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Elektrisches Heizelement für Rohrleitungen,
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insbesondere für lange Rohrleitungen" Die vorliegende Erfindung betrifft
ein elektrisches Heizelement für Rohrleitungen, insbesondere für lange Rohrleitungen,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In vielen Industriezweigen werden gasförmige und flüssige Medien (z.B.
Luft, Wasser, Öle, Klebstoffe, Lebensmittel, Lebensmittelzusätze) verarbeitet, wozu
sie über längere oder kürzere Wegstrecken, beispielsweise von Vorratsbehältern zu
Verarbeitungsstationen transportiert werden müssen. Da die physikalischen und chemischen
Eigenschaften der meisten Medien stark temperaturabhängig sind, ist es erforderlich,
auf den Transportwegen eine genau definierte Temperatur beizubehalten. Abgesehen
davon gibt es eine Vielzahl von Medien, zum Beispiel Wachs, Teer, Zinn oder aber
auch Schokolade, die, um pump- und fließfähig zu sein, oberhalb ihrer Schmelztemperatur
entlang der Rohrleitung gehalten werden müssen.
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Es handelt sich hier also um ein sehr komplexes Gebiet, wobei noch
hinzukommt, daß nicht nur starre Rohrleitungen und Rohrleitungssysteme Anwendung
finden, sondern auch flexible orleitungen oder Schläuche, die, je nach Verwendungsfall,
miteinander kombiniert werden.
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Entsprechend ist eine Vielzahl von Heizvorrichtungen sowohl für flexible
als auch für starre Rohrleitungen bekannt. So wird beispielsweise in der DE-PS 10
62 358 ein biegsamer
Schlauch mit einer Widerstandsheizung angegeben,
der unter anderem in Farbspritzeinrichtungen einsetzbar ist. Dieser Schlauch weist
zwei konzentrisch in die Schlauchwandungen einqearbeitete Gewebeeinlagen aus elektrischem
Widerstandsmetall auf, die gegeneinander isoliert sind. An den beiden Schlauchenden
sind die beiden Drahtgeflechte jeweils freigelegt und mit Schellen umgeben. An dem
einen Ende des Schlauches dienen diese Schellen zur elektrischen Verbindung des
gewebten Außenleiters mit dem gewebten Innenleiter, am anderen Ende werden die Drahtgeflechte
über die Schellen mit einer Spannungsquelle verbunden. Solche Widerstandsheizungen
sind unter anderem dahingehend nachteilig, daß bei ihnen die Übertragung der Wärme
durch das Schlauchmaterial hindurch auf das Medium erfolgt.
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Bei einer anderen Art von Widerstandsheizung ist man dazu übergegangen,
die Stromzuleitung direkt in das Rohrinnern zu legen. Um diesen Leiter zu kontaktieren
ist sowohl am Rohranfang als auch am Rohrende eine dichte Durchführung des Leiters
erforderlich. Gerade bei flexiblen Rohren mit einem solchen Innenleiter treten durch
die sehr unterschiedliche Längenausdehnung von Rohr und Draht Spannungen auf, die
zu einem Bruch des Leiters bzw. zu einem Ausreißen des Leiters an der Rohrdurchführung
führen können. Zwar wurden auch schon Widerstandsdrähte für das Rohrinnere vorgeschlagen,
die spiralförmig gewickelt sind; diese Uiderstandsdrähte beeinträchtigen jedoch
erheblich den Fluß des durch das Rohr strömenden Mediums.
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Neben den Wide rstaridsheizuiiqen sind auch indui< Live Heizungen
bekarlrlt, bei denen in der Höhlung des Schlauciles ein Eisendrallt(eflccht sowie
darüber nach der Innenwand des Schlauches zu ein Kupferdrahtgeflecht angebracht
und auf die Außenseite des Schlauches eine Spule aufgesetzt ist. Bei solchen induk-Einen
Heizungen wird lediglich die au 13 e 10 au f dem Schlauch
angebrachte
Spule angeschlossen. Solche außen auf dem Schlauch aufgesetzten Spulen sind empfindlich
gegen mechanische Beschädigungen. Außerdem beeinträchtigen sie die Beweglichkeit
des Schlauches erheblich.
