rohrheizkörper, welcher der Erläuterung einer Prüf methode dient;

51(n 109849/1222

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Behälter mit liegend angeordnetem Rohrheizkörper;

Fig. 6 eine schaubildliche, schematische Ansicht einer Waschmaschine;

Fig. 7 einen Schnitt einer Ausführungsform eines Rohrheizkörpers mit doppelter Innenseele;

Fig. 8 einen Schnitt einer Ausführungsform eines Rohrheizkörpers, welcher zwei Heizwendeln besitzt und welcher in verschiedenen Leistungsstufen schaltbar ist.

In den Zeichnungen sind die Rohrheizkörper in gegenüber der Wirklichkeit vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Abmessungen entsprechen im allgemeinen den üblichen Abmessungen von Rohrheizkörpern, wie sie in Haushaltsgeräten Ver\vendung finden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 besitzen die Rohrheizkörper ein Mantelrohr 1, welches aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, besteht und welches mit Magnesiumoxyd 2 gefüllt ist. Anstelle von Magnesiumoxyd kann auch ein anderes hochhitzebeständiges Material verwendet werden. Da jedoch zahlreiche Anforderungen, insbesondere hinsichtlich eines guten Wärmeüberganges, an das Isoliermaterial zu stellen sind, ist die Auswahl ziemlich klein. In das Magnesiumoxyd 2 ist ein Heizwiderstand in Form einer Heizwendel 3 und eine leitende Innenseele 5, letztere z. B. in Form eines Drahtstückes, eingebettet. Ein Anschlußbolzen 6 besitzt einen abgesetzten Teil 7, auf welchen das Ende der Heizwendel 3 aufgeschoben und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Eine Isolierperle 8 dient zum Verschluß des Rohr heizkörper endes.

5100 1 0 9 8 A 9 / 1 2 2 Z

? 1 ? L ^r\

? L ^r\

Das andere Ende des Rohrheizkörpers ist ähnlich ausgebildet, wobei jedoch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und Fig. 3 die Innenseele 5 am anderen Anschlußende nicht in elektrisch leüeud.er Verbindung mit dem zugeordneten Anschlußbolzen 6 sich befindet. Der Rohrheizkörper selbst kann beispielsweise U- oder W-i'örmig gebogen sein.

Zwischen der Heizwendel 3 und der Innenseele 5 ist ein Glasgewebeschlauch 9 angeordnet. Die Stärke des Glasgewebes und der Schmelzpunkt des Glases müssen, wie dies aus der späteren Beschreibung noch hervorgeht, in ganz bestimmter Weise auf den zulässigen Temperaturhöchstwert des Mantelrohres 1 abgestimmt sein, damit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird.

Der Rohrheizkörper wird zur Verdichtung des Magnesiumoxyds 2 im allgemeinen mechanisch gepreßt, so daß er - wie aus Fig. la ersichtlich - einen ovalen Querschnitt erhält. Wesentlich ist, daß die an die Innenwand des Außenrohres 1 anschließende Zone 2a ausschließlich das hochschmelzende Magnesiumoxyd enthält.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, daß anstelle der Innen seele 5 und des Glasgewebeschlauchcs 9 ein Glasgewebeschlauch 11 vorgesehen ist, welcher eine Heizwendel 4 umhüllt, die eine kleinere Steigung als die Heizwendel 3 besitzt, bei der also die einzelnen Wicklungen näher beieinanderliegen.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Heizwendel 4 auf einem Glasgewebeschlauch 9 angeordnet, der eine leitende Innenseele 5 umhüllt. Die Heizwendel 4 selbst ist mittels eines Glasgewebe-

5100 10984 9/1222

2 1 2 /; O 2 S

Schlauches 11 umhüllt. Sie ist mit ihren Enden 4a je an dem abgesetzten Teil 7 des zugeordneten Anschlußbolzens 6 befestigt. Die gesamte Anordnung ist, wie in den vorhergehenden Figuren, in einem Mantelrohr 1 untergebracht, in welches Magnesiumoxyd 2 eingerüttelt ist.

