Heizpatronen: Fragen und Lösungen

Was tun, wenn ein Heizelement zu früh ausfällt? Worauf kommt es bei der Auswahl an? Hier finden Sie typische Ausfallursachen, häufige Fragen und eine Auswahlhilfe.

Watlow FIREROD Heizpatrone

Typische Probleme und ihre Lösung

Patrone brennt nach kurzer Zeit durch

Ursache
Zu grosser Luftspalt in der Bohrung oder zu hohe Watt-Dichte. Die Heizwendel überhitzt.
Lösung
Bohrung möglichst eng ausführen, Watt-Dichte prüfen und die Leistung gegebenenfalls auf mehr oder längere Patronen verteilen.

Ausfall durch Verschmutzung mit Öl, Kunststoff oder Trennmittel

Ursache
Zersetzte Öle und Kunststoffe, leitfähige Montagepasten oder Metalldämpfe dringen in die Patrone ein. Laut Watlow die häufigste Ursache für eine verkürzte Lebensdauer.
Lösung
Mögliche Verunreinigungen vorab benennen und eine gut abgedichtete Ausführung mit beständigem Mantelwerkstoff wählen.

Sicherung löst beim Einschalten aus

Ursache
Das Magnesiumoxid hat während eines längeren Stillstands Feuchtigkeit aufgenommen.
Lösung
Spannung langsam hochfahren und die Feuchtigkeit ausheizen, bevor die volle Leistung anliegt.

Patrone lässt sich nicht mehr ausbauen

Ursache
In einer Sackbohrung verklemmen Wärmeausdehnung und Verschmutzung die Patrone.
Lösung
Bohrungen nach Möglichkeit durchgehend ausführen, damit die Patrone von der Gegenseite ausgestossen werden kann, und guten Zugang zum Wechseln vorsehen.

Anschlusslitzen verspröden oder scheuern durch

Ursache
Die Litzenisolation passt nicht zur Temperatur im Anschlussbereich oder ist mechanisch ungeschützt.
Lösung
Litzentyp nach der tatsächlichen Temperatur wählen, zum Beispiel Glimmer-Glasseide (MGT) bis 450 °C statt Glasseide bis 250 °C, und Metallgeflecht oder Schutzschlauch vorsehen.

Temperatur schwingt stark über und unter den Sollwert

Ursache
Zu grobe Taktung, etwa über ein Schütz mit 30 Sekunden Zykluszeit, und eine ungünstige Fühlerposition.
Lösung
Halbleiterrelais mit 1 Sekunde Zykluszeit oder einen Thyristorsteller verwenden und den Fühler passend zum Prozess setzen: nahe am Heizer bei trägen, nahe am Werkstück bei schnellen Prozessen.

Häufige Fragen

Welche Temperaturen und Watt-Dichten erreicht eine FIREROD-Heizpatrone?

FIREROD-Heizpatronen mit Mantel aus Alloy 800 sind für Betriebstemperaturen bis 760 °C ausgelegt. Die maximale Watt-Dichte beträgt bei den Zollgrössen bis 62 W/cm² (400 W/in²). Wie viel davon im konkreten Fall zulässig ist, hängt von Passung, Temperatur und Umgebung ab.

Wie genau muss die Bohrung für eine Heizpatrone sein?

So eng wie möglich. Je kleiner der Luftspalt zwischen Patrone und Bohrung, desto besser fliesst die Wärme ab und desto kühler läuft die Heizwendel. Ein grosser Spalt staut die Wärme im Element und verkürzt die Lebensdauer. Die passende Toleranz für Ihren Durchmesser nennen wir Ihnen gerne.

Was bedeutet die Watt-Dichte und warum ist sie so wichtig?

Die Watt-Dichte ist die Leistung pro Quadratzentimeter beheizter Oberfläche und zeigt, wie stark die Patrone belastet wird. Watlow legt die zulässigen Werte so fest, dass eine Lebensdauer von mindestens rund einem Jahr erreicht wird. Ist die Watt-Dichte zu hoch, verteilt man die Leistung besser auf mehr oder längere Patronen.

Wie lange hält eine Heizpatrone?

Massgebend ist die Temperatur der inneren Heizwendel, denn der Draht oxidiert umso schneller, je heisser er ist. Laut Watlow hält ein Element bei rund 815 °C Wendeltemperatur etwa 3.5 Jahre, bei 870 °C etwa ein Jahr und bei 980 °C nur noch etwa 6 Wochen. Watlow-Auslegungen begrenzen die Wendeltemperatur deshalb auf 870 °C.

Warum schadet häufiges Ein- und Ausschalten?

Bei jedem Zyklus dehnt sich der Heizdraht aus und zieht sich wieder zusammen. Das ermüdet das Element. Am schädlichsten sind Zyklen, bei denen die Patrone im Rhythmus von etwa 30 bis 60 Sekunden voll aufheizt und abkühlt. Mit Halbleiterrelais (Zykluszeit 1 Sekunde) oder Thyristorstellern bleibt die Wendeltemperatur deutlich gleichmässiger.

Meine Heizpatrone hat länger gestanden. Kann ich sie sofort mit voller Leistung starten?

Besser nicht. Heizpatronen sind mit Magnesiumoxid isoliert, das bei längerem Stillstand Feuchtigkeit aufnehmen kann. Volle Leistung auf ein feuchtes Element kann Sicherungen auslösen oder den Heizer zerstören. Fahren Sie die Spannung langsam hoch, damit die Feuchtigkeit ausgeheizt wird. Manche Leistungssteller haben dafür eine eigene Funktion.

Welche Anschlusslitzen und welcher Litzenschutz sind sinnvoll?

Das hängt von Temperatur, Verschmutzung und Bewegung im Anschlussbereich ab. Für FIREROD-Heizpatronen gelten laut Watlow: Silikon bis 150 °C, PTFE bis 200 °C, Glasseide (GGS) bis 250 °C, Glimmer-Glasseide (MGT) bis 450 °C, Keramikperlen bis 649 °C. Gegen Abrieb und Bewegung schützen Metallgeflecht oder ein Edelstahlschlauch.

Wie viel Leistungsreserve sollte ich einplanen?

Watlow empfiehlt einen Zuschlag auf die berechnete Leistung: rund 10 % bei grossen Anlagen mit gut bekannten Daten, 20 % bei kleinen bis mittleren Anlagen mit unsicheren Angaben und 20 bis 35 % bei vielen Annahmen. Dazu kommt die Fertigungstoleranz der Heizer bei Widerstand und Leistung.

Auswahlhilfe

  • Watt-Dichte so wählen, dass die Patrone mit Reserve unter dem zulässigen Maximum bleibt. Im Zweifel mehr oder längere Patronen einsetzen.
  • Bohrung eng tolerieren und wenn möglich durchgehend ausführen.
  • Verunreinigungen im Einsatzbereich wie Öl, Kunststoff, Feuchtigkeit oder Pasten benennen und Abdichtung und Mantelwerkstoff danach festlegen.
  • Litzentyp und Litzenschutz nach Temperatur und Belastung im Anschlussbereich wählen.
  • Leistung mit 10 bis 35 % Reserve auslegen und mit Halbleiterrelais oder Thyristorsteller ansteuern.

Ihre Frage ist nicht dabei?

Bei technischen Fragen sind wir direkt für Sie da.

Richtwerte, ohne Gewähr. Auslegung und Konstruktionsverantwortung liegen beim Anwender.