CN109005610A - 用于具有加热元件的电加热装置的内部结构和电加热装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电加热装置的内部结构，所述电加热装置具有至少部分地自由缠绕的至少一个电加热元件，其中，所述内部结构具有：连接部段，用于支承所述电加热元件的两个端部中的至少一个和/或至少一个连接线，所述电加热元件的两个端部中的至少一个与所述至少一个连接线连接；与所述连接部段相对的偏转部段，所述电加热元件和/或连接线在所述偏转部段上转向；和在所述连接部段与所述偏转部段之间伸展的间隔保持器，至少由所述偏转部段相对于间隔保持器的轮廓沿至少径向方向盖住，其中，所述偏转部段在盖住所述间隔保持器的区域中具有连接杆，所述电加热元件和/或所述连接线通过所述连接杆被引导并且由此被转向。

Description

用于具有加热元件的电加热装置的内部结构和电加热装置

技术领域

本发明涉及用于具有至少部分地自由缠绕的加热元件的电加热装置的内部结构和电加热装置。

背景技术

许多电加热装置具有管状金属护套，在该管状金属护套的内部空间中布置有电加热元件，该电加热元件通常根据其布置在管状金属护套的内部空间中通过撒入尤其是电绝缘粉末或颗粒并且通过可选的压缩而固定在其位置处，并且可能的话，如果电加热元件本身还未在其外侧上电绝缘，则相对于管状金属护套电绝缘。

如果将电加热元件提供作为尤其是在空间中的布置被预构造的单独组件，将其插入到管状金属护套的内部，然后撒入粉末或颗粒，则这种电加热装置的制造特别简单。用于实现这种概念的广泛普及的方法在于，可以将例如作为加热线或电阻线来实施的电加热元件缠绕到例如陶瓷制的卷绕体上，然后将其用作用于电加热装置的预构造的内部结构。不过，在这种解决方案中，电加热元件的空间布置在很大程度上丧失自由度。

本申请人以前已经开发了两种替代方法，该两种替代方法允许将电加热元件预构造为单独组件来提供，其中可以避免限制设计自由度的卷绕体。一方面，如DE102013212205A1所公开的那样，本申请人已经开发了电加热装置，其中使用了自支承电加热导体，该自支承电加热导体可以自由地形成为期望的空间曲线并且可以插入到管状金属护套的内部。然而，当然，这带来了电加热导体的一定的最小横截面，该最小横截面限制了每单位长度可实现的电阻。

另一方面，如例如EP2296433B1所描述的那样，本申请人开发了电加热装置，该电加热装置使用管式加热体或管式线圈筒作为电加热元件，其中，通过这些电加热元件的金属护套可以实现所需的形状稳定性，以便可以将它们用作预构造的内部结构。但结果，这导致电加热元件的大的空间需求，因此也不能在所有情况下使用。

发明内容

这里，本发明的目的在于提供一种用于电加热装置的内部结构，该内部结构允许提供至少部分地自由缠绕的电加热元件，尤其是加热线或电阻线作为预构造的组件，将其插入到管状金属护套的内部空间中，嵌入电绝缘粉末或颗粒并且可选地进行压制，并且本发明的目的还在于提供一种具有这种内部结构的电加热装置。

该目的是通过具有权利要求1的特征的用于电加热装置的内部结构和具有权利要求9的特征的电加热装置来实现的。本发明的有利改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的用于电加热装置的内部结构，其具有至少部分地自由缠绕的至少一个电加热元件，其中，所述内部结构具有：

－连接部段，用于支承所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的两个端部中的至少一个和/或至少一个连接线，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的两个端部中的至少一个与所述至少一个连接线连接；

－与所述连接部段相对的偏转部段，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件和/或连接线在所述偏转部段上偏转，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的两个端部中的至少一个与所述连接线连接；以及

－间隔保持器，所述间隔保持器在所述连接部段和所述偏转部段之间伸展并且至少由所述偏转部段相对于所述间隔保持器的轮廓至少沿一个径向方向盖住。

对本发明重要的是，所述偏转部段对于至少一个已偏转的电加热元件和/或对于至少一个已偏转的连接线在相对于所述间隔保持器的轮廓沿至少一个径向方向盖住所述间隔保持器的区域中具有连接杆，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件和/或所述连接线通过所述腹板被引导并且由此被转向，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的两个端部中的至少一个与所述连接线连接。尤其是在这里，“转向”是指方向改变180°，但其他方向变化也是可能的。

