Verfahren und Vorrichtung, um elektrische Heizkörper mit Klemmenkontakten zu versehen Das vorliegende Patent bezieht sich auf elektrische Heizgeräte, und zwar auf derartige Heizgeräte, die ein Hochresistenz-Widerstandselement aus Metall und daran befestigte Klemmenkontakte aufweisen, wobei das Patent insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden des Widerstands elementes mit den Klemmenkontakten betrifft.
Bei gewissen Arten von elektrischen Heizkörpern, die unter der Bezeichnung bemantelter Heizkörper bekanntgeworden sind, besteht der elektrische Heiz körper aus einem schraubenartig gewickelten Draht aus metallischem Widerstandsmaterial, an dessen En den Klemmenkontakte befestigt sind. Der schrauben gewickelte Heizdraht wird durch eine dichte Masse eines wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Stoffes umschlossen, und das Ganze wird in einem Rohr mantel eingeschlossen. Ein solches bemanteltes Heiz- element kann nach Wunsch verschiedenartig ver formt werden.
Es sind verschiedene Verfahren bereits bekannt, um die erforderlichen Klemmenkontakte an den En den des schraubengewickelten Widerstandsdrahtes eines bemantelten Heizelementes anzubringen; keines von diesen Verfahren hat sich aber völlig bewährt; sie lassen vielmehr bezüglich der Qualität und der Wirtschaftlichkeit der Herstellung viel zu wünschen übrig.
Einige der vorbekannten Verfahren beziehen sich auf verschiedenartige konstruktive Ausgestaltun gen zur Herstellung einer schraubenartigen Verbin dung zwischen dem schraubengewickelten Widerstand und einem gewundenen Teil des Klemmenkontaktes; diese Verfahren ergeben zwar eine mechanisch halt bare Verbindung mit niedriger Übergangsresistenz, eignen sich aber nicht zur schnellen Herstellung. Diese Verfahren sind ferner offenbar dann unbefriedigend, wenn das Widerstandselement aus Feindraht besteht.
Nach andern Verfahren wird der schraubenartig ge- wickelte Draht an den Klemmenkontakt angeschweisst; diese Verfahren sind aber mit dem Nachteil verknüpft, dass die Klemmenkontakte an der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstandsdraht und den Klemmen kontakten ernstlich geschwächt werden und dort ab brechen können, so dass häufig die Gefahr besteht, dass die Verbindung zwischen dem Widerstandsdraht und einem oder mehreren seiner Klemmenkontakte sich nach dem Einschliessen des Widerstandselemen tes in den Rohrmantel als gebrochen erweist. In die sem Falle ist das ganze Heizelement unbrauchbar.
Es besteht also ein Bedarf an einem verbesserten elek trischen Heizkörper des bemantelten Typs sowie an einem verbesserten Verfahren, um einen Klemmen kontakt mit einem schraubenartig gewickelten Wider standselement schnell und ohne besondere fachmänni sche Ausbildung verbinden zu können.
Zweck der Erfindung ist es also, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, um einen schraubenartig ge wickelten Widerstandsdraht mit einem Klemmenkon- takt zu verbinden, wobei dieses Verfahren in kürzester Zeit durchführbar ist und zu einer Verbindung führt, bei welcher der Klemmenkontakt im wesentlichen seinen Ursprungszustand beibehält.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Widerstandsdraht und dem Klemmenkontakt ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Widerstandsdrahtes in die Form einer schraubenartigen Wicklung gebracht wird, dass mindestens ein Teil des Klemmenkontaktes in die Drahtwicklung derart eingeführt wird, dass dieser Klemmenkontaktteil und die Drahtwicklung koaxial und in gegenseitiger Berührung liegen, und dass ein elektrischer Strom während einer bestimmten Zeit durch den mit dem Klemmenkontakt in Berührung stehenden Teil der Drahtwicklung geleitet wird, wobei die Grösse und die Wirkungsdauer dieses Stromes der- art bemessen sind,
dass der Strom eine Oberflächen schicht des Klemmenkontaktes schmilzt, ohne das darunterliegende Material des Klemmenkontaktes nennenswert zu schmelzen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, worin Fig. 1 eine Seitenansicht eines nach der Erfindung hergestellten, elektrischen Heizkörpers darstellt, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen zur Herstellung des in der Fig. 1 gezeigten Heizkörpers dienenden Apparat darstellt, wobei die Figur insbe sondere eine bestimmte Phase des Herstellungsvor ganges veranschaulicht, Fig. 3 den Apparat im Schnitt gemäss der Linie 3-3 der Fig. 2 darstellt,
wobei auch die in der Fig. 2 weggelassene Hälfte hier mitgezeichnet ist, Fig. 4 schliesslich ein Zeitschema zur Erläuterung der Beschreibung darstellt.
