CN111918429B - 电加热装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造电加热装置的方法，包括：提供具有纵向轴线的绕组模，其横截面具有主轴线和副轴线，绕组模具有平行于纵向轴线延伸的开口。要么在绕组模上卷绕部分的电加热元件，并将电加热元件的端部段和连接线插入开口，要么将电加热元件的卷绕部段插入开口，将绕组模和部分卷绕在其上的电加热元件或和电加热元件插入开口的卷绕部段插入管状金属护套，并填充电绝缘的导热粉末或颗粒，压缩金属护套和绕组模和电绝缘导热粉末或颗粒，压缩使绕组模变形，使得主轴线和/或副轴线的长度之间的比例或主轴线和副轴线相对于彼此的位置变化，要么在连接线和电加热元件插入开口的部段之间产生压接，要么开口的内壁表面与电加热元件插入平开口的卷绕部段接触。

Description

电加热装置的制造方法

背景技术

电加热装置已经用于加热物体和/或介质多年。在这种电加热装置的一种常见设计中，通过使用加热丝或电阻丝实现加热效果，所述加热丝或所述电阻丝卷绕在绕组模上。然后将绕组模插入管状金属护套中，该金属护套中填充有具有良好导热但具有电绝缘特性的粉末或颗粒，特别是氧化镁。加热丝的电接触基本上可以通过加热丝从管状金属护套中伸出的部分来实现，但是通常选择的替代形式是提供连接线并将这些连接线伸出电加热装置，从而在管状金属护套内实现与连接线的电接触。

在许多应用中，特别优选使用压接，其中绕组模中提供开口，电加热元件的一个端部段和连接线插入所述开口中，然后将它们压在一起。以此方式，可以产生较大的表面积和相对牢固的接触。

对于当前的电加热装置的用途，可以看出两种发展：一方面，朝着小型化的趋势继续发展。加热装置可用的安装空间越来越小，这使得压接越来越困难。同时，例如在汽车工业中，低压应用越来越多，其中只有电压在两位数的低电压范围内的车载电气系统可用于供电。但是，提供必要功率所需的高电流值(可能是几安培)，则需要必须容纳在绕组模中的大横截面的连接线，这同时会迎合由于希望的小型化的更小尺寸的趋势。这导致至少在某些部段中绕组模的壁厚度非常小，这使得绕组模在压接期间容易断裂，并且可能使电加热装置无法使用。

发明内容

本发明的目的在于公开一种用于制造电加热装置的方法，利用该方法还可以容易地制造用于低电压应用的小型化的加热装置并且具有改进的加工可靠性。

该目的通过具有权利要求1的特征的用于制造电加热装置的方法来实现。该方法的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

构成本发明基础的主要构思是，即使已经将绕组模容纳在电加热装置的管状金属护套中，也可以通过压缩步骤有针对性地使绕组模成形。因为具有绕组的绕组模的横截面形状对于电加热装置的管状金属护套上的温度分布是重要的，特别是在圆周方向上，以前总是假定待使用的绕组模的形状和由此的可用于绕组模的开口的横截面也应当由该期望的温度曲线限定。

因此，目前制造电加热盒的方法通常包括提供具有纵向轴线的绕组模作为第一步骤，其中绕组模成形使得与纵向轴线垂直的绕组模的横截面具有主轴线和副轴线，所述主轴线对应于所述横截面表面的最大直径，所述副轴线对应于所述横截面表面的最小直径，并且其中所述绕组模具有平行于纵向轴线并且优选地穿过所述绕组模延伸的至少一个开口。

所述纵向轴线在此是绕组模平行于常规卷绕的加热元件的线圈节距的方向延伸的轴线。

横截面的直径在此应理解为这样的一条线，该线从横截面的最外边缘的一点开始，经过该横截面的几何质心延伸到所述横截面的最外边缘的相反点。因此，在这种情况下，不同于圆盘的直径，所有直径的长度通常不相等。

