Was Kupferrohre in elektrischen Heizelementen bewirken
Ein elektrisches Heizelement ist um ein Metallmantelrohr herum aufgebaut, in dem der Widerstandsdraht und die dicht verdichtete Magnesiumoxidisolierung untergebracht sind. Die Hülle ist der einzige Teil des Elements, der das erhitzte Medium berührt, daher muss sie drei Aufgaben gleichzeitig erfüllen: Wärme effizient übertragen, der Arbeitsumgebung standhalten und während der gesamten Lebensdauer des Geräts dicht bleiben. Für einen Großteil dieser Elemente wird Kupfer aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit, seiner Duktilität und seiner Beständigkeit gegenüber Süßwasser und vielen Prozessflüssigkeiten ausgewählt.
Der Mantel ist normalerweise ein nahtlos gezogenes Kupferrohr, das im weichgeglühten Zustand geliefert wird, sodass es auf die engen Radien gebogen werden kann, die für Tauchsieder, Heizpatronen, Ölheizungen, Heizlüfter und Geräteelemente erforderlich sind. Die verwendeten Qualitäten sind fast immer die phosphordesoxidierten Kupfersorten C12200 und C12000, wobei C11000 in einer Minderheit von Designs vorkommt, bei denen maximale Leitfähigkeit im Vordergrund steht.
Gängige Kupfersorten für Heizmantelrohre
C12200 (Phosphor-desoxidiertes Kupfer, hoher Restphosphorgehalt, DHP).Dies ist die Standardqualität für Kupferheizrohre. Ein kontrollierter Restphosphorgehalt desoxidiert die Schmelze, wodurch das Risiko einer Dampfversprödung beim Glühen oder Hartlöten des Rohrs in einer reduzierenden oder wasserstoffhaltigen Atmosphäre beseitigt wird. Es wird als nahtloses Rohr in weicher, halbharter und harter Ausführung geliefert und lässt sich leicht biegen, aufweiten und löten.
C12000 (Phosphor-desoxidiertes Kupfer, geringer Restphosphor, DLP).C12000 hat einen geringeren Restphosphorgehalt als C12200, sodass die vollständig desoxidierte Struktur erhalten bleibt und gleichzeitig eine höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit erhalten bleibt. Dies ist eine häufige Wahl, wenn das Element auch Strom führen muss oder wenn die thermische Belastung besonders anspruchsvoll ist.
C11000 (elektrolytisches Tough-Pitch-Kupfer, ETP).C11000 ist raffiniertes Kupfer mit einem Sauerstoffgehalt von 0,02 % bis 0,04 %. Es bietet die höchste Leitfähigkeit der drei Qualitäten, aber der darin enthaltene Sauerstoff reagiert bei erhöhter Temperatur mit Wasserstoff und kann beim Ofenlöten oder Blankglühen in reduzierender Atmosphäre zu interkristalliner Versprödung führen. Wenn diese Art der Verarbeitung erforderlich ist, sollte C12200 oder C12000 ersetzt werden.
Typischer Immobilienvergleich
| Eigentum | C12200 (DHP) | C12000 (DLP) | C11000 (ETP) |
|---|---|---|---|
| Grundzusammensetzung | Kupfer mit hohem Restphosphorgehalt | Kupfer mit geringem Restphosphorgehalt | Kupfer mit 0,02 bis 0,04 % Sauerstoff |
| Desoxidation | Vollständig desoxidiert | Vollständig desoxidiert | Nicht desoxidiertes, zähes Pech |
| Gefahr der Wasserstoffversprödung | Sehr niedrig | Sehr niedrig | Signifikant beim Erhitzen in reduzierenden Atmosphären |
| Elektrische Leitfähigkeit | Reduziert durch Restphosphor | Höher als C12200 | Referenzqualität für 100 % IACS-geglühtes Kupfer |
| Wärmeleitfähigkeit | Hoch | Höher als C12200 | Höchster der drei |
| Formbarkeit und Hartlöten | Exzellent | Exzellent | Ausgezeichnet, vorbehaltlich des Versprödungshinweises |
| Dichte | Etwa 8,9 g/cm³ | Etwa 8,9 g/cm³ | Etwa 8,9 g/cm³ |
Reines Kupfer schmilzt bei etwa 1083 Grad, und die geringen Phosphor- oder Sauerstoffzusätze in diesen Qualitäten verschieben den Schmelzbereich nicht nennenswert. Die Dichte liegt bei allen dreien nahe bei 8,9 g/cm³. Die mechanischen Eigenschaften werden durch die Härte und nicht durch die Güte bestimmt: Weichgeglühte Rohre werden zum Biegen verwendet, halbharte Rohre werden dort gewählt, wo der Mantel einer Verformung beim Stauchen standhalten muss oder wenn eine höhere Ringfestigkeit gewünscht wird, und harte Härten sind geraden Elementen vorbehalten, die nach dem Zusammenbau nicht geformt werden.