Das in Fig. 1 dargestellte Heizelement 10 eignet sich zum Einschliessen in einen gewöhnlichen Rohr mantel, um einen bemantelten elektrischen Heiz körper herzustellen. Das Element 10 besteht aus einem Metalldraht 12 mit einer verhältnismässig hohen Resistenz, damit, wenn ein Strom hindurchgeleitet wird, der Draht erhitzt wird und zur Wärmeabgabe verwendet werden kann. Ein dazu geeigneter Wider standsdraht ist im Handel unter dem Namen Nichrome (eingetragene Marke) erhältlich. In der dargestellten Ausführung des erfindungsgemässen Heizkörpers hat der Widerstandsdraht die Form einer Schraubenwicklung.
Um einen Kurzschluss zwi schen benachbarten Windungen des Widerstandsdrah tes 12 zu vermeiden, kann dieser mit einer Isolier- hülle versehen werden, oder die Drahtwicklung kann, was auch gebräuchlicher ist, derart gewickelt wer den, dass benachbarte Windungen derselben im Ab stand voneinander liegen. Der Widerstandsdraht 12 kann mit Strom aus einer beliebigen -Stromquelle durch ein Paar metallische Klemmenkontakte 14 ge speist werden, wobei letztere nach der vorliegenden Erfindung mit den jeweiligen Enden des Widerstands drahtes 12 elektrisch und mechanisch verbunden sind.
Zu diesem Zweck wird das eine Ende des Klem- menkontaktes 14 derart abgestuft, dass ein im Durchmesser kleinerer zylindrischer Vorsprung 14a entsteht, welcher in das entsprechende Ende der Widerstandsdrahtwicklung 12 eingeführt ist. Wie hier gezeigt, stützt sich das eine Ende des Drahtes 12 gegen den Absatz 14b des Klemmenkontaktes 14 ab, wel cher den Übergang zwischen dem Vorsprung 14a und dem Hauptteil des Klemmenkontaktes 14 vermit telt. Elektrische Heizelemente dieser Gattung gehören zum Stand der Technik, und die bisher beschriebene Anordnung bildet daher an sich keinen Teil des vorliegenden Erfindungsgegenstandes.
Wie schon erwähnt, liegt ein Bedarf an einem zuverlässigen Verfahren vor, um die Endteile des Drahtes 12 mit den entsprechenden Klemmenkon- takten 14 zu verbinden. Da Schweissen ein bequemes Verfahren zum schnellen Verbinden des Drahtes 12 mit dem Klemmenkontakt 14 unter Gewährleistung einer niedrigen elektrischen Übergangsresistenz zwi schen den vereinigten Teilen darstellt, ist es ferner zweckmässig, die Verbindung auf ein Schweissverfah ren zu gründen, wodurch die erforderlichen elektri schen Verbindungen unter gleichzeitiger Gewähr leistung einer mechanisch haltbaren Klemmenkontakt- verbindung sichergestellt werden können.
Zu diesem Zweck wird der Widerstandsdraht 12 in die Form einer Anzahl voneinander durch Ab stände getrennt liegender Windungen gebracht, so dass eine schraubenartig gewickelte Drahtwicklung entsteht. Der Innendurchmesser der Drahtwicklung ist dabei zweckmässigerweise gleich dem des Vor sprunges 14a des Klemmenkontaktes 14, oder etwas grösser als dieser. Der Klemmenkontakt 14 wird danach mit seinem Vorsprung 14a so weit in das eine Ende der Widerstandsdrahtwicklung 12 eingeführt, dass dieses Ende gegen den Absatz 14.b zum An liegen kommt.
Nun wird durch einige von den auf dem Vorsprung 14c des Klemmenkontaktes 14 lie gende Windungen der Drahtwicklung 12 Schweiss strom hindurchgeleitet, bis die Windungen oberfläch lich geschmolzen sind. Da die Masse des schrauben artig gewickelten Widerstandsdrahtes 12 beträchtlich kleiner ist als die Masse des hineinreichenden Vor sprunges 14a des Klemmenkontaktes 14, wird der Draht 12 bereits dann genügend erhitzt sein, um die Bildung einer guten Schweissverbindung sicherzustel len, wenn nur eine dünne Oberflächenschicht der an liegenden Stellen des Klemmenkontaktes 14 geschmol zen ist, eine derartige teilweise Oberflächenschmel zung eines erhitzten Teils kann als Schmelznetzen.> bezeichnet werden.
