DE10040021A1 - Heizpatrone - Google Patents

Abstract

Eine Heizpatrone (1) hat ein Mantelrohr (2), einen Patronenboden (3), mittels dem das Mantelrohr (2) einseitig geschlossen ist, einen ersten Keramikkörper (4), der koaxial zum Mantelrohr (2) angeordnet und innerhalb desselben aufgenommen ist und in dem in seiner Axialrichtung sich erstreckende Längsnuten ausgebildet sind, Heizspiralen, die in den Längsnuten des ersten Keramikkörpers (4) aufgenommen sind, elektrische Anschlüsse (9, 10), mittels denen die in den Längsnuten des ersten Keramikkörpers (4) angeordneten Heizspiralen an eine externe Energiequelle anschließbar sind, und Übergangsleitungsglieder (13, 14), mittels denen die in den Längsnuten des ersten Keramikkörpers (4) angeordneten Heizspiralen mit den elektrischen Anschlüssen (9, 10) verbunden sind. DOLLAR A Um auch bei hohen elektrischen Spannungen in Verbindung mit hohen Betriebstemperaturen zu verhindern, daß es im Übergangsbereich zwischen den Heizspiralen und den nach außen führenden elektrischen Anschlüssen (9, 10) zu einem Kurzschluß gegen das Mantelrohr (2) kommt, wird vorgeschlagen, daß die Heizpatrone (1) einen zweiten Keramikkörper (5) aufweist, der an der patronenbodenfernen Stirnseite (6) des ersten Keramikkörpers (4) koaxial zum Mantelrohr (2) innerhalb desselben angeordnet ist und in dem in seiner Axialrichtung verlaufende Passagen (11, 12) ausgebildet sind, in denen zwischen der patronenbodenfernen Stirnseite (7) der Heizpatrone (1) und der patronenbodenfernen Stirnseite (6) des ersten Keramikkörpers ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizpatrone mit einem Mantelrohr, einem Patronenboden, mittels dem das Mantelrohr beidseitig geschlossen ist, einem ersten Keramikkörper, der koaxial zum Mantelrohr angeordnet und innerhalb desselben aufgenommen ist und in dem in seiner Axialrichtung sich er­ streckende Längsnuten ausgebildet sind, Heizspiralen, die in den Längsnuten des ersten Keramikkörpers aufgenommen sind, elektrischen Anschlüssen, mittels denen die in den Längsnuten des ersten Keramikkörpers angeordneten Heizspiralen an eine externe Energiequelle anschließbar sind, und Übergangslei­ tungsgliedern, mittels denen die in den Längsnuten des ersten Keramikkörpers angeordneten Heizspiralen mit den elektrischen Anschlüssen verbunden sind.

Beim Betrieb derartiger Heizpatronen tritt eine hohe elektri­ sche Spannung auf, die in Verbindung mit den ebenfalls im Be­ trieb derartiger Heizpatronen anfallenden hohen Betriebstem­ peraturen dazu führt, daß es im Übergangsbereich zwischen den Heizspiralen und den nach außen führenden elektrischen An­ schlüssen der Heizpatrone vergleichsweise oft zu Kurzschlüs­ sen gegen das Mantelrohr der Heizpatrone kommt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Heizpatrone derart weiterzubilden, daß solche Kurzschlüsse gegen das Mantelrohr nicht mehr auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizpatrone einen zweiten Keramikkörper aufweist, der an der patronenbodenfernen Stirnseite des ersten Keramikkörpers koa­ xial zum Mantelrohr innerhalb desselben angeordnet ist und in dem in seiner Axialrichtung verlaufende Passagen ausgebildet sind, in denen zwischen der patronenbodenfernen Stirnseite der Heizpatrone und der patronenbodenfernen Stirnseite des ersten Keramikkörpers die Übergangsleitungsglieder angeordnet sind. Hierdurch sind diese Übergangsleitungsglieder erfin­ dungsgemäß in einer größeren Entfernung zum Mantelrohr vorge­ sehen, so daß der Gefahr von Kurzschlüssen gegen das Mantel­ rohr wirksam entgegengesteuert wird. Der kompakte Aufbau des zweiten Keramikkörpers erhöht einerseits die elektrische Iso­ lierung der Heizpatrone, wobei darüber hinaus eine mechanisch stabile Fixierung der elektrischen Anschlüsse gewährleistet wird.