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Jede dieser Heizvorrichtungen weist ihre speziellen Vor-und Nachteile
auf. Alle vorstehend aufgezeigten Systeme sind jedoch gemeinsam dahingehend nachteilig,
daß sie nicht nachträglich in bereits vorhandene Rohrleitungen und Rohrleitungs
systeme, die darüberhinaus noch aus starren und biegsamen Abschnitten bestehen,
eingebaut werden können. Außerdem müssen bei Beschädigungen des Systems, etwa durch
Platzen eines flexiblen Schlauchteiles, ganze Rohrleitungsabschnitte ausgetauscht
werden, was mit entsprechenden Kosten verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches
Heizelement für Rohrleitungen, insbesondere für lange Rohrleitungen, zu schaffen,
das bei den unterschiedlichsten Rohrleitungen und Rohrleitungssystemen universell
eingesetzt werden kann, das auch im Bereich von Rohrverbindungs-und Rohranschlußstellen
eine gleichmäßige Beheizung ermöglicht, das unabhängig von der Wärmeausdehnung der
Rohrleitung ist, das sich weiterhin durch Service- und Wartungsfreundlichkeit auszeichnet
und das auch nachträglich in bereits vorhandene Rohrleitungssysteme mit geringem
Kostenaufwand einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Der Anschlußkopf mit dem vorzugsweise mittig hindurchgeführten
Heizleiter läßt sich, entsprechend dem Rohrinnendurchmesser angepaßt, in belicbig
- flexible oder starre - Rohrleitungen einsetzen. Je nach Lange der zu beheizenden
Rohrleitung kann der Heizleiter, als Meterware vorgefertigt, abgelängt werden, wobei
dann nur noch die Hin- und Rückleitung (des Heizleiters) an dem
sich
im Innern der Rohrleitung befindenden Ende elektrisch miteinander verbunden und
gegebenenfalls gegenüber dem Medium isoliert werden muß. Durch die Wahl eines biegsamen
Heizleiters kann sich dieser dem Verlauf der Rohrleitung anpassen, d.h.
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sowohl dem Verlauf einer flexiblen Rohrleitung als auch Winkelstücken
einer starren Rohrleitung. Unter einem biegsamen Heizleiter ist ein Heizleiter zu
verstehen, der sich sowohl den Bewegungen eines flexiblen Schlauches anpassen kann
als auch dem Verlauf eines Winkel-Rohrstückes mit einem mittleren Krümmungsradius
oberhalb von 5 cm. Das Ende des Heizleiters kann vorteilhafterweise über Verbindungs
und Anschlußstellen der Rohrleitung hinausreichen, was eine Folge davon ist, daß
der Heizleiter nicht mit seinem Ende aus der zu beheizenden Rohrleitung herausgeführt
werden muß. Auch treten zwischen Rohrleitung und Heizleiter bei den unterschiedlichen
Temperaturen, denen ein solches System gerade zwischen Betriebsphase und Ruhephase,
d.h. Nichtgebrauch, ausgesetzt wird, keine Spannungen auf. Der Heizleiter schwimmt
praktisch in dem durch die Rohrleitung bzw. Rohrleitungssystem strömenden Medien
mit losem Ende unabhängig davon, welche Längenausdehnung oder Längenkontraktion
die Rohrleitung vollzieht. Sowohl die Rohrleitung, in der das elektrische Heizelement
eingesetzt wird, als auch das Heizelement selbst, können unabhängig voneinander
bei Beschädigungen ausgetauscht werden, was eine wesentliche Kostenersparnis mit
sich bringt. Dieses elektrische Heizelement kann nachträglich in beliebige Rohrleitungen
und Rohrleitungssysteme eingebaut werden, wozu lediglich ein Rohrstück eingefügt
werden muß, das ein Einsetzen des Anschlußkopfes ermöglicht. Mit diesem elektrischen
Heizelement ist eine universell einsetzbare Widerstandsheizung geschaffen, die lediglich
aus zwei Komponenten, nämlich dem Anschlußkopf und dem beliebig ablängbaren Heizleiter,
besteht. Es sind Längen der Heizleiter denkbar, die von 0,5 m bis über 100 m reichen.
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Falls eine Außenisolierung aus Tetrafluoräthylen-Polymere und -Kopolymere
wie Polytetrafluoräthylen mit Perfluoralkoxy Seitenketten (Teflon (eingetragene
Handelsmarke)-PFA), Polytetrafluoräthylen (PTFE) und Copolymerisate aus Tetrafluoräthylen
und Hexafluorpropylen (FEP) eingesetzt wird, eignet sich das elektrische Heizelement
zum Aufheizen auf hohe Temperaturen, im besonderen auch von aggressiven Medien.
