DE19839651B4

DE19839651B4 - Chemisch weitgehend resistente, schlauchförmige Ummantelung für einen Heizkörper einer elektrischen Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE19839651B4
Application number: DE19839651A
Authority: DE
Inventors: Helmut Meyer
Original assignee: Polytetra GmbH
Current assignee: POLYTETRA GMBH, 41189 MOENCHENGLADBACH, DE
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2018-09-02
Also published as: US6169276B1; DE19839651A1

Abstract

Chemisch weitgehend resistente, schlauchförmige Ummantelung (2) für einen Heizkörper (1) einer elektrische Heizvorrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die schlauchförmige Ummantelung (2) aus einem wenigstens zweischichtigen, coextrudiertem Material mit einer Innenschicht (3) und einer Außenschicht (4) besteht;
– sowohl das Material der Innenschicht (3) als auch der Außenschicht (4) auf der Basis von Perfluoralkoxy (PFA) aufgebaut ist;
– die Innenschicht (3) zur Verbesserung der Wärmeleitung Kohle- und/oder Graphit- und/oder Leitpigmentanteile aufweist; und
– die Innenschicht (3) und die Außenschicht (4) ohne Lufteinschlüsse homogen miteinander verschmolzen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine chemisch weitgehend resistente Ummantelung für einen Heizkörper einer elektrischen Heizvorrichtung.
Insbesondere für den Einsatz in aggressiven flüssigen Medien sind elektrische Heizvorrichtungen der vorstehend genannten Art bekannt, bei denen die Ummantelung auf der Basis von Fluorkunststoff aufgebaut ist. Derartig überzogene Rohrheizkörper, Heizpatronen, Heizkabel etc. lassen nur eine relativ geringe elektrische Oberflächenbelastung (in W pro cm²) zu, da sie sonst schmelzen oder herunterbrennen würden. Der Grund liegt in der relativ schlechten Wärmeabfuhr, die bei zu großer Belastung zu einer Überhitzung bzw. einem Hitzestau führt.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr ist es bekannt geworden, der Ummantelung gute Wärmeleitermaterialien, wie z.B. Kohle oder Graphit oder andere Leitpigmente beizumischen. Diese Beimischungen bringen jedoch entscheidende Nachteile mit sich: zum einen sind sie elektrisch leitfähig. Weiterhin haben die Beimischungen zur Folge, daß die Ummantelung je nach eingesetztem Kunststoff schlecht oder überhaupt nicht verschweißbar ist. Weiterhin führt die Beimischung dazu, daß höhere Permeations-/Diffusionswerte infolge der Fremdstoffanteile auftreten. Ein weiterer Nachteil der Beimischungen besteht darin, daß die chemische Beständigkeit der Ummantelung dadurch wesentlich herabgesetzt wird.

Das Problem der geringen chemischen Beständigkeit einer Kunststoffschicht mit eingestreuten Partikeln wird in der DE 38 36 387 C1 dadurch zu lösen versucht, daß nur gut wärmeleitende und gleichzeitig gegen die aggressiven Flüssigkeiten beständige Füllstoffe beigemischt werden. Hierfür wird der Einsatz keramischer Stoffe wie z.B. Siliciumcarbid als Beimischungen vorgeschlagen. Dieser Gewinn an chemischer Resistenz wird allerdings durch eine stark eingeschränkte Materialauswahl für die einsetzbaren Partikel erkauft. Weiterhin bleiben die bekannten Nachteile der schlechten verschweißbarkeit, der schlechten Permeations- und Diffusionswerte und der Porösität der Ummantelung.

Das Gebrauchsmuster GM 70 24 328 beschreibt einen Heizkörper für die Erwärmung galvanischer Bäder. Das U-förmig gebogene Heizrohr hat dabei einen Schalenaufbau, bei welchem ein elektrischer Widerstand (Heizwendel) mittels einer Füllung aus Magnesiumoxyd in einem Metallrohr eingebettet ist. Zum Schutz gegen den Angriff von Säure wird das Metallrohr von einer Kunststoffummantelung umgeben. Nach einer besonderen Ausgestaltung kann dabei zwischen dem Metallrohr und dem Kunststoffmantel ein weiteres Metallrohr angeordnet sein. Der Zweck dieses zweiten Metallrohres ist es, etwa auftretende Wärmeknoten abzubauen, indem die Wärme in axialer Richtung abgeleitet wird. Zwischen dem zweiten Metallrohr und dem Kunststoffmantel stellt sich indes aufgrund der sehr verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten zwischen Metall und Kunststoff unverändert ein starker Temperatursprung ein.