在根据本发明的方法的第一变体中，现在将电加热元件的至少一个部段沿着纵向轴线，即沿着平行于纵向轴线延伸的线圈节距的方向，卷绕在绕组模上，且为了提供压接，将电加热元件的一个端部段和连接线的一个部段插入到平行于绕组模的纵向轴线延伸的同一开口中。为了完整起见，应当注意，该方法在此时上不必特别地将连接线插入开口中，而是也可以稍后进行，特别是在具有绕组的绕组模已经容纳在管状金属护套中时。

在根据本发明的方法的第二变体中，以绕组模的不同方式利用关于平行于绕组模的纵向轴线延伸的开口的横截面的因其应用而产生的打开的弹性。在该变体中，电加热元件的卷绕部段被插入平行于纵向轴线的穿过绕组模的至少一个开口中。在此，电加热装置的小型化导致加热丝线圈布置在绕组模的内部，这是可能的，因为绕组模中的更大的开口可以通过根据本发明的方法实现。

在该方法的另一步骤中，在管状金属护套的内部插入以这种方式制备的绕组模，即，对于变体1而言，至少在卷绕有具有电加热元件的部段，优选地在插入平行于绕组模中的纵向轴线延伸的开口中的电加热元件的端部段和连接线部段的绕组模，或者对于变体2而言，具有插入到平行于纵向轴线的穿过绕组模的至少一个开口中的电加热元件的卷绕部段的绕组模。

为了确保加热导体对管状金属护套所需的电绝缘，移除空体积并确保在两个可选方案中管状金属护套内组件的稳定布置，然后在管状金属护套中填充电绝缘材料，导热粉末或颗粒。

最后，其中插入有绕组模并填充有电绝缘的导热粉末或颗粒的管状金属外套被压缩，其中，压缩使线圈变形，从而产生主轴线的长度与副线的长度之比和/或主轴线和副轴线相对于彼此的位置变化，或者在连接线和电加热元件的插入平行于纵向轴线穿过绕组模的开口的部段之间产生压接，或者平行于纵向轴线穿过绕组模的开口的内壁表面与电加热元件的插入平行于纵向轴线穿过绕组模的开口的卷绕部段接触。

在此，绕组模的所需形状确定主轴线和副轴线的长度比或主轴线和副轴线相对于彼此的位置的所需的变化，这通常无法通过典型的单纯的各向同性的压缩步骤来实现，因为各向同性的压缩步骤通过以相同的系数减少不同的维度来改变横截面的比例。

因此，改变主轴线和副轴线的长度的比例和/或改变主轴线和副轴线相对于彼此的位置的特征等同于对绕组模进行期望的变形，其中在横截面的不同方向上产生不同的程度的变形。

实际上，压缩至少具有这样的子步骤，其中，在不同的空间方向上施加不同强度的挤压力，并且由本领域技术人员针对挤压力的方向分布和强度和可能的分解成的不同步骤来调节或优化用于电加热装置的给定的、所需的配置的挤压方法，以实现期望的结果。

已经证明，特别有利的是，提供横截面为椭圆形或矩形的绕组模。

为了能够最佳地利用绕组模的横截面的柔韧性，有利的是，在制备绕组模时，其中至少一个平行于纵向轴线穿过绕组模的开口的横截面偏离圆盘的形状，因为其可能的直径始终受到线圈形状的最小尺寸的限制。

如果提供一种绕组模，其中至少一个平行于纵向轴线穿过绕组模的开口的横截面至少在部分部段上沿循绕组模的外轮廓，则这可以导致开口的可用横截面的最大化，其可用于具有较大横截面的连接线。

在实践中已经表明，对于成功压缩而言重要的是，在多个步骤中进行压缩，例如，利用较低压力的第一压缩步骤和利用较高压力的第二压缩步骤。在一个特别优选的实施例中，在不同的压缩步骤中，从不同方向作用的力是变化的，例如，在改变绕组模的形状之前，利用各向同性的压力进行预压缩步骤，而改变主轴线和副轴线的比例的压力通过各向异性压缩步骤进行，反之亦然。已经表明，这种手段可以显著地减少浪费。