Sobald ein solches Schmelz netzen am Klemmenkontakt 14 eintritt, wird die Stromzufuhr zum Draht 12 sogleich ausgeschaltet und die Wärme schnellstmöglich von der Schweissnaht ab geleitet, um ein Fortsetzen des Schmelzens des Vor sprunges 14c <I>zu</I> vermeiden.
Die Erfindung bezieht sich auch, wie schon er wähnt, auf eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, die sich zur Mengen herstellung von verschweissten Kontaktverbindungen eignet. Der in Fig. 2 und 3 dargestellte Apparat weist zwei Sätze von gegeneinander längsbeweglich angeord neten Elektrodenhaltern 16 und 17 auf. Im Ausfüh rungsbeispiel ist der Halter 16 senkrecht oberhalb des Halters 17 angebracht; diese Halter können aber selbstverständlich auch in andern gegenseitigen Stel lungen angeordnet werden. Der Halter 16 trägt zwei Schweisselektroden 18; der Halter 17 zwei weitere Schweisselektroden 19. Diese Schweisselektroden 18 und 19 werden von den Haltern 16 und 17 in die und aus der Arbeitslage gebracht.
Beim Gebrauch liegen die Elektroden gegen ein Werkstück an, welches im Ausführungsbeispiel aus der Widerstandsdraht wicklung 12 und dem hineinragenden Vorsprung 14a eines Klemmenkontaktes 14 besteht. Da die zwei Schweisselektrodensätze 18 und 19 und die entspre- chenden Elektrodenhalter 16 und 17 im wesentlichen gleich sind, sollen hier nur die Halter 16 und die Elektroden 18 beschrieben werden.
Die Halter 16 sind in der Hauptsache rechteckig und zu einem sich verjüngenden Endteil 16a aus geformt (der verjüngte Endteil der Halter 17 wird mit 17a bezeichnet), wobei rechteckige Ausnehmun- gen 21 und 22 in den einander zugekehrten Seiten der Endteile 16a vorgesehen sind. Die Einzelelek troden des Elektrodensatzes 18 sind mit 18a und 18b bezeichnet und liegen jeweils in den Ausnehmun- gen 21 und 22, wobei die Elektrodendicke jeweils gleich der Tiefe der Ausnehmungen 21, 22 ist.
Jede der Elektroden 18a und 18b hat eine flache Seite, die mit der Innenseite des zugehörigen Elektroden halters 16 bündig ist. Da die Elektroden 18a und 18b beträchtlich länger als die Ausnehmungen 21 und 22 sind, ragen sie ein Stück über das freie Ende des Elektrodenhalters 16 hinaus. Der Elektrodensatz 19 weist die Elektroden 19a und 19b auf, welche in entsprechenden Ausnehmungen 21 und 22 der Hal ter 17 eingesetzt sind.
Um einen gleichmässigen Kontaktdruck zwischen den Schweisselektroden 18, 19 und dem dazwischen angebrachten zylindrischen Werkstück sicherzustel len, sind halbrunde Ausnehmungen in den entspre chenden Enden der Elektroden 18 und 19 vorgesehen. Dies ist aus Fig. 3 ersichtlich, wonach die Elektrode 18a eine halbrunde Ausnehmung 24 und die Elektrode 19a eine halbrunde Ausnehmung 25 hat.
Diese Aus- nehmungen sichern einen innigen Kontakt zwischen den Elektroden und dem Werkstück, wenn die Elek troden 18 und 19 an den Endteil der Widerstands drahtwicklung 12, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, angelegt werden.
Es ist möglich, nur ein Paar Schweisselektroden zu benutzen, um eine Schweissspannung an einige der Windungen des Widerstandsdrahtes 12 derart anzu legen, dass ein Schweissstrom durch die Windungen hindurchgeht, eine kräftigere und gleichmässigere Schweissnaht kann aber dadurch erreicht werden, dass mehrere Schweisselektroden von entgegengesetzter Spannung im Abstand voneinander in jedem der Elek- trodenhalter vorgesehen sind. Die Elektroden selbst sind dabei natürlich nicht polarisiert, sondern sie sind an die Schweissstromquelle derart angeschlossen, dass eine Elektrode positiv, die benachbarte Elektrode negativ ist (Fig. 2).
Somit kann der Schweissstrom polwechselnd oder polarisiert sein, je nach Bedarf und Zweckmässigkeit.
Vorzugsweise bestehen die Elektrodenhalter 16 und 17 aus einem metallischen Leiter niedriger Re sistenz; dies erleichtert die Verbindung der Elektro den mit der Schweissstromquelle. Um einen Kurz schluss der Stromquelle zu verhindern, ist eine Scheibe 26 aus Isoliermaterial zwischen den einzelnen Elek- trodenhaltern 16 und den zugehörigen Elektroden 18a, 18b, sowie auch zwischen einzelnen der Elek- trodenhalter 17 und den entsprechenden Elektroden 19a, 19b angeordnet.
