DE102010008412A1

DE102010008412A1 - Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE102010008412A1
Application number: DE102010008412A
Authority: DE
Inventors: Josef Mueller
Original assignee: Mueller Josef 84428
Current assignee: Mueller Josef 84428
Priority date: 2010-02-18
Filing date: 2010-02-18
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: DE102010008412B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zur Erwärmung von Flüssigkeiten, umfassend ein in die zu erwärmende Flüssigkeit eintauchbares Heizelement (2) und eine mit dem Heizelement (2) verbundene Stange (4) beschrieben, wobei das Heizelement (2) als Standfuß zum Abstellen auf einem Untergrund mit einer dem Untergrund zugewandten Unterseite (6) und einer dem Untergrund abgewandten Oberseite (5) ausgebildet ist. Diese Vorrichtung (1) soll dazu dienen, die Flüssigkeit schneller und gleichmäßiger erwärmen zu können. Gleichzeitig soll die Handhabung und die Standfestigkeit der Vorrichtung (1) verbessert werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung (1) mit einem Heizelement (2), das eine in einer Richtung (7) senkrecht zu dem Untergrund gemessene Höhe (8) von höchstens 60 mm aufweist, und bei dem die Längsachse (9) der Stange (4) durch den Ringinnenraum (10) des ringförmigen Heizelementes (2) verläuft, vorgeschlagen.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten, umfassend ein in die zu erwärmende Flüssigkeit eintauchbares Heizelement und eine mit dem Heizelement verbundene Stange, wobei das Heizelement als Standfuß zum Abstellen auf einem Untergrund mit einer dem Untergrund zugewandten Unterseite und einer dem Untergrund abgewandten Oberseite ausgebildet ist.
II. Technischer Hintergrund
Transportable Vorrichtungen zur Erwärmung von Flüssigkeiten, die ein als Standfuß ausgebildetes Heizelement und eine an diesem befestigte Stange enthalten, sind z. B. aus landwirtschaftlichen Anwendungen bekannt. Beispielsweise werden sie eingesetzt, um Milch zur Fütterung von Kälbern zu erwärmen.
Aus der DE 299 11 506 U1 ist eine derartige Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere von Milch, bekannt. Er besteht aus einem in die zu erwärmende Flüssigkeit eintauchbaren Aluminium-Gussheizkörper 1 als Heizelement, einem Griffteil 7, das auch eine Heiz-Steuer-Einheit 5 umfaßt, und einem Aluminium-Rohr 2 als stangenförmige Verbindung zwischen Heizelement und dem Griffteil. Der Aluminium-Gussheizkörper 1 ist als Standfuß ausgebildet, um die Vorrichtung auf dem Boden des Behälters, in dem sich die zu erwärmende Flüssigkeit befindet, abstellen zu können.
Nachteilig ist bei dieser Ausführung jedoch, dass das Aluminiumrohr zur Verbindung des Heizelementes mit dem Griffteil direkt mit dem ringförmigen Heizelement verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine ungünstige Schwerpunktlage, die trotz eines Ausgleichs durch im Griffteil angebrachte Gegengewichte zu unzureichender Standfestigkeit und damit häufigem Kippen der Vorrichtung führt, häufig damit auch zum Umkippen des Behälters.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Heizwendeln im Heizelement über die gesamte Höhe des Heizelementes verteilt sind. Dadurch, dass von den unteren Abschnitten des Heizelementes erhitzte Flüssigkeit aufsteigt und von den oberen Abschnitten des Heizelementes noch weiter erhitzt wird, kann es zu einer Überhitzung der zu erwärmenden Flüssigkeit vor allem in den oberen Abschnitten des Heizelementes kommen, was insbesondere bei der Erwärmung von Milch problematisch ist. Dadurch, dass sich um die oberen Abschnitte des Heizelementes in der Flüssigkeit eine wandnahe Schicht (Wandschicht) von bereits erwärmter Flüssigkeit bildet, wird darüber hinaus der Wärmeübergang in die umliegende, kältere, noch zu erhitzende Flüssigkeit in den oberen Abschnitten des Heizelementes verschlechtert.
Insbesondere auch die große Höhe des Heizelementes in Richtung seiner Längsachse, die in der Regel ca. 150 mm beträgt, führt zu einem ungünstigen Wärmeübergang, da das ringförmige Heizelement von der Konvektionsströmung der zu erhitzenden Flüssigkeit nur unzureichend umströmt wird. Aufgrund des unzureichenden Ausbildens einer Konvektionsströmung in der Flüssigkeit in Wandnähe bilden sich Schichten mit bereits erhitzter Flüssigkeit, die den Wärmeübergang zu den kälteren Bestandteilen der zu erhitzenden Flüssigkeit verschlechtern.