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Zur elektrischen Verbindung des Innenleiters mit dem Außenleiter kann
die Innenisolierung geringfügig kürzer und die Außenisolierung geringfügig länger
als Innen- und Außenleiter gewählt werden, wobei dann nach Verlöten von Innen- und
Außenleiter die überstehende Außenisolierung zusammengepreßt und/oder hermetisch
verschweißt werden kann.
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Vorteilhaft ist eine Verbinder-Kappe, die zur elektrischen Verbindung
von Innen- und Außenleiter auf das Ende des Heizleiters aufgesteckt werden kann.
Die Verbinder-Kappe kann für runde Heizleiter aus einem isolierten metallischen
Zylinder bestehen, die dann auf die stufenweise freigelegten Innenleitcr, Innenisolierung,
Außenleiter, Außenisolierung, aufgesteckt werden kann. Die Isolierung des Außenleitcrs
kann dann mit der Außenisolierung des Heizleiters verklebt oder verschweißt werden.
Auch ist ein in den Randbereich der Verbinder-Kappe eingearbeiteter O-Ring vorteilhaft,
der an der Außenisolierung anliegend die Kappe gegen die Außenisolierung abdichtet.
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Als ergänzendes Bauteil für das elektrische Heizelement ist ein T-Rohrstück
von Vorteil, wobei der Anschlußkopf in eines der beiden sich gegenüberliegenden
Rohrenden eingesetzt wird.
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Die bei den freien Enden des T-Rohrstückes werden dann in die zu beheizencla
Rohrleitung eingebaut, und zun r io, daß das Rohrende des T-Holrstückes, aus dem
dar Heizleilter ragt, in Strömungsrichtung des Heci i ums wo ist. Es ist nicht unbedingt
erforderlich, daß es sich um ein T-Rohrstück mit rechtwinklig zueinander veisenden
Rohrenden handelt; vielmehr
können auch Rohr-Verzweigungsstücke,
wie Y-Rohrstücke, eingesetzt werden, die zumindest zwei sich in etwa gegenüberliegende
Rohrenden aufweisen, in die dann der Anschlußkopf mit dem Heizleiter eingesetzt
werden kann.
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Vorzugsweise wird ein Anschlußkopf mit einem Verschraubungsteil, einer
Überwurfmutter und einem äußeren Einsatz verwendet.
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Das Verschraubungsteil, mit einem etwa mittigen Außenflansch, wird
mit seinem einen Gewindeteil in die Rohrleitung, das T-Rohrstück oder das Y-Rohrstück
eingesschraubt. Von dem freien Ende des Verschraubungsteiles aus wird bei einem
solchen Anschlußkopf ein äußerer Einsatz mit einer Öffnung, durch die der Heizleiter
geführt ist, eingesetzt, der dann über eine auf das Außengewinde aufgeschraubte
Überwurfmutter den heizleiter in dem Verschraubsteil festklemmt. Ein auf den Heizleiter
aufgesetztes Dichtungsteil, das an dem äußeren Einsatz und dem Verschraubungsteil
anliegt, kann als zusätzliche Dichtung dienen, Falls der Anschlußkopf hohen Temperaturen
ausgesetzt wird, ist ein zusätzlicher, innerer Einsatz sinnvoll.
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Dieser innere Einsatz verschließt das Verschraubungsteil zum Rohrinnern
hin und liegt einerseits dicht an dem Verschraubungsteil und andererseits an dem
Heizleiter an. In diesem Fall liegt das elastische Dichtungsteil zwischen dem äußeren
und dem inneren Einsatz, so daß es keinen direkten Kontakt mit dem in der Rohrleitung
fließenden Medium hat und somit geschützt wird.
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Dieser Anschlußkopf stellt ein leicht handhabbares, variables und
den verschiedenen Heizleitern anpaßbares System dar.
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Je nach Stärke des Heizleiters, der durch das Anschlußstück geführt
werden soll, werden entsprechende Einsätze und Dichtungsteile hergestellt bzw. bereitgehalten.