Um den Austausch der Elek- trodenpaare 18 und 19 zu erleichtern, sind diese Elektroden vorzugsweise beiderseits der Isolierscheibe 26 angebracht und mit dieser zusammen zwischen die Halter 16 bzw. 17 einfuhrbar, worauf die Halter zu sammengepresst werden, um dadurch die Elektroden paare 18 und 19 in ihrer Arbeitslage festzuhalten. Die gegenseitigen Bewegungen der Elektrodenhalter 16 und 17 können mit beliebigen Mitteln, z. B. So lenoiden, bewirkt werden.
Während des Schweissvorganges wird vorzugsweise ein Strom von inertem Schutzgas, z. B. Argon, Helium oder dergleichen, an der Schweissstelle aufrechterhal ten, um eine Oxydierung zu verhindern. Da, wie schon erwähnt, das Schmelzen in der Oberflächen- schicht des Klemmenkontaktes stattfindet, die sich zwischen benachbarten Schweisselektroden befindet, muss das Schutzgas in diesem Gebiet wirken.
Zu die sem Zwecke ist ein querverlaufender Kanal 27, an den eine Inertgasquelle angeschlossen ist, im Elektroden halter 17a vorgesehen, wobei dieser Kanal mit einem Schlitz 28 in Verbindung steht, welcher in der dem Halter 17a zugehörigen Isolierscheibe 26 vorgesehen ist und in den Ringraum um das Werkstück mündet.
Wie aus der Fig. 3 am klarsten hervorgeht, ist der Schlitz in bezug auf die Längsachse der Isolierscheibe 26 derart seitlich versetzt angeordnet, dass das Schutz gas, wenn es durch den Schlitz nach dem Werkstück zuströmt, eine Kreisbewegung in dem zylindrischen Zwischenraum ausführt, welcher nach aussen von den Wandungen der halbrunden Ausnehmungen 29 und 30 begrenzt wird, welche jeweils in den einander gegenüberstehenden Isolierscheiben 26 vorgesehen sind. Da die Ausnehmungen 29 und 30 etwas weiter als die Ausnehmungen 24 und 25 der Schweisselek troden 18 und 19 sind, entsteht im Schweissgebiet rings um den schraubenartig gewickelten Widerstands draht 12 ein ringförmiger Hohlraum.
Da die mit den Elektroden 18 und 19 zusammen wirkenden Windungen des schraubenartig gewickelten Widerstandsdrahtes 12 gegen den Vorsprung 14a des Klemmenkontaktes 14 gepresstwerden, wird das Schutz gas daran gehindert, aus dem Schweissgebiet in axialer Richtung zu entweichen. Ein Teil des Gases kann freilich durch den Zwischenraum zwischen den bei den einander gegenüberstehenden Enden der Isolier- scheiben 26 entweichen, aber dieser Verlust ist auf Grund der Wirbelung des Schutzgases infolge der versetzten Anordnung des Schlitzes 28 ganz unbeacht- lich.
Bei der Anwendung der in Fig. 2 und 3 dargestell ten Vorrichtung zum Durchführen des erfindungs gemässen Verfahrens wird zuerst der Widerstandsdraht 12 zu einer Schraubenwicklung verformt und dann der Vorsprung 14a des Klemmenkontaktes 14 in den Endteil dieser Wicklung eingeschoben. Bei geöffneten Elektrod'enhaltern 16 und 17 wird dann der Endteil des Widerstandsdrahtes mit dem darin sitzenden Vor sprung 14a in die Ausnehmungen 24 bzw. 25 eines Schweisselektrodenpaares 18, 19 eingelegt.
Dann werden die Halter 16 und 17 geschlossen, so dass sie den Widerstandsdraht 12 gegen den Vorsprung 14a kräftig anpressen. Die Klemmung bewirkt einen niedrigen elektrischen und thermischen übergangs- widerstand zwischen den Schweisselektroden und dem schraubenartig gewickelten Draht 12 und ebenso eine gute Berührung zwischen den Windungen des Drahtes 12 und dem von der Drahtwicklung umschlossenen Vorsprung 14a des Klemmenkontaktes 14.
Da die halbrunden Ausnehmungen der Elektroden 18 und 19 der Form des Werkstückes entsprechen, kann das Werkstück durch die zusammengepressten Halter 16 und 17 nicht deformiert werden.
