DE2850722A1

DE2850722A1 - Elektrisches heizelement mit schutzleiter fuer aggressive baeder

Info

Publication number: DE2850722A1
Application number: DE19782850722
Authority: DE
Inventors: Dieter Boix
Original assignee: Pampus GmbH
Current assignee: Saint Gobain Performance Plastics Pampus GmbH
Priority date: 1978-11-23
Filing date: 1978-11-23
Publication date: 1980-05-29

Description

Elektrisches Heizelement mit Schutzleiter fUr aggressive B8der
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstands-Heizelement in kabelfbrmiger Ausbildung mit einem Schutzleiter für die Beheizung von Behältern, in denen sich aggressive Flussigkeiten befinden Die Beheizung dieser Bäder bereitet insofern technische Schwierigkeiten, als die dafUr benutzten Heizelemente korrosionsfest ausgebildet sein müssen und zur Vermeidung von Unfallgefahren durch Kurzschluß im elektrisch leitenden Bad ein Schutzleiter/ Schutzerde so angeordnet sein soll daß bei einer mechanischen oder korrosiven Beschädigung des Heizelementes der Schutzleiter eine Sicherheit gegen Stromführung des Bades bietet0 Wenn die Badtiüssigkeit korrosive Eigenschaften besitzt, ist es erforderlich, den Schutzleiter ebenfclls gegen die Korrosion zu schUtzen, jedoch so anzuordnen, daß er bei einer mechanischen oder korrosiven Beschädigung des Heizelementes mit Sicherheit freigelegt wird und dadurch seine Schutzaufgabe übernehmen kann, Hier bietet sich eine AusfUhrung des elektrischen Heizelementes als Kabel vom koaxialen Typ ane wobei der Zentralleiter des Widerstandsheizelement bildet und die koaxiale Abschirmung als Schutzleiter ausgeführt ist.
Widerstandsheizelemente vom koaxialen Typ sind in der Technik bereits bekannt z.B. aus der DE-OS 21 30 796. Bei den kabel förmigen Heizelementen nach dieser Patentanmeldung befindet sich die koaxiale Drahtumflechtung jedoch als mechanischer Schutz auf der OberflUche des Heizelementes und stellt demnach einen äußeren Mantel dar, der nicht gegen korrosiven Angriff in einem Flussigkeitsbad beschUtzt sstG Bei stark korrosiver Einwirkung des zu beheizenden Bades wUrde es auch nicht genUgen, den koaxialen Schutzmantel aus korrosionsfestem Ketal, z.B.
nichtrostendem Stahl zu bilden, sondern er muß durch andere Maßnahmen geschUtzt werden.
FUr die Isolation und den korrosiven Schutz von Heizdrdhten in Flüssigkeitsbädern ist ebenfalls bereits der Korrosionsschutz durch Fluorkunststoffe bekannt, die außerordentlich korrosions- und wärmebeständige Eigenschaften aufweisen. Z.B.
werden nach der DE-05 20 41 935 Widerstandsheizdrähte fUr Tausch sieder mit einem Mantel aus Polytetrafluoräthylen versehen. Es ist ebenfalls in der Technik bekannt, Koaxial-Kabel mit Zwischenisolierung zwischen zentralem und koaxialen Leiter sowie einer äußeren Isolierung aus Fluorkunststoffen zu versehen.
Bei diesen Koaxialkabeln, die fUr dieHochfrequenztechnik eingesetzt werden, benutzt man jedoch Fluorkunststoffe wegen ihrer geringen dielektrischen Verluste und ihrer Wärmebeständigkeit.
Sie dienen ausschließlich der NachrichtenÜbermittlung, wobei die auftretende Erwärmung eine nicht erwUnschte Begleiterscheinung ist. Kabel diesen Typs werden bisher nicht als Widerstandsheizelemente fUr aggressive Medien eingesetzt.
Als Mangel der bisher bekannten kabelförmigen Widerstondheizelemente mit Fluorkunststoffisolation ist festzustellen, daß Heizelemente mit einer mitgeführten Schutzerde, die mit hoher Sicherheit bei Beschädigungen des Kabels ihre Funktion übernimmt, nicht vorhanden sind. Mit Fluorkunststoff gegen Korrosionsangriff geschützte Heizelemente mit Schutzerde gibt es bisher nur in Form von Stäbe, die außen durch übergezogene Fluorkunststoffschläuche geschützt werden. Diese Fluorkunststoffschläuche werden nachträglich auf das bereits fertiggestellte stabförmige Heizelement aufgezogen, wobei man zur Erzielung eines besseren Sitzes der Isolation auf dem Heizelement und zur Vermeidung von den Wärmeübergang behindernden Luftspalten zwischen Heizelement und HUlle sogenonnte Schrumpfschläuche benutzte Unter Schrumpfschlduchen werden Kunststoffschläuche verstanden, die nach der Fertigung aufgeveitet werden und nach überziehen von Körpern durch Erwärmung wieder ihren ursprünglicher Durchmesser annenmen (Memory-Effekt). Diese Art des Uberzugs hat eine Reihe won Nachteilen, so ldßt sich ein solcher Schutzüberzug nicht kontinuierlich in beliebiger Lunge herstellen, da er ja nachträglich in Stücken aufgezogen werden muß. Ferner erfolgt die Schrumpfung meist nicht ganz gleichmäßig, sodaß bei Erwärmung des Heizelementes der Schrumpfschlauch sich wieder zu lösen beginnt und