Das Verschraubungsteil wird dabei nicht verändert. Es kann entsprechend den Normrohren
und Normgewinden vorgefertigt werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. In
der Zeichnung zeigt Figur 1 einen Schnitt durch ein elektrisches Heizelement, Figur
2 den Aufbau eines Heizleiters, der in dem Heizelement eingesetzt wird, Figur 3
eine Schnittdarstellung eines gegenüber Figur 1 abgewandelten Heizelements, Figur
4 einen Schnitt durch eine Verbinder-Kappe und Figur 5 ein in ein Rohrstück eingesetztes
Heizelement.
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Das elektrische Heizelement nach Figur 1 weist einen Anschlußkopf
1 auf, durch den ein Heizleiter 2 geführt ist. Der dargestellte Anschlußkopf 1 ist
aus einem Verschraubungsteil 3, einer Überwurfmutter 4, einem äußeren Einsatz 5,
einem inneren Einsatz 6 und einem elastischen Dichtungsteil 7 aufgebaut.
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Der Anschlußkopf 1 wird mit dem Verschraubungsteil 3, das ein Außengewinde
8 trägt, in eine Rohrleitung 9, wie in Figur 5 dargestellt, soweit eingeschraubt,
bis ein etwa mittig an dem Verschraubungsteil angeordneter Flansch 10 an der Stirnfläche
des Rohrendes anliegt. An dem Flansch 10 kann ein in eine Nut 11 eingesetzter O-Ring
12 vorgesehen werden, der das Verschraubungsteil 3 gegen die Rohrleitung 9 abdichtet.
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In das außenliegende Ende des Verseloraubungsteiles j ist der innere
Einsatz 6 so eingesetzt, daß an dem inneren Einsatz 6 ausgebildete üb erkragende
Ränder 13 auf en tsp re che#oden Schultern 14 eines erveiterten Bereiches des Verschraubungsteiles
3 au fliegen. Die zentrale Bohrung 15 in dem inneren Einsatz 6, durch die der lleizleiter
2 geführt ist, ist nach aullen, d.h. in Richtung der überwurfmutter 4 hin, koriiscto
erweitert.
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In dieser konischen Erweiterung liegt das als Doppelkegel ausgebildete
elastische Dichtungsteil 7 an, das auf seiner anderen Seite durch den äußeren Einsatz
5, der ebenfalls eine konische Öffnung aufweist, gehalten wird. Der Mittelteil des
als Doppelkegel ausgebildeten elastischen Dichtungsteiles 7 ist so dimensioniert,
daß der äußere Einsatz 5 und der innere Einsatz 6 auf Distanz gehalten werden. Mit
der Überwurfmutter 4, in der der äußere Einsatz 5 zentriert gehalten wird, werden
die Klemmteile für den Heizleiter, d.h. der äußere Einsatz 5, der innere Einsatz
6 und das elastische Dichtungsteil 7, in dem rohrförmigen Verbindungsteil 3 fixiert.
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Je nach Stellung der Überwurfmutter 4 kann das elastische Dichtungsteil
7 mehr oder weniger zwischen dem äußeren Einsatz 5 und dem inneren Einsatz 6 verklemmt
werden.
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Um das rohrförmige Verschraubungsteil 3 gegen den inneren Einsatz
6 abzudichten, ist eine O-Ringnut 20 vorgesehen, in der ein O-Ring 21 eingesetzt
ist. Während der O~Ring 21 das Verschraubungsteil 3 gegen den inneren Einsatz 6
abdichtet, dichtet das als Doppelkegel ausgebildete elastische Dichtungsteil 7 den
inneren Einsatz 6 gegen den Heizleiter 2 ab. Da Dichtungen, wie zum Beispiel im
vorliegenden Fall das kegelförmige, elastische Dichtungsteil 7, zum Kaltfließen
neigen, was nach längeren Betriebszeiten zu Undichtigkeiten führen kann, ist der
innere Einsatz 6, wie bereits weiter oben beschrieben wurde, von außen und damit
verschiebbar in den Anschlußkopf 1 eingesetzt.
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Im Betrieb wird auf den inneren Einsatz 6 durch das Fluid ein ständiger
Druck in Richtung des Pfeiles 22 ausgeübt, wodurch verstärkt das elastische Dichtungsteil
7 dichtend gegen den Heizleiter 7 gedrückt wird. Es wird so eine dauerhafte Dichtung
zwischen dem inneren Einsatz 6 und dem Heizleiter 2 erzielt.