Wenn ein Rohrheizkörper gemäß den Fig. 1 und 2 überhitzt wird, beispielsweise indem die Spannung stufenweise gesteigert wird oder indem verhindert wird, daß die erzeugte Wärme vom Mantelrohr 1 abgeleitet wird, dann beginnt bei einem ganz bestimmten Temperaturwert des Mantelrohres 1 der Glas gewebe schlauch 9 und bzw. oder der Glasgewebeschlauch 11 weich zu werden oder zu schmelzen. Die Schmelztemperatur des Glasgewebeschlauches 9 oder 11 wird, wie schon erwähnt, dabei so gewählt, daß in der in der Nähe der Heizwendel liegenden Zone diese Temperatur erreicht wird, wenn das Mantelrohr 1 den zulässigen Temperaturhöchstwert erreicht. In der Nähe der Erweichungs,- und Schmelztemperatur fällt jedoch der hohe spezifische Widerstandswert von Glas beträchtlich ab, so daß ein erheblicher Abfeitstrom zwischen den Wicklungen der Heizwendeln 3 oder 4 und, wenn eine solche vorgesehen ist, auf die Innenseele 5 auftritt. Dieser Ableitstrcm sorgt für eine weitere Erhitzung der Glasschmelze, so daß es zu einem Kurzschluß kommt. Durch diesen Kurzschluß wird verhindert, daß das Mantelrohr eine über dem zulässigen Temperaturhöchstwert liegende Temperatur erreichen kann. Außerdem wird mit Sicherheit verhindert, daß sich ein Lichtbogen von der Heizwendel 3 oder 4 zu dem Mantelrohr 1 bildet, durch welchen dns Mantelrohr 1 aufgeschmolzen würde. Je nachdem, ob in erster Linie dieses gefürchtete Durchbrennen des Rohrheizkörpers nach außen oder nur die Überhitzung des Mantelrohres verhindert werden soll, wird man eine Ausführungsform entsprechend Fig. 1 oder Fig. 2 oder die kombinierte Ausführup^sföi m gemäß Fig. 3 vorziehen.

5100 109849/1222

Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 die Wendel 3 unter Vorspannung auf den auf die Innenseele 5 aufgeschobenen Glasgewebeschlauch 9 aufgewickelt wird, drückt bei beginnender Erweichung des Glasgewebes irgendeine der Wicklungen der Heizwendel 3 das Glasmaterial zur Seite, wodurch ein Kurzschluß zu der Innenseele 5 gefördert wird.

Zur Erläuterung der Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform dient die Versuchsanordnung gemäß Fig. 4.

In einem Behälter 12wurds stehend ein gemäß Fig. 2 ausgebildeter Heizkörper 13 angeordnet. Der Behälter 12 wurde mit Wasser gefüllt, wobei der Wasserstand vom Pegel 14 über den Pegel 15 auf den Pegel abgesenkt werden kann. Die Anschlußenden 17 des Rohrheizkörpers 13 befinden sich am Boden des Behälters 12. Solange der Wasserstand auf dem Pegel 14 gehalten wurde, lagen normale Betriebsverhältnisse vor, wie sie beispielsweise bei einem Flüssigkeitserhitzer auftreten. Wenn bei Verwendung eines üblichen Rohr Heizkörpers beispielsweise infolge eines Steuerungsfehlers der Wasserstand auf den Pegel 15 abfällt, dann beginnt das über den Pegel 15 hinausragende Ende des Rohrheizkör- k pers 13 zu glühen. Wenn keine besonderen und me^st kostspieligen Sicherheitsvorkehrungen getroffen sind, wird der Rohrheizkörper durchbrennen, und zwar, wie eingangs erläutert, in 1/3 bis 2/3 aller Fälle.nach außen unter Aufschmelzen des Mantelrohres. Wenn der Flüssigkeitsstand wieder steigt, ergibt sich eine elektrisch leitende Verbindung zu dem aufgeschmolzenen Ende der Keizwendel. Das Berühren der Wasseranschlüsse des Flüssigkeitserhitzers kann dann lebensgefährlich . sein. In den Fällen, in denen der Behälter 12 aus Kunststoff besteht, kann es durch die Strahlungstemperatur zu einem Schmelzen des Kunststoff gehäuses kommen. Insbesondere im Falle von GeHchirrspülmaschi-

