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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement aus einem flächigen Heizband
in Mäanderform
zur Erwärmung
eines Gegenstandes. Derartige Heizelemente bestehen vorzugsweise
aus Kohle, Graphit, Metall oder einem Halbleitermaterial. Sie besitzen
ausgeprägte
Bandform, d. h. sie weisen eine ausgeprägte Länge und Breite auf, während die Höhe des flächigen Heizbandes
in der Regel nur wenige Millimeter beträgt. Solche elektrischen Heizelemente
in Form flächiger
Heizbänder
werden an einen Stromkreis angeschlossen und erbringen bei Stromdurchgang
eine entsprechende Erwärmung,
die zur Erwärmung
eines Gegenstandes genutzt werden kann, der nicht allzu weit entfernt
von dem elektrischen Heizelement angeordnet ist oder dort in Wirkverbindung
gebracht wird.
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STAND
DER TECHNIK
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Ein
elektrisches Heizelement der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Art ist aus der
DE
33 44 561 A1 bekannt. Das elektrische Heizelement in Form
eines flächigen
Heizbandes liegt mit seiner breiten Seite in einer Ebene und dient
zur Erwärmung
eines Gegenstandes, beispielsweise einer Blisterverpackung, die
sich in einer parallelen Ebene befindet. Das Heizband weist zwei
Anschlüsse
und eine die Anschlüsse
verbindende Schleife auf. Die Schleife besitzt zwischen den Anschlüssen über ihre gesamte
Erstreckung gleichen Querschnitt und somit keine örtlich ausgebildete
Erwärmungsstelle.
Zwischen den Anschlüssen
befindet sich ein randoffener Spalt.
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Aus
der
DE 584 997 A sind
elektrische Heizkörper
bekannt, bei denen ein flächig
ausgebildetes Heizband mit durchgehend konstantem Querschnitt in
Mäanderform
angeordnet wird. Die beiden Enden des Heizkörpers werden an einen Stromkreis angeschlossen.
Solche Heizkörper
werden insbesondere in Öfen
und an Heizgeräten
eingesetzt.
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In
Wärmeöfen oder
auch in anderen Industrieöfen
werden Heizelemente eingesetzt, die dazu dienen, unter Umständen auch
relativ hohe Temperaturen zu erzeugen. Die zu erwärmenden
Gegenstände
werden in einem vorgesehenen Abstand zu dem Heizelement angeordnet
bzw. positioniert, so dass sie eine entsprechende Erwärmung erfahren.
Bekannte Heizelemente aus einer metallischen Heizleiterlegierung
ermöglichen
durchaus Anwendungstemperaturen in der Größenordnung von 1400°C und darüber. Sie
werden zuweilen auch in Schutzgasatmosphäre eingesetzt, um einer Zunderbildung
bzw. Oxidation entgegenzuwirken und damit die Lebensdauer des Heizelements
anzuheben. Bekannte elektrische Heizelemente lassen sich auch dazu
einsetzen, z. B. Wandungsbereiche von Industrieöfen entsprechend auszukleiden,
um innerhalb des Ofens die erforderlichen Temperaturen zu erzielen.
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizelement
der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, welches insbesondere
zur gleichmäßigen Erzeugung
auch relativ hoher Temperaturen an insbesondere kleinformatigen
Gegenständen
geeignet ist. Dabei soll die Wärme
relativ zu den Gegenständen
gleichmäßig abgegeben
werden.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
1 gelöst.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung geht von dem Gedanken aus, direkt an bzw. in dem Teil
des flächigen
Heizbandes zwischen den Anschlüssen
mehrere örtlich
ausgebildete Erwärmungsstellen
zu bilden, die die zu erwärmenden
Gegenstände
möglichst
vollständig
umschließen.
Die Umschließung
muss schleifenförmig, aber
randoffen gestaltet werden, also eine kleine Unterbrechungsstelle
besitzen, damit der Stromfluss eindeutig geleitet wird. Eine randgeschlossene
Umschließung
und Einschließung
des zu erwärmenden Gegenstandes
ist nicht möglich.
Das flächige
Heizband wird damit an den zu erwärmenden Gegenstand auch körperlich
angepasst, damit der Gegenstand nicht nur wie bisher in einem entsprechenden Abstand
zu dem Heizelement angeordnet bzw. positioniert wird. Der Gegenstand
wird vielmehr in das flächige
Heizband eingesetzt. Es lassen sich damit bei entsprechender Materialwahl
für das
flächige
Heizband auch relativ hohe Temperaturen erreichen. Durch die Erfindung
lässt sich
der zu erwärmende Gegenstand
auch bis etwa 3000°C
erwärmen.
Dies geschieht bevorzugt unter Schutzgasatmosphäre. Die örtlich ausgebildete Erwärmungsstelle
ist je nach der Gestalt des zu erwärmenden Gegenstandes ausgebildet.