为了准备批量地根据本发明的方法制造电加热装置，如上所述，建议尝试利用针对不同的挤压力的方向分布和强度的挤压步骤的不同顺序来优化挤压工序。例如，除了可能的各向同性的预压缩或后压缩步骤以外，当以相同的方向分布同时地或一个接一个地施加按压力时，还可以产生其他不同的效果，例如对于矩形横截面，首先，在矩形的长边上仅施加力A，然后在第二步骤中，在短边上仅施加力B，或者在一个挤压步骤中将力A和力B同时地施加到相应的边上。

附图说明

下面将参考示出实施例的附图更详细地解释本发明。附图中显示：

图1a显示本发明的第一变体的第一示例的基本原理的图示，

图1b显示本发明的第一变体的第二示例的基本原理的图示，

图1c显示本发明的第二变体的第三示例的基本原理的图示，

图2a显示具有绕组的绕组模的第一示例，

图2b显示图2a的具有绕组的绕组模的横截面，

图2c显示具有绕组的绕组模的第二示例，

图2d显示图2c的具有绕组的绕组模的横截面，

图2e显示具有绕组的绕组模的第三示例，

图2f显示图2e的具有绕组的绕组模的横截面，

图2g显示具有绕组的绕组模的第四示例，

图2h显示图2g的具有绕组的绕组模的横截面，

图3a显示根据图1a的第一示例的用于制造电加热装置的部件，

图3b显示由图3a所示的部件制成的电加热装置的横截面，

图4a显示根据图1b的第一示例的用于制造电加热装置的部件，

图4b显示由图4a所示的部件制成的电加热装置的横截面，

图5a显示根据图1c的第三示例的用于制造电加热装置的部件，

图5b显示由图5a所示的部件制成的电加热装置的横截面。

具体实施方式

图1a显示本发明的第一变体的第一示例的基本原理的图示。在图1a的上部区域中，示出了在压缩之前电加热装置10的横截面。可以看到管状金属护套15，在其内部，椭圆形绕组模11布置有主轴线H1、副轴线N1和两个平行于其纵向轴线的开口12，该开口12在中心处朝向读者延伸，并具有盘状开口横截面，并嵌入具有良好导热性的电绝缘粉末或颗粒16，例如氧化镁。

在绕组模11的开口12中，被设计成卷绕在绕组模11上的电加热元件13的加热导体的端部段13a、13b与连接线14布置在一起。

在图1a的左下方和右下方，显示两个电加热装置10’、10”的横截面，其具有绕组模11’、11”，设计成加热导体的电加热元件13’、13”，连接线14’、14”，管状金属护套15’、15”和具有良好导热性能的电绝缘粉末或颗粒16’、16”，两个电加热装置10’、10”可从图1a的上部的布置通过如箭头示意性示出的适当的压紧过程获得，然而，其这些箭头并不指示在挤压过程中用于挤压方向和/或挤压力分布的实际指令。

在示例中，通过压缩或挤压工艺将绕组模11’、11”和管状金属护套15’、15”重新成形为矩形形状(左下图)，圆形形状(右下图)，并自动地导致主轴线H1’、H1”与副轴线N1’、N1”的比例也发生变化。在成形为矩形的绕组模11'的示例中，容易看到某些情况也导致主轴线H1、H1'相对于副轴线N1、N1'的位置变化，因为根据上述定义确定的轴线之间的角度已明显改变。

原始的绕组模11的开口12通过压缩而封闭，使得在一侧上的端部段13a′、13b′和13a′、13b″与相应的连接线14′和14”之间分别产生紧密的压接。

特别要强调的是，在压缩之后，绕组模11′、11″的尺寸使得绕组模11中的开口12不能容纳在绕组模中。由于按照本发明的方法进行的生产顺序，因此，最初可以在绕组模中提供明显较大的开口，以用于插入连接线或加热丝线圈。