Bei niedrigen, unter der Höhe des Heizelementes bleibenden Flüssigkeitsständen im Behälter ist die Höhe des Heizelementes der Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten nach dem Stand der Technik ebenfalls für die gleichmäßige Erwärmung der Flüssigkeit nachteilig. Dann bildet sich kaum eine Konvektionsströmung. Die im Ringinneren befindliche Flüssigkeit tauscht sich nicht mit der weiteren Flüssigkeit aus. Sie wird ggf. überhitzt. Die Innenflächen des ringförmigen Heizelementes leisten damit kaum Beitrag zur Erwärmung.
Die Befestigung des Aluminiumrohres direkt an der Ringwandung des Aluminiumgussheizkörpers ist darüber hinaus nachteilig, da am unteren Ende des Aluminiumrohres ein Temperatursensor für die Temperaturregelung befestigt ist. Dadurch, dass der Temperatursensor sich in unmittelbarer Nähe des Aluminiumgussheizkörpers und seiner Heizwendeln befindet, misst er nicht die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit, sondern stets eine durch die Nähe zu den Heizwendeln bedingte zu hohe Temperatur. Die Temperaturmessung des derart angeordneten Temperatursensors ist für die Temperaturregelung der zu erwärmenden Flüssigkeit damit nur bedingt geeignet. Da der Temperatursensor eine im Vergleich zur erwärmenden Flüssigkeit zu hohe Temperatur misst, wird durch die Regelung in zu häufigen Abständen die Heizleistung reduziert bzw. werden die Heizwendeln abgeschaltet, bis die Temperatur am Temperatursensor wieder abgesunken ist. Dadurch wird die mittlere Heizleistung erheblich reduziert. Dies verlängert die für die Erwärmung der Flüssigkeit benötigte Zeit erheblich.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere von Milch zur Fütterung von Kälbern zu entwickeln, mit der die Flüssigkeit schneller und gleichmäßiger erwärmt werden kann. Darüber hinaus ist die Handhabung der Vorrichtung zu verbessern. Insbesondere sollen eine Verbesserung der Standfestigkeit erreicht werden, ohne die Handhabung z. B. durch zusätzliche Gewichte zu verschlechtern, und das Gesamtgewicht der Vorrichtung wesentlich reduziert werden.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Heizelement mit flacher Bauform eingesetzt. Das Heizelement weist eine niedrige Höhe in der Richtung senkrecht zum Untergrund, d. h. zum Boden des Behälters bei im Behälter stehenden Heizelement, und damit auch senkrecht zum Flüssigkeitsspiegel, auf. Die Höhe sollte 60 mm nicht überschreiten, um die angestrebten Vorteile zu erzielen.
Eine im Sinne der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass durch die geringe Höhe ein guter Wärmeübergang zwischen dem Heizelement und der umgebenden Flüssigkeit erzielt wird. Darüber hinaus befindet sich das Heizelement stets unter der Flüssigkeitsoberfläche, auch wenn nur eine geringe Flüssigkeitsmenge zu erwärmen ist. Durch Verlagerung der Heizzone in die Nähe des Bodens des Behälters der zu erwärmenden Flüssigkeit und die geringe Höhe wird verhindert, dass sich um das Heizelement Schichten bereits erwärmter Flüssigkeiten bilden, die den Wärmeübergang behindern. Vielmehr wird das Heizelement besser umströmt, wodurch mehr Heizleistung an die zu erwärmende Flüssigkeit abgegeben werden kann. Durch die verbesserte Umströmung wird eine gleichmäßigere Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit erzielt.
Insbesondere erweist sich eine Höhe von höchstens 45 mm für das Heizelement in der Richtung senkrecht zum Untergrund als gut geeignet, um einen optimalen Wärmeübergang zu der zu erwärmenden Flüssigkeit herzustellen und damit die Heizleistung zu erhöhen, die Erwärmungsdauer zu reduzieren und die gleichmäßige Erwärmung der Flüssigkeit zu erzielen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Wird das Heizelement ringförmig gestaltet, bildet sich im Inneren des Heizelementes durch das Aufsteigen der im Ringinneren des Heizelementes erwärmten Flüssigkeit eine aufsteigende Strömung, ähnlich einem Kamineffekt. Durch diese Strömung werden von außen stets Schichten kälterer Flüssigkeit an das Heizelement herangeführt. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit reduziert die Entstehung von Wandschichten und bewirkt einen optimalen Wärmeübergang zwischen Heizelement und umströmender Flüssigkeit. Die schnelle Strömung führt darüber hinaus zu einer guten Vermischung bereits erwärmter mit noch nicht erwärmter Flüssigkeit, und damit zu einer gleichmäßigen Flüssigkeitstemperatur.