Es ist durchaus möglich,
dass die Erwärmungsstelle
eine kreisförmige
randoffene Ausnehmung aufweist, wenn der zu erwärmende Gegenstand, z. B. ein
Glaskolben, zylindrische Gestalt besitzt.
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Das
flächige
Heizband kann Mäanderform und
damit mindestens zwei örtlich
ausgebildete Erwärmungsstellen
aufweisen, die durch die nicht erwärmten Bereiche getrennt sind.
Insbesondere bei kleinformatigen Gegenständen bietet sich die Anordnung
und Ausbildung mehrerer Erwärmungsstellen an.
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Das
flächige
Heizband ist so gestaltet, dass es über den Umfang der Erwärmungsstelle
zumindest etwa konstanten Durchtrittsquerschnitt aufweist, so dass
an jedem Punkt der Erwärmungsstelle
eine möglichst
gleichmäßige Temperatur
entbunden wird bzw. entsteht.
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Wenn
mehrere Erwärmungsstellen
vorgesehen sind, befinden sich zwischen den Erwärmungsstellen Bereiche, die
zwar der Stromleitung, nicht aber unbedingt der Erwärmung und
der Freisetzung von Wärme
dienen. Um dies zu begünstigen,
kann das flächige
Heizband vor und nach einer Erwärmungsstelle
oder zwischen den Erwärmungsstellen Bereiche
mit vergleichsweise größerem Durchtrittsquerschnitt
aufweisen. Zwischen den Erwärmungsstellen
und den Bereichen können
randoffene Einschnitte vorgesehen sein, die so gestaltet und positioniert
sind, dass sie einerseits einen konstanten Querschnitt des flächigen Heizbandes
an der Erwärmungsstelle
bewirken und andererseits die Erwärmungsstellen von den Nachbarbereichen
abgrenzen. Damit können
die Einschnitte an der Übergangsstelle zwischen
der Erwärmungsstelle
und den benachbarten Bereichen vorgesehen sein. Die Einschnitte
sind vorzugsweise randoffen gestaltet. Die Bereiche, die nicht Erwärmungsstellen
sind, können
in der Nähe der
Erwärmungsstellen
parallel zueinander geführt sein,
um die gezielte Stromleitung und die Verteilung auf den Querschnitt
zu verbessern.
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Jede örtliche
Erwärmungsstelle
kann so ausgebildet und dimensioniert sein, dass sie den zu erwärmenden
Gegenstand bis auf einen schmalen Spalt möglichst vollständig über dessen
Umfang umschließt
und erwärmt.
Es versteht sich, dass insbesondere bei empfindlichen Gegenständen ein
Spiel zwischen der durchbrochenen Erwärmungsstelle und dem Gegenstand
vorgesehen ist. Der schmale Spalt kann ausgehend von der Erwärmungsstelle
bis zu den Bereichen mit den vergleichsweise größeren Durchtrittsquerschnitten
mit konstanter Spaltweite geführt
sein.
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Für die Relativanordnung
und Positionierung der Erwärmungsstellen
auf dem flächigen
Heizband gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Sinnvoll ist es z. B., wenn die Erwärmungsstellen mäanderförmig sich nach
zwei Seitenrichtungen des flächigen
Heizbandes erstreckend angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, die
Erwärmungsstellen
parallel zueinander anzuordnen, so dass sie nur nach einer Seitenrichtung
abragen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter
bevorzugter Ausführungsbeispiele
weiter erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des elektrischen
Heizelements.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des elektrischen
Heizelements.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform des elektrischen
Heizelements.
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Das
in 1 dargestellte Heizelement 1 ist aus
einem flächigen
Heizband 2 hergestellt. Zum Einsatz kommt ein Heizband 2 entsprechender
Länge, Breite
und Dicke, welches in der aus 1 ersichtlichen
Form z. B. durch Fräsen,
Schneiden, Stanzen oder dergleichen hergestellt wird. Bei der spanenden Bearbeitung
werden zwei Anschlüsse 3 und 4 ausgebildet,
die zur Herstellung der Verbindung an einen Stromkreis ausgebildet
und angeordnet sind.
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Zwischen
den Anschlüssen 3 und 4 weist das
flächige
Heizband 2 die ersichtliche Formgebung auf. Das Heizband
erhält
zwischen den Anschlüssen 3 und 4 eine
Mäanderform,
wobei hier vier Erwärmungsstellen 5 ausgebildet
sind, die sich zu beiden Seiten der Längserstreckung des Heizelements 1 seitlich
erstrecken. Jede Erwärmungsstelle 5 besitzt eine
innere Umfangslinie 6 und eine äußere Umfangslinie 7.