5100 ■ 1098 49/1222

2124023

nen kann das Kunststoffgehäuse ausbrennen. Dieser Fall tritt auch trotz erheblicher Sicherheitsmaßnahmen immer wieder hie und da auf.

Demgegenüber verhält sich ein gemäß der Erfindung ausgebildeter Rohrheizkörper wesentlich anders. Wurde der Wasserstand auf den Pegel 15 abgesenkt, dann stieg die Temperatur des über dem Wasserspiegel 15 liegenden, partiell trockengelegten Teiles des Rohrheizkörpers 13 im speziellen Ausführungsbeispiel bis auf 7C¹.) C an. Bei dieser Rohrmanteltemperatur war die Leitfähigkeit des Glasgewebe schlauches 11 so groß, daß dieser Teil im wesentlichen kurzgeschlossen war. Die Temperatur fiel schlagartig auf Raumtemperatur ab. Lediglich kurz oberhalb des Wasserspiegels 15 glühte ein etwa 5 mm langes Stück des Rohrheizkörpers 13 weiter, weil hier im Inneren noch nicht die Temperatur für einen Kurzschluß ausreichend war. Entsprechend der verkürzten, beheizten Länge des Rohrheizkörpers stieg die Stromaufnahme. Nachdem der Wasserspiegel auf den Pegel 16 abgesenkt wurde, stieg nach einiger Zeit die Temperatur des über den Wasserspiegel 16 herausstehenden Teiles des P.ohrheizkörpers wieder auf 760 C an, um dann plötzlich abzufallen. In diesem Augenblick fiel ein in Serie geschalteter Sicherungsautomat ab, weil die Stromstärke zu hoch angestiegen war.

Ein Durchbrennen der entsprechend ausgebildeten Rohrheizkörper nach außen bei "Trockengehen¹¹ konnte in keinem der zahlreichen Versuche beobachtet werden.

Wird ein Rohrheizkörper gemäß Fig. 1 in einer ähnlichen Versuchsanordnung verwendet, dann erfolgt - bei Verwendung des gleichen Glasmaterials - ein Kurzschluß bereits bei einer niedrigeren.Temperatur des Mantelrohres 1. Es erfolgt ein Überschlag an einer punktförmigen

5!Oo 10984S/1222

Stelle zwischen der Heizwendel 3 und der Innenseele 5. Der Überschlagskanal bleibt offensichtlich infolge kondensierter Metalldämpfe leitend, der Kurzschluß ist also bleibend.

Demgegenüber zeigt sich nun erstaunlicherweise, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3, in welcher eine Heizwendel 4 mit kleiner Steigung und dementsprechend mit niedriger Heizflächenbelastung des Drahtes verwendet wird, eine mehrmalige Wiederverwendung des Rohrheizkörpers möglich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Glask gewebeschlauch 5 nicht wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1

nur an einer punktförmigen Stelle, nämlich an einer Auflagestelle der Heizwendel 3, überhitzt wird, sondern daß eine flächenhafte Erweichung erfolgt. Durch die wesentlich größere erweichte Fläche ergibt sich auch ein größerer Ableitstrom, der z. B. zum Ansprechen einer .Sicherung führt, bevor ein licht bogenförmiger Überschlag erfolgt. Wenn das weich gewordene Glasgewebe wieder erhärtet, besitzt der Rohrheizkörper im wesentlichen seinen früheren Isolationswert. Er kann mehrmals wiederverwendet werden.