短语“沿径向方向”是指“沿至少径向方向”，因此该短语并不意味着强制的径向对称性，而是在使用圆柱几何形状或圆柱坐标系描述内部结构的几何形状的意义上，其中轴线由连接部段和偏转部段之间的间隔保持器的或许局部的轮廓方向预先给出，并且其他坐标是半径，即与该轴线的间隔和极角。

明确指出的是，电加热元件的转向部不是强制地必须是自由缠绕部分，而且代替的是例如连接部段。这使得可以像根据要求的连接部段的转向的替代方案一样实现内部结构，其中电加热元件的自由缠绕部段不仅可以以偶数成对地设置，而且如果需要还可以以奇数设置。

因此，内部结构形成载体结构，该载体结构将缠绕的加热线部段保持在期望的机械应力下并且预先给出它们在空间中的布置。然后，可以将内部结构插入到电加热装置或负载电阻器的管状金属护套中，并且填充电绝缘粉末或颗粒。

根据用于电加热装置的内部结构的有利改进方案，可以规定的是，用于已转向的电加热元件和/或用于已转向的连接线的至少一个偏转部段具有相对于所述间隔保持器的轮廓沿径向方向伸展的连接杆，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的两个端部中的至少一个与所述已偏转的连接线连接，所述间隔保持器优选平行于假想轴线并且特别优选具有中心轴线，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件和/或所述连接线通过所述连接杆被引导并且由此被转向，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的两个端部中的至少一个与所述连接线连接。

在这里，对称铺设n个连接杆的实施例是特别优选的，从而产生相对于通过间隔保持器伸展的轴线，尤其是间隔保持器的中心轴线的n重旋转对称。这样，电加热元件的多个自由缠绕部分可以均匀地分布在圆周上。

此外，连接杆的径向伸展走向还便于在内部结构的组装期间将电加热元件布置在腹板上。

还优选的是，所述电加热元件和/或所述已偏转的连接线如此支承在所述连接部段上，使得所述电加热元件的自由缠绕部分被拉紧，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的两个端部中的至少一个与所述已转向的连接线连接。在这里，特别优选的是，可以通过调节支承来改变应力。该措施尤其允许在制造内部结构时，首先将加热元件在使其不受机械应力的情况下容易地通过偏转部段进行引导，并且然后在支承其端部或者与一个或两个端部连接的连接线时以期望的应力进行固定。

能特别容易实现的是，所述连接部段具有至少一个凹部，在所述至少一个凹部中支承有所述至少部分地自由缠绕的电加热元件的一个部分或一个连接线，因为可以将要支承的部段容易地从一侧插入到所述凹部中。

当所述偏转部段对于至少一个已偏转的电加热元件和/或对于至少一个已偏转的连接线具有凸出部，用于防止所述已偏转的电加热元件和/或所述已偏转的连接线的滑脱时，以简单的方式确保将电加热元件保持在期望的位置处。

可以容易地确保根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置中的内部结构的精确定位，所述连接部段和/或偏转部段具有支撑表面，用于将所述内部结构支撑在电加热装置的管状金属护套上。

当所述连接部段和/或所述偏转部段在所述间隔保持器上的位置是可变的，并且存在有固定装置，用于固定所述连接部段和/或所述偏转部段时，一方面，可以容易适配电加热元件且尤其是其自由缠绕部段的期望的机械应力，另外在装配不同长度的用于电加热装置的内部结构时也具有优势。

还能实现的是，连接线形成所述间隔保持器。这使得能够在必要情况下提供电加热元件的一种构造，其中，电加热元件的自由缠绕部分与在缠绕于载体上的电加热元件中那样描绘可比较的空间曲线。

根据本发明构造的用于电加热装置的内部结构利用间隔保持器而也具有理想合适的位置，控制器、传感器或检测元件可以装入到所述间隔保持器中，或者控制器、传感器或检测元件可以安装到所述间隔保持器上。

尤其地，所述内部结构也可以如此设计，使得所述至少部分地自由缠绕的多个电加热元件布置在所述内部结构上。由此在所提供的热输出方面获得了很大的灵活性，当所述至少部分地自由缠绕的多个电加热元件中的至少一些被电流隔离和/或具有不同的热输出和/或可单独切换时，该灵活性还可以进一步提高。

