DE102011011431A1

DE102011011431A1 - Elektrisches Heizelement mit einem Verbindungselement und Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements mit einem Verbindungselement

Info

Publication number: DE102011011431A1
Application number: DE102011011431A
Authority: DE
Inventors: Andreas 78532 Schlipf
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: US20110204041A1; DE102011011431B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) mit einem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111), einem zumindest abschnittsweise an dem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) anliegenden Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und mindestens einem elektrischen Anschluss (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114), wobei das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) mindestens einen Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119') aufweist, der zumindest abschnittsweise an einen Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) und/oder an einen Abschnitt des elektrischen Anschlusses (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) angrenzt und wobei der Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119') zumindest teilweise mit einer Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118), insbesondere mit einem keramischen Kitt, Epoxidharz oder Kunststoff, so ausgegossen ist, dass dadurch eine direkte, tragende mechanische Verbindung zwischen dem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) und dem Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und/oder zwischen dem Abschnitt des elektrischen Anschlusses (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) und dem Verbindungselement durch die Vergussmasse hergestellt ist, wobei die Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118) ferner mit einer Verdrehsicherung in Kontakt steht und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrischen Heizelements.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrischen Heizelements. Derartige Heizelemente werden zum Beheizen von Werkzeugen, Maschinenteilen und Geräten oder von in diesen verwendeten Medien verwendet.
Grundsätzlich stellt sich bei all diesen Anwendungen die Frage, wie das jeweils verwendete elektrische Heizelement an dem jeweiligen Gerät befestigt werden kann. Üblicherweise wird dazu ein Verbindungselement vorgesehen, etwa ein Flansch, Gewindenippel, Winkel, Fitting, eine Scheibe oder ein anderes geeignetes Dreh-, Stanz- oder Gussteil.
Dieses Verbindungselement ist gleichzeitig in der Regel der Punkt, an dem eine Kraft und/oder ein Drehmoment ausgeübt werden, wenn ein Heizelement, das bereits benutzt wurde, ausgebaut werden soll, beispielsweise beim Austausch des Heizelements. In der Praxis zeigt sich, dass nach längerer Benutzung die Heizelemente, beispielsweise wegen Anlagerungen am Heizelement, oft sehr fest in ihrer Aufnahme sitzen, so dass sie vor dem eigentlichen Ausbau durch Anwendung eines erheblichen Drehmoments auf das Verbindungselement gelockert oder gelöst werden müssen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, eine Verbindung zwischen Verbindungselement und Heizelement bereitzustellen, die auch bei der Anwendung eines erheblichen Drehmoments nicht gegenüber seiner ursprünglichen Position verdreht wird, da bei unzureichender Drehfestigkeit das Heizelement nicht mehr in seiner Aufnahme gelockert werden kann und somit von dort nicht mehr entfernt werden kann.
Das Verbindungselement wird daher üblicherweise aufgepresst, aufgeschweißt oder aufgelötet, um derartigen Belastungen Stand halten zu können. Diese Arbeitsschritte führen zu erheblichen Kosten bei der Herstellung des elektrischen Heizelements.
Alternativ ist es z. B. aus der DE 203 08 941 U1 bekannt, Kunststoffteile an das Heizelement anzuspritzen, die dann als Verbindungselement verwendbar sind. Auch dies ist aber wegen der damit verbundenen hohen Werkzeugkosten eine teure Vorgehensweise, die allenfalls für Massenfertigung rentabel sein kann.