图3a和图3b分别示出这种电加热装置以及由图1a的右图所示的变体中的根据本发明的方法制造的电加热装置的组件的截面图。因此，图3a的附图标记对应于图1a的顶部图示的附图标记，图3b的附图标记对应于图1a的右下图示的附图标记，并表示相同的组件。

如在图3a中可见，设置具有开口12的绕组模11，在该绕组模11中，在该示例中，电加热元件13已经被卷绕，并且其端部段13a、13b(在图3a中未视出)插入在开口12中。绕组模11和开口12的横截面可以在图1a的顶部图示中观察。电加热元件13的卷绕也可以在稍后的时间进行，但是必须在将绕组模11与基底插入管状金属护套15之前进行，并且优选地在连接线14插入开口12之前进行，连接线14在随后从电加热装置伸出的部分中带有绝缘体18，因为这使得电加热元件的端部段13a、13b的穿线更容易。

然后，当将具有绕组的绕组模11插入管状金属外套15中并且将连接线14至少部分地插入开口12中(这可以在绕组模11仍布置在管状金属护套15的外部时或当绕组模11已经布置在管状金属护套15内部时进行)时，使管状金属护套15填充电绝缘的导热粉末或颗粒，例如氧化镁，并用任选的塞子19封闭。

然后，通过压缩其中插入有绕组模11且填充有电绝缘的导热粉末或颗粒的管状金属护套15，将该配置变形成电加热装置10”，其中，通过压缩使绕组模11变形，使得主轴线的长度与副轴线的长度之间的比例和/或主轴线和副轴线相对于彼此的位置产生变化，并且在连接线14和电加热元件13的插入平行于纵向轴线穿过绕组模11的开口12中的部段13a、13b之间产生压接。

图1b示出本发明的第一变体的第二示例的基本原理，其中显示在挤压前的电加热装置20以及通过挤压该中间态获得的电加热装置20’、20”，所述电加热装置具有绕组模21、21’、21”，开口22，电加热元件23、23’、23”，连接线24、24’、24”，管状金属护套25、25’、25”，电绝缘的导热粉末或颗粒状26、26’、26”。根据图1a和图1b的两个示例之间的区别仅在于，一方面是所提供的绕组模21的几何基础形状，另一方面是其中所提供的开口22的开口横截面。出于此原因，对图1a的描述的也可以用于图1b的描述，其中图1a中使用的附图标记的数字加上十以用于图1b中。

图4a和图4b分别示出这种电加热装置以及由图1b的右图所示的变体中的根据本发明的方法制造的电加热装置的组件的截面图。因此，图4a的附图标记对应于图1b的顶部图示的附图标记，图4b的附图标记对应于图1b的右下图示的附图标记，并表示相同的组件。

如在图4a中可见，设置具有开口22的绕组模21，在该绕组模21中，在该示例中，电加热元件23已经被缠绕，并且其端部段23a、23b(在图4a中未视出)插入在开口22中。绕组模21和开口22的横截面可以在图1b的顶部图示中观察。电加热元件23的卷绕也可以在稍后的时间进行，但是必须在将绕组模21与基底插入管状金属护套25之前进行，并且优选地在连接线24插入开口22之前进行，连接线14在随后从电加热装置伸出的部分中带有绝缘体28，因为这使得电加热元件的端部段23a、23b的穿线更容易。

然后，当将具有绕组的绕组模21插入管状金属外套25中并且将连接线24至少部分地插入开口22中(这可以在绕组模21仍布置在管状金属护套25的外部时或当绕组模21已经布置在管状金属护套25内部时进行)时，使管状金属护套25填充电绝缘的导热粉末或颗粒，例如氧化镁，并用任选的塞子29封闭。

然后，通过压缩其中插入有绕组模21且填充有电绝缘的导热粉末或颗粒的管状金属护套25，将该配置变形成电加热装置20”，其中，通过压缩使绕组模21变形，使得主轴线的长度与副轴线的长度之间的比例和/或主轴线和副轴线相对于彼此的位置产生变化，并且在连接线24和电加热元件23的插入平行于纵向轴线穿过绕组模21的开口22中的部段23a、23b之间产生压接。