另外，在用于电加热装置的内部结构的一个改进方案中还可以规定的是，至少部分地自由缠绕的至少一个电加热元件与温度保险丝串联连接。

根据本发明的电加热装置具有根据本发明的内部结构，所述内部结构布置在管状金属护套内部并且通过电绝缘材料与所述管状金属护套绝缘。

优选地，所述电绝缘材料被浸渍。例如，可以使用已浸渍的氧化镁粉末。

根据本发明的一个特别优选的实施方式，所述管状金属护套的外轮廓与所述内部结构的外轮廓适配，这尤其实现了特别直接且有针对性的向环境的散热。

附图说明

以下将参照示出实施例的附图更详细地说明本发明。在附图中：

图1示出了电加热装置的一例的局部分解图；

图2示出了图1的电加热装置的一变型例的局部分解图；

图3示出了电加热装置的内部结构；

图4示出了电加热装置的内部结构；

图5示出了电加热装置的内部结构；以及

图6示出了电加热装置的内部结构。

具体实施方式

图1示出了电加热装置10的局部分解图，其中，管状金属护套15和用于电加热装置10的内部结构100是可见的，管状金属护套15在所示实施方式中为具有底部16的圆柱形护套，内部结构100以原本嵌入到粉末状、电绝缘但良好导热的材料例如氧化镁中的方式布置在管状金属护套15内。

内部结构100具有连接部段120、偏转部段140和间隔保持器110，间隔保持器110在连接部段120和偏转部段140之间伸展。这里为杆状的间隔保持器110的轮廓或其在连接部段120和偏转部段140之间的中心轴线限定一方向，相对于该方向，不仅连接部段120而且偏转部段140沿径向方向盖住间隔保持器110，其中，该盖住的程度依赖于相应的极角而变化。

此外，在内部结构100上布置有设计为电阻线的电加热元件160，其端部与连接线170a，170b导电和机械连接。连接线170a，170b分别支承在连接部段120中。在电加热元件160在其第二端部中与连接线170b连接之前，从与连接线170a连接的端部开始分别跟随的是电加热元件160的第一自由缠绕区域161、转向区域162和第二自由缠绕区域163。

连接部段120和偏转部段140的几何基本形状在该实施例中大致相同。连接部段120和偏转部段140具有中间区域121和141，在该中间区域121和141的中央，连接部段120和偏转部段140与间隔保持器110可松开地或持续地连接。三个臂122和142从中间区域121或141开始分别沿径向方向向外延伸，使得分别产生相对于中心轴线的三重旋转对称性。

然而，该几何基本形状由于臂122和142的设计不同而变化不同。连接部段120的臂122构造成大致扇形形状。这些臂122各自具有凹部123，连接线170a，170b从侧面沿圆周方向导入并支承在凹部123中。这可以尤其通过以下方式实现，即，如通过比较连接线170a，170b的位于连接部段120的不同侧上的部段可以看出，连接线170a，170b局部地具有比凹部123的尺寸更大的横截面，使得该更大的横截面支撑在连接部段120的连接侧的表面上。这样可以尤其实现电加热元件160的限定的机械应力。

连接部段120的臂122的端面用作支撑表面124，内部结构100利用支撑表面124支撑在电加热装置10的管状金属护套15上。通过存在于支撑表面124中的凹槽125和孔126，也促进或改进了向在连接部段120的臂122的区域中在内部结构100插入到管状金属护套15中之后留下的空容腔填充电绝缘材料。

偏转部段140的臂142各自具有三个部分：径向向外加宽的部分143；沿径向方向伸展的连接杆144，其提供了电加热元件160的转向区域162；以及相对于连接杆144加宽的凸出部145，凸出部145的端面形成支撑表面146，内部结构100利用支撑表面146支撑在电加热装置10的管状金属护套15上。

图2所示的电加热装置20与电加热装置10的不同之处仅在于所使用的管状金属护套25，而内部结构100与图1所示的内部结构相同，有关其说明，可以参考前面的说明。具有底部26的管状金属护套25具有三个凹入部27，这三个凹入部27沿管状金属护套25的轮廓方向从其一个端面25a延伸到其另一个端面25b，底部26位于该另一个端面25b上。由于管状金属护套25的护套厚度是恒定的，因而由此管状金属护套25的外轮廓和内轮廓与内部结构100的外轮廓适配，并且用于散热的更大表面可供使用。