Die Funktionsweise tritt selbstverständlich auch ein, wenn der die Heizwendel 4 umhüllende Glasgewebeschlauch 11 weggelassen wird. Die Figur 3 dient insoweit nur der Erläuterung der Tatsache, daß beide Maßnahmen, nämlich leitende Innenseele 5 mit Glasgewebeschlauch 9 und der die Heizwendel umhüllende Glasgewebeschlauch 11, miteinander kombiniert werden können.

Eine örtliche Überhitzung eines Rohrheizkörpers kann aus verschiedenen Gründen auftreten. Bei Waschmaschinen kann beispielsweise ein Teil des Heizkörpers in Strömungsbereichen liegen, in denen durch Sogwirkung eine starke Schaumbildung auftritt. Bei Rohrheizkörpern, die ihre

5100 109843/1222

2124023

Wärme durch Strahlung oder Konvektion an die Lufrabgeben, kann durch Behinderung der Luftströmung oder aus anderen Gründen die Wärmeabgabe an einer bestimmten Stelle des Rohrheizkörpers schlechter sein als an den übrigen Stellen. Geräte, die unter normalen Umständen tadellos arbeiten, können je nach der Art und Weise, wie sie beim Benutzer installiert oder von diesem aufgestellt werden, unterschiedliche Wärmeabgabecharakteristiken haben. Bei Verwendung üblicher Rohrheizkörper brennt der Rohrheizkörper früher oder später an der überhitzten Stelle durch. Bei Verwendung eines Rohrheizkörpers gemäß Fig. 2 wird die überhitzte Stelle kurzgeschlossen, während der Rohrheizkörper über seine übrige Länge normal weiterarbeitet.

Wenn der Rohrheizkörper nach dem Kurzschluß wieder funktionsfähig sein soll, dann wird die Oberflächenbelastung des Widerstandsdrahtes

zweckmäßigerweise kleiner als 20 - 25 Watt/cm , vorzugsweise

2
zwischen 10 - 20 Watt/cm , gewählt. Bei nicht wiedereinschaltbaren

Rohrheizlörpern wird die Oberflächenbelastung zwischen 25 - 40 Watt/cm oder höher gewählt.

Die Dicke der zusätzlichen Isolierschicht, also beispielsweise des Glasschlauches, soll zwischen 0, 2 - 0, 5 mm liegen.

Wenn ein Rohrheizkörper mit Innenseele in einem Flüssigkeitserhitzer verwendet wird, dann soll, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die Heizwendel mit der Innenseele an dem tiefer liegenden Anschluß elektrisch verbunden sein, so daß am höher liegenden Anschluß der größte Potentialunterschied zwischen.Heizwendel und Innenseele besteht. Zur Erläuterung dieser Ausbildung dient Fig. 5.

5100 10984 971222

2124023

Ein U-förmig gebogener Rohrheizkörper 18, welcher die Anschlüsse 19 und 21 besitzt, die durch eine: Dichtkörper 22 hindurchgeführt sind, ist so in einen Behälter eingesetzt, üaß seine beiden Schenkel im wesentlichen horizontal übereinander verlaufen und daß der Anschluß 19 über dem Anschluß 21 liegt. In der Nähe des Anschlusses 21 ist das nicht auseinandergezogene Ende der Heizwendel 3 unmittelbar auf die Innenseele 5 aufgeschoben und mit dieser z. B. durch Schweißen elektrisch verbunden. Der zugehörige Anschluß 6 kann aus der herausgeführten Innenseele 5 bestehen. Das Ende des Glasgewebeschlauches 9 reicht * nicht ganz bis zu dem Anschlußbolzen 6. In der Nähe des Anschlusses

endet jedoch die Innenseele 5 im Abstand von dem zugehörigen Anschlußbolzen 6. Das vorgezogene Ende des Glasgewebeschlauches 9 sorgt für eine entsprechende Isolation zwischen der Heizwendel 3 und der Innenseele 5.

