Zu den Haushaltsanwendungen gehören beispielsweise Kochen, Erhitzen von Flüssigkeiten, Trocknen, Bügeln, das Heizen von Räumen sowie spezielle Zwecke wie das Heizen von Betten, Aquarien, Saunen, Lötkolben und Geräte zur Anstrichentfernung. Typische industrielle Anwendungen sind die Wärmebehandlung, das Härten und Trocknen von Tinte, Farben und Lacken. In Fahrzeugen werden Sitze, Motoren und Rückspiegel häufig elektrisch beheizt.
Bash test of alloys.Das Gerät und das Heizelement müssen die Anforderungen hinsichtlich Leistung, Rohstoff- und Herstellungskosten sowie Lebensdauer und Sicherheit erfüllen.
Diese Anforderungen können einander widersprechen. Eine lange Lebensdauer und ein hohes Maß an Sicherheit bedeuten eine niedrige Drahttemperatur, was eine lange Aufheizzeit und oft auch hohe Rohstoffkosten zur Folge hat. Haushaltsheizgeräte dürfen weder Personen- noch Sachschäden verursachen. Sicherheitsspezifikationen für jeden Markt können das Design des Geräts und des Elements beeinflussen und deren Temperatur begrenzen.
Die Lebensdauer eines gut konstruierten Elements hängt von der Ausführungsform und der Art des verwendeten Drahtes ab. Unsere FeCrAl- und NiCr(Fe)-Drähte verfügen über hervorragende Eigenschaften bei hohen Temperaturen und bieten die bestmögliche Lebensdauer. Es ist zu beachten, dass die Lebensdauer eines Drahtes mit zunehmendem Drahtdurchmesser und sinkender Drahttemperatur zunimmt.
DRAHTTEMPERATUR
Life test of 4 mm wire.Bei eingebetteten und unterstützten Elementtypen hängt die Drahttemperatur von der Oberflächenbelastung sowohl des Drahtes als auch des Elementes ab. Für die hängenden Elementtypen kann die Elementflächenlast in den meisten Fällen nicht definiert werden. Zusätzlich zur Flächenlast beeinflussen die Umgebungstemperatur, die Wärmeableitungsbedingungen sowie das Vorhandensein und die Anordnung anderer Elemente die Drahttemperatur und damit auch die Wahl der Drahtflächenlast und Elementflächenlast.
FLÄCHENLAST
Bei der Berechnung eines Elements sind normalerweise Spannung und Nennleistung bekannt. Die Flächenlast für das Heizelement bezieht sich auf die Nennleistung geteilt durch die Elementoberfläche des unter Spannung stehenden Drahtes. In den genannten Tabellen ist in der Regel nicht eine einzige Zahl, sondern es sind eine Reihe von Werten für die Flächenlast aufgeführt. Die Auswahl innerhalb des Wertebereichs hängt von den Anforderungen an das Element ab. Dies hängt auch von der Spannung, der Nennleistung und den verfügbaren Abmessungen ab. Eine hohe Spannung und eine niedrige Nennleistung führen zu einem dünnen Draht, der bei gleicher Temperatur eine kürzere Lebensdauer als ein dicker Draht aufweist und daher eine geringe Flächenlast des Drahtes erfordert.
Die Drahtoberfläche ergibt sich dann aus dem Verhältnis zwischen Nennleistung und Drahtflächenlast.
OBERFLÄCHE UND WIDERSTAND
Nach der Berechnung des Widerstands im kalten Zustand, wird das Verhältnis zwischen der Oberfläche und dem Widerstand ermittelt. Dieses Verhältnis ist für alle Drahtarten und Drahtabmessungen im Handbuch „Heizwiderstandslegierungen und -systeme für Industrieöfen“ aufgeführt und die richtige Drahtgröße lässt sich daher anhand dieser Tabellen leicht ermitteln.
SPIRALENPARAMETER
Um eine problemlose Herstellung der Spirale zu überprüfen, muss das Verhältnis zwischen Spiralen- und Drahtdurchmesser (D/d) berechnet werden. Das empfohlene Verhältnis (D/d) sollte im Bereich von 5 – 12 liegen. Bei gestützten Elementen muss dieses Verhältnis mit der Verformungskurve auf Seite 17 verglichen werden. Wenn die Spiralenlänge und der Spiralendurchmesser bekannt sind, können die Spiralenteilung(en) mithilfe der Formel [17] im Anhang geschätzt werden. Die Spiralenteilung(en) beträgt normalerweise das 2- bis 4-Fache des Drahtdurchmessers (d). Bei Quarzrohrheizungen wird normalerweise eine kleinere Teilung verwendet. In solchen Elementen können voroxidierte Spiralen aus Kanthal® FeCrAl eng gewickelt eingesetzt werden.
Für einen geraden Draht auf einem Keramikstab mit Gewinde und für viele Elemente des hängenden Typs ist die Drahtlänge festgelegt. Anschließend kann der Widerstand pro Meter berechnet und die Drahtstärke aus den Tabellen des Handbuchs „Heizwiderstandslegierungen und -systeme für Industrieöfen“ ermittelt werden. Sollte dies für den Fall eines Bandes zu einer zu hohen Flächenlast führen, kann bei gleichem Querschnitt ein breiteres und dünneres Band gewählt werden.
ROHRDRATHELEMENT
Glowing coil inside tubular heating elements.Die Berechnung eines Rohrdrahtelements ist komplizierter, da sich der Widerstand durch die Kompression des Elements um 10 bis 30 % verringert. Für solche Elemente wird zunächst die Rohrflächenlast entsprechend der Verwendung des Elements ermittelt. Die Belastung der Drahtoberfläche ist normalerweise um das 2- bis 4-Fache höher. Nach der Berechnung des Widerstands aus Nennwert und Spannung muss dieser um 10 bis 30 % erhöht werden, um den Widerstand nach dem Aufwickeln zu erhalten. Durch die Reduzierung des Elements wird die Drahtoberfläche um 2 bis 7 % kleiner. Da sich die Rohrlänge aufgrund der Stauchung durch das Walzen vergrößert, bleibt die Rohroberfläche oft unverändert.
Auslegungsberechnungen für Heizelemente: Beispiele (PDF document, 103 kB)