图1c显示本发明的第二变体的第三示例的基本原理的图示。在上部的图中可以看到未压缩的电加热装置30，在下部的图中可以看到通过以箭头示意性地示出的适当的挤压过程生产的电加热装置30′，每个电加热装置具有绕组模31、31′，开口32，电加热元件33、33’，连接线34、34’，管状金属护套35、35’和电绝缘的导热粉末或颗粒36、36’。

根据图1a和图1b所示的前两个示例的本发明的第一变体与根据图1c所示的示例的本发明的第二变体之间的区别在于，对于电加热装置30、30′，电加热元件33、33″被卷绕布置在开口32中，这减小了电加热装置30、30′的必要安装空间，而与连接线的接触基本上也可以在绕组模31、31′的外部发生，如将在下文通过示例更详细地描述。

图5a和图5b示出这种电加热装置以及由图1c的下部的图所示的变体中的根据本发明的方法制造的电加热装置的组件的截面图。因此，图5a的附图标记对应于图1c的顶部图示的附图标记，图5b的附图标记对应于图1c的下部图示的附图标记，并表示相同的组件。

如在图5a中可见，设置具有开口32的绕组模31。然而，在该示例中，电加热元件33已经卷绕并且通过焊点38连接到连接线34，然后被插入穿过绕组模31的开口32中，使得连接线34延伸出绕组模。关于这种布置的更多细节，即，随后将其插入到管状金属护套35中，可以在图1c的顶部图中看到。

因此，由于这里使用的管状金属护套35没有其自身的基底，而是具有单独的基板39b，因此特别地，也可以将卷绕的加热元件33保持在拉伸应力下，直到将其插入绕组模31中为止，或者可以仅在卷绕的加热元件33已经布置在管状金属护套35的内部时将卷绕的加热元件33插在绕组模31的开口32中。

在将单独的基板39b布置在管状金属护套35中之后，可以填充电绝缘的导热粉末或颗粒36，然后可以使用任选的塞子39封闭管状金属护套35的另一端。

然后，通过压缩其中插入有绕组模31且填充有电绝缘的导热粉末或颗粒36的管状金属护套35，将该配置变形成电加热装置30”，其中，通过压缩使绕组模31变形，使得主轴线的长度与副轴线的长度之间的比例和/或主轴线和副轴线相对于彼此的位置产生变化，并且平行于纵向轴线穿过绕组模31的开口的内壁表面与电加热元件33插入平行于纵向轴线穿过绕组模31的开口中的卷绕部段相接触。

图2a至图2h示出具有纵向轴线L和垂直于纵向轴线L的具有基本上等于椭圆形的基础形状的横截面的绕组模41、51、61、71的四个示例，在绕组模上在线圈节距s的方向上卷绕电加热元件43、53、63、73。绕组模41、51、61、71之间的差异在于它们的开口42、52、62、72的形状，以及在绕组模61的情况中由于沟槽67而存在局部较薄的部段。

这些实施例特别地旨在说明根据本发明的基本原理的电加热装置的设计和生产中的另一种自由度，因为通过设计开口42、52、62、72的尺寸以及例如由于形成在适当位置处的沟槽67而造成绕组模的局部较薄的部段，可以以期望的方式影响其在压缩过程中的行为。除了挤压过程的顺序之外，该参数还可以用于优化根据本发明生产的电加热装置的性能。

附图标记列表

10、10’、10”、20、20’、20”、

30、30’ 电加热装置

11、11’、11”、21、21’、21”、

31、31’、41、51、61、71 绕组模

12、12’、12”、22、22’、22”、

32、32’、42、52、62、72 开口

13、13’、13”、23、23’、23”、

33、33’、43、53、63、73 电加热元件

13a、13a’、13a”、23a、23a’、23a” 端部段

13b、13b’、13b”、23b、23b’、23b” 端部段

14、14’、14”、24、24’、24”、34、34’ 连接线

15、15’、15”、25、25’、25”、35、35’ 管状金属护套

16、16’、16”、26、26’、26”、36、36’ 粉末或颗粒

18、18”、28、28” 绝缘体

19、19”、29、29”、39a、39a’ 塞子

38 焊点

39b、39b’ 基底

67 沟槽

L 纵向轴线

s 线圈节距

H1、H1’ 主轴线

N1、N1’ 副轴线。

Claims (6)