Wenn die sich in Axialrichtung des ersten Keramikkörpers er­ streckenden Längsnuten in einem radial äußeren Abschnitt des ersten Keramikkörpers angeordnet sind, kann die Heizwirkung der erfindungsgemäßen Heizpatrone optimal erhöht werden.

Hierbei ist es möglich, daß die sich in Axialrichtung des er­ sten Keramikkörpers erstreckenden Längsnuten zum Umfang des ersten Keramikkörpers durch einen Spalt offen sind oder daß diese Längsnuten geschlossen gestaltet sind.

Um unerwünschte Hohlräume innerhalb der beiden Keramikkörper zu vermeiden, die u. U. zu Problemen bei der Verdichtung bzw. Reduzierung der Heizpatrone führen können, ist es zweckmäßig, wenn die nach dem Einbringen der Heizspiralen in die Längsnu­ ten des ersten Keramikkörpers und nach dem Einbringen der Übergangsleitungsglieder in die Passagen des zweiten Keramik­ körpers in den Längsnuten und den Passagen verbleibenden Hohlräume mit hitzebeständigem Isoliermaterial, z. B. mit Ma­ gnesiumoxid, Aluminiumoxid od. dgl., verfüllt sind.

Vorteilhaft sind die in Axialrichtung des zweiten Keramikkör­ pers verlaufenden Passagen getrennt voneinander vollständig innerhalb des zweiten Keramikkörpers angeordnet und in Um­ fangsrichtung vollständig geschlossen, wodurch die Gefahr et­ waiger Kurzschlüsse weiter reduziert werden kann.

Wenn das Mantelrohr ein inneres Mantelrohr, das die beiden Keramikkörper aufnimmt, und ein äußeres Mantelrohr aufweist, in dem das innere Mantelrohr aufgenommen ist, ist es möglich, eine hinsichtlich der Wärmeleitung optimierte Heizpatrone herzustellen, wobei während der Herstellung eine hohe Ver­ dichtung der Keramik erzielt werden kann, indem die die elek­ trischen Bauteile der Heizpatrone aufnehmenden Keramikkörper in ein Mantelrohr eingeführt und verdichtet werden, wobei das die verdichteten Keramikkörper enthaltende Mantelrohr als in­ neres Mantelrohr nach der ersten Verdichtung in ein äußeres Mantelrohr eingeführt und in der im äußeren Mantelrohr einge­ führten Position nochmals verdichtet wird. Hierdurch kann ei­ ne hinsichtlich einer optimalen Wärmeleitung besonders vor­ teilhafte hohe Verdichtung erzielt werden.

Wenn an die ein äußeres und ein inneres Mantelrohr aufweisen­ de Heizpatrone beispielsweise ein Flansch angeschweißt werden soll, ist das Vorhandensein zweier Mantelrohre hinsichtlich der Durchschweißsicherheit besonders vorteilhaft.

Wenn des weiteren das äußere Mantelrohr und das innere Man­ telrohr aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet sind, sind durch unterschiedliche Materialpaarungen bessere Anpas­ sungsmaßnahmen an unterschiedliche Umgebungsmedien möglich.

Die elektrischen Anschlüsse können massiv aus einem Werkstoff oder aus einem mehrfach verdrillten Leiter ausgebildet sein.

Bei der Ausgestaltung aus einem mehrfach verdrillten Leiter kann dieser aus einem artgleichen Heizleiterwerkstoff oder aus unterschiedlichen Werkstoffpaarungen gebildet werden, wo­ durch z. B. die Temperatur in einem Anschlußraum niedrig ge­ halten werden kann.

