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English Das Absorptionsvermögen beschreibt, wie gut eine Oberfläche elektromagnetische Strahlung aufnehmen kann. Während ein Teil der Strahlung reflektiert oder durch das Material hindurchtritt, wird der andere Teil aufgenommen. Viele industriell eingesetzte Werkstoffe erreichen ihr höchstes Absorptionsvermögen im Infrarotbereich zwischen 2 und 10 µm. Genau in diesem Wellenlängenbereich kommen auch unsere Infrarotstrahler zum Einsatz.
Der Ableitstrom ist ein wichtiger Sicherheitswert bei elektrischen Heizelementen. Zur Prüfung wird das Heizelement mit dem 1,15-fachen seiner Bemessungsspannung betrieben. Anschließend wird der Strom gemessen, der über die Isolierung zu berührbaren metallischen Bauteilen fließt. Dieser Wert sollte 3 mA nicht überschreiten.
Ampere (A) ist die Maßeinheit der elektrischen Stromstärke. Sie wurde nach dem Physiker André-Marie Ampère benannt und gibt an, wie viel elektrischer Strom durch einen Leiter fließt.
Keramische Anschlussklemmen gehören zum Zubehörprogramm von Türk+Hillinger und werden vor allem bei Infrarotstrahlern sowie mittelwelligen Quarzstrahlern eingesetzt. Sie verfügen über Edelstahlkontakte, sind für Temperaturen bis 200 °C ausgelegt und können mit einer Strombelastung von bis zu 15 A betrieben werden.
Die Anheizleistung beschreibt die Leistung, die benötigt wird, um ein System
einer bestimmten Zeit auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Während dieser Aufheizphase entstehen zusätzlich Wärmeverluste durch Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Für die Auslegung eines Heizelementes werden die Anheizleistung, die Dauerheizleistung und die daraus resultierende Heizleistung berücksichtigt.
Bei der Auswahl eines verdichteten Heizelementes spielt die Oberflächenbelastung eine entscheidende Rolle. Sie beeinflusst unmittelbar die Temperatur des Heizleiters und damit auch die Lebensdauer des Heizelementes. Für eine möglichst lange Lebensdauer sollten eine geringe Oberflächenbelastung und ein möglichst großer Durchmesser gewählt werden. Ebenso sind die Wärmeübertragung, die Passung zwischen Heizelement und Bohrung, Wärmeverluste sowie die Art der Temperaturregelung zu berücksichtigen.
Die beheizte Zone ist der Bereich eines Heizelementes, über den die erzeugte Wärme gezielt an den jeweiligen Prozess abgegeben wird. Industrieheizelemente wie Heizpatronen, Rohrheizkörper oder Düsenheizelemente besitzen in der Regel sowohl eine beheizte als auch eine unbeheizte Zone.
Für die Auslegung eines Heizungssystems werden zunächst die Anheizleistung und die Dauerheizleistung berechnet. Maßgebend ist anschließend der höhere der beiden Werte. Zusätzlich sollten die Abmessungen des zu beheizenden Körpers, dessen Wärmeisolierung sowie eine Leistungsreserve von etwa 10 bis 20 % berücksichtigt werden. Gleichzeitig müssen die zulässigen Grenzwerte der Oberflächenbelastung eingehalten werden.
Die Dauerheizleistung beschreibt die Leistung, die während des laufenden Prozesses dauerhaft benötigt wird. Sie setzt sich aus der Energie für die Erwärmung des Mediums und den entstehenden Wärmeverlusten zusammen und bildet eine wichtige Grundlage für die Auslegung elektrischer Heizelemente.
Je nach Anwendung kommen stetige Regler oder Zweipunktregler zum Einsatz. Stetige Regler passen die Leistung kontinuierlich an und ermöglichen eine präzise Temperaturregelung. Zweipunktregler schalten die Heizleistung dagegen vollständig ein oder aus. Für hochbelastete Heizelemente empfiehlt Türk+Hillinger den Einsatz stetiger Regler, da diese die Lebensdauer der Heizelemente deutlich erhöhen können.
Bei der dielektrischen Erwärmung erzeugt ein elektrisches Wechselfeld Wirbelströme im zu erwärmenden Material. Dadurch entsteht Wärme. Ein bekanntes Beispiel für dieses Erwärmungsverfahren ist die Mikrowelle.
Für Anwendungen mit höheren Leistungen werden häufig Drehstromsysteme mit 400 Volt eingesetzt. Dabei kommen überwiegend die Stern- oder die Dreieckschaltung zum Einsatz. Beide Schaltungsarten unterscheiden sich hinsichtlich Spannung, Stromstärke und Leistungsberechnung und werden abhängig von der jeweiligen Anwendung gewählt.