Bei der Ausführungsform
gemäß 1 besitzt
die innere Umfangslinie 6 Kreisform, während die äußere Umfangslinie 7 achteckig
gestaltet ist. Die Gestaltung ist jedoch so getroffen, dass zwischen
der inneren und der äußeren Umfangslinie
ein Durchtrittsquerschnitt 8 gebildet wird, der über den
Umfang an jeder Erwärmungsstelle 5 gleich
oder zumindest etwa gleich ist. Im Bereich der Erwärmungsstelle 5 liegt
damit ein konstanter Durchtrittsquerschnitt 8 über den
Umfang vor. Die innere Umfangslinie 6 ist randoffen gestaltet,
d. h. es ergibt sich ein schmaler randoffener Spalt 9,
der sich radial von der inneren Umfangslinie 6 bzw. deren
Achse hinwegerstreckt. Die innere Umfangslinie 6 ist so
gestaltet, dass sie mit Spiel einen zu erwärmenden Gegenstand aufnehmen
kann. Die Gestaltung der inneren Umfangslinie 6 richtet
sich nach der Gestalt des zu erwärmenden
Gegenstandes. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist
hier kein zu erwärmender
Gegenstand dargestellt. Es ist jedoch leicht vorstellbar, dass ein
solcher Gegenstand z. B. aus einem anzuschmelzenden Glasröhrchen,
einem zylindrischen Kolben oder dergleichen bestehen kann.
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Zwischen
benachbarten Erwärmungsstellen 5 bzw.
zwischen den Anschlüssen 3 und 4 und
der benachbarten Erwärmungsstelle 5 Bereiche 10,
die nicht der Erwärmung
eines Gegenstandes dienen. Die Bereiche 10 können einen
von dem Durchtrittsquerschnitt 8 abweichenden vergleichsweise
größeren Durchtrittsquerschnitt 11 besitzen.
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Um
die Bereiche 10 von den Erwärmungsstellen 5 abzugrenzen,
sind Einschnitte 12 vorgesehen. Die Einschnitte 12 sind
randoffen gestaltet, d. h. sie beginnen außen randoffen und erstrecken
sich um einen gewissen Betrag in das Material des Heizbandes 2 hinein.
Es ist erkennbar, dass die Einschnitte 12 so platziert
sind, dass sie die äußere Umfangslinie 7 an
jeder Erwärmungsstelle 5 ergänzen bzw. mitbilden.
Auch die Spalte 9 enden randoffen. Sie können ausgehend
von der Mittelachse jeder Erwärmungsstelle 5 eine
relativ große
radiale Erstreckung aufweisen und so das Material des Heizbandes 2 im Bereich
der Erwärmungsstelle 5 sowie
der benachbarten Bereiche 10 durchsetzen.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform des
Heizelements 1, etwa in einem Maßstab von 2:1. Das Heizband 2 kann
eine Dicke von 4–5
mm aufweisen, und zwar im Bereich der Anschlüsse 3, 4.
Durch spanende Bearbeitung eines entsprechend breiten Rohbandes
ist das Heizband 2 hergestellt. Es sind hier drei Erwärmungsstellen 5 gebildet,
die trotz mäanderartiger
Form in Längsrichtung
fluchtend zueinander angeordnet sind. Sowohl die innere Umfangslinie 6 wie
auch die äußere Umfangslinie 7 sind
hier kreisförmig
gestaltet, so dass der Durchtrittsquerschnitt 8 über den
gesamten Umfang, abgesehen von dem schmalen Spalt 9, exakt
konstant bleibt. Die Einschnitte 12 sind hier ebenfalls
kreisabschnittartig gestaltet, so dass die zwischen den Erwärmungsstellen 5 angeordneten
Bereiche 10 in Stromflussrichtung variierende Querschnitte
bekommen. Diese Querschnitte 11 ändern sich in Stromflussrichtung, sind
aber an allen Stellen größer als
der konstante Durchtrittsquerschnitt 8 im Bereich jeder
Erwärmungsstelle 5.
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Bei
der in 3 dargestellten Ausführungsform erstrecken sich
die Erwärmungsstellen 5 in Längsrichtung
fluchtend zueinander nur nach einer Seite des Heizbandes 2.
Auch bei einer solchen Mäanderform
erstrecken sich die randoffenen schmalen Spalte 9 in radialer
Richtung zu jeder Erwärmungsstelle 5.
Die innere Umfangslinie 6 und die äußere Umfangslinie 7 sind
hier achteckig gestaltet, so dass der an jeder Erwärmungsstelle 5 aufzunehmende Gegenstand
achteckigen Umriss besitzt. Es ist leicht vorstellbar, dass die
Umfangslinie 6 und davon abhängig auch die Umfangslinie 7 entsprechend
der Gestalt und Formgebung des jeweiligen Gegenstands auszubilden
und anzupassen sind.
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- 1
- Heizelement
- 2
- Heizband
- 3
- Anschluss
- 4
- Anschluss
- 5
- Erwärmungsstelle
- 6
- innere
Umfangslinie
- 7
- äußere Umfangslinie
- 8
- Durchtrittsquerschnitt
- 9
- Spalt
- 10
- Bereich
- 11
- Durchtrittsquerschnitt
- 12
- Einschnitt