Wenn bei der Herstellung der Heizpatrone das äußere Mantel­ rohr auf denselben Durchmesser verdichtet bzw. reduziert wird, wie beim vorhergehenden Verdichtungs- bzw. Reduzier­ schritt das innere Mantelrohr, können mit einem einzigen Ver­ dichtungs- bzw. Reduzierwerkzeug zwei Reduzierschritte vorge­ nommen werden. Hierdurch ergeben sich bei der Erstellung der erfindungsgemäßen Heizpatrone erhebliche Vorteile hinsicht­ lich der Handhabung und hinsichtlich des wirtschaftlichen Aufwands für die Herstellung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizpatrone;

Fig. 2 eine Vorderansicht eines ersten Keramikkörpers der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Heizpatrone; und

Fig. 3 eine Vorderansicht eines zweiten Keramikkörpers der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Heizpatrone.

Eine in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizpatrone 1 hat ein zylindrisches Mantel­ rohr 2, einen dieses zylindrische Mantelrohr 2 an einer Stirnseite schließenden Patronenboden 3, einen ersten Kera­ mikkörper 4, der sich innerhalb des zylindrischen Mantelrohrs 2 von dem dieses an einem Stirnende verschließenden Patronen­ boden 3 aus in Richtung auf die andere Stirnseite des Mantel­ rohrs 2 bzw. der Heizpatrone 1 erstreckt, und einen zweiten Keramikkörper 5, der sich von der patronenbodenfernen Stirn­ seite 6 des ersten Keramikkörpers 4 bis zur patronenbodenfer­ nen Stirnseite 7 des Mantelrohrs 2 bzw. der Heizpatrone 1 er­ streckt.

Der erste Keramikkörper 4 ist in Axialrichtung der Heizpatro­ ne 1 weitaus länger als der zweite Keramikkörper 5.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, die den ersten Keramikkörper 4 in einer Stirnansicht zeigt, weist der erste Keramikkörper 4 im dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Längsnuten 8 auf, die sich in Axialrichtung des ersten Keramikkörpers 4 zwischen dessen beiden Stirnseiten erstrecken und die im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei sie in einem ra­ dialen Außenabschnitt angeordnet und in radial auswärtiger Richtung zum Umfang des ersten Keramikkörpers 4 durch Spalte 17 offen sind. In jeder dieser sechs Längsnuten 8 ist eine in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellte Heizspirale angeord­ net.

Diese Heizspiralen sind mittels an der patronenbodenfernen Stirnseite 7 der Heizpatrone 1 vorgesehener elektrischer An­ schlüsse 9, 10 an eine externe Energiequelle anschließbar.

Die elektrischen Anschlüsse 9, 10 können massiv aus einem Werkstoff gestaltet oder durch einen mehrfach verdrillten Leiter gebildet sein, wobei der mehrfach verdrillte Leiter aus artgleichem Heizleitermaterial oder unterschiedlichen Ma­ terialpaarungen ausgestaltet sein kann, wodurch beispielswei­ se die Temperatur in einem Anschlußraum niedrig gehalten wer­ den kann.

Zwischen der patronenbodenfernen Stirnseite 6 des ersten Ke­ ramikkörpers 4 und der patronenbodenfernen Stirnseite 7 der Heizpatrone 1 ist, wie oben bereits erwähnt, der zweite Kera­ mikkörper 5 angeordnet, der in einer Stirnansicht in Fig. 3 dargestellt ist. In Axialrichtung des zweiten Keramikkörpers 5 erstrecken sich zwei Passagen 11, 12, die die patronenbo­ denferne Stirnseite 6 des ersten Keramikkörpers 4 mit der pa­ tronenbodenfernen Stirnseite 7 der Heizpatrone 1 verbinden. Die Passagen 11, 12 sind vollständig innerhalb des zweiten Keramikkörpers 5 angeordnet und in Umfangsrichtung allseitig geschlossen.

Infolge des kompakten Aufbaus des zweiten Keramikkörpers 5 können in dessen Passagen 11, 12 an der patronenbodenfernen Stirnseite 7 der Heizpatrone 1 die elektrischen Anschlüsse 9, 10 mechanisch stabil fixiert werden.

