WO2002067630A1 - Heizkabel mit mehrschichtaufbau - Google Patents

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/54—Heating elements having the shape of rods or tubes flexible
    • H05B3/56—Heating cables

Definitions

  • the present invention relates to a heating cable with a multilayer structure.
  • the object of the present invention is to improve a heating cable in such a way that it is particularly resistant to external mechanical loads (kinks).
  • a heating cable with a multi-layer structure which has at least one central, electrically conductive heating conductor and two electrically insulating and essentially air-impermeable layers, which are arranged in such a way that an air cushion can form between them.
  • a spacer can be provided to avoid direct contact between the two substantially air-impermeable layers.
  • the spacer can be a layer with a fibrous, braided, cell-like or porous structure.
  • the spacer can be designed in the sense of a mechanical reinforcement function.
  • the spacer can be a reinforcement layer made of a metallic wire mesh, which can consist of nickel-plated copper wires.
  • At least one of the substantially air impermeable layers can be made of perfluoroalkoxy copolymer (PFA).
  • PFA perfluoroalkoxy copolymer
  • a layer of a non-metallic fiber material can be provided between at least one of the essentially air-impermeable layers and the spacer.
  • the layer of a non-metallic fiber material can consist of a glass fiber ceramic tape.
  • a heating cable according to the invention is designated 6.
  • Such a heating cable can be used, for example, as a series heating cable for keeping the process temperature constant. Due to the structure explained in more detail below, it can also be used in potentially explosive areas.
  • Such a heating cable 6 with series resistance has a constant active power defined by the voltage, the resistance and the length of the cable. For example, a process temperature of up to 280 ° C can be maintained. A typical supply voltage is 750 V. This means that output powers in the range of 25 W / min can be achieved.
  • the structure of the heating cable 6 according to the invention is to be explained from the inside to the outside.
  • An electrical heating conductor 1 is provided centrally in the heating cable 6. This is surrounded by a first insulation layer 2, for example made of PFA or a comparable plastic material.
  • a glass fiber ceramic tape layer 3 which is shown in FIG Interaction with a reinforcing layer 4 arranged radially from it outside (as shown) or inside (not shown) provides protection against mechanical damage.
  • the glass fiber ceramic tape layer 3 is formed similar to a glass silk mixed with minerals.
  • the sandwich structure of the glass fiber ceramic band layer 3 / reinforcement layer 4 further increases the mechanical protective properties.
  • the glass fiber ceramic tape layer 3 also prevents the reinforcement layer 4 from cutting into the PFA layer 2 located thereunder when the PFA layer 2 is thermally expanded. It should also be borne in mind that the PFA material softens at higher temperatures.
  • the glass fiber ceramic tape layer 3 thus has a mechanical protective and electrical insulating function at the same time.
  • a further glass fiber ceramic band layer can be provided outside the reinforcement layer 4 in addition to the glass ceramic band layer 3 already shown.
  • the reinforcement layer 4 is again protected from the outside by a further electrically insulating layer 5, which can also consist, for example, of perfluoroalkoxy copolymer material (PFA).
  • PFA perfluoroalkoxy copolymer material
  • the two electrically insulating layers 2, 5 are both essentially and ideally completely completely impermeable to air, so that a mechanically protective air cushion is formed between them if the cross sections are dimensioned accordingly.
  • the glass ceramic tape layer 3 and the reinforcement layer 4 are essentially permeable to air and therefore have the function of a spacer which prevents direct contact between the two layers 2, 5 as far as possible. Therefore, the reinforcement layer 4 is also designed in such a way that it completely surrounds the layers underneath - for example in contrast to earthing straps with a comparable structure - both with regard to the longitudinal extent and the circumferential direction of the heating cable. The complete surrounding in all dimensions guarantees that the spacer effect and thus also the protective air cushion are always present.
  • This air cushioning is achieved on the one hand by the braided structure of the reinforcement layer 4 and on the other hand by a corresponding dimensioning of the inside diameter of the reinforcement layer 4 with respect to the outside diameter of the glass fiber ceramic band layer 3.
  • the diameter of the reinforcement layer 4 can, for example, be deliberately overdimensioned in order to ensure a sufficient strength of the air cushion which is thereby created.
  • the reinforcement layer 4 has some play with respect to the layers below it, but can be surrounded by the layer 5 in a tight manner on the outside.
  • the braided structure of the reinforcement layer 4 also ensures that a certain volume of air can form between the glass fiber ceramic band layer 3 and the outer protective layer 5.
  • reinforcement layer based on wire mesh
  • spacers can also be used which have, for example, a porous, fibrous, braided or cell-like (open or closed) structure.
  • the mechanical protective effect is achieved on the one hand by the air cushion and on the other hand by the sandwich structure.
  • the advantage in terms of a synergetic effect is that both protective measures can be provided independently of one another, but complement each other in that they develop a protective effect with regard to different mechanical influences from the outside.
  • the heating cable according to the invention When used as a heating cable, the heating cable according to the invention has the advantages that it is highly flexible and chemically resistant, enables constant heating power (active power), large heating circuit lengths are possible and the supply voltage can be up to 750 V.

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

Abstract

Die elektrischen Heizkabel (6) lassen sich beispielsweise zur Aufrechterhaltung einer konstanten Prozesstemperatur als Serien-Widerstandsheizungen verwenden. Ein solches Heizkabel (6) weist einen Mehrschichtaufbau auf, wobei von innen nach außen ein Heizleiter (1), eine erste Isolierschicht (2) aus PFA, eine Schicht (3) aus Glasfaserkeramikband, eine Verstärkungsschicht (4) aus einem Drahtgeflecht sowie eine weitere PFA-Isolierschicht (5) vorgesehen sind. Durch das Zusammenspiel des Glasfaserkeramikbands (3) mit der Verstärkungsschicht (4) ist insbesondere der empfindliche Heizleiter (1) gut gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen geschützt.

Description

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

Claims

Ansprüche:
1. Heizkabel mit Mehrschichtaufbau, das von innen nach außen wenigstens die folgenden Elemente aufweist: - einen zentralen elektrisch leitfähigen Heizleiter (1) und
- zwei elektrisch isolierende und im wesentlichen luftundurchlässige Schichten (2, 5), die derart angeordnet sind, dass sich zwischen ihnen ein Luftpolster ausbilden kann
2. Heizkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung eines direkten Kontakts der beiden im wesentlichen luftundurchlässigen Schichten (2, 5) ein Abstandshalter (4) vorgesehen ist.
3. Heizkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter eine Schicht (4) mit faseriger, geflochtener, zellartiger oder poröser Struktur ist.
4. Heizkabel nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (4) zu einer mechanische Verstärkungsfunktion ausgelegt ist.
5. Heizkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter eine Verstärkungsschicht aus einem metallischen Drahtgeflecht (4) ist.
6. Heizkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Drahtgeflecht (4) aus vernickelten Kupfer-Drähten besteht.
7. Heizkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der im wesentlichen luftundurchlässigen Schichten (2, 5) aus Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA) besteht.
8. Heizkabel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einer der im wesentlichen luftundurchlässigen Schichten (2, 5) und dem Abstandshalter (4) eine Schicht (3) aus einem nichtmetallischen Fasermaterial vorgesehen ist.
9. Heizkabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus einem nichtmetallischen Fasermaterial aus einem
Glasfaserkeramikband (3) besteht.
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