den Wärmeübergang behindernde Luftspalte zwischen Heizelement und Mantel entstehen und so ein definierter Wärme-Uebergang nicht möglich ist0 Außerdem besitzen solche Schrumpfschläuche, bedingt durch ihre technische Herstellung, meist nur eine sehr geringe Wandstärke, z.B. 0,5 mm, die nicht die Gewehr fUr ausreichende Diffusionsdichte des Mantels bietet, Kcbelfbrmige Heizelemente mit Fluorkunststoff-Isolierung, Schutzleiter und äußerem Korrosionsschutz durch Fluorkunststoffe, die in beliebiger Ldnge hergestellt werden können und die vorgenannten Mangel vermeiden, sind bisher nicht bekannt. FUr die Herstellung und den Einsatz solcher Heizelemente ist es sehr erwünscht, diese in beliebiger Länge herzustellen, um 3e noch der gewünschten elektrischen Leistung und dem zur Verfugung stehenden Raum Heizelemente auszuführen, dLe den jeweiligen wdrmetechnischen Bedingungen entsprechen Die Aufgabe der Erfindung ist es; ein Heizelement zu finden dos die benannten Nachteile vermeidet, wobei ferner eine elektrische Leistung von 100 ~ 200 W/m Lange erreicht werden soll und ein möglichst geringer Biegeradius aus technischen gründen erwünscht ist. Der Biegeradius soll etwt bei dem 20-fachen des äußeren Kabeldruchmessers liegen.
Die Lösung der Aufgabe wird dadurch erreicht, daß erfindungsge mäß ein kabelförmiges elektrisches Heizelement mit koaxialem Schutzleiter so ausgebildet wird, daß genügend Isolationsstdrke zwischen zentralem Heizleiter und koaxialer Abschirmung (Erde) vorhanden ist. Erfindungsgemdß wird hierfUr eine Polytetrafluoräthylen-Isolation mit einer Wandstärke von 0,7 mm oder mehr benutzt. Die äußere Mantelisolation zum korrosiven Schutz des koaxialen Leiters wird ebenfalls aus Fluorkunststoff hergestellt und zwar insbesondere aus thermoplastisch extrudierbaren Fluorkunst stoffen, mit denen sich ein außerordentlich diffusionsdichter Überzug herstellen läßt, wenn die Wandstärke ca. 1 mm und mehr erreicht. In dieser AusfUhrungsform gebildete Heizkabel lassen sich in beliebigen Baulänge herstellen, sodaß man von dem kontinuierlich hergestellten Kabel spdter auf den Verwendungs zweck und die erforderliche Leistung abgestimmte Langen abtren nen kann. Die erfindungsgemößen Heizelemente besitzen einen defink ersten Wärmeübergang und fUr den Einsatz in stark korrosiven Bädern ausreichende Diffusionsdichte. Durch die koaxiale Anordnung des Schutzleiter wird erreicht, daß aus dem Kabel hergestellte Heizelemente die VDE-Schutzklasse 1 erreichen, d.h. daß sie fUr Bäderwärmungselemente im industriellen Bereich, bei dem größere elektrische Leistungsstdrken vorliegen, eingesetzt werden können.
In der Zeichnung ist eine Ausfuhrungsform der Erfindung beispiels weise dargestellt. Figur 1 zeigt einen Querschnltt und Figur 2 eine Ansicht des freigelegten Aufbaus des erfindungsgemäßen Heinz elementes Der zentrale Widerstandsheizleiter (1) wird aus einer üblichen Widerstandslegierung z.B. NiCr 20/40, bevorzugt aus Volldraht, hergestellt. Die Zwischenisolierung (2) besteht aus Fluorkunststoff vorzugsweise Polytetrafluoräthylen. Der koaxiale Mantelleiter (3), besteht in Ublicher Weise aus einem Kupfer-Drahtgeflecht, wobei die dÜnnen Kupferdrähte bevorzugt vor der Umflechtung versilbert werden, um eine Oxydation bei der Herstellung zu vermeiden.
Der Bedeckungsgrad des koaxialen Drahtgeflechtes auf der umflochtenen Isolation liegt bei mehr als 50 %, vorzugsweise bei etwa 80 ist Der äußere Schutzmantel (4) besteht aus Fluorkunststoffen, vorzugsweise aus thermisch extrudierbaren Material, z.B. Perfluoralkaxy.
Bei der Herstellung von Heizelementen bestimmter Leistung werden entsprechende StUcke dieses koaxialen Heizkabels vom endlos hergestellten Kabel abgelängt. Sie werden mit aus dem Bad heraus geführten Enden verbunden, die kalt sind. Das wird in an sich bekannter Weise dadurch erreicht, daß für die Anschlüsse Kupferdrähte angeschweiß werden, die bei gleichem Querschnitt einen erheblich geringeren elektrischen Widerstand besitzen und sich dadurch nicht erwärmen. Der dußere Schutz an der Übergangsstelle zwischen Heizleiter und Abfuhrungsdraht kann durch Verschweißen des äußeren thermoplastischen Fluorkunststoffmaterials mit dem gleichen Material, das fUr die Isolierung der Abführungsenden benutzt wird, erreicht werden.
Es ist jedoch auch möglich, die gewünschten Langen des Widerstandsdrahtes mit entsprechenden Kupfer-Ableitdrähten vor der Fabrikation als Zwischenstücke zu verschweißen und das so hergestellte Heizka belU das abwechselnd aus Widerstandsheizleitern und Kupferdrahtstücken besteht, noch der Herstellung entsprechend cnzuldngene