Des weiteren ist in jeder Passage 11, 12 ein Übergangslei­ tungsglied 13, 14 angeordnet, welches die der patronenboden­ fernen Stirnseite 6 des ersten Keramikkörpers 4 zugeordneten Enden der in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Heizspi­ ralen mit den an der patronenbodenfernen Stirnseite 7 der Heizpatrone 1 angeordneten elektrischen Anschlüssen 9, 10 verbindet. Hierdurch wird die Anschlußverbindung zwischen den in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten Heizspiralen und den elektrischen Anschlüssen 9, 10 erstellt, ohne daß die Ge­ fahr besteht, daß im Übergangsbereich zwischen den Heizspira­ len und den elektrischen Anschlüssen 9, 10 Kurzschlüsse mit dem Mantelrohr 2 der Heizpatrone 1 auftreten.

Das Mantelrohr 2 der Heizpatrone 1 gliedert sich in ein radi­ al inneres Mantelrohr 15 und ein radial äußeres Mantelrohr 16.

Hierdurch ist es möglich, sowohl das radial innere Mantelrohr 15 als auch das radial äußere Mantelrohr 16 aus dem hinsicht­ lich der optimalen Anpassung an die unterschiedlichen Umge­ bungsmedien vorteilhaftesten Werkstoffen auszugestalten.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Heizpatrone 1 wer­ den zunächst die elektrischen Bauteile der Heizpatrone 1, nämlich die elektrischen Anschlüsse 9, 10, die Übergangslei­ tungsglieder 13, 14 und die in den Figuren nicht dargestell­ ten Heizspiralen in die Passagen 11, 12 des zweiten Keramik­ körpers 5 bzw. die Längsnuten 8 des ersten Keramikkörpers 4 eingefügt. Die verbleibenden Hohlräume werden nun z. B. mit Magnesiumoxid, Aluminiumoxid oder einem anderen hitzebestän­ digen Isolierwerkstoff verfüllt, wonach der erste Keramikkör­ per 4 und der zweite Keramikkörper 5 in das radial innere Mantelrohr 15 eingeführt und dort mittels eines Reduzierwerk­ zeugs maschinell auf einen kleineren Durchmesser reduziert bzw. verdichtet werden. Danach wird dieses in seinem Innen­ raum den ersten Keramikkörper 4 und den zweiten Keramikkörper 5 enthaltende und reduzierte bzw. verdichtete radial innere Mantelrohr 15 in das radial äußere Mantelrohr 16 eingeführt und noch einmal in demselben Reduzierwerkzeug verdichtet bzw. reduziert. Hierdurch wird im Falle der erfindungsgemäßen Heizpatrone 1 eine besonders hohe Verdichtung ermöglicht, die Grundlage dafür ist, daß die Wärmeleitung der vorstehend ge­ schilderten erfindungsgemäßen Heizpatrone 1 optimiert ist, wobei für die zweistufige Verdichtung bzw. Reduzierung nur ein Reduzierwerkzeug erforderlich ist.

Claims (14)

1. Heizpatrone, mit einem Mantelrohr (2), einem Patronenbo­ den (3), mittels dem das Mantelrohr (2) einseitig ge­ schlossen ist, einem ersten Keramikkörper (4), der koa­ xial zum Mantelrohr (2) angeordnet und innerhalb dessel­ ben aufgenommen ist und in dem in seiner Axialrichtung sich erstreckende Längsnuten (8) ausgebildet sind, Heiz­ spiralen, die in den Längsnuten (8) des ersten Keramik­ körpers (4) aufgenommen sind, elektrischen Anschlüssen (9, 10), mittels denen die in den Längsnuten (8) des er­ sten Keramikkörpers (4) angeordneten Heizspiralen an ei­ ne externe Energiequelle anschließbar sind, und Über­ gangsleitungsgliedern (13, 14), mittels denen die in den Längsnuten (8) des ersten Keramikkörpers (4) angeordne­ ten Heizspiralen mit den elektrischen Anschlüssen (9, 10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizpatrone (1) einen zweiten Keramikkörper (5) auf­ weist, der an der patronenbodenfernen Stirnseite (6) des ersten Keramikkörpers (4) koaxial zum Mantelrohr (2) in­ nerhalb desselben angeordnet ist und in dem in seiner Axialrichtung verlaufende Passagen (11, 12) ausgebildet sind, in denen zwischen der patronenbodenfernen Stirn­ seite (7) der Heizpatrone (1) und der patronenbodenfer­ nen Stirnseite (6) des ersten Keramikkörpers (4) die Übergangsleitungsglieder (13, 14) angeordnet sind.