Erfindungsgemäß verläuft die Längsachse der mit dem Heizelement verbundenen Stange durch den Innenraum des Heizelementes. Das Heizelement ist dabei ringförmig gestaltet. Dabei kann sich einerseits der entsprechende Endabschnitt der Stange im Ringabschnitt befinden und dort über ein geeignetes Verbindungselement mit dem Ring des Heizelements verbunden werden. Es ist jedoch auch möglich, den geraden, d. h. entlang ihrer Längsachse verlaufenden Abschnitt der Stange bereits oberhalb des Heizelementes zu beenden, und von dort z. B. mittels eines gekröpften Verbindungselementes eine Verbindung mit dem Ring des Heizelementes herzustellen.
Dadurch, dass die Stange nicht wie bei den herkömmlichen Ausführungen direkt an der Ringwandung befestigt ist, sondern die Längsachse durch das Innere des Ringes verläuft, kann eine günstige Schwerpunktlage der Vorrichtung erzielt werden. Weist die Vorrichtung ein Griffteil oder eine Heiz-Steuer-Einheit an dem dem Heizelement abgewandten Ende der Stange auf, kann auf das bei den Ausführungen nach dem Stand der Technik erforderliche Anbringen von Gegengewichten im Griffteil oder in der Heiz-Steuer-Einheit zur Erzielung einer geeigneten Schwerpunktlage, und damit ausreichender Standfestigkeit, verzichtet werden. Die Vorrichtung ist somit in der erfindungsgemäßen Ausführung erheblich standsicherer, und sie ist durch den Verzicht auf zusätzliche Gewichte auch leichter zu transportieren und zu handhaben.
Dafür ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Stange mit ihrer Längsachse durch die Mitte des ringförmigen Heizelementes verläuft. Dann kann ein Optimum an Standfestigkeit erzielt werden. Gleichzeitig kann die Aufstandsfläche des Heizelementes reduziert werden, so daß eine Vorrichtung mit entsprechend verkleinertem Heizelement auch in kleineren oder ungünstig geformten Behältern verwendet werden kann.
Zur Verbesserung der Handhabung kann an dem dem Heizelement abgewandten Ende der Stange ein Griffteil vorgesehen werden. Das Griffteil kann aber auch in jedem anderen Abschnitt der Stange angeordnet werden.
An dem dem Heizelement abgewandten Ende der Stange kann eine Heiz-Steuer-Einheit vorgesehen werden. Diese dient zur Regelung der Heizleistung und kann es beispielsweise ermöglichen, eine gewünschte Flüssigkeitstemperatur vorzuwählen, die dann durch entsprechende Regelungsmechanismen durch die Regelung der Heizleistung erzielt wird. Auch eine Zeitschaltung wäre bei entsprechender Ausführung möglich. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Heiz-Steuer-Einheit einen Überhitzungsschutz aufweist, der das Überhitzen des Heizelementes verhindert, beispielsweise durch Abschaltung nach Zeitüberschreitung oder in Verbindung mit einem oder mehreren Temperatursensoren entweder in den Heizwendeln, in der Flüssigkeit oder beides.
Heiz-Steuer-Einheit und Griffelement können auch als eine Einheit gestaltet werden, indem beispielsweise Handgriffe an dem Gehäuse der Heiz-Steuer-Einheit ausgebildet sind.
Insbesondere bei einer durch die Mitte eines ringförmigen Heizelementes, aber bereits auch bei einer durch das Innere eines ringförmigen Heizelementes führenden Stange ist es vorteilhaft, im unteren, d. h. der Unterseite des Heizelementes, und damit dem Boden des Behälters zugewandten Abschnitt der Stange, insbesondere an ihrem untersten Ende, einen Temperatursensor anzuordnen. Sein Messwert kann an die Heiz-Steuer-Einheit übertragen und von dieser für die Regelung der Heizleistung sowie ggf. für eine Sicherheitsabschaltung als Schutz gegen Überhitzen verwendet werden.
Der Temperatursensor ist dann im Unterschied zu den Ausführungen nach dem Stand der Technik weit von den Heizwendeln entfernt und misst damit nicht die Temperatur der Heizwendeln im Inneren des Heizelementes, sondern die reale Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit. Besonders genaue Messergebnisse ergeben sich insbesondere dadurch, dass an dieser Stelle der Temperatursensor gut umströmt wird. Dadurch wird die Temperatur der von außen zwischen der Unterseite des Heizelementes und dem Boden des Behälters in das Ringinnere einströmenden Flüssigkeit vor ihrer Erwärmung gemessen, so dass daran die Heizleistung des Heizelementes durch die Regelung exakt angepasst werden kann. Das Heizelement kann dann mit maximaler Heizleistung arbeiten, ohne dass wegen zwischenzeitlicher Überhitzung des Temperatursensors häufige Abschaltungen erfolgen. Dies ermöglicht die schnellstmögliche Erwärmung der Flüssigkeit.
