Die Berechnung einer Heizpatrone ist entscheidend, um die optimale Leistung und Effizienz für Ihre Anwendung sicherzustellen. Ob für industrielle Prozesse, Maschinen oder Geräte – die Wahl der richtigen Heizpatrone hängt von verschiedenen Faktoren wie Leistung, Temperaturbereich und Material ab. Auf dieser Seite finden Sie alle Informationen und Tools, die Sie benötigen, um die passende Heizpatrone für Ihre Anforderungen zu berechnen und auszuwählen.
Heizpatrone berechnen
Vorbereitung zur Berechnung einer Heizpatrone
Um den richtigen Heizpatronentyp auszuwählen, müssen Sie sich einige Fragen stellen!
6 Fragen, die du beantworten solltest, bevor du mit der Berechnung einer Heizpatrone beginnst
- Welches Material soll beheizt werden?
- Welches Gewicht hat das zu beheizende Teil / Werkzeug?
- Welche maximale Temperatur wird benötigt?
- In welcher Zeit soll Ihr Teil / Werkzeug aufgeheizt werden?
- Welche Bohrungstoleranzen der Heizpatronen-Aufnahmebohrung können realisiert werden?
Bei hohen Oberflächenbelastungen, über 8 W/cm2, sollte ausschließlich eine Aufnahmebohrung in H7 Toleranz angefertigt werden. Unter diesem Wert können die Aufnahmebohrungen in +0,1/+0,3 ausgeführt werden. - Welchen Bauraum haben Sie zur Verfügung?
Das Beispiel
Berechnungsbeispiel Stahlplatte
Für unser Beispiel gehen wir von der folgenden Situation aus:
Wir wollen eine Stahlplatte von 400 x 400 x 30 mm beheizen. Das Gewicht dieser Platte beträgt 38,4 kg. Wir brauchen eine Temperatur von 250°C und die Raumtemperatur beträgt 22°C
Um die benötigte Leistung zu berechnen, ist es wichtig, die Situation zunächst in die richtigen Recheneinheiten zu übersetzen. Danach ist es möglich, mit einer einfachen Formel die erforderliche Heizleistung der Heizpatrone zu bestimmen. Die erforderlichen Berechnungseinheiten finden Sie auf der nächsten Seite
Leistung Heizpatrone berechnen
Für dieses Beispiel müssen wir zunächst die Fragen, die wir dir gerade gestellt haben, so gut wie möglich beantworten.
Zunächst berechnen wir die benötigte Leistung, um unsere Stahlplatte aufzuheizen. Dafür benötigen wir einige Berechnungseinheiten. Zusätzlich stellen wir die spezifische Wärme (c) verschiedener Materialien in kJ/kgK zur Verfügung, sodass du auch für andere Materialien die benötigte Leistung einfach selbst berechnen kannst.
| Frage | Antwort |
|---|---|
| Welches Material soll beheizt werden? | Stahlplatte |
| Welches Gewicht hat das zu beheizende Teil / Werkzeug? | 38,4 kg |
| Welche maximale Temperatur wird benötigt? | 250°C |
| In welcher Zeit soll Ihr Teil / Werkzeug aufgeheizt werden? | 1800 Sekunden (eine halbe Stunde) |
| Welche Bohrungstoleranzen der Heizpatronen-Aufnahmebohrung können realisiert werden? | Für hohe Oberflächenbelastungen (über 8 W/cm²) sollte eine Aufnahmebohrung in H7 Toleranz angefertigt werden. Unter diesem Wert können Bohrungen in +0,1/+0,3 ausgeführt werden. |
| Welchen Bauraum haben Sie zur Verfügung? | In diesem Beispiel gehen wir von Heizpatronen mit den Abmessungen ø 20 x 400 mm aus. |
Rechnungseinheiten
C
=
Spezifische Wärme (KJ/kgK)
M
=
Masse / Produkt in kg
ΔT
=
Gewünschte Temperatur minus Raumtemperatur
t
=
Zeit in Sekunden
P
=
Benötigte Leistung in W
Spezifische Wärme (c) in kJ/kgK pro Material:
c = Aluminium
ca. 0.896
c = Stahl
ca. 0,477
c = Wasser
ca. 4,187
c = Fett
ca. 2,1
c = Öl
ca. 1,7
c = Kunststoff
ca. 1,5 - 2,5
Formel zur Berechnung
\( P = \frac{m \times c \times \Delta T}{t} = \frac{38,4 \times 0,477 \times 228}{1800} = 2,32 \, \text{kW} \)
⚠️ Berücksichtigt Strahlungswärme Verlust von 40 % oder weniger, falls bekannt.
