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Die
Erfindung betrifft eine Glasrohrheizeinrichtung mit einem an der
Außenseite
mit einer Zinnoxid-Beschichtung versehenen Glasrohr, welches mit zumindest
einem elektrisch leitfähigen,
das Glasrohr umgreifenden Kontaktelement verbunden ist.
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Derartige
Glasrohrheizeinrichtungen können beispielsweise
bei Geschirrspülmaschinen,
Waschmaschinen oder Kaffeemaschinen zum Einsatz kommen.
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Aus
der
DE 198 21 580
A1 ist ein Durchlauferhitzer bekannt, welcher ein am Außenumfang
mit undotiertem Zinnoxid beschichtetes Glasrohr zur Wärmeerzeugung
in einem durchströmenden
Fluid aufweist. In die Außenfläche des
Glasrohrs sind mindesten zwei Kontaktstreifen aus Silber eingebracht. Mit
einer derartigen Anordnung ist ein Betrieb bei Temperaturen bis
zu 400°C
möglich.
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Die
Kontaktstreifen werden beim Herstellungsprozess in einem produktionstechnisch
aufwendigen Fertigungsschritt bei 400 – 600°C in den zinnoxidbeschichteten
Glaskörper
eingebrannt.
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Für die Versorgung
mit Gleich-, Wechsel- oder Drehstrom ist vorgesehen, an die Kontaktstreifen
Kontaktstecker oder Kabelzuführungen
anzulöten.
Durch die beim Löten
auftretenden lokalen Erhitzungen entstehen Spannungen im Glas, wodurch
die mechanische Festigkeit des Glaskörpers herabgesetzt werden kann.
Somit ist insbesondere die Verwendung von z.B. DURAN® von
SCHOTT bzw. Borosilikatglas aufgrund der zu erwartenden Spannungen kritisch.
Bei Verwendung einer Silberleitpaste kann diese durch das Löten ebenfalls
negativ beeinflusst werden. Höherwertige
Gläser
(z.B. Quarzglas) sind einsetzbar, aber aus Kostengründen nicht
sinnvoll.
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Die
Verbindung zwischen den Kontaktstreifen aus Silber und dem Glaskörper einerseits
und die Verbindung der Kontaktstreifen mit der Stromzuführung andererseits
ist generell mechanisch nicht sehr stabil.
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Aus
der
US 2 142 356 A ist
ein als ein Metallring ausgebildetes Kontaktelement bekannt, der
auf die Enden eines mit Draht bewickelten Keramikrohres aufgesetzt
ist. Ein derartiger Metallring lässt
sich jedoch bei einem leitend beschichteten Glasrohr mechanisch
nicht ausreichend stabil fixieren, um eine ausreichend gute Kontaktierung
zu der leitenden Beschichtung zu gewährleisten.
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Aus
der
EP 1 290 916 B1 ist
ein aus einem elektrisch isolierenden Kunststoffmaterial bestehender
Kontaktring bekannt, der keine elektrische Kontaktierung ermöglicht.
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Aus
der
DE 1 089 031 B ist
ein ringförmiges Kontaktelement
bekannt, der eine Mehrfachkontaktierung des Rohres erlaubt. Die
mechanische Befestigung wird nach Art einer Klemmschelle erreicht,
wobei der Metallring um das Rohr herumgelegt und anschleißend mechanisch
verspannt wird. Mit dieser Art der Befestigung und Kontaktierung
des Metallringes kann keine ausreichend mechanisch stabile und sichere
Kontaktierung erreicht werden. Mehrfachkontaktierungen, die das
Rohr nur punktuell kontaktieren, bieten nämlich keine zufriedenstellende
elektrische Kontaktierung für
ein beschichtetes Glasrohr.
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Aus
der
DE 2 038 426 B ist
ein rohrförmiger Messwertgeber
bekannt, bei dem ein aufgeschrumpfter Kontaktring eine Fassung für einen
Ring aus Elektrokohle bildet. Gemäß der
DE 2 038 426 B kann ein Ring
aus Elektrokohle nicht ohne weiteres in einen Messwertgeber einsetzt
werden. Dies liegt an der Materialbeschaffenheit der Elektrokohle.