Ungünstig bei all diesen Vorgehensweises ist ferner, dass bei derart angebrachten Verbindungselementen stets eine erhebliche thermische oder mechanische Belastung auf das Heizelement ausgeübt wird, mit der regelmäßig eine unerwünschte Schädigung eingebauter Sensoren, Sicherungselemente und Schalter sowie von Litzenisolation und/oder Vergussmasse herbeigeführt und somit die Ausschussrate erhöht wird. Ferner kommt es bei dieser Art, das Verbindungselement an dem Heizelement anzubringen, regelmäßig zu einer Beeinträchtigung einer etwaigen Oberflächenbehandlung des Heizelements, z. B. durch Anlauffarben und/oder sonstige thermische oder mechanische Schädigung, wie sie beispielsweise eine elektropolierte Oberfläche bei den vorstehend erwähnten Methoden erfährt.
Aufgabe der Erfindung ist daher das Bereitstellen eines elektrischen Heizelements mit einem an ihm angebrachten Verbindungselement, das besonders günstig, insbesondere kostengünstig herzustellen ist und dessen Verbindungselement derart mit dem elektrischen Verbindungselement verbunden ist, dass eine gute Verdrehfestigkeit erzielt wird. Zusätzlich soll eine Schädigung des Heizelements durch mechanische und thermische Belastung oder eine etwaige Gefügeänderung des Verbindungselements beim Schweißen weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisches Heizelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektrischen Heizelements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße elektrische Heizelement hat einen Metallmantel, ein zumindest abschnittsweise an dem Metallmantel anliegendes Verbindungselement und mindestens einen elektrischen Anschluss. Erfindungsgemäß weist das Verbindungselement mindestens einen Hohlraum auf, der zumindest abschnittsweise an einen Abschnitt des Metallmantels, zum Beispiel dessen Stirnseite, und/oder an einen Abschnitt des elektrischen Anschlusses angrenzt. Ferner ist der Hohlraum zumindest teilweise mit einer Vergussmasse, insbesondere mit einem keramischen Kitt, Epoxidharz oder Kunststoff, so ausgegossen, dass dadurch eine direkte, tragende mechanische Verbindung zwischen dem Metallmantel und dem Verbindungselement und/oder zwischen dem Abschnitt des elektrischen Anschlusses und dem Verbindungselement durch die Vergussmasse hergestellt ist.
Die Vergussmasse dient hier also nicht nur als eine Sicherung einer anders hergestellten mechanischen Verbindung zwischen Verbindungselement und elektrischem Heizelement, insbesondere im Hinblick auf Dichtigkeit und elektrische Isolation, sondern stellt diese mechanische Verbindung unmittelbar dar. Dies erlaubt eine sehr kostengünstige Herstellung.
Mit dem Begriff „direkte Verbindung” ist in diesem Zusammenhang nicht zwingend die kürzeste Verbindung gemeint. Eine direkte Verbindung im Sinne dieser Patentanmeldung liegt dann vor, wenn es einen Weg zwischen Metallmantel und Verbindungselement oder Abschnitt des elektrischen Anschlusses und Verbindungselement gibt, der vollständig durch Vergussmasse führt.
Explizit wird ferner klargestellt, dass das Verbindungselement im Sinne des Anspruchs 1 mehrteilig sein kann, z. B. wenn ein Ring oder Zwischenstück auf das Heizelement aufgeschoben wird, auf diesen dann der Teil des Verbindungselements, der das Befestigen z. B. durch sein Gewinde ermöglicht, aufgeschoben wird und dann mit Vergussmasse ausgegossen wird.
Die thermische Belastung beim Ausgießen mit einer Vergussmasse ist deutlich kleiner als die beim Anschweißen, Anlöten oder Anspritzen auftretende Belastung; eine mechanische Belastung wie beim Aufpressen des Verbindungselementes tritt nicht auf. Daher ist die erfindungsgemäße Art der Verbindung besonders geeignet, um eine Schädigung eingebauter Sensoren, Sicherungselemente und Schalter sowie von Litzenisolation und/oder Vergussmasse zu vermeiden. Gleichzeitig handelt es sich um eine kostengünstige Lösung, insbesondere auch da bei der Arbeitsgang des Schweißens, Lötens oder Pressens vollständig entfällt.
Um sicherzustellen, dass die Verbindung unter Verwendung der Vergussmasse die benötigte Drehfestigkeit aufweist, ist darüber hinaus erfindungsgemäß eine Verdrehsicherung vorgesehen, mit der die Vergussmasse in Kontakt steht.
Bei dem elektrischen Heizelement kann es sich beispielsweise um eine Heizpatrone, einen Rohrheizkörper oder einen Einschraubheizkörper handeln.
Das zumindest abschnittsweise an dem Metallmantel anliegendes Verbindungselement kann beispielsweise ein Flansch, ein Gewindenippel, ein Winkel, ein Fitting, eine Scheibe oder ein anderes geeignetes Dreh-, Stanz- oder Gussteil sein.
Die Heizvorrichtung weist gemäß der Erfindung an einem endseitigen