Biegsame Heizgiganten

Der Autor: Thadeus Hoss Produktmanager, Masterflex

Die Betriebsbedingungen klingen vordergründig einfach. Bei näherer Betrachtung der technischen Situation zeigen sich allerdings relativ schnell die besonderen technischen Herausforderungen an ein elektrisch beheiztes Schlauchsystem. Die Schlüsselstelle ist die Wärmeübertragung vom Heizsystem zum Medium. Bei herkömmlichen Schlauchsystemen wird ein permanenter Kontakt zwischen der rundgeformten Heizleitung oder dem ovalen, selbstbegrenzenden Heizband mit der Schlauchoberfläche geschaffen. Dieser Kontakt muss allerdings auch bei Torsions- und Biegebewegungen erhalten bleiben, denn die damit verbundenen Kräfte belasten besonders das Heizsystem. Sie dehnen und stauchen den Mediumschlauch, die Heizleitung und die thermische Isolierung. Der hieraus resultierenden Materialermüdung aller Komponenten ist konstruktiv zu begegnen. Weitere Anforderungen sind Trittfestigkeit, eine Außenummantelung, die antistatisch, abriebfest oder/und beständig gegen Sonneneinstrahlung ist, sowie Betriebsspannungen jenseits der Netzspannung von 230 V.

Masterflex hat für diese Aufgaben das Temp- line-System entwickelt (Bild 1). Auch wenn es zunächst für gängige Nennweiten zwischen 4 und 25 mm entwickelt worden war und dort auch schon mehrjährig im Einsatz ist, stellt diese technische Konzeption ihre Stärke besonders bei großen Schlauchdurchmessern zwischen 32 und 50 mm unter Beweis.

Garantiert wird der permanente Wärmeübergang von der Heizleitung (PTFE-isoliert und metallisch umflochten) zu dem Transportmedium durch die Gewebeumflechtung. In hoch reißfeste Filamente eingeflochtene Heizleitungen überdecken die gesamte Schlauchoberfläche zu nahezu 100 %.

Die Gestaltung der Flechtwinkel und die Wahl der Garnabmessung und -qualität sichern selbst bei starker Biegung oder Torsion einen guten Wärmeübergang. Ähnlich eines Kompressionsstrumpfes folgt die Umflechtung mit den Heizleitungen jeder Bewegung des Mediumschlauches. Das Heizsystem bleibt jederzeit in ständigem Kontakt.

Insbesondere bei großen Schlauchabmessungen zeigt die Konstruktion ihre besondere Eignung. Die unverhältnismäßig höheren Zug- und Stauchkräfte üben nahezu keinen Einfluss auf die Lage der Heizleitungen und den Wärmeübergang aus.

Auch schließen diese ringsum und spiralförmig verlaufenden Heizleitungen ein Defizit aus, das bei der Verwendung von selbstbegrenzenden Heizbändern deutlich wird. Heizbänder lassen aufgrund ihrer ovalen Form nur eine Biegung über die flache Abmessung zu und schränken so die Bewegungsfreiheit des fertigen Schlauches erheblich ein. Zudem erfolgt der Wärmeübergang bei einem Heizband nur über eine der vier Oberflächen. Bei Torsion und Biegung des Schlauches kann das Heizband aufgrund seiner Biegesteifigkeit im Zuge der Eigenbewegung abheben. Folgewirkung: Der Wärmeübergang wird reduziert oder geht gänzlich verloren.

Die Heizschläuche lassen sich mittlerweile in „gigantischen“ Dimensionen herstellen. So sind Mediumschläuche mit einem Durchmesser von 110 mm und einem Eigengewicht von fast 1 kg je Laufmeter möglich. Dabei liefern Heizleistungen von 450 W/m die Wärme für das Medium. Eine hochwirksame Schaumisolation unterstützt bei Hochtemperaturanwendungen die gleichmäßige Wärmeausbreitung und spart zudem elektrische Energie. Eigens entwickelt und mit hohem Anteil an Mikroluftbläschen bietet die Schaumisolation eine Wärmeleitfähigkeit von λ = 0,023 W/mK und spart bis zu 30 % Energie ein. Bild 2 zeigt die einzelnen Schritte bei der Herstellung eines solchen Heizschlauchgiganten. Im Zentrum ist der Metallwellschlauch als Förderschlauch sichtbar. Die farbigen Anschlussleitungen gehören zu Temperaturfühlern für die Überwachung der Mediumtemperatur (externer Regleran-schluss) und zu den Grenzwertschaltern. Den Wünschen dieses Betreibers folgend, sind in die Beheizung Temperaturgrenzwertschalter integriert, die bei Übertemperatur, etwa bei unzureichendem Fluss, die Heizung schützend abschalten, bis der kritische Temperaturwert wieder unterschritten ist. Die mechanische Protektion bildet eine robuste Edelstahlumflechtung. Die Anschlüsse des Mediumschlauchs bilden aus Edelstahl gefertigte Armaturen.

Ein Hersteller von Abwasserreinigungsanlagen, dessen mobile Einrichtungen sogar im polaren Raum eingesetzt werden, installiert elektrisch beheizte Schlauchsysteme zwischen 25 und 50 mm. Die Container, die die Aufbereitungs- und Reinigungsanlagen beherbergen, sind über Schläuche miteinander verbunden. Der Betreiber nutzt bei der Spezifikation die Vielfalt des Zubehörs zum Heizschlauchsystem. Der Temperaturregler zur Überwachung des Einschaltpunktes von +5 °C ist in das Anschlussgehäuse integriert und arbeitet völlig autark. Jeder Einzelschlauch ist zudem am Ende mit eingebauter Anschlussbuchse ausgestattet, die 230 V für einen Ergänzungsschlauch bereitstellt. Dass außer PTFE- und druckverstärkten Schlauchausführungen bis 475 bar auch völlig andere Schlauchvarianten in das neue Schlauchkonzept integrierbar sind, zeigt diese Anwendung. Hier besteht der Kern aus einem flexiblen Schlauch mit Trinkwasserzulassung (TVGW) aus der Haustechnik. Als Außenmantel wird ein antistatischer Spiralschlauch aus robustem Polyurethan in UV-beständiger Ausführung eingesetzt und unterstützt die Flexibilität und mechanische Festigkeit. All dies garantiert einen wartungsfreien Betrieb.

Die hohe mechanische, elektrische und thermische Leistung des Systems von Templine wird nicht nur durch die Erfahrungen aus der Praxis bestätigt. Auch Prüfungen dieser neuen Konstruktion bei unabhängigen Instituten wie der SLG Prüf- und Zertifizierungs GmbH, Hartmannsdorf, oder dem Institut für Elektrotechnik/Institut für Materialprüfung an der FH Köln kommen zu diesem Ergebnis. Und für den Praxiseinsatz beinahe ebenso wichtig: Die Modularität der Schlauchkonzeption von Templine ermöglicht die Anpassung an vielfältigste Betriebsbedingungen, wie sie im alltäglichen Umfeld nun einmal vorkommen.

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