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In der in Figur 3 dargestellten abgewandelten Ausführungsform des
Anschlußkopfes 1 ist ein elastisches Dichtungteil 7' vorgesehen, das den Heizleiter
2 direkt gegen das rohrförmige Verschraubungsteil 3 abdichtet. Hierbei kann der
O-Ring 21 nach Figur 1 entfallen. Das elastische Dichtungsteil 7' nach Figur 3 weist
einen erweiterten Bereich 23 auf, der sich in einen entsprechenden verlängerten
Bereich 24 des Verschraubungsteiles 3 zwischen dem inneren Einsatz 6 und dem äußeren
Einsatz 5 legt. Auch bei dieser Ausführungsform wird mit steigendem Fluiddruck in
Richtung des Pfeiles 25 die Dichtwirkung des elastischen Dichtungsteiles 7' erhöht,
das sich zwischen dem äußeren Einsatz 5 und dem inneren Einsatz 6 zusammengedrückt
verstärkt gegen die Innenfläche des Verschraubungsteiles 3 dichtend schiebt.
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Bevorzugt wird in das Heizelement ein koaxialer Heizleiter 2 eingesetzt,
wie er in Figur 2 gezeigt ist. Bei einem solchen Leiter wird der Innenleiter 16
von einer inneren Isolierschicht 17 umgeben, über die sich der Außenleiter 18 aus
einem metallischen Geflecht legt. Der Außenleiter 18 wird seinerseits von einer
Außenisolierung 19 umgeben. Dieser koaxiale Heizleiter 2 ist in alle Richtungen
gleichmäßig biegsam. Sein Querschnitt ist von den geforderten Einsatzbedingungen,
wie beispielsweise der Stromaufnahme, abhängig.
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Das freie in die Rohrleitung hineinragende Ende des vorzugsweise koaxial
aufgebauten Heizleiters 2 wird mit einer Verbinder-Ka1#pe 26, wie sie in Figur 4
näher dargestellt ist, verschlossen, wobei gleichzeitig der Innenleiter 16 und der
Außenleiter 18 elektrisch miteinander verbunden werden. Hierzu weist die Verbinder-Kappe
26 einen metallischen Zylinder 27 mit einem engeren Bereich 28, der in etwa dem
Durchmesser des Innenleiters 16 entspricht, und einem erweiterten Bereich 29, der
in etwa dem Außendurchmesser des Außenleiters 18 entspricht, auf. Dieser metallische
Zylinder 27, der in eine
Isolierung 30 eingebettet ist, umhüllt
elastisch anliegend den Innenleiter 16 und den Außenleiter 18. Die Isolierungs-Hülse
30 ist über den metallischen Zylinder 27 hinaus verlängert und so erweitert, daß
sie die Außenisolierung 19 des Heizleiters 2 umhüllt. Zur Abdichtung gegenüber dem
durch die Rohrleitung fließenden Medium ist am Ende der Isolierung-Hülse 30 ein
0-Ring 31 eingesetzt. Mit einer in einer Rille 33 am Ende der Verbinder-Kappe 26
eingesetzten Schlauchklemme 32 kann die Verbinder-Kappe, falls erforderlich an dem
Heizleiter zusätzlich festgeklemmt werden. Gleichzeitig wird durch die Schlauchklemme
32 ein Dichtungseffekt erzielt. Das Ende der Verbinder-Kappe 26 ist zur Verringerung
des Strömungswiderstandes in Figur 4 abgeschrägt dargestellt.
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Das elektrische Heizelement kann durch ein T-Rohrstück 34, wie es
in Figur 5 gezeigt ist, ergänzt werden. In ein solches T-Rohrstück 34 kann das elektrische
Heizelement in eines der beiden sich gegenüberliegenden Rohrenden 35, 36 eingesetzt
werden, so daß der Heizleiter 2 durch das andere Rohrende, das ebenso wie das freie
Rohrende 37 mit der zu beheizenden Rohrleitung 9 verbunden ist, hindurch führt.
Die Fließrichtung des durch die Rohrleitungen 9 und das T-Rohrstück 34 strömenden
Mediums ist durch die Pfeile 38 angedeutet. Ein elektrisches lleizelement mit einem
solchen Rohrverzweigungstück kann in einfacher Weise in eine zu beheizende Rohrleitung
eingebaut werden.
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