Der Wärmeübergang zwischen Heizelement und umgebender Flüssigkeit kann darüber hinaus dadurch verbessert werden, dass die Heizwendeln oder Heizdrähte im Heizelement nur im unteren Teil des Heizelementes, d. h. der dem Boden bzw. Untergrund zugewandten Hälfte, angeordnet sind. Die Wärme steigt dann im wärmeleitfähigen oberen, über den Heizwendeln liegenden Teil des Heizelementes, der nicht durch Heizwendeln bzw. Heizdrähte durchsetzt ist, nach oben und verteilt sich durch diesen inneren Wärmetransport gleichmäßig im Heizelement, so dass das Heizelement an seiner gesamten Wandung eine hohe Temperatur aufweist. Wären die Heizdrähte dagegen in der Mitte oder in der oberen Hälfte des Heizelementes angeordnet, so hätte die untere Hälfte des Heizelementes eine niedrigere Wandtemperatur, da die Wärme nach oben aufsteigt, und würde mit seinen unteren Wandbereichen nur wenig Wärme an die zu erwärmende Flüssigkeit abgeben. Durch diese Anordnung wird also eine an der gesamten Wandung des Heizelementes möglichst gleichmäßige, hohe Temperatur erreicht.
Das Heizelement wird aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, gefertigt, in das die Heizwendeln bzw. Heizdrähte eingebettet, z. B. eingegossen sind.
Zusätzlich zur Anordnung der Heizwendeln in der unteren Hälfte des Heizelementes kann durch eine geeignete geometrische Gestaltung des Querschnittes des Heizelementes eine weitere Verbesserung des Wärmeüberganges an die umgebende Flüssigkeit erzielt werden. Da die von den Heizwendeln nach oben steigende Wärme durch die Wandfläche des Heizelementes an die umgebende Flüssigkeit abgegeben wird, wird die Wandtemperatur mit zunehmendem Abstand von den Heizwendeln nach oben zur Oberseite des Heizelementes zunehmend geringer. Dies ist dadurch bedingt, dass der Wärmestrom aufgrund der Wärmeabgabe an die Flüssigkeit über die Wand in Richtung der Oberseite des Heizelementes kontinuierlich abnimmt, da die Wärme bekanntlich nach oben steigt und dabei von den seitlichen Wandungen an die umgebende Flüssigkeit abgegeben wird, so dass an der oberen Spitze nur noch eine geringe Wärmemenge ankommt.
Wird jedoch die Wärmestromdichte konstant gehalten, indem sich der Querschnitt in Richtung der Oberseite verringert, kann über die gesamte Wandfläche des Heizelementes durch die konstant bleibende Wärmestromdichte eine gleiche Wandtemperatur erzielt werden. Das Heizelement muss also in dem Querschnitt, der senkrecht zur Ringumfangsrichtung verläuft, an der Oberseite des Querschnitts eine geringere Breite aufweisen als in demjenigem Abschnitt, in dem die Heizwendeln angeordnet sind. Die Breite des Querschnitts an der Unterseite des Heizelementes ist ebenfalls geringer als in demjenigem Abschnitt, in dem die Heizwendeln angeordnet sind. Er ist jedoch in der Regel größer als die Breite des Querschnitts an der Oberseite, da die Heizwendeln vorzugsweise in der unteren Hälfte des Heizelementes, und damit in geringerem Abstand zur Unterseite angeordnet sind.
Eine für den Wärmeübergang besonders günstige Ausgestaltung des Querschnittes des Heizelementes senkrecht zur Ringumfangsrichtung ist ein etwa birnenförmiger Querschnitt. Aber auch ein etwa dreiecksförmiger Querschnitt, bei dem eine Spitze des Dreiecks in Richtung des Griffteiles weist, ist dazu geeignet, durch eine konstante Wärmestromdichte in Richtung des Griffteiles im Inneren des Heizelementes eine gleichmäßige Wandtemperatur über die gesamte Wandung des Heizelementes herzustellen, und damit die an die Flüssigkeit abgegebene Heizleistung zu optimieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Heizelement an seiner unteren, dem Boden des Gefäßes, in dem sich die zu erwärmende Flüssigkeit befindet, zugewandte Abstandshalter auf. Diese können z. B. durch Vorsprünge an der Unterseite des Heizelementes gebildet werden.