Nachdem die Halter 16 und 17 geschlossen sind, wobei sie die Drahtwicklung 12 gegen den Vorsprung 14a anpressen, wird eine Spannung an die Schweiss elektroden angelegt, so dass ein Schweissstrom durch die Windungen des Widerstandsdrahtes 12 hindurch fliesst. Gleichzeitig wird Schutzgas dem Kanal 27 zu- geführt. Der Abstand zwischen den Elektroden in jedem Halter ist, wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ver hältnismässig klein, so dass nur wenige Windungen des Drahtes 12 in der geschlossenen Lage der Halter 16 und 17 zwischen den Elektroden liegen, wodurch die Masse der zwischen den Schweisselektroden 18a und 19a befindlichen Windungen beträchtlich geringer ist als die Gesamtmasse sämtlicher auf dem Vorsprung 14a liegenden Drahtwindungen.
Infolgedessen kön nen nur die dazwischenliegenden Drahtwindungen bis zum Schmelzen erhitzt werden, um dadurch zwischen dem Klemmenkontakt 14 und dem schraubenartig gewickelten Widerstandsdraht 12 eine Schweissnaht herzustellen. Dann wird die Stromzufuhr zum Wider standsdraht 12 abgeschaltet, und die Halter 16 und 17 bleiben noch eine kurze Zeit in ihrer Klemmlage, um die geschmolzene Oberfläche des Vorsprunges 14a daran zu hindern, sich weiter zu verbreiten.
Nach dem Erstarren der Schweissnaht werden die Halter 16, 17 geöffnet und das Werkstück entfernt. Bei einer praktischen Ausführung konnte die ganze Operation, vom Schliessen der Elektrodenhalter bis zum erneuten Öffnen in weniger als drei Sekunden durchgeführt werden. Dabei ist der Abstand zwischen den Elek troden 18a-18b bzw. 19a-19b für die Anzahl Windungen der Drahtwicklung, die mit dem Klem- menkontakt 14 verschweisst werden sollen, ausschlag gebend.
Fig. 4 ist ein Zeitschema, das die aufeinander folgenden Massnahmen der Schweissoperation veran schaulicht. Absolute Werte sind jedoch in dieses Schema nicht eingetragen,- weil die jeweils erforder lichen Zeiten von dem benutzten Strom sowie dem besonderen Material des Widerstandsdrahtes 12 ab hängen.
Bei der Beschreibung der Wirkungsweise des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schweissapparates bleibt es dahingestellt, ob die Betätigung eine manuelle, automatische oder halbautomatische ist. Das Ver fahren und die Vorrichtung der Erfindung ermög lichen jedenfalls eine Massenproduktion von Heizkör- pern mit Klemmenkontakten in wirtschaftlicher Weise. Dabei kann das Verfahren manuell mit Hilfe der erfindungsgemässen Vorrichtung oder z. B. mittels automatisch arbeitender Herstellungsmaschinen durch geführt werden.
Zur Bestimmung der Reihenfolge und Dauer der Zeiten, während deren die Elektrodenhalter 16 und 17 geschlossen gehalten werden sollen und während welcher der Schweissstrom eingeschaltet sein soll, wer den vorteilhaft Zeitkontrollschalter vorgesehen, weil eine allzulange Wirkungszeit des Schweissstromes ein zu weitgehendes Herabschmelzen des Vorsprunges 14a herbeiführen kann.
Dadurch wird die Haltbar keit des Klemmenkontaktes und die Betriebssicher heit des fertigen Erzeugnisses nachteilig beeinflusst. Die Betätigungs- oder Steuervorrichtung für eine solche automatische Arbeitsweise wird nicht bean sprucht; sie kann zwei Zeitkontrollschalter umfassen, welche sowohl die Zeitpunkte bestimmen, wenn die Solenoide erregt werden sollen, um die Elektroden halter 16 und 17 zu betätigen, als auch den Augen blick, in dem der Schweissstrom zwischen den Elek troden 18 und 19 ein- bzw. ausgeschaltet werden soll. So kann z.
B. ein erstes Zeitkontrollorgan das Be- tätigungssolenoid der Elektrodenhalter steuern, wobei vorzugsweise eine Feder zwischen dem Solenoid und dem entsprechenden Elektrodenhalter derart ein geschaltet ist, dass, nachdem die Halter in die Arbeits lage gebracht worden sind, das Solenoid seine Ein wirkung fortsetzen und dabei diese Feder spannen kann.
Während dieser Nachwirkung des Solenoids nach dem Schliessen der Halter kann ein vom zweiten Zeitkontrollorgan gesteuerter Schalter geschlossen werden, um dabei den Schweissstrom einzuschalten. Der Schweissstrom wird vom zweiten Zeitkontroll- organ ausgeschaltet, und nach Verlauf einer kurzen Verzögerungszeit erlaubt das erste Zeitkontrollorgan erneut die Öffnung der Elektrodenhalter.