Die Elektrokohle muss zu Montagezwecken mit einer Fassung versehen
werden. Diese wird dadurch gebildet, dass auf einen Ring aus Elektrokohle
ein Metallring aufgeschrumpft wird, um eine Fassung für die Elektrokohle
zu bilden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Glasrohrheizeinrichtung anzugeben,
welche eine mechanisch stabile und sichere Kontaktierung des beschichteten Glasrohres
bietet, die besonders einfach und kostengünstig herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 3
oder 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß Anspruch
1 ist das Kontaktelement als ein Metallring ausgebildet, welcher
auf das beschichtete Glasrohr thermisch aufgeschrumpft ist. Der
Metallring kann bei der Herstellung leicht aufgebracht und bei relativ
geringen Temperaturen aufgeschrumpft werden. Spannungen im Glas
werden dadurch vermieden und ein sicherer Halt des Metallringes
sichergestellt.
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Um
den elektrischen Kontakt zwischen dem beschichteten Glasrohr und
dem Metallring weiter zu verbessern, ist zwischen der Oberfläche des
beschichteten Glasrohrs und dem Metallring ein leitfähiger Kleber,
eine elektrisch leitfähige
Paste oder dergleichen leitfähige
Suspension eingebracht.
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An
dem Metallring lässt
sich auf einfache Weise zumindest ein Kontakt- oder Anschlussteil zum
elektrischen Anschließen
eines Anschlusskabels anbringen. Dies kann beispielsweise durch
eine Lötverbindung
bereits vor dem Aufschrumpfen des Metallringes geschehen. Alternativ
kann jedoch das Kontakt- oder Anschlussteil auch am aufgeschrumpften
Metallring angebracht werden, beispielsweise durch eine Klemm- oder
Schraubverbindung. Dabei können
bereits am noch nicht aufgeschrumpften Metallring entsprechende
Verankerungsmöglichkeiten vorgesehen
sein.
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Gemäß Anspruch
3 ist das Kontaktelement als Klebeband aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet,
welches auf das beschichtete Glasrohr aufgeklebt ist. Durch den
am Klebeband unterseitig angebrachten temperaturbeständigen und
vorzugsweise auch elektrisch leitenden Kleber ist ein sicherer Halt
des Kontaktelements am beschichteten Gaskörper und ein guter und gleichmäßiger elektrischer Kontakt
zur elektrisch leitenden Heizschicht gewährleistet. Das Klebeband lässt sich
leicht auf das beschichtete Glasrohr aufkleben.
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Ein
besonders guter elektrischer Kontakt bei guter Temperaturstabilität wird dadurch
erreicht, dass das Klebeband ein elektrisch leitfähiges Metall
aufweist. Dies kann beispielsweise Kupfer, aber auch Aluminium,
Gold oder dergleichen Metall sein.
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Zum
elektrischen Anschließen
eines Anschlusskabels kann an dem Klebeband zumindest ein Kontakt-
oder Anschlussteil insbesondere mittels einer Crimp-Verbindung angebracht
werden. Eine derartige Crimp-Verbindung ist leicht herzustellen und
belastet den Glaskörper
nicht. Dabei wird dennoch ein sicherer Kontakt realisiert.
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Gemäß Anspruch
6 ist das Kontaktelement als ein fester Formkörper ausgebildet, welcher in
besonders einfach zu handhabender Weise am Außenumfang des beschichteten
Glasrohres mittels einer Schlauchklemme, Schelle, angedrücktem Federkontakt,
umschließender
Litze aus leitfähigem
Draht oder dergleichen mechanischen Verbindung angebracht ist. Mit
dieser Maßnahme
wird ein aufwendiges und insbesondere die Festigkeit des Glaskörpers gefährdendes
Einbrennen bei hohen Temperaturen vermieden. Das Kontaktelement
liegt vielmehr in wesentlichen bündig
am beschichteten Glaskörper
an. Diese Art der Anbringung ist leicht zu bewerkstelligen und bietet
dennoch einen funktionssicheren Betrieb.
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Um
einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem beschichteten Glasrohr
und dem Metallring herzustellen, ist zwischen der Oberfläche des beschichteten
Glasrohrs und dem mechanischen Verbindungselement ein leitfähiger Kleber,
eine elektrisch leitfähige
Paste oder dergleichen leitfähige Suspension
eingebracht.
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Für eine ausreichend
hohe Leistungsdichte, um beispielsweise bei der Verwendung in Haushaltsgeräten eine
ausreichend hohe Aufheizrate des durchströmenden Fluids, insbesondere
Wasser, zu bewirken kann die Zinnoxidbeschichtung derart dotiert
sein, dass eine Leistungsdichte von 15 – 25 W/cm2,
vorzugsweise 18 – 22
W/cm2 erreicht wird.