1.一种用于生产电加热装置(10’、10”、20’、20”、30’)的方法，其具有如下步骤：

-提供具有纵向轴线(L)的绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、61、71)，其中绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、61、71)成形为使得所述绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、61、71)的垂直于所述纵向轴线(L)的横截面具有主轴线(H1、H1’)和副轴线(N1、N1’)，所述主轴线(H1、H1’)对应于所述横截面的最大直径，所述副轴线(N1、N1’)对应于所述横截面的最小直径，其中所述绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、61、71)具有平行于所述纵向轴线(L)延伸的至少一个开口(12、12’、12”、22、22’、22’、32、32’、42、52、62、72)，

-要么将电加热元件(13、13’、13”、23、23’、23”、43、53、63、73)沿纵向轴线(L)至少部分地卷绕在绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、41、51、61、71)上并将电加热元件(13、13’、13”、23、23’、23”、43、53、63、73)的一个端部段和连接线(14、14’、14”、24、24’、24”)插入平行于所述纵向轴线穿过所述绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、41、51、61、71)的所述开口(12、12’、12”、22、22’、22”、42、52、62、72)，要么将所述电加热元件(33、33’)的卷绕部段插入平行于纵向轴线(L)穿过绕组模(31、31’)的至少一个开口(32、32’)中，

-将绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、41、51、61、71)和至少部分地卷绕在其上的电加热元件(13、13’、13”、23、23‘、23”、43、53、63、73)或者将绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、41、51、61、71)和电加热元件(33、33’)的插入平行于所述纵向轴线(L)穿过绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、61、71)的至少一个开口(32、32')中的卷绕部段，插入管状金属护套(15、15’、15”、25、25’、25”、35、35’)的内部，

-用电绝缘的导热粉末或颗粒(16、16’、16”、26、26’、26”、36、36’)填充所述管状金属护套(15、15’、15”、25、25’、25’、35、35’)，

以及

-压缩其中插入有绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、61、71)且填充有电绝缘的导热粉末或颗粒(16、16’、16”、26、26’、26”、36、36’)的所述管状金属护套(15、15’、15”、25、25’、25”，35、35’)，其中，通过压缩过程使绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、61、71)变形，使得主轴线(H1、H1’)的长度和/或副轴线(N1、N1’)的长度之间的比例产生变化或主轴线(H1、H1’)的和副轴线(N1、N1’)相对于彼此的位置产生变化，以及

要么在连接线(14、14’、14”、24、24’、24”)和电加热元件(13、13’、13”、23、23’、23”、43、53、63、73)的插入平行于所述纵向轴线穿过所述绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、41、51、61、71)的开口(12、12、12、22、22、22、42、52、62、72))的部段之间产生压接，要么平行于所述纵向轴线穿过绕组模(31、31')的开口(32、32')的内壁表面与电加热元件(33、33')的插入所述平行于所述纵向轴线(L)穿过绕组模(31、31')的开口(32、32')中的卷绕部段相接触。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，设置横截面为椭圆形或矩形的绕组模(11、11’、11”、21、21’、21”、31、31’、41、51、71)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其特征在于，提供绕组模(21、21′、21″、31、31′、51、71)，所述绕组模中平行于绕组模(21、21′、21″、31、31′、51、71)中的纵向轴线延伸的至少一个开口的横截面偏离圆盘形状。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，提供绕组模(71)，所述绕组模(71)中平行于绕组模(71)中的纵向轴线(L)延伸的至少一个开口(72)的横截面至少在中心部段沿循所述绕组模(71)的外部轮廓。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述压缩过程分多个步骤进行。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，在不同的压缩步骤中从不同方向作用的力是变化的。

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