Die DE 196 51 733 A1 offenbart beheizbare Gummikörper, welche als Dichtungselemente an verschiedenen Stellen des Kraftfahrzeuges eingesetzt werden. Der Gummikörper besteht dabei aus zweischichtigen Bereichen, welche coextrudiert wurden und bei denen zusätzlich zum normalen Gummi ein durch Zugabe eines leitfähigen Stoffes elektrisch leitfähig ausgebildeter Bereich vorhanden ist. Es wird jedoch nicht das Problem behandelt, eine Heizvorrichtung gegen den Angriff aggressiver Flüssigkeiten beständig zu machen. Weiterhin sind die auftretenden Heizleistungen und Temperaturen gering, da es lediglich um das Auftauen festgefrorener Türen, Fenster, etc. geht.

Die DE 78 34 800 U1 betrifft ein elektrisches Heizelement mit Schutzleiter, welches einen coaxialen Aufbau von Heizdraht und umgebender Erdung hat. Zur Herstellung der notwendigen elektrischen Isolation muß sich dabei zwischen Heizdraht 1 und Erdung 3 ein Kunststoffmantel 2 befinden. Zum Schutz des Heizelementes beim Einsatz in aggressiven Flüssigkeiten ist weiterhin die gesamte Heizvorrichtung mit einem Kunststoffaußenmantel 4 umgeben. Dieser Außenmantel 4 hat einen bekannten einschichtigen homogenen Aufbau.

Aus der DE 28 50 722 A1 ist ein elektrisches Heizelement für aggressive Bäder bekannt, bei welchem ein Heizleiter von einer Zwischenisolierung aus Fluorkunststoff, von einem geflechtartigen Mantelleiter und von einem äußeren Schutzmantel umgeben ist, wobei der äußere Schutzmantel aus PFA gebildet sein kann.

Des Weiteren ist es aus der DE 20 60 137 A bekannt, die thermische Leitfähigkeit einer einen Heizleiter umgebenden Schicht durch die Einbettung von Kohle-, Graphit- oder Leitpigmentanteilen zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Behebung vorstehend genannter Nachteile elektrische Heizvorrichtungen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß deren Heizleistung ohne nachteilige Folgen erhöht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ummantelung aus einem wenigstens zweischichtigen co-extrudierten Material mit einer in Gebrauchslage dem Heizkörper zugewandten Innenschicht aus gut wärmeleitendem Werkstoff und einer dem Heizkörper abgewandten Außenschicht aus einem chemisch weitgehend resistenten, elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff besteht, und die Innenschicht und die Außenschicht ohne Lufteinschlüsse homogen miteinander verschmolzen sind.

Bei co-extrudiertem Material handelt es sich um Schläuche oder Folien, die eine Art Sandwichaufbau bzw. einen Doppel- oder Mehrfachverbund besitzen.

Durch das Vorhandensein einer wärmeableitenden Innenschicht der Ummantelung kann die Wärme an der Oberfläche des Heizkörpers um größenordnungsmäßig 40 bis 50 % reduziert werden, da dadurch die Wärme besser und schneller abgeführt werden kann. Die Außenschicht besteht aus Naturmaterial und sorgt sowohl für eine gute chemische Beständigkeit als auch eine sichere Verschweißbarkeit der Ummantelung. Die Außenschicht ist darüber hinaus auch elektrisch nicht leitend. Lufteinschlüsse sind zwischen Innenschicht und Außenschicht nicht vorhanden, da die beiden Schichten homogen miteinander verschmolzen sind.