Düsenheizelemente werden unter anderem zur Beheizung von Heißkanaldüsen und Heißleim-Auftragsdüsen eingesetzt. Sie sind sowohl als gestreckte, biegefähige Ausführung als auch in gewendelter Form erhältlich und werden an die jeweiligen Anforderungen angepasst. Durch kontinuierlich optimierte Fertigungsprozesse wird dabei eine gleichbleibend hohe Produktqualität sichergestellt.
Unter Elektrowärme versteht man die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme. Dieses Verfahren wird sowohl in der Industrie als auch im Haushalt eingesetzt und bietet für viele Erwärmungsaufgaben eine einfache und effiziente Lösung.
Epoxidharz wird verwendet, um den Anschlussbereich eines Heizelementes dauerhaft abzudichten. Dadurch wird der Anschluss mechanisch belastbarer und gleichzeitig zuverlässig vor dem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt.
Verdichtete Heizelemente können durch das verwendete Magnesiumoxid Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnehmen. Dadurch kann der Isolationswiderstand sinken. Deshalb sollten Heizelemente trocken gelagert werden. Haben sie bereits Feuchtigkeit aufgenommen, können sie durch langsames Aufheizen und anschließendes Ausheizen bei 180 °C getrocknet werden. Anschließend sollte der Isolationswiderstand erneut geprüft werden.
Glimmer ist ein natürlich vorkommendes Mineral, das bereits seit Jahrhunderten genutzt wird. Im Englischen wird Glimmer als „Mica“ bezeichnet. Daher stammt auch die Bezeichnung „Mica-Heizelemente“, die in der Elektrowärmetechnik verwendet wird.
Heizstäbe beziehungsweise Stabheizelemente sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Erfolgt der elektrische Anschluss an beiden Enden, spricht man in der Regel von einem Rohrheizkörper. Befindet sich der Anschluss nur auf einer Seite, handelt es sich um eine Heizpatrone. Hochleistungsheizpatronen unterscheiden sich darüber hinaus durch ihren speziellen Aufbau, der besonders hohe Oberflächenbelastungen ermöglicht.
Hochleistungsheizpatronen sind elektrische Heizelemente für Anwendungen, bei denen auf kleinstem Bauraum eine hohe Heizleistung benötigt wird. Sie besitzen einen Edelstahlmantel mit kreisrundem Querschnitt und erreichen Betriebstemperaturen von bis zu 750 °C. Je nach Anwendung kommen bei Türk+Hillinger hochverdichtete, leichtverdichtete oder unverdichtete Heizpatronen zum Einsatz.
Hochleistungsheizpatronen kommen überall dort zum Einsatz, wo hohe Leistungen auf kleinstem Einbauraum erforderlich sind. Typische Anwendungen finden sich beispielsweise im Maschinenbau, Werkzeugbau oder in der Kunststoffverarbeitung.
Die Hochleistungsheizpatrone Typ HLP wurde speziell für anspruchsvolle Einsatzbedingungen entwickelt. Durch ein besonderes Fertigungsverfahren und hochwertige Werkstoffe lassen sich sehr hohe Leistungen auf kleinem Bauraum realisieren. Damit die entstehende Wärme zuverlässig abgeführt werden kann, sind eine präzise gefertigte Aufnahmebohrung und eine passende Passung besonders wichtig.
Zwischen Heizpatrone und Aufnahmebohrung sollte das Bohrungsspiel möglichst gering sein. Eine ungeeignete Passung kann die Manteltemperatur deutlich erhöhen und dadurch die Lebensdauer der Heizpatrone verkürzen. Aus diesem Grund empfiehlt sich insbesondere bei hohen Oberflächenbelastungen eine präzise Bearbeitung der Bohrung.
Heizregister dienen zur Erwärmung gasförmiger Medien. Dabei strömt das Medium über einen offen liegenden Widerstandsdraht und wird durch natürliche oder erzwungene Konvektion erwärmt. Typische Einsatzbereiche sind unter anderem Wäschetrockner, Heizlüfter, Schrumpfkanäle und Konvektionsöfen.
Heizpatronen ohne Metallmantel gehören zu den offenen Heizelementen. Sie bestehen aus einem keramischen Trägerkörper, in den eine Heizleiterwendel eingebracht wird. Eingesetzt werden sie vor allem zur Erwärmung gasförmiger Medien, beispielsweise in Kunststoff-Schweißgeräten.
Hybridheizungen basieren auf der Dickschichttechnik. Dabei werden Heizwiderstände und gegebenenfalls Temperatursensoren auf Keramiksubstrate oder emaillierte Stahlplatten aufgebracht. Das ermöglicht eine besonders flache Bauweise und macht Hybridheizungen unter anderem für Anwendungen in der Medizintechnik oder für Warmhalteplatten interessant.