Die Abstandshalter sorgen dafür, dass ein Abstand zwischen der Unterseite des Heizelementes und dem Boden des Gefäßes verbleibt, wenn die Vorrichtung zur Erwärmung der Flüssigkeit in das Gefäß gestellt wird. Dadurch kann die zu erwärmende Flüssigkeit unter dem Heizelement hindurchströmen. Dadurch wird der bereits beschriebene Kamineffekt, der durch das Aufsteigen erwärmter Flüssigkeit auf der Ringinnenseite bewirkt wird, verstärkt, indem die Strömung der Flüssigkeit von außen unter dem Heizelement hindurch in das Ringinnere erleichtert wird. Die Strömungsverhältnisse und dadurch der Wärmeübergang sowie die gleichmäßige Durchmischung der erwärmten Flüssigkeit wird durch die Abstandshalter an der Unterseite des Heizelementes noch einmal deutlich verbessert. Auch bei nicht ringförmigem Heizelement sind die Abstandshalter vorteilhaft, um die Umströmung an der Unterseite des Heizelementes zu verbessern.
Die Längsachse der Stange verläuft, wie vorstehend beschrieben, bei vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung durch das Ringinnere. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung verläuft sie direkt durch den Ringmittelpunkt des ringförmigen Heizelementes. Wie bereits vorstehend beschrieben, besteht einer der Vorteile dieser Anordnung darin, dass ein Temperatursensor, der im unteren, dem Untergrund zugewandten Ende der Stange angeordnet ist, einen möglichst großen Abstand vom Heizelement hat. Dadurch wird die Temperatur der zu erwärmenden Flüssigkeit, und nicht die Temperatur des Heizelementes gemessen. Ist die Stange nicht direkt der Ringwandung benachbart und kann sie damit nicht direkt an dieser befestigt werden, was z. B. dann der Fall ist, wenn die Längsachse der Stange durch die Ringmitte verläuft, dann wird diese Stange mit dem Heizelement durch wenigstens ein geeignetes Verbindungselement, z. B. einen Verbindungssteg, verbunden.
Das Verbindungselement bzw. die Verbindungselemente verlaufen üblicherweise mit seiner Längsachse vorzugsweise in der Ebene, die durch das ringförmige Heizelement aufgespannt wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der untere Abschnitt der Stange in das Ringinnere des Heizelementes hineinragt. Da die Längsachse der Stange ebenfalls vorzugsweise senkrecht zu der Ebene, die durch das ringförmige Heizelement aufgespannt wird, verläuft, sind die Längsachse des Verbindungselementes und die Längsachse der Stange in diesem Falle rechtwinklig zueinander. Aber auch andere Anordnungen des Verbindungselementes sind abhängig von den geometrischen Verhältnissen möglich, z. B. bei einer nicht senkrecht zu der Ebene, die durch das ringförmige Heizelement aufgespannt wird, verlaufenden Stange, oder einer Stange, die bereits oberhalb des Heizelementes endet.
Die Querschnittsform des Verbindungselementes kann grundsätzlich frei gewählt werden, soweit die erforderliche mechanische Festigkeit erzielt wird. Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, die Querschnittsform des Verbindungselementes so zu wählen, dass sie mit der Querschnittsform des ringförmigen Heizelementes vollkommen identisch ist oder mit ihr zumindest weitgehend in Querschnittsform und/oder Querschnittsfläche übereinstimmt. Dies verbessert die Strömungsverhältnisse und den Wärmeübergang im Bereich des Verbindungselementes. Darüber hinaus kann hierdurch auch eine einfachere Fertigung erzielt werden.
Die Heizwendeln bzw. Heizdrähte müssen nicht notwendigerweise das Innere des Verbindungselementes durchlaufen. Werden sie jedoch so verlegt, daß sie eines oder mehrere Verbindungselemente durchlaufen, sind die Heizdrähte vor mechanischer Beschädigung und Verschmutzung geschützt. Soweit mehrere Verbindungselemente verwendet werden, können je nach Ausführung alle oder auch nur einzelne Verbindungselemente von den Heizwendeln durchlaufen werden. Beispielsweise kann auch ein erster Abschnitt einer Heizwendel durch ein Verbindungselement (z. B. auf dem Hinweg von der Stange in den Ring des Heizelementes), und ein (in Richtung des elektrischen Stromflusses) nachfolgender Abschnitt durch ein anderes Verbindungselement (z. B. auf dem Rückweg vom Ring des Heizelementes zurück zur Stange) hindurchgeführt werden.