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Elektrisches Heizelement vom koaxialen Typ mit Schutzleiter fUr aggressive Medien dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstandsheizleiter (1) von einer Fluorkunststoff-Isolation (2) umgeben ist die ihrerseits von einem koaxialen Schutzleiter in Form eines Drahtgeflechtes (3) überzogen ist, den außen zum Zwecke des Korrosionsschutzes wiederum eine Fluorkunststaff-Abdeckung (4), insbesondere aus Fluorthermoplasten, diffusionsdicht umgibt.
2. Elektrisches Heizelement vom koaxialen Typ noch Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Bedeckungsgrad des kooxialen Drahtgeflechtes (3) auf der umflochtenen Isolation bei mehr als 50 %, vorzugsweise bei 80 % liegt.
3. Elektrisches Heizelement vom koaxialen Typ noch Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsstärke zwischen zentralem Heizleiter (1) und koaxialer Umflechtung (3) mindestens 0,7 mm beträgt und daß die äußere diffusionsdichte Umhüllung (4) des Heizleiters mindestens 1 mm Wandstärke besitzt.
4. Elektrisches Heizelement vom koaxialer Typ nach Ansprüchen B, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet daß der Biegeradius des fertigen Heizelementes etwa bei dem 20-fachen des äußeren Kabeldurchmessers liegt.
5. Elektrisches Heizelement vom koaxialen Typ nach den AnsprUchen 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Heizleistung von 100 bis 200 W/m Lunge erreicht wird.
6. Elektrisches Heizelement vom koaxialen Typ nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß fUr die Zwischenisolierung (2) zwischen Heizleiter (1) und koaxialen Schutzleiter (3) Polytetrafluoräthylen verwandt wird.
7 Elektrisches Heizelement vom koaxialen Typ noch den Ansprüchen 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß für die äußere diffusionsdichte Schutzisolation ein thermoplastisch aufzubringender Fluorkunststoff, z.B. Perfluoralkoxy,benutzt wird.