Bei der Erfindung ist vorteilhaft, daß die Oberflächenbelastung des Heizkörpers von bisher ca. 2 W/cm² auf 3 W/cm² und mehr heraufgesetzt werden kann, um vertretbare, sichere Temperaturen an der Ummantelung zu erhalten. Die Heizleistung kann bei gleicher Fläche im Vergleich zum Stand der Technik durch die erfindungsgemäße Maßnahme um ca. 40 bis 50 % erhöht werden. Hierdurch kann die Effektivität der elektrischen Heizvorrichtung bei fast gleichen Herstellungkosten gegenüber dem Stand der Technik um ca. 50 % erhöht werden.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Innenschicht zur Erzielung der gewünschten guten Wärmeleitung Kohle- und/oder Graphitanteile oder andere Leitpigmente aufweist.

Die Außenschicht weist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein chemisch beständiges und eine sichere Verschweißbarkeit ermöglichendes Naturmaterial auf.

Der Grundwerkstoff sowohl der Innenschicht als auch der Außenschicht besteht vorzugsweise aus einer Fluorkunststoffverbindung. Vorzugsweise handelt es sich sowohl bei der Innenschicht als auch bei der Außenschicht um Material auf der Basis von PFA (Perfluoralkoxy). Es sind aber auch Materialien auf der Basis von FEP (Fluoräthylenpropylen) und/oder ECTFE (Äthylen-Chlortrifluor-Äthylen) und/oder PVDF (Polyvinylidenfluorid) möglich, so etwa in der Kombination PFA/PFA oder PFA/FEP oder FEP/FEP oder ECTFE/PVDF oder ECTFE/ECTFE, wobei das erstgenannte Material jeweils das Material der Innenschicht und das zweitgenannte Material das Material der Außenschicht darstellt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß die Innenschicht der Ummantelung in einem Coextrusionsverfahren ohne Lufteinschlüsse mit der Außenseite des Heizkörpers verbunden ist. Durch das Aufextrudieren der Ummantelung direkt auf den vorzugsweise metallischen Rohrheizkörper wird erreicht, daß eine Bildung von Lufteinschlüssen zwischen der Außenseite des Rohrheizkörpers und der Innenseite der Ummantelung verhindert wird. Die Ummantelung selbst kann z.B. als Folie mit Wicklungen, als Schlauch, als Schrumpfschlauch oder in Form direkt aufextrudierter Schichten ausgebildet sein.

Die beigefügte Figur zeigt schematisch eine Schnittdarstellung einer elektrischen Heizvorrichtung. Ein mit 1 bezeichneter Rohrheizkörper weist eine Ummantelung 2 mit einer Innenschicht 3 und einer Außenschicht 4 auf. Die Innenschicht 3 und die Außenschicht 4 sind einem Co-Extrudierverfahren ohne Lufteinschlüsse homogen miteinander verschmolzen. Sowohl die Innenschicht 3 als auch die Außenschicht 4 sind jeweils als PFA-Schlauch ausgebildet, wobei die Innenschicht 3 Einschlüsse aus Kohle, Graphit oder Leitpigmenten bestehende Anteile aufweist und dadurch gut wärmeleitend ausgebildet ist. Die Außenschicht besteht aus chemisch weitgehend resistentem, elektrisch nicht leitfähigem Material, welches gut verschweißbar ist.

Claims

Chemisch weitgehend resistente, schlauchförmige Ummantelung (2) für einen Heizkörper (1) einer elektrische Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass – die schlauchförmige Ummantelung (2) aus einem wenigstens zweischichtigen, coextrudiertem Material mit einer Innenschicht (3) und einer Außenschicht (4) besteht; – sowohl das Material der Innenschicht (3) als auch der Außenschicht (4) auf der Basis von Perfluoralkoxy (PFA) aufgebaut ist; – die Innenschicht (3) zur Verbesserung der Wärmeleitung Kohle- und/oder Graphit- und/oder Leitpigmentanteile aufweist; und – die Innenschicht (3) und die Außenschicht (4) ohne Lufteinschlüsse homogen miteinander verschmolzen sind.
Elektrische Heizvorrichtung mit wenigstens einem Heizkörper (1) mit einer diesen umgebenden, chemisch weitgehend resistenten Ummantelung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung nach Anspruch 1 ausgebildet ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (3) der Ummantelung in einem Coextrusionsverfahren ohne Lufteinschlüsse mit der Außenseite des Heizkörpers (1) verbunden ist.