Um für den Fall, dass im unteren Ende der Stange ein Temperatursensor angeordnet ist, zu verhindern, dass das Signal des Temperatursensors durch die Heizwendeln beeinflusst wird, ist es vorteilhaft, den Abschnitt der Heizwendeln bzw. Heizdrähte, der im Verbindungssteg selbst verläuft, nicht zu beheizen.
Vorteilhaft ist es insbesondere, auch bei Ausführungen, bei denen das Heizelement ringförmig ist und bei denen die Längsachse der Stange durch das Ringinnere verläuft, ein Heizelement mit flacher Bauform einzusetzen. Das Heizelement weist dabei eine niedrige Höhe in der Richtung senkrecht zum Untergrund, d. h. zum Boden des Behälters bei im Behälter stehenden Heizelement, und damit auch senkrecht zum Flüssigkeitsspiegel, auf. Die Höhe sollte 60 mm nicht überschreiten, um die angestrebten Vorteile zu erzielen. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung überschreitet die Höhe 45 mm nicht.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: ein Ausführungsbeispiel eines Heizelementes einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2: einen Querschnitt durch das in 1 gezeigte Heizelement gemäß Schnitt A-A;
3: ein Ausführungsbeispiel einer Heizwendel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
4: eine Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten nach dem Stand der Technik.
4 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Erwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere von Kälbermilch, nach dem Stand der Technik. Das Heizelement 2 ist mit dem Griffteil 3 durch eine Stange 4, die eine Längsachse 9 aufweist, verbunden. Der Griffteil 3 bildet eine Einheit mit der Heiz-Steuer-Einheit 22. Die Stange 4 ist hier mit dem Heizelement 2 an der Oberseite 5 der Ringwandung 19 verbunden. Das Heizelement 2 weist eine Höhe 8 von ca. 150 mm zwischen der Oberseite 5 und der Unterseite 6 auf. An der Unterseite 6 des Heizelementes 2 sind Abstandhalter 15 vorgesehen, um den Durchtritt der zu erwärmenden Flüssigkeit unter der Unterseite 6 des Heizelementes 2 hindurch zu ermöglichen, wenn die Vorrichtung 1 zur Erwärmung der Flüssigkeit auf dem Boden eines (nicht dargestellten) Gefäßes, in dem sich die zu erwärmende Flüssigkeit befindet, aufgestellt wird. Die Längsachse 9 der Stange 4 verläuft dann senkrecht zur Bodenfläche dieses Gefäßes.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Heizelementes 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erwärmung von Flüssigkeiten, insbesondere von Milch zur Fütterung von Kälbern. Das Heizelement 2 weist eine Höhe 8 von 35 mm auf. Das Ausführungsbeispiel umfaßt ein (nicht dargestelltes) Griffteil, das dem in 4 gezeigten Griffteil 3 entsprechen kann, und eine (ebenfalls nicht dargestellte) Heiz-Steuer-Einheit, die der in 4 gezeigten Heiz-Steuer-Einheit 22 entsprechen kann, und die an der dem Heizelement 2 abgewandten Ende der Stange 4 angeordnet sind, und wobei Griffteil und Heiz-Steuer-Einheit wie in 4 eine Einheit bilden, indem die Griffe des Griffteiles am Gehäuse der Heiz-Steuer-Einheit geformt sind.
Das Heizelement 2 ist im Ausführungsbeispiel kreisringförmig. Alternativ kann es jedoch auch mit beliebigen anderen ringartigen Geometrien, z. B. einem rechteckförmigen Ring, gestaltet werden. In anderen, jedoch weniger vorteilhaften Ausführungsformen kann das Heizelement 2 auch als geschlossenes Element, z. B. als runde, rechteckige oder mehreckige Platte, ohne Öffnung in der Mitte, gestaltet werden.
Bei der dargestellten Ausführung verläuft die Längsachse 9 der Stange 4 durch den Ringinnenraum 10 (dargestellt ist jedoch nur der untere Abschnitt 14 der Stange 4). In der in 1 dargestellten Ausführung verläuft sie direkt durch den Mittelpunkt des Ringinnenraumes 10. Die Längsachse 9 der Stange 4 verläuft damit senkrecht zu derjenigen Ebene, die durch das Heizelement 2 aufgespannt wird, und damit auch senkrecht zu derjenigen Ebene des (nicht dargestellten) Bodens des Behälters, in dem sich die zu erwärmende Flüssigkeit befindet, und auf dem das Heizelement 2 in seiner Funktion als Standfuß aufgestellt wird. Die Längsachse 9 der Stange 4 muss jedoch nicht wie dargestellt notwendigerweise senkrecht zu diesen Ebenen verlaufen. Auch andere Ausführungsformen sind denkbar, soweit die Standfestigkeit der Vorrichtung 1 sichergestellt ist.