Wenn nun infolge Trockengehens der Flüssigkeitsstand in dem Behälter von dem normalen Pegel 24 auf den Pegel 25 abfällt, dann hat dies zur Folge, daß ein Überschlag zwischen der Heizwendel 3 und der Innenseele 5 an dem höher liegenden Schenkel - im allgemeinen infolge des hohen Potentialunterschiedes in unmittelbarer Nähe des Anschlusses 19 zustande kommt. Es wird damit verhindert, daß der über der Flüssigkeit liegende Schenkel des Rohrbeizkörpers 18 längere Zeit mit den damit verbundenen Gefahren glühen kann. ,

Fig. 6 zeigt eine Waschmaschine 26 mit einer Trommel 27 und einem Flüssigkeitssumpf 28. Ein U-förmig: gebogener Rohrheizkörper 29 ist in üblicher Weise in horizontaler Lage in dem Flüssigkeitssumpf 28 angeordnet.

5!00 109849/1222

2 1 2 A O ? 3

Der Rohrheizkörper 29 ist nun in der Nähe desjenigen Anschlußendes, an dem die Innenseele gegenüber der Heizwendel isoliert ist, bei 31 schlaufenförmig nach oben gebogen. Wenn die Waschmaschine trockenläuft, wird der Rohrheizkörper an der Stelle 31 kurzgeschlossen, sobald der Flüssigkeitspegel unter die Höhe dieser Stelle fällt. Es wird verhindert, daß die übrige Länge des Rohrheizkörpers zum Glühen kommt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform sind zwei Innenseelen 32, 33 vorgesehen, die mittels einer Umspinnung aus Glasseide oder mittels entsprechender Glasschläuche 34, 35 gegeneinander und gegen die sie umschließende Heizwendel 3 elektrisch isoliert sind. Das eine Ende jeder der Innenseelen 32, 33 ist je mit einem zugeordneten Anschlußbolzen 6 verbunden. Die beiden Enden 3a der Heizwendel 3 sitzen auf den abgesetzten Teilen 7 des zugeordneten Bolzens 6. Wenn nun an irgendeiner Stelle des Rohrheizkörpers eine Überhitzung auftritt, dann wird an dieser Stelle die Glasschicht zwischen den beiden Innenseelen 32, 33 leitend. Eine zum Rohrheizkörper in Serie geschaltete Sicherung bewirkt ein sofortiges Abschalten des Rohrheizkörpers. Da bei dieser Anordnung der Widerstandsdraht der Heizwendel 3 im allgemeinen nicht beschädigt wird und nach Erstarren des'geschmolzenen Glases im allgemeinen wieder die volle Isolation eintritt, kann c:^r: derartiger Rohrheizkörper wiederholt Verwendung finden.

Die neue Erkenntnis, daß jene Teile des Isoliermaterials, die die Wendel direkt umgeben, aus einem Material bestehen können, dessen Isolationswiderstand bei hohen Temperaturen niedrig ist und daß lediglich die an den Rohrmantel grenzende Schicht des Isoliermaterials für die Höhe der Ableitströme ausschlaggebend ist, führt zu neuen Möglichkeiten hinsichtlich der Ausbildung von Rohrheizkörpern. Bekanntlich bereitet es sehr große Schwierigkeiten, Rohrheizkörper mit einem

109849/1222

hohen "Widerstand je Längeneinheit zu erzeugen. Im allgemeinen ist bei Rohrheizkörpern mit 6-9 mm Außendurchmesser die Herstellungsmöglichkeit bei etwa 600 Ohm/m limitiert. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei solchen Meterwiderständen bereits Widerstandsdrähte mit einem Durchmesser von 0,15 mm verwendet werden müssen, deren Verarbeitung in gewendeltem Zustand sehr schwierig ist. Werden irgendwelche Stütz- oder Bindemittel für die Wendel verwendet, dann verdampfen diese bei der Betriebstemperatur, wodurch der Isolationswert verschlechtert wird. Es wurde in diesem Zusammenhang z. B. Asbest mit einem entsprechenden Bindemittel bereits verwendet.