🖩 P = 2,32 * 1,4 (Abstrahlwärme) = 3,248 kW = 3248W
ℹ️ Die benötigte Leistung in Anbetracht des Gewichts und der ersten Aufheizzeit.
Auf Grundlage unseres fiktiven Beispiels haben wir nun festgestellt, dass wir 3248 W benötigen, um in unserer Anwendung die gewünschte Temperatur innerhalb der verfügbaren Zeit zu erreichen.
Anzahl der benötigten Heizpatronen
Nachdem wir die benötigte Leistung berechnet haben, berechnen wir nun die Oberflächenbelastung. Dazu bestimmen wir zunächst, wie viele Heizpatronen wir in unserer Stahlplatte unterbringen können. So gehen wir Schritt für Schritt vor:
⚠️ Bitte beachten Sie, dass Heizpatronen in einem Abstand von Patronendurchmesser x 3 eingesetzt werden sollten.
ℹ️ In diesem Beispiel gehen wir von Heizpatronen mit den Abmessungen ø 20 x 400 mm aus.
ℹ️ Unter Berücksichtigung des Abstands zwischen den Heizpatronen, können wir 5 Heizpatronen in unsere Beispiel-Stahlplatte (400 x 400 mm) einbringen. (30 mm vom Rand und jeweils 60 mm Abstand zwischen den Heizpatronen)
ℹ️ Die Anzahl der Heizpatronen wird durch die errechnete Leistung von 3248W geteilt. Jede Heizpatrone erhält somit (3248W / 5) = 650W
| Aspekt | Wert |
|---|---|
| Abmessungen der Stahlplatte | 400 mm breit |
| Abmessungen der Heizpatrone | 20 mm x 400 mm |
| Minimale Entfernung zwischen den Patronen | Mindestens das 3-fache des Durchmessers der Patrone (20 mm x 3 = 60 mm) |
| Minimale Entfernung zum Rand | Mindestens 30 mm vom Rand der Stahlplatte |
Schritt 1: Verfügbare Fläche für die Patronen
- Die gesamte Breite der Platte beträgt 400 mm.
- Wir ziehen 30 mm von beiden Rändern ab:
400 mm – 30 mm – 30 mm = 340 mm stehen für die Patronen zur Verfügung.
Schritt 2: Berechnung der Anzahl der Patronen
- Zwischen jeder Patrone muss mindestens 60 mm Abstand eingehalten werden.
- Wir teilen den verfügbaren Platz (340 mm) durch den Abstand zwischen den Patronen (60 mm):
340 mm ÷ 60 mm = 5,67 Patronen.
Wir können also 5 Patronen in der Stahlplatte unterbringen, da wir keine halben Patronen verwenden können.
Heizpatrone Oberflächenbelastung berechnen
Nachdem wir die benötigte Leistung berechnet haben und wissen, wie viele Heizpatronen wir in unserer Stahlplatte unterbringen können, können wir die Oberflächenbelastung berechnen. Dies ist die Leistung, die pro Quadratzentimeter der Heizpatrone abgegeben wird. Die Formel für die Oberflächenbelastung lautet:
Rechnungseinheiten
P =
Benötigte Leistung in (W)
n =
Anzahl Heizpatronen
D =
Durchmesser Heizpatrone (cm)
L =
Beheizte Länge (cm)
O =
Oberflächenbelastung (W/cm²)
Formel zur Berechnung
\( O = \frac{P}{n \times \pi \times D \times L} \)
\( O = \frac{3248}{5 \times \pi \times 2 \times 40} \)
\( O = \frac{3248}{1256.64} = 2,58 \, \text{W/cm}^2 \)
In Anbetracht der errechneten Oberflächenbelastung können Sie sowohl eine Hochleistungs-Heizpatrone aber auch eine Medium- oder Normalpatrone wählen.