2. Heizpatrone nach Anspruch 1, bei der die sich in Axial­ richtung des ersten Keramikkörpers (4) erstreckenden Längsnuten (8) in einem radial äußeren Abschnitt des er­ sten Keramikkörpers (4) angeordnet sind.

3. Heizpatrone nach Anspruch 2, bei der die sich in Axial­ richtung des ersten Keramikkörpers (4) erstreckenden Längsnuten (8) zum Umfang des ersten Keramikkörpers (4) durch einen Spalt (17) offen sind.

4. Heizpatrone nach Anspruch 2, bei der die sich in Axial­ richtung des ersten Keramikkörpers (4) erstreckenden Längsnuten (8) geschlossen sind.

5. Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die nach dem Einbringen der Heizspiralen in die Längsnu­ ten (8) des ersten Keramikkörpers (4) und nach dem Ein­ bringen der Übergangsleitungsglieder (13, 14) in die Passagen (11, 12) des zweiten Keramikkörpers (5) in den Längsnuten (8) und den Passagen (11, 12) verbleibenden Hohlräume mit hitzebeständigem Isoliermaterial, z. B. mit Magnesiumoxid, Aluminiumoxid od. dgl., verfüllt sind.

6. Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die in Axialrichtung des zweiten Keramikkörpers (5) ver­ laufenden Passagen (11, 12) getrennt voneinander voll­ ständig innerhalb des zweiten Keramikkörpers (5) ange­ ordnet und in Umfangsrichtung vollständig geschlossen sind.

7. Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Mantelrohr (2) ein inneres Mantelrohr (15), das die beiden Keramikkörper (4, 5) aufnimmt, und ein äußeres Mantelrohr (16) aufweist, in dem das innere Mantelrohr (15) aufgenommen ist.

8. Heizpatrone nach Anspruch 7, bei der das äußere Mantel­ rohr (16) und das innere Mantelrohr (15) aus unter­ schiedlichen Werkstoffen ausgebildet sind.

9. Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die elektrischen Anschlüsse (9, 10) massiv aus einem Werkstoff gebildet sind.

10. Heizpatrone nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die elektrischen Anschlüsse (9, 10) aus einem mehrfach verdrillten Leiter ausgebildet sind.

11. Heizpatrone nach Anspruch 10, bei der der mehrfach ver­ drillte Leiter aus artgleichem Heizleiterwerkstoff aus­ gebildet ist.

12. Heizpatrone nach Anspruch 10, bei der der mehrfach ver­ drillte Leiter aus unterschiedlichen Werkstoffpaarungen ausgebildet ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Heizpatrone (1), bei dem elektrische Bauteile der Heizpatrone (1) aufnehmende Ke­ ramikkörper (4, 5) in ein Mantelrohr (15) eingeführt und verdichtet bzw. reduziert werden, dadurch gekennzeich­ net, daß das die verdichteten Keramikkörper (4, 5) ent­ haltende reduzierte Mantelrohr (15) als inneres Mantel­ rohr (15) in ein äußeres Mantelrohr (16) eingeführt und daß das das innere Mantelrohr (15) enthaltende äußere Mantelrohr (16) verdichtet bzw. reduziert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das äußere Mantel­ rohr (16) auf denselben Durchmesser verdichtet bzw. re­ duziert wird, wie beim vorhergehenden Verdichtungs- bzw. Reduzierschritt das innere Mantelrohr.