图3至图6所示的内部结构200，300，400，500与内部结构100一样分别具有间隔保持器210，310，410，510，间隔保持器210，310，410，510在连接部段220，320，420，520和偏转部段240，340，440，540之间伸展。

此外，在图3和图4中，单独的臂222，242和322，342的几何形状设计成与图1的内部结构100中的臂122和142的几何形状完全相同，从其说明中，通过加上100产生图3的臂222的对应的附图标记，并且通过加上200产生图4的臂322的对应的附图标记。

一方面，根据图3的内部结构200与内部结构100的不同之处在于，间隔保持器210居中地穿过连接部段220并且在连接侧延伸超过连接部段220。当可位移地且在期望的位置处例如借助埋头螺钉或卡定机构可固定地实施连接部段220时，由此一方面可以实现电加热元件260上的可变机械应力，并且另一方面可以实现简单的装配。

另一方面，作为电阻线的电加热元件260的轮廓将内部结构200与内部结构100区分开。尽管在两种情况下分别存在三个电加热元件260或160，但与电加热元件160相反，电加热元件260仅具有一个自由缠绕部分261，该自由缠绕部分261在其一侧与支承在连接部段220中的连接线270a连接，并且在其另一侧转入长的连接区域262，该长的连接区域262分别通过偏转部段240的连接杆244被引导并且被转向，从而该连接区域262通过缠绕自由缠绕部分261返回朝连接部段220方向伸展并且与支承在该连接部段220中的第二连接线270b电接触。

根据图4的内部结构300与根据图1的内部结构100的不同之处仅在于臂322的数量。当然，也可以制造具有多于三个臂的内部结构。

根据图5的内部结构400与内部结构100的不同之处在于，内部结构400在连接部段420上具有仅一个臂422并且在偏转部段440上具有仅一个臂442，并且存在仅一个电加热元件460。另外，臂422和臂442的几何形状与之前讨论的实施例中的不同。

内部结构400提供不对称布置的电加热元件460，其端部部分与连接线470a，470b导电且机械连接，该连接线470a，470b如前所述悬挂在设置于连接部段的臂420中的凹部423中并且由此被支承。

在电加热元件460在其第二端部部分中与连接线470b连接之前，从与连接线470a连接的端部部分开始分别跟随的是电加热元件460的第一自由缠绕区域461、转向区域462和第二自由缠绕区域463，转向区域462通过偏转部段440的沿径向方向伸展的连接杆444被提供。如同在内部结构100中一样，这里，臂420和440的端面也用作支撑表面424和446。

根据图6的内部结构500类似于图5的内部结构400，但尤其是在两个重要方面与内部结构400不同。第一，这里，间隔保持器510由连接线570b的一个部分形成。第二，电加热元件560不在偏转部段540上转向，而是连接线570b，也就是说通过连接杆544转向，电加热元件560从与连接线570a连接的端部部分开始具有仅一个自由缠绕区域561并且以其第二端部部分与连接线570b连接，连接杆544在臂542的情况下将用于连接线570b的两个导通开口彼此分离。

应该理解的是，所有实施方式的连接部段和偏转部段分别优选地由电绝缘材料制成。

附图标记说明：

10，20 电加热装置

15，25 管状金属护套

16，26 底部

100，200，300，400，500 内部结构

110，210，310，410，510 间隔保持器

120，220，320，420，520 连接部段

121，221，321，421，521 中间区域

122，222，322，422，522 臂

123，223，323，423，523 凹部

124，224，324，424，524 支撑表面

125，225，325，425，525 凹槽

126，226，326，426，526 孔

140，240，340，440，540 偏转部段

141，241，341，441，541 中间区域

142，242，342，442，542 臂

143，243，343 部分

144，244，344，444，544 连接件

145，245，345，445 凸出部

146，246，346，446，546 支撑表面

160，260，360，460，560 电加热元件

161，163，261，361，363，

461，463，561 自由缠绕区域

162，362，462 转向区域

170a，170b，270a，270b，

370a，370b，470a，470b，

570a，570b 连接线

262 连接部段

Claims (15)

1.一种用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其具有至少部分地自由缠绕的至少一个电加热元件(160，260，360，460，560)，其中，所述内部结构(100，200，300，400，500)具有：