Bei der Induktionserwärmung erzeugt ein magnetisches Wechselfeld Wirbelströme im zu erwärmenden Werkstück. Diese Wirbelströme erzeugen die benötigte Wärme direkt im Material. Typische Anwendungen sind beispielsweise das induktive Härten oder Schmelzen von Metallen.
Konvektion beschreibt die Wärmeübertragung durch die Bewegung von Gasen oder Flüssigkeiten. Ursache dafür sind Temperaturunterschiede, durch die Strömungen entstehen und Wärme transportiert wird. Dieses Prinzip spielt bei zahlreichen industriellen Erwärmungsprozessen eine wichtige Rolle.
Bei der Lichtbogenerwärmung wird die entstehende Wärme eines elektrischen Lichtbogens auf das Werkstück übertragen. Ein bekanntes Anwendungsbeispiel ist das Lichtbogenschweißen.
Die Position des Temperaturfühlers hat einen entscheidenden Einfluss auf die Genauigkeit der Temperaturregelung. Idealerweise befindet sich der Messpunkt direkt an der prozessrelevanten Stelle. Je größer der Abstand zum eigentlichen Messort ist, desto ungenauer kann die Regelung arbeiten. Zusätzlich können Zeitverzögerungen, Leitungswiderstände oder die Genauigkeit des Reglers das Messergebnis beeinflussen.
Mantelthermoelemente dienen der Temperaturmessung in industriellen Anwendungen. Sie bestehen aus zwei unterschiedlichen Metallen, die von einem Metallmantel umgeben und durch verdichtetes Magnesiumoxid elektrisch voneinander isoliert sind. Aufgrund ihres großen Temperaturbereichs werden sie in vielen Bereichen der Industrie eingesetzt.
Das Ohmsche Gesetz bildet eine wichtige Grundlage für die Berechnung elektrischer Heizelemente. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen Spannung, Stromstärke, Widerstand und Leistung und dient unter anderem zur Auslegung elektrischer Heizwiderstände. Die grundlegenden Formeln gelten sowohl für Gleich- als auch für Wechselspannung.
Die Oberflächenbelastung gibt an, welche Leistung auf eine bestimmte beheizte Oberfläche eines Heizelementes wirkt. Sie wird in Watt pro Quadratzentimeter (W/cm²) angegeben und zählt zu den wichtigsten Kennwerten bei der Auslegung elektrischer Heizelemente. Insbesondere bei Hochleistungsheizpatronen beeinflusst sie maßgeblich die Beanspruchung und Lebensdauer des Heizelementes.
Wärme wird immer von einem Bereich höherer Temperatur zu einem Bereich niedrigerer Temperatur übertragen. Dabei unterscheidet man grundsätzlich drei Arten der Wärmeübertragung: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. In technischen Anwendungen treten diese Formen häufig gleichzeitig auf, unterscheiden sich jedoch je nach Heizelement in ihrer Bedeutung.
PTC-Heizelemente bestehen aus speziellen Halbleitermaterialien, deren elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur stark zunimmt. Dadurch sinkt die Heizleistung automatisch, sobald eine bestimmte Temperatur erreicht wird. PTC-Heizelemente vereinen Heizung und Temperaturregelung in einem Bauteil und werden unter anderem zur Flüssigkeitserwärmung, für Frostschutzheizungen sowie Öl- und Kraftstoffvorwärmer eingesetzt.
Ein PT100-Widerstand ist ein Temperaturfühler, dessen elektrischer Widerstand sich mit der Temperatur verändert. Der Messwiderstand besteht aus Platin und besitzt bei 0 °C einen Widerstand von 100 Ω. PT100-Elemente eignen sich insbesondere für Anwendungen, bei denen Temperaturen bis etwa 200 °C präzise gemessen und geregelt werden müssen.
Rohrheizkörper zählen zu den vielseitigsten elektrischen Heizelementen. Die Wärme entsteht in einem stromdurchflossenen Heizleiter, der in einer hochverdichteten Magnesiumoxid-Schicht eingebettet ist. Dadurch wird eine hohe elektrische Isolierung mit einer guten Wärmeleitung kombiniert. Rohrheizkörper eignen sich zur Erwärmung flüssiger, gasförmiger und fester Medien und werden in zahlreichen Anwendungen der Industrie und des Haushalts eingesetzt.
Rohrwendelpatronen sind hochverdichtete Heizelemente mit geringer Masse und hoher Formbarkeit. Sie ermöglichen eine hohe Heizleistung bei geringem Platzbedarf und werden unter anderem zur Beheizung von Spritzgießdüsen, in Laboranwendungen sowie im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt.