Man kann jedoch bei den Ausführungsformen gemäß der Erfindung mit Innenseele wesentlich dünnere Widerstandsdrähte verarbeiten, da der Widerstandsdraht auf dem Glasgewebefase rs chlauch einen Halt findet. Wenn die Wicklung sehr straff ist, sorgt auch das zwischen die Wicklungen ausweichende Material des Glasgewebeschlauches für eine entsprechende Isolation zwischen den einzelnen Wicklungen. Weiterhin ist es möglich, auch sehr dünne Widerstandsdrähte mit einer Glasseide zu umwickeln. Man kommt auf diese vVeise zu sehr hochohmigen Rohrheizkörpern. Der mit Glasseide umwickelte Widerstandsdraht läßt sich jedoch bedeutend leichter verarbeiten als blanke Widerstandsdrähte. Besonders vorteilhaft ist es, daß diese hochohmigen Rohrheizkörper nicht nach außen durchbrennen.

Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform eines Rohrheizkörpers sind zwei Heizwendeln 36, 37 vorgesehen, die je mit einer Glasfaserumspinnung 42 oder mit einer Emailschicht versehen sind. Die Heizwendel 36 ist mit der Anschlußfahne 38 und die Heizwendel 37 mit der Anschlußfahne 39 elektrisch verbunden. Das andere Ende der Heizwendeln 36 und 37 sitzt auf einem Bolzen 41. Wenn diese Enden, wie

5100 10 9 8 49/1222

dargestellt, abisoliert sind und der Bolzen 41 als Anschlußbolzen dient, dann können entweder nur die Heizwendel 36 oder nur die Heizwendel 37 oder beide Heizwendeln 36, 37 an Spannung gelegt werden. Es ergibt sich auf diese Weise eine einfache Leistungsschaltung. Wenn die Enden gegenüber dem Bolzen 41 isoliert bleiben, dann ergibt sich bei einer bestimmten Länge des Rohrheizkörpers der doppelte Widerstandswert sowie die Möglichkeit des Anschlusses von einer Seite her. Es sind zwar Rohrheizkörper, die einen einseitigen Anschluß besitzen, bereits bekannt. Es ist jedoch schwierig, solche Ausführungsformen mit den üblichen Außendurchmessern von 6-9 mm zu realisieren. Dies gelingt jedoch gemäß der Ausbildung nach Fig. 8 ohne weiteres. Glasseide und Glasgewebe ergeben bei der Ausbildung gemäß der Erfindung eine sehr einfache und leichte Verarbeitbarkeit. Es sind jedoch auch Gespinste aus Steinwolle geeignet. Weiterhin sind Emailschichtenjinsbesondere bei den Ausführungsformen mit Innenseelen,geeignet. Die Innenseele besteht dann aus einem Draht, der aus unlegiertem Stahl besteht und der eine Feueremailauflage trägt. Auf diese Weise ergeben sich besonders niedrige Herstellungskosten.

Besonders überraschend ist die Feststellung, daß die wie angegeben ausgebildeten Rohrheizkörper einen ebenso guten Gesamtisolationswiderstand wie normalerweise ausgebildete Rohrheizkörper besitzen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß für die Höhe des Isolationswiderstandes bei einem Rohrheizkörper die kältesten Zonen der Isoliermasse ausschlaggebend sind. Da auch bei den Rohrheizkörpern gemäß der Erfindung in diesen Zonen, d.h. in der Nähe des Außenrohres, jeweils die übliche Isoliermasse, z. B. Magnesiumoxyd, vorhanden ist, ergibt sich keine Verschlechterung des Isolations Widerstandes.

