Ein Patronenheizelement ist ein röhrenförmiges industrielles Heizelement, das in Bohrlöcher eingesetzt werden kann. Patronenheizelemente sorgen für eine lokale und präzise Erwärmung und werden häufig in der Prozessindustrie eingesetzt. In der Regel werden Patronenheizelemente zum Erwärmen eines Metallblocks von innen verwendet und können je nach Anforderungen der Anwendungen mit einer bestimmten Wattdichte kundenspezifisch hergestellt werden.
Patronenheizkörper werden am häufigsten zum Erwärmen von Metallteilen durch Einführen in Bohrlöcher verwendet. Um die Installation zu erleichtern, sind die Heizkörper im Vergleich zu ihrem Nenndurchmesser etwas kleiner dimensioniert.
Wie funktioniert ein Patronenheizkörper?
Ein Patronenheizkörper besteht aus einer Widerstandsspule, die um einen Keramikkern gewickelt ist, der von einem Dielektrikum umgeben und von einer Metallhülle umschlossen ist. Die durch die Spule auf die Hülle übertragene Wärmeenergie bewirkt, dass sich die Hülle erwärmt. Diese Wärme wird dann auf das zu erwärmende Metallteil im Inneren übertragen.
Um einen Patronenheizkörper in eine Anwendung mit niedrigen oder mittleren Temperaturen (600 °F oder weniger) einzubauen, sind für das Bohren der Löcher in der Regel Allzweckbohrer ausreichend. Die Löcher können 0,003 bis 0,008 Zoll über der Nenngröße des Bohrers gebohrt werden, was zu Passungen von 0,009 bis 0,014 Zoll führt. Diese Passung ist zwar etwas lockerer, als es für eine optimale Wärmeübertragung erforderlich wäre, erleichtert jedoch die Installation und Entfernung der Patronenheizungen, insbesondere solcher mit langen Hüllen. Bei hohen Leistungsdichten ist eine enge Passung viel wichtiger. Die Löcher sollten gebohrt und gereibelt werden, anstatt nur mit einem Allzweckbohrer gebohrt zu werden. Bei einer engeren Passung läuft der Heizstab kühler und hat eine längere Lebensdauer.
Wie hoch sind die Betriebstemperaturen eines Patronenheizelements?
Patronenheizelemente können bei niedrigen, mittleren und hohen Wattdichten betrieben werden. Sie sind für eine Betriebstemperatur von bis zu 1400 °F ausgelegt. Die optimale Betriebstemperatur hängt jedoch von der Anwendung ab, für die Sie das Patronenheizelement verwenden.
Es ist auch wichtig zu beachten, dass es mehrere Faktoren gibt, wie z. B. die Wattdichte des Patronenheizelements, die Dichtheit der Patrone im Loch und die Wärmeleitfähigkeit der zu erwärmenden Materialien, die sich auf die tatsächliche Temperatur eines Industrieheizelements und die überwachte Temperatur der Materialien während des Heizzyklus auswirken können. Für Hochtemperaturanwendungen, z. B. über 1000 °F, werden Incoloy-Mäntel empfohlen, um eine maximale Wärmeübertragung und Haltbarkeit zu gewährleisten.
Es ist auch wichtig, den elektrischen Anschluss einer Heizpatrone im Hinblick auf die Betriebstemperatur zu berücksichtigen. Wenn Heizpatronen bei relativ hohen Temperaturen verwendet werden, sollten die elektrischen Anschlüsse entweder anders als die üblichen Hochtemperatur-Anschlusskabel sein oder die Heizpatrone sollte so konstruiert sein, dass die Temperatur um die Anschlusskabel herum unterhalb der Temperaturgrenze des Anschlusskabels gehalten wird.
Wofür werden Patronenheizkörper verwendet?