Wärmeverluste beeinflussen unmittelbar die benötigte Heizleistung eines Systems. Deshalb sollten sie bereits bei der Auslegung berücksichtigt werden. Je nach Größe des zu beheizenden Objekts und der vorhandenen Wärmeisolierung können die Wärmeverluste unterschiedlich hoch ausfallen.
Wärmestrahlung ist die Übertragung von Wärme durch elektromagnetische Wellen. Jeder erwärmte Körper sendet Wärmestrahlung aus. Trifft diese auf eine Oberfläche, wird sie je nach Material reflektiert, absorbiert oder durchgelassen. Im luftleeren Raum erfolgt die Wärmeübertragung ausschließlich durch Strahlung.
Die Temperatur beschreibt den Wärmezustand eines Körpers und dient als Maß für die mittlere Bewegungsenergie seiner Moleküle. Wärme hingegen ist eine Form der Energie, die zwischen Körpern mit unterschiedlicher Temperatur übertragen werden kann. Beide Begriffe werden im Alltag häufig gleichgesetzt, beschreiben jedoch unterschiedliche physikalische Größen.
Temperatursensoren erfassen die Temperatur eines Prozesses oder Bauteils. Dabei wird die Eigenschaft bestimmter Werkstoffe genutzt, ihren elektrischen Widerstand oder ihre Thermospannung in Abhängigkeit von der Temperatur zu verändern. Grundsätzlich wird zwischen Thermoelementen und Widerstandssensoren unterschieden.
Thermistoren sind temperaturabhängige Widerstände. Bei sogenannten NTC-Widerständen nimmt der elektrische Widerstand mit steigender Temperatur ab. Thermistoren reagieren besonders schnell auf Temperaturänderungen, sind jedoch nur für einen begrenzten Temperaturbereich geeignet.
Verdichtete Heizelemente besitzen Heizleiter, die in verdichtetem Magnesiumoxid eingebettet sind. Dadurch können deutlich höhere Oberflächenbelastungen erreicht werden als bei unverdichteten Heizelementen. Während unverdichtete Ausführungen vor allem für weniger anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt werden, eignen sich hochverdichtete Heizelemente für schwierige Betriebsbedingungen und hohe Leistungen auf kleinstem Bauraum.
Bei der Erwärmung von Flüssigkeiten sollten verdichtete Heizelemente im Betrieb vollständig von der Flüssigkeit umgeben sein. Zudem sind Ablagerungen auf der Oberfläche zu vermeiden, da sie die Wärmeübertragung beeinträchtigen und die Lebensdauer verkürzen können. Bei gasförmigen Medien hängen die zulässigen Oberflächenbelastungen unter anderem von den Strömungsverhältnissen und der Art der Wärmeabfuhr ab.
Wärmeenergie bezeichnet die Energie, die benötigt wird, um einen Stoff zu erwärmen oder die beim Abkühlen wieder abgegeben wird. Wie viel Wärmeenergie erforderlich ist, hängt unter anderem von der Masse des Stoffes, seiner spezifischen Wärmekapazität und der gewünschten Temperaturänderung ab.
Die Widerstandserwärmung ist das in der Praxis am häufigsten eingesetzte Verfahren zur elektrischen Wärmeerzeugung. Dabei wird elektrische Energie in einem Heizleiter in Wärme umgewandelt und anschließend auf das zu erwärmende Medium übertragen. Dieses Verfahren findet in zahlreichen industriellen Anwendungen Verwendung.
Wärmeleitung beschreibt die Übertragung von Wärme innerhalb fester, flüssiger oder gasförmiger Stoffe durch direkten physikalischen Kontakt. Dabei wird die Wärme stets in Richtung niedrigerer Temperatur weitergeleitet. Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung hängt unter anderem von der Wärmeleitfähigkeit des jeweiligen Werkstoffs ab.
Die benötigte Heizleistung hängt von vier wesentlichen Faktoren ab: der Masse des Mediums, der gewünschten Temperaturänderung, der spezifischen Wärmekapazität und der vorgesehenen Aufheizzeit. Diese Größen bilden die Grundlage für die Auslegung eines geeigneten Heizelementes.
Wärmeverluste entstehen immer dann, wenn zwischen zwei Bereichen ein Temperaturunterschied besteht. Sie können durch Wärmeleitung, Konvektion oder Wärmestrahlung verursacht werden und beeinflussen die erforderliche Heizleistung eines Systems. Deshalb sollten sie bereits bei der Auslegung von Heizelementen berücksichtigt werden.