－连接部段(120，220，320，420，520)，用于支承所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的两个端部中的至少一个和/或至少一个连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的两个端部中的至少一个与所述至少一个连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)连接；

－与所述连接部段(120，220，320，420，520)相对设置的偏转部段(140，240，340，440，540)，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)在所述偏转部段(140，240，340，440，540)上转向，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的两个端部中的至少一个与所述连接线连接；以及

－间隔保持器(110，210，310，410，510)，所述间隔保持器在所述连接部段(120，220，320，420，520)和所述偏转部段(140，240，340，440，540)之间伸展并且相对于所述间隔保持器(110，210，310，410，510)的轮廓至少沿径向方向至少由所述偏转部段盖住，

其特征在于，用于至少一个已转向的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或对于至少一个已转向的连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)的所述偏转部段(140，240，340，440，540)在相对于所述间隔保持器(110，210，310，410，510)的轮廓至少沿径向方向盖住所述间隔保持器(110，210，310，410，510)的区域中具有连接杆(144，244，344，444，544)，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或所述连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)通过所述连接杆(144，244，344，444，544)被引导并且由此被转向，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的两个端部中的至少一个与所述连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)连接。

2.根据权利要求1所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，用于已转向的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或用于已转向的连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)的至少一个偏转部段(140，240，340，440，540)具有相对于所述间隔保持器(110，210，310，410，510)的轮廓沿径向方向伸展的连接杆(144，244，344，444，544)，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的两个端部中的至少一个与所述已偏转的连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)连接，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或所述连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)通过所述连接杆(144，244，344，444，544)被引导并且由此被偏转，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的两个端部中的至少一个与所述连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或所述已转向的连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)如此支承在所述连接部段(120，220，320，420，520)上，使得所述电加热元件(160，260，360，460，560)的自由缠绕部分被张紧，所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的两个端部中的至少一个与所述已转向的连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述连接部段(120，220，320，420，520)具有至少一个凹部(123，223，323，423，523)，在所述至少一个凹部中支承有所述至少部分地自由缠绕的电加热元件(160，260，360，460，560)的一个部分或连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，用于至少一个已转向的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或用于至少一个已转向的连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)的所述偏转部段(140，240，340，440，540)具有凸出部(145，245，345，445)，用于防止所述已转向的电加热元件(160，260，360，460，560)和/或所述已转向的连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)的滑脱。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述连接部段(120，220，320，420，520)和/或偏转部段(140，240，340，440，540)具有支撑表面(146，246，346，446，546)，用于将所述内部结构(100，200，300，400，500)支撑在电加热装置(10，20)的管状金属护套(15，25)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述连接部段(120，220，320，420，520)和/或所述偏转部段在所述间隔保持器(110，210，310，410，510)上的位置是可变的，并且存在有固定装置，用于固定所述连接部段(120，220，320，420，520)和/或所述偏转部段(140，240，340，440，540)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，连接线(170a，170b，270a，270b，370a，370b，470a，470b，570a，570b)形成所述间隔保持器(110，210，310，410，510)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，控制器、传感器或检测元件装入到所述间隔保持器(110，210，310，410，510)中或安装到所述间隔保持器(110，210，310，410，510)上。

10.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，存在有至少部分地自由缠绕的多个电加热元件(160，260，360，460，560)。

11.根据权利要求10所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，所述至少部分地自由缠绕的多个电加热元件(160，260，360，460，560)中的至少一些为电流隔离的和/或具有不同的热输出和/或可单独切换。

12.根据前述权利要求中任一项所述的用于电加热装置(10，20)的内部结构(100，200，300，400，500)，其特征在于，至少部分地自由缠绕的至少一个电加热元件(160，260，360，460，560)与温度保险丝串联连接。

13.具有根据前述权利要求中任一项所述的内部结构(100，200，300，400，500)的电加热装置(10，20)，其中，所述内部结构(100，200，300，400，500)布置在管状金属护套(15，25)内部并且通过电绝缘材料与所述管状金属护套绝缘。

14.根据权利要求13所述的电加热装置(10，20)，其特征在于，所述电绝缘材料被浸渍。

15.根据权利要求13或14所述的电加热装置(10，20)，其特征在于，所述管状金属护套(15，25)的外轮廓和/或内轮廓与所述内部结构(100，200，300，400，500)的外轮廓适配。