Method and apparatus for providing electrical heating elements with terminal contacts. The present patent relates to electrical heating devices, specifically to such heating devices which have a high resistance metal resistance element and terminal contacts attached thereto, the patent particularly an improved method and apparatus for Connect the resistance element to the terminal contacts.
In certain types of electrical radiators, which have become known as jacketed radiators, the electrical heating body consists of a helically wound wire made of metallic resistance material, to the end of which the terminal contacts are attached. The helically wound heating wire is enclosed by a dense mass of a thermally conductive, electrically insulating material, and the whole thing is enclosed in a pipe jacket. Such a covered heating element can be shaped in various ways as desired.
Various methods are already known to attach the necessary terminal contacts to the En of the screw-wound resistance wire of a sheathed heating element; however, none of these methods has proven itself completely; rather, they leave a lot to be desired in terms of quality and cost-effectiveness of production.
Some of the previously known methods relate to various constructive Ausgestaltun conditions for producing a screw-like connec tion between the screw-wound resistor and a winding part of the terminal contact; Although these processes result in a mechanically durable connection with low transition resistance, they are not suitable for rapid production. These methods are also apparently unsatisfactory when the resistance element consists of fine wire.
According to other methods, the helically wound wire is welded to the terminal contact; However, these methods are associated with the disadvantage that the terminal contacts at the junction between the resistance wire and the terminal contacts are seriously weakened and can break off there, so that there is often the risk that the connection between the resistance wire and one or more of its terminal contacts proves to be broken after the resistance element has been included in the pipe jacket. In this case, the whole heating element is unusable.
So there is a need for an improved elec tric radiator of the sheathed type and an improved method to be able to connect a terminal contact with a helically wound opponent stand element quickly and without special professional training.
The purpose of the invention is therefore to create an improved method of connecting a helically wound resistance wire to a terminal contact, this method being able to be carried out in a very short time and leading to a connection in which the terminal contact essentially retains its original state .
The inventive method for producing the connection between the resistance wire and the terminal contact is characterized in that at least part of the resistance wire is brought into the form of a helical winding, that at least a part of the terminal contact is inserted into the wire winding such that this terminal contact part and the Wire winding lie coaxially and in mutual contact, and that an electric current is conducted for a certain time through the part of the wire winding which is in contact with the terminal contact, the size and duration of this current being measured in such a way,
that the current melts a surface layer of the terminal contact without significantly melting the underlying material of the terminal contact.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which FIG. 1 shows a side view of an electric heater manufactured according to the invention, FIG. 2 shows a vertical section through an apparatus used for manufacturing the heater shown in FIG the figure in particular special illustrates a certain phase of the manufacturing process, Fig. 3 shows the apparatus in section along the line 3-3 of FIG.
wherein the half omitted in FIG. 2 is also shown here, and FIG. 4 finally shows a time scheme for explaining the description.
The heating element 10 shown in Fig. 1 is suitable for inclusion in an ordinary pipe jacket to produce a sheathed electrical heating body. The element 10 consists of a metal wire 12 with a relatively high resistance so that, when a current is passed through it, the wire is heated and can be used to give off heat. A suitable resistance wire is commercially available under the name Nichrome (registered trademark). In the embodiment of the heater according to the invention shown, the resistance wire has the shape of a helical winding.
To avoid a short circuit between adjacent turns of the resistance wire 12, it can be provided with an insulating sleeve, or the wire winding can, which is also more common, be wound in such a way that adjacent turns of the wire are spaced apart from one another. The resistance wire 12 can be fed with power from any power source through a pair of metal terminal contacts 14, the latter being electrically and mechanically connected according to the present invention to the respective ends of the resistance wire 12.
For this purpose, one end of the terminal contact 14 is stepped in such a way that a cylindrical projection 14a with a smaller diameter is produced, which is inserted into the corresponding end of the resistance wire winding 12. As shown here, one end of the wire 12 is supported against the shoulder 14b of the terminal contact 14, wel cher the transition between the projection 14a and the main part of the terminal contact 14 mediates. Electric heating elements of this type belong to the prior art, and the arrangement described so far therefore does not in itself form part of the present subject matter of the invention.
As already mentioned, there is a need for a reliable method of connecting the end portions of the wire 12 to the corresponding terminal contacts 14. Since welding is a convenient method for quickly connecting the wire 12 to the terminal contact 14 while ensuring a low electrical transition resistance between tween the united parts, it is also useful to base the connection on a Schweissverfah Ren, which makes the required electrical connections at the same time Guarantee of a mechanically durable terminal contact connection can be ensured.