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Als
Dotierung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise Fluor oder
Antimon
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 in
schematischer Draufsicht und im Schnitt ein zinnoxidbeschichtetes
Glasrohr einer Glasrohrheizeinrichtung, welches mit zwei elektrisch leitfähigen, das
Glasrohr umgreifenden Klebebändern
als Kontaktelemente versehen ist; und
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2 in
schematischer Teilansicht und im Schnitt ein dotiertes zinnoxidbeschichtetes
Glasrohr einer Glasrohrheizeinrichtung, welches mit einem aufgeschrumpften
Metallring als Kontaktelement versehen ist.
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1 zeigt
in schematischer Draufsicht und im Schnitt ein an der Außenseite
mit einer dotierten Zinnoxid-Beschichtung 10 versehenes
Glasrohr 12 einer Glasrohrheizeinrichtung, welches an gegenüberliegenden
Enden mit zwei elektrisch leitfähigen, das
Glasrohr 12 umgreifenden Klebebändern 14.1 und 14.2 als
Kontaktelemente versehen ist. Die Klebebänder 14.1 und 14.2 sind
aus elektrisch leitfähigem
Metall, beispielsweise Kupfer ausgebildet und unterseitig mit einem
temperaturbeständigen
und elektrisch leitenden Kleber beschichtet.
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Die
Klebebänder 14.1 und 14.2,
welche auf das beschichtete Glasrohr 10, 12 aufgeklebt
sind und eine stoffschlüssige
Verbindung zur dotierten Zinnoxid-Beschichtung 10 schaffen, lassen
sich jeweils mit einem (nicht gezeigten) Kontakt- oder Anschlussteil zum
elektrischen Anschließen
eines Anschlusskabels versehen. Dabei wird beispielsweise eine Crimp-Verbindung
verwendet. Diese Crimp-Verbindung kann auch bereits vor dem Aufbringen
der Klebebänder 14.1 und 14.2 an
diesen angebracht sein.
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2 zeigt
in schematischer Teilansicht und im Schnitt ein an der Außenseite
mit einer dotierten Zinnoxid-Beschichtung 10 versehenes
Glasrohr 12 einer Glasrohrheizeinrichtung. An dem in 2 gezeigten
Ende ist das beschichtete Glasrohr 10, 12 mit einem
elektrisch leitfähigen,
umgreifenden Metallring 14 als Kontaktelement versehen.
Der Metallring liegt am Außenumfang
des beschichteten Glasrohres 10, 12 an und ist
durch Temperatureinwirkung aufgeschrumpft. Der aufgeschrumpfte Metallring 14 bildet eine
kraftschlüssige
Verbindung zum beschichteten Glasrohr 10, 12.
Der Metallring 14 besteht aus Messing, alternativ auch
aus Kupfer oder einem anderen leitenden Material, das eine angepasste
Duktilität aufweist.
An dem in 2 nicht gezeigten Ende des Glasrohres 10, 12 ist
ebenfalls ein Metallring aufgeschrumpft.
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Alternativ
kann auf das Gasrohr 12 auch nur ein einziger (nicht gezeigter)
Metallring aufgeschrumpft sein, welcher aufgrund seiner Formgebung
elektrisch zweigeteilt ausgebildet ist. Somit lieben beide Anschlusselemente
auf einer Rohrseite, was produkttechnisch, wirtschaftlich und logistisch von
Vorteil sein kann.
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Um
die Übergangswiderstände möglichst klein
zu machen, ist zwischen der Oberfläche des beschichteten Glasrohrs 10, 12 und
dem Metallring 14 ist eine elektrisch leitfähige Paste
oder dergleichen leitfähige
(nicht gezeigte) Suspension eingebracht. An dem Metallring 14 ist
ein Anschlussteil 16 zum elektrischen Anschließen eines
Anschlusskabels 18 angelötet.
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Alternativ
kann das Kontaktelement mittels einer mechanischen Verbindung am
Außenumfang des
beschichteten Glasrohres angebracht sein. Dabei kann das Kontaktelement
als Schlauchklemme, Schelle, angedrückter Federkontakt, umschließende Litze
aus leitfähigem
Draht, beispielsweise aus Kupfer, oder dergleichen mechanisches
Verbindungselement ausgebildet sein.