Wo Kupfermantelrohre verwendet werden
Tauch- und Schraubheizkörper für Wasser, Öle und leicht korrosive Flüssigkeiten
Patronen- und Rohrheizkörper in Verpackungs-, Form- und Gastronomiegeräten
Haushaltsgeräteelemente wie Wasserkocher, Waschmaschinen und Geschirrspüler
Kurbelgehäuse- und Kompressorheizungen in Kühl- und HVAC-Geräten
Elektrische Kanalheizungen und Prozessheizelemente in Industrieanlagen
Kupfer ist nicht die universelle Lösung für jedes Medium. Stark ammoniakalische, zyanid-haltige oder stark chlorierte Lösungen greifen Kupfer an, und für diese Aufgaben wird normalerweise ein Mantel aus Edelstahl oder einer Nickellegierung verwendet. Die hier beschriebenen Qualitäten eignen sich für Wasser, Dampf, Öle und neutrale Flüssigkeiten, die den Großteil der elektrischen Heizanwendungen abdecken.
Auswahl- und Herstellungspunkte
Die Wandstärke richtet sich nach dem Auslegungsdruck und dem Biegeradius. Dünnere Wände verbiegen sich leichter, verringern jedoch die Druckfestigkeit und die Erosionsreserve. Das Rohr sollte gemäß den Reinheitsspezifikationen bestellt werden, da in der Bohrung verbleibendes Ziehschmiermittel und Oxid die Magnesiumoxidfüllung verunreinigen und zu einem vorzeitigen Elementausfall führen. Maßtoleranzen, Ovalität und Geradheit sollten ebenfalls vor der Bestellung vereinbart werden, da sie darüber entscheiden, ob die Biege- und Füllanlage ohne Ausschuss laufen kann.
Verwenden Sie beim Löten einen mit der Rohrsorte kompatiblen Füllstoff und vermeiden Sie lange Verweilzeiten bei hohen Temperaturen. Ziel ist eine einwandfreie Verbindung, ohne dass der Mantel zu stark ausgeglüht wird. Für C12200 und C12000 ist das Löten in einer wasserstoffhaltigen Ofenatmosphäre kein Problem. Für C11000 ist dies der Fall, sodass diese Sorte an der Luft mit Flussmittel oder durch einen Prozess verbunden werden sollte, der Wasserstoff vom heißen Metall fernhält. Das Schweißen von Kupfermantelrohren ist normalerweise auf die Endanschlüsse beschränkt und erfolgt mit Verfahren, die den Wärmeeintrag genau steuern.
Inspektion und häufige Fallstricke
Überprüfen Sie vor dem Biegen Durchmesser, Wandstärke und Geradheit anhand der Bestellung.
Wirbelstrom- oder pneumatische Tests, um zu bestätigen, dass das Rohr über seine gesamte Länge intakt ist.
Überprüfen Sie die Korngröße und Härte, um sicherzustellen, dass die Härte für den Umformvorgang geeignet ist.
Stellen Sie sicher, dass die Bohrung entfettet und verschlossen ist. Verunreinigte Rohre sind eine häufige Ausfallursache.
In der Produktion wiederholen sich zwei Fehler. Die erste besteht darin, C12200 durch C11000 zu ersetzen, um Kosten zu sparen, und die Baugruppe anschließend in einer Wasserstoffatmosphäre zu löten, was zu spröden Verbindungen führt. Das zweite ist ein überbiegendes, geglühtes Rohr ohne Innendorn, wodurch die Bohrung ovalisiert und die Außenwand dünner wird. Beides wird vermieden, indem Güte, Härte und Umformweg bereits im Angebotsstadium festgelegt werden.
FAQ
F: Welche Kupfersorte eignet sich am besten für ein Mantelrohr eines Warmwasserbereiters?
C12200 wird am häufigsten verwendet, da es vollständig desoxidiert ist und reduzierende Ofenatmosphären beim Löten verträgt. C12000 wird ausgewählt, wenn eine höhere thermische oder elektrische Leitfähigkeit erforderlich ist.
F: Kann C11000 für elektrische Heizelemente verwendet werden?
Ja, vorausgesetzt, das Element wird nicht in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre geglüht oder gelötet. Andernfalls reagiert der Sauerstoff im Kupfer mit Wasserstoff und das Rohr wird spröde.
F: Welche Härte sollte zum Biegen bestellt werden?
Für das Biegen auf kleine Radien werden standardmäßig weichgeglühte Rohre verwendet. Halb-harter Zustand wird verwendet, wenn der Mantel Verformungen standhalten muss, und harter Zustand für gerade Elemente.
F: Beeinflusst der Kupfermantel die Heizrate?
Ja. Kupfer verfügt über eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass die Wärme schnell vom Widerstandsdraht an das Medium weitergegeben wird und die Ummantelung bei gleicher Leistungsabgabe eine niedrigere Temperatur aufweist.
F: Ist Kupfer für Ölheizungen geeignet?
Ja. Kupfer widersteht der Oxidation in Mineral- und Synthetikölen bei normalen Heizbetriebstemperaturen und ist ein gängiges Mantelmaterial für Ölimmersionselemente.
F: Wie wird die Röhre vor dem Versand getestet?
Nahtlose Rohre werden normalerweise durch Wirbelstromprüfung und eine pneumatische oder hydrostatische Dichtheitsprüfung geprüft, wobei Abmessungen, Härte und Oberflächenzustand gemäß der Auftragsspezifikation geprüft werden.