Durch Abstandhalter 15, die hier wie dargestellt als Fortsätze an der Unterseite 6 des Heizelementes 2 ausgebildet sind, wird ein Abstand zwischen der Unterseite 6 des Heizelementes 1 und dem Boden des (in 1 nicht dargestellten) Behälters, in dem sich die zu erwärmende Flüssigkeit befindet, sichergestellt.
Die Stange 4 ist an ihrem unteren Abschnitt 14 über einen Verbindungssteg 16 mit dem Ring 20 des Heizelementes 2 verbunden. In der hier dargestellten Ausführung weist der Verbindungssteg 16 einen mit dem Ringquerschnitt 13 des Ringes 20 ungefähr übereinstimmenden Querschnitt auf. Es sind jedoch auch andere Ausführungen des Querschnittes des Verbindungssteges 16 bzw. andere Gestaltungen eines Verbindungselementes denkbar.
Die Heizwendeln 12 gemäß 3 verlaufen in der 1 vom unteren Abschnitt 14 der Stange 4 durch den Verbindungssteg 16 in den Ring 20 des Heizelementes. Die stromzuführenden Leitungen 18 werden im Inneren der Stange 4 vom unteren Abschnitt 14 der Stange nach oben zum (in 1 nicht dargestellten) Griffteil 3 geführt.
2 zeigt einen Querschnitt A-A durch das Heizelement 2 der 1. In der dargestellten Ausführung ist der zur Ringumfangsrichtung senkrechte Querschnitt 13 des Ringes 20 des Heizelementes 2 etwa birnenförmig. Die Breite des Querschnittes 13 ist an der Oberseite 5 des Heizelementes 2 geringer als an seiner Unterseite 6. Die Heizwendeln 12 verlaufen in der unteren Hälfte des zur Ringumfangsrichtung senkrechten Querschnittes 13.
Die Höhe 8 des Ringes 20 des Heizelementes 2 zwischen seiner Unterseite 6 und seiner Oberseite 5 beträgt bei dem dargestellten Heizelement 2 ca. 35 mm.
Am unteren Ende des unteren Abschnitts 14 der Stange 4 ist ein Temperatursensor 11 zur Messung der Flüssigkeitstemperatur für die Regelung vorgesehen.
In der in den 1 und 2 dargestellten Ausführung verläuft die Längsachse 9 der Stange 4 senkrecht zu der durch den Ring 20 des Heizelementes 2 aufgespannten Ebene. Sie fällt damit mit der Richtung 7 senkrecht zum Untergrund zusammen.
Der untere Abschnitt 14 der Stange 4 ragt über die Unterseite 6 des Heizelementes 2 hinaus. Der Temperatursensor 11 am unteren Abschnitt 14 der Stange 4 ist dann im Zwischenraum angeordnet, der zwischen der Unterseite 6 des Ringes 20 des Heizelementes 2 und dem Untergrund, d. h. dem Boden des Gefäßes, in dem sich die zu erwärmende Flüssigkeit befindet, liegt. Dieser Raum wird durch die Abstandshalter 15 gebildet. Der Temperatursensor 11 misst damit die Temperatur der noch nicht erwärmten Milch weitgehend unverfälscht von Einflüssen durch das Heizelement 2.
2 zeigt den sich von unten in Richtung der Längsachse 9 der Stange 4 nach oben in Richtung zum Griffteil zunächst verengenden, und ab der Ebene der Heizwendeln 12 wieder erweiternden Querschnittsverlauf des Ringinnenraumes 10. Hierdurch wird eine ringförmige Düse gebildet, an deren engstem Querschnitt, der in der Ebene der Heizwendeln 12 liegt, die von unten in Richtung der Längsachse 9 der Stange, und damit in der Richtung 7 senkrecht zum Untergrund strömende Flüssigkeit ihre maximale Geschwindigkeit hat. Dadurch, dass die maximale Geschwindigkeit der Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe zu den Heizwendeln 12 erreicht wird, ist an dieser Stelle der Wärmeübergang zwischen der Ringwandung 19 und der durchströmenden Flüssigkeit am besten. Dagegen ist in Bereichen größeren Querschnitts des Ringinnenraumes 10 die Geschwindigkeit der Flüssigkeit geringer, so dass die Flüssigkeitsschichten länger an der Ringwandung 19 verweilen, und damit auch in von den Heizwendeln 12 entfernteren Bereichen des Ringes 20 des Heizelementes 2 ein guter Wärmeübergang zur umgebenden Flüssigkeit gewährleistet ist.