For this purpose, the resistance wire 12 is brought into the form of a number of turns separated from one another by spacings, so that a helically wound wire winding is formed. The inner diameter of the wire winding is expediently equal to that of the jump 14a of the terminal contact 14, or slightly larger than this. The terminal contact 14 is then inserted with its projection 14a so far into one end of the resistance wire winding 12 that this end comes to rest against the shoulder 14.b.
Now, welding current is passed through some of the turns of the wire winding 12 lying on the projection 14c of the terminal contact 14 until the turns are melted superficially. Since the mass of the helically wound resistance wire 12 is considerably smaller than the mass of the reaching in front of jump 14a of the terminal contact 14, the wire 12 will already be heated enough to ensure the formation of a good welded joint if only a thin surface layer of the lying points of the terminal contact 14 is melted, such a partial surface melting of a heated part can be referred to as melting networks.
As soon as such a melting network occurs at the terminal contact 14, the power supply to the wire 12 is immediately switched off and the heat is conducted away from the weld seam as quickly as possible in order to prevent the melting of the protrusion 14c from continuing.
The invention also relates, as already mentioned, to a device for carrying out the method described above, which is suitable for the production of quantities of welded contact connections. The apparatus shown in FIGS. 2 and 3 has two sets of mutually longitudinally movable angeord designated electrode holders 16 and 17. In the Ausfüh approximately example, the holder 16 is mounted vertically above the holder 17; these holders can of course also be arranged in other mutual stel lungs. The holder 16 carries two welding electrodes 18; the holder 17 has two further welding electrodes 19. These welding electrodes 18 and 19 are brought into and out of the working position by the holders 16 and 17.
In use, the electrodes lie against a workpiece which, in the exemplary embodiment, consists of the resistance wire winding 12 and the protruding projection 14a of a terminal contact 14. Since the two welding electrode sets 18 and 19 and the corresponding electrode holders 16 and 17 are essentially the same, only the holders 16 and the electrodes 18 will be described here.
The holders 16 are mainly rectangular and shaped into a tapered end portion 16a (the tapered end portion of the holders 17 is denoted by 17a), with rectangular recesses 21 and 22 being provided in the mutually facing sides of the end portions 16a. The individual electrodes of the electrode set 18 are designated by 18a and 18b and are each located in the recesses 21 and 22, the electrode thickness being the same as the depth of the recesses 21, 22.
Each of the electrodes 18a and 18b has a flat side which is flush with the inside of the associated electrode holder 16. Since the electrodes 18a and 18b are considerably longer than the recesses 21 and 22, they protrude slightly beyond the free end of the electrode holder 16. The electrode set 19 has the electrodes 19a and 19b, which are inserted into corresponding recesses 21 and 22 of the Hal ter 17.
In order to ensure a uniform contact pressure between the welding electrodes 18, 19 and the cylindrical workpiece attached between them, semicircular recesses are provided in the corresponding ends of the electrodes 18 and 19. This can be seen from FIG. 3, according to which the electrode 18a has a semicircular recess 24 and the electrode 19a has a semicircular recess 25.
These recesses ensure intimate contact between the electrodes and the workpiece when the electrodes 18 and 19 are applied to the end portion of the resistance wire winding 12, as shown in FIGS. 2 and 3.
It is possible to use only one pair of welding electrodes in order to apply a welding voltage to some of the turns of the resistance wire 12 in such a way that a welding current passes through the turns, but a stronger and more even weld seam can be achieved by using several welding electrodes of opposite voltage are provided at a distance from one another in each of the electrode holders. The electrodes themselves are of course not polarized, but are connected to the welding current source in such a way that one electrode is positive and the adjacent electrode is negative (FIG. 2).
The welding current can therefore be polarized or polarized, depending on requirements and expediency.
Preferably, the electrode holders 16 and 17 consist of a metallic conductor of low resistance Re; this makes it easier to connect the electric to the welding power source. To prevent a short circuit of the power source, a disk 26 made of insulating material is arranged between the individual electrode holders 16 and the associated electrodes 18a, 18b, and also between individual electrode holders 17 and the corresponding electrodes 19a, 19b.
In order to facilitate the exchange of the electrode pairs 18 and 19, these electrodes are preferably attached to both sides of the insulating disk 26 and can be inserted together with the latter between the holders 16 and 17, whereupon the holders are pressed together to thereby the electrode pairs 18 and 19 to hold on to their work situation. The mutual movements of the electrode holders 16 and 17 can be performed by any means, e.g. B. So lenoids are effected.
During the welding process, a stream of inert protective gas, e.g. B. argon, helium or the like, at the welding point upright th to prevent oxidation. Since, as already mentioned, the melting takes place in the surface layer of the terminal contact, which is located between adjacent welding electrodes, the protective gas must act in this area.