5100 109849/1222

Claims

212 4 0 2 Patentansprüche

1. /Elektrischer Rohrheizkörper, bei dem in einem Mantelrohr ein oder mehrere Heizwiderstände untergebracht sind, die vom Mantelrohr mittels Magnesiumoxyds oder eines anderen hochschmelzenden Isoliermaterials isoliert sind und dessen Mantelrohrtemperatur einendem jeweiligen Rohrmaterial und Verwendungszweck angepaßten Höchstwert nicht überschreiten darf, dadurch gekennzeichnet, daß in unmittelbarer Nähe des Heizwider-

P Standes (3, 4, 36, 37) Zonen aus einem zusätzlichen Material (9,11, 35,42)

vorgesehen sind, das bei einer solchen Temperatur erweicht oder schmilzt, die in diesen Zonen auftritt, wenn das Mantelrohr (1) den genannten Temperaturhöchstwert erreicht.

2. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Material (9, 11, 35, 42) in weichem oder schmelzflüssigem Zustand einen gegenüber dem hochschmelzenden Isoliermaterial (2) relativ niedrigen elektrischen Widerstandswert besitzt oder daß das zusätzliche Material ein Halbleiter ist.

P

3. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das zusätzliche Material Glas ist.

4. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein schraubenwendelförmig gebogener Heizwiderstand (3, 4) mit einem Schlauch (11) umhüllt ist, der aus einem Fasergewebe des genannten zusätzlichen Materials besteht und bzw. oder daß der Heizwiderstand (3, 4) auf einem derartigen Schlauch (9) oder Strang angeordnet ist.

1 09849/ 1222

5130

2 1 2 A O 2 3

/3

5. Elektrischer Rohrheizkörper nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht (36, 37) des Heizwiderstandes mit Fäden (42) aus Glas oder Steinwolle oder einem anderen der Schmelz verspinnung zugänglichen Material umsponnen ist.

6. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand in einem dünnen Glasrohr untergebracht ist.

7. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Material Email ist.

8. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Material pulverförmig ist.

9. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei dem die Heizwiderstände in Form einer Schraubenwendel aus Widerstandsdraht auf einem Isoliermaterial angeordnet sind und bei dem innerhalb des Isolier mate rials eine elektrisch leitende Seele vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Isoliermaterials so gewählt ist, daß dieses erweicht oder schmilzt, wenn die Temperatur des Rohrheizkörpermantels den genannten Höchstwert erreicht, und daß dabei ein Ableitstrom von dem Widerstandsdraht zu der Seele (5) auftritt.

10. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Seele (5, 32, 33) mit einem der beiden Anschlußenden des Heizwiderstandes (3, 4) leitend verbunden ist.

5130 109849/1222

? 1 ~ L- 0 28

ic

11. Elektrischer Rohrheizkörper für Flüssigkeitserhitzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieser so geformt ist, daß nach Einsetzen desselben in den Flüssigkeitserhitzer ein in der Nähe desjenigen Anschluß-"endes (19) liegender Bereich höher liegt, bei dem der Heizwiderstand keinen elektrischen Kontakt mit der Seele (5) hat.

12. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an das Anschlußende, bei dem die Seele keine elektrische Verbindung mit dem Heizwiderstand hat, anschließende Länge (31) des Rohr-

™ heizkörpers (29) aufgebogen ist.

13. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Seelendrähte oder -stäbe (32, 33) vorgesehen sind, die gegeneinander mittels des zusätzlichen Materials isoliert sind, wobei der eine Draht mit dem einen Anschlußende und der andere Draht mit dem anderen Anschlußende des Heizwiderstandes (3) leitend verbunden ist.

14. Elektrischer Rohrheizkörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Heizwiderstände (36, 37) vorgesehen sind, die gegeneinander mittels des genannten zusätzlichen Materials isoliert

W sind, wobei die Widerstandsdrähte in Form einer Zweifach- oder Mehrfachwendel gewickelt sind.

5130

1098 4 9/1222

ti.

Leerseite