In 3 sind die Heizwendeln 12 dargestellt. Der Strom wird über die Zuleitungen 18, die in der Stange 4 verlaufen, zu den Heizwendeln 12 geführt. Im Bereich des Verbindungssteges 16 befinden sich unbeheizte Abschnitte 17 der Heizwendeln 12. Diese gehen ungefähr in dem Bereich des Eintritts in das ringförmige Heizelement 2 in beheizte Abschnitte 21 über. Abweichend vom in 3 dargestellten Verlauf der Heizwendeln 12 sind auch andere Verläufe denkbar. Auch können die Abschnitte 17 der Heizwendeln 12, die im Verbindungssteg 16 verlaufen, beheizt werden, soweit sich kein Temperatursensor 11 im unteren Abschnitt 14 der Stange 4 befindet, bzw. sichergestellt ist, dass das Temperatursignal des Sensors 11 durch die ggf. beheizten Abschnitte 17 der Heizwendeln 12 nicht beeinflusst wird.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten
2: Heizelement
3: Griffteil
4: Stange
5: Oberseite des Heizelementes
6: Unterseite des Heizelementes
7: Richtung senkrecht zum Untergrund
8: Höhe des Heizelementes
9: Längsachse der Stange
10: Ringinnenraum
11: Temperatursensor
12: Heizwendeln
13: Zur Ringumfangsrichtung senkrechter Querschnitt
14: Unterer Abschnitt der Stange
15: Abstandhalter
16: Verbindungselement
17: Unbeheizte Abschnitte der Heizwendeln
18: Stromzuführung
19: Ringwandung
20: Ring des Heizelementes
21: Beheizte Abschnitte der Heizwendeln
22: Heiz-Steuer-Einheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 29911506 U1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten, umfassend ein in die zu erwärmende Flüssigkeit eintauchbares Heizelement (2) und eine mit dem Heizelement (2) verbundene Stange (4), wobei das Heizelement (2) als Standfuß zum Abstellen auf einem Untergrund mit einer dem Untergrund zugewandten Unterseite (6) und einer von dem Untergrund abgewandten Oberseite (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) eine in einer Richtung (7) senkrecht zu dem Untergrund gemessene Höhe (8) von höchstens 60 mm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) ringförmig ist.
Vorrichtung zur Erwärmung von Flüssigkeiten, umfassend ein in die zu erwärmende Flüssigkeit eintauchbares ringförmiges Heizelement (2) mit einem Ringinnenraum (10) und eine mit dem Heizelement (2) verbundene Stange (4), wobei das Heizelement (2) als Standfuß zum Abstellen auf einem Untergrund mit einer dem Untergrund zugewandten Unterseite (6) und einer von dem Untergrund abgewandten Oberseite (5) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (9) der Stange (4) durch den Ringinnenraum (10) des ringförmigen Heizelementes (2) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (9) der Stange (4) durch den Ringmittelpunkt des ringförmigen Heizelementes (2) verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Heizelement (2) abgewandten Ende der Stange (4) eine Heiz-Steuer-Einheit (22) angeordnet ist, und in dem dem Heizelement (2) nächstliegenden Ende der Stange (4) ein Temperatursensor (11) angeordnet ist, der mit der Heiz-Steuer-Einheit (22) in Signalverbindung steht.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) elektrische Heizwendeln (12) oder Heizdrähte enthält, und die Heizwendeln (12) bzw. Heizdrähte nur in der dem Untergrund zugewandten Hälfte des Heizelementes (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) in seinem zu der Ringumfangsrichtung senkrechten Querschnitt (13) an der Oberseite (5) eine geringere Breite aufweist als an der Unterseite (6).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) in seinem zu der Ringumfangsrichtung senkrechten Querschnitt (13) eine etwa birnenförmige Querschnittsform besitzt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (4) mit dem ringförmigen Heizelement (2) durch wenigstens ein Verbindungselement (16) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verbindungselement (16) in der durch das ringförmige Heizelement (2) aufgespannten Ebene angeordnet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des wenigstens einen Verbindungselementes (16) mit der Querschnittsform (13) des ringförmigen Heizelementes (2) ungefähr übereinstimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des wenigstens einen Verbindungselementes (16) unbeheizte Abschnitte (17) der Heizwendeln bzw. Heizdrähte verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) eine in einer Richtung (7) senkrecht zu dem Untergrund gemessene Höhe (8) von höchstens 60 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) eine in einer Richtung (7) senkrecht zu dem Untergrund gemessene Höhe (8) von höchstens 45 mm aufweist.