For this purpose, a transverse channel 27, to which an inert gas source is connected, is provided in the electrode holder 17a, this channel being in communication with a slot 28 which is provided in the insulating washer 26 belonging to the holder 17a and in the annular space around the workpiece ends.
As can be seen most clearly from FIG. 3, the slot is arranged laterally offset with respect to the longitudinal axis of the insulating disk 26 in such a way that the protective gas, when it flows through the slot towards the workpiece, performs a circular movement in the cylindrical space which is limited to the outside by the walls of the semicircular recesses 29 and 30, which are each provided in the mutually opposite insulating washers 26. Since the recesses 29 and 30 are slightly wider than the recesses 24 and 25 of the welding electrodes 18 and 19, an annular cavity arises in the welding area around the helically wound resistance wire 12.
Since the turns of the helically wound resistance wire 12, which cooperate with the electrodes 18 and 19, are pressed against the projection 14a of the terminal contact 14, the protective gas is prevented from escaping from the welding area in the axial direction. Some of the gas can of course escape through the space between the opposite ends of the insulating washers 26, but this loss is completely insignificant due to the turbulence of the protective gas due to the offset arrangement of the slot 28.
When using the dargestell th in Fig. 2 and 3 device for performing the fiction, according to method, the resistance wire 12 is first deformed into a helical winding and then the projection 14a of the terminal contact 14 is inserted into the end portion of this winding. With the electrode holders 16 and 17 open, the end part of the resistance wire with the protrusion 14a seated therein is then inserted into the recesses 24 and 25 of a welding electrode pair 18, 19.
Then the holders 16 and 17 are closed so that they forcefully press the resistance wire 12 against the projection 14a. The clamping causes a low electrical and thermal transition resistance between the welding electrodes and the helically wound wire 12 and also good contact between the turns of the wire 12 and the projection 14a of the terminal contact 14, which is enclosed by the wire winding.
Since the semicircular recesses of the electrodes 18 and 19 correspond to the shape of the workpiece, the workpiece cannot be deformed by the holders 16 and 17 being pressed together.
After the holders 16 and 17 are closed, pressing the wire winding 12 against the projection 14a, a voltage is applied to the welding electrodes so that a welding current flows through the windings of the resistance wire 12. At the same time, protective gas is fed into the channel 27. The distance between the electrodes in each holder is, as can be seen from FIG. 2, ver relatively small, so that only a few turns of the wire 12 in the closed position of the holder 16 and 17 are between the electrodes, whereby the mass of between the Welding electrodes 18a and 19a located turns is considerably less than the total mass of all wire turns lying on the projection 14a.
As a result, only the wire windings between them can be heated until they melt, thereby producing a weld seam between the terminal contact 14 and the helically wound resistance wire 12. Then the power supply to the resistance wire 12 is turned off, and the holders 16 and 17 remain in their clamping position for a short time in order to prevent the molten surface of the projection 14a from spreading further.
After the weld seam has solidified, the holders 16, 17 are opened and the workpiece is removed. In a practical implementation, the entire operation, from closing the electrode holder to opening it again, could be carried out in less than three seconds. The distance between the electrodes 18a-18b or 19a-19b is decisive for the number of turns of the wire winding that are to be welded to the terminal contact 14.
Fig. 4 is a time chart that illustrates the successive measures of the welding operation. However, absolute values are not entered in this scheme, because the times required in each case depend on the current used and the particular material of the resistance wire 12.
In the description of the mode of operation of the welding apparatus shown in FIGS. 2 and 3, it remains to be seen whether the actuation is manual, automatic or semi-automatic. The process and the device of the invention make possible mass production of radiators with terminal contacts in an economical manner. The method can be carried out manually using the device according to the invention or, for. B. be performed by means of automatically operating manufacturing machines.
To determine the sequence and duration of the times during which the electrode holders 16 and 17 are to be kept closed and during which the welding current is to be switched on, whoever provides the advantageous time control switch, because an excessively long period of action of the welding current can cause the projection 14a to melt down too far .
This adversely affects the durability of the terminal contact and the operational safety of the finished product. The actuation or control device for such automatic operation is not sprucht bean; It can comprise two time control switches, which determine both the times when the solenoids are to be energized in order to operate the electrode holders 16 and 17, and the moment when the welding current between the electrodes 18 and 19 is switched on or off. should be turned off. So z.
B. a first time control element control the actuation solenoid of the electrode holder, preferably a spring between the solenoid and the corresponding electrode holder is connected in such a way that, after the holder have been brought into the working position, the solenoid continue its action and thereby this spring can tension.
During this after-effect of the solenoid after the holder has been closed, a switch controlled by the second time control element can be closed in order to switch on the welding current. The welding current is switched off by the second time control element, and after a short delay time the first time control element allows the electrode holder to be opened again.