Patronenheizkörper werden am häufigsten zum Beheizen von Matrizen, Platten, Formen und anderen Metallteilen verwendet, indem sie in Bohrlöcher eingesetzt werden. Sie können auch in Flüssigkeits-Tauchbädern eingesetzt werden. Nachfolgend finden Sie einige Beispiele für spezifische Anwendungen:
- Erwärmung von Gasen und Flüssigkeiten
- Heißkanalformen
- Heißprägen
- Laminierpressen
- Medizinische Geräte
- Halbleiter
- Kunststoffformung
- Wissenschaftliche Geräte
Temperaturregler und Sensoren für Patronenheizungen
Der Sensor für die Temperaturregelung ist ebenfalls ein wichtiger Faktor und sollte zwischen der Arbeitsfläche des Teils und den Heizelementen platziert werden. Die Temperatur des Teils in einem Abstand von ca. 1/2" zu den Heizelementen wird zur Auswahl der maximal zulässigen Wattdichte aus dem Diagramm herangezogen. Die Leistungsregelung ist ein wichtiger Aspekt bei Anwendungen mit hoher Wattdichte. Häufig wird eine Ein-Aus-Regelung verwendet, die jedoch zu starken Temperaturschwankungen im Heizelement und in den Arbeitsteilen führen kann.
Thyristor-Leistungsregler sind wertvoll für die Verlängerung der Lebensdauer von Heizelementen mit hoher Wattdichte, da sie Ein-Aus-Zyklen effektiv eliminieren. Je nach Anwendung stehen verschiedene Temperaturregler und Sensoren zur Verfügung. Einer der beliebtesten Sensortypen für Patronenheizungen sind oberflächenmontierte Temperatursensoren. Thermoelemente, RTD oder Thermistoren sind mit einer selbstklebenden Rückseite oder zur Verklebung auf der zu beheizenden Oberfläche erhältlich.
Es sind auch Thermistoren zum Anschrauben und magnetische Thermistoren für die Oberflächenmontage erhältlich. Digitale Temperaturregler sind in vielen verschiedenen Größen mit zahlreichen Ausgangs- und Eingangsoptionen erhältlich. Am beliebtesten sind Thermoelement- und RTD-Eingänge mit Gleichstromimpulsausgang. Gleichstromimpulsausgänge ermöglichen es dem Benutzer, ein größeres Relais zum Schalten der Heizlast zu verwenden und eine proportionale Regelung anstelle einer Ein-/Aus-Regelung zu verwenden, die die Lebensdauer der Heizung verkürzen kann.
Wählen Sie die richtige Heizung
1/4-Zoll-Durchmesser-Patronenheizungen
Die Patronenheizungen der OMEGALUX™ CIR-Serie mit hoher Wattdichte werden nach den höchsten Industriestandards und ausschließlich aus hochwertigen Materialien hergestellt. Sie sind auf eine längere Lebensdauer ausgelegt und übertreffen alle Patronenheizungen anderer Marken sowohl in Labor- als auch in Industrieanwendungen. Ihre robuste Konstruktion bietet eine hohe Durchschlagfestigkeit sowie Stoß- und Vibrationsfestigkeit.
1/2"-Durchmesser-Patronenheizungen
Die Patronenheizungen der OMEGALUX™ CIR-Serie mit hoher Wattdichte eignen sich besonders gut für den Einsatz in Anwendungen mit Formen, Matrizen, Platten, Heizplatten und Betrieben zur Versiegelung.
Patronenheizelemente mit 3/8" Durchmesser
Die Patronenheizelemente der OMEGALUX™ CIR-Serie mit hoher Wattdichte eignen sich besonders gut für den Einsatz in Anwendungen mit Formen, Matrizen, Platten, Heizplatten und Betrieben zur Versiegelung. Sie sind in Längen von 1 bis 24" erhältlich.
Patronenheizelemente mit 3/4" Durchmesser
Die Patronenheizelemente der OMEGALUX™ CIR-Serie mit hoher Wattdichte eignen sich besonders gut für den Einsatz in Anwendungen mit Formen, Matrizen, Platten, Heizplatten und Betrieben zur Versiegelung. Sie sind in Längen von 2 1/4" bis 48" erhältlich.
Hochleistungs-Patronenheizungen
Die Hochleistungs-Patronenheizungen der OMEGALUX™ C-Serie eignen sich besonders für den Einsatz in Anwendungen mit Heizplatten, Formen, Matrizen, Platten und Behälterbeheizung.
Elektrische Bolzenheizgeräte
Die Heizgeräte der CBH-Serie bestehen aus robusten, metallummantelten Rohrheizelementen, die homogen mit einer Metallhülse kombiniert sind, die genau nach den Abmessungen dimensioniert wurde, um einen angemessenen Abstand zu gewährleisten und das Einführen in Standardbohrlöcher zu erleichtern, sodass große Bolzen oder Stehbolzen schnell mit einem Schraubenschlüssel aufgeweitet und festgezogen werden können, wodurch im kalten Zustand eine „Schrumpfsitzfestigkeit” beim Abkühlen. Nützlich bei der Montage von großen Kompressoren, Pressen, Turbinen, Formblöcken, Zylindern, Motorblöcken, Druckbehältern usw. Eine schnelle Erwärmung ist wichtig, um einen Wärmeverlust des umgebenden Metalls zu vermeiden. CBH-Heizelemente werden in der Regel in Sätzen verwendet, um ein gleichmäßiges Anziehen der Passteile zu ermöglichen.
Häufig gestellte Fragen
Bestimmung der Wattdichte
Der Begriff „Wattdichte” bezieht sich auf die Wärmeleistung oder Oberflächenbelastung. Es handelt sich um die Anzahl der Watt pro Quadratzoll der beheizten Oberfläche. Zu Berechnungszwecken haben Standard-Heizpatronen an jedem Ende eine unbeheizte Länge von 1/4 Zoll. Für einen 1/2 Zoll x 12 Zoll großen Heizkörper mit einer Nennleistung von 1000 Watt würde die Wattdichte somit wie folgt berechnet werden:
Wattdichte = W / (Π x D x HL)
Dabei gilt:
W= Wattzahl = 1000 W
Π = Pi (3,14)
D= Durchmesser = 0,5 Zoll
HL = Beheizte Länge = 11,5 Zoll
Wattdichte = 1000/(3,14 x 0,5 x 11,5) = 55 W/Zoll
Die meisten Anwendungen erfordern keine maximale Wattzahl pro Quadratzoll. Verwenden Sie nur die Wattdichte, die Sie benötigen. Nutzen Sie die Sicherheit, die durch die Verwendung von Nennleistungen unterhalb des zulässigen Maximums entsteht. Wählen Sie Raumheizgeräte für ein möglichst gleichmäßiges Wärmebild und nicht für die höchstmögliche Wattzahl pro Heizgerät.
Bei mittleren Wattdichten sind Allzweckbohrer in der Regel für das Bohren von Löchern ausreichend. In der Regel entstehen dabei Löcher, die 0,003" bis 0,008" über der Nenngröße des Bohrers liegen, was zu Passungen von 0,010" bis 0,015" führt. Aus Sicht der Wärmeübertragung ist natürlich die engste Passung wünschenswert, aber etwas lockerere Passungen erleichtern die Installation und Entfernung von Patronenheizungen, insbesondere von langen. Es wird empfohlen, die Bohrungen vollständig durch das Teil zu bohren, um die Entfernung der Heizung zu erleichtern. Reinigen oder entfetten Sie das Teil nach dem Bohren, um Schneidschmierstoffe zu entfernen.
Bei hohen Wattdichten sollten die Löcher gebohrt und gereibst werden, anstatt sie nur mit einem Allzweckbohrer auf den endgültigen Durchmesser zu bohren. Bei hohen Wattdichten ist eine enge Passung wichtig. Die Passung ist die Differenz zwischen dem Mindestdurchmesser des Heizelements und dem maximalen Durchmesser des Lochs. Bei einem Durchmesser von 1/2" beträgt die Passung eines OMEGALUX-Patronenheizelements beispielsweise 0,498" plus 000" minus 0,005". Wenn dieser Heizkörper in ein Loch eingesetzt wird, das auf einen Durchmesser von 0,503 Zoll – 0,493 Zoll = 0,010 Zoll gebohrt und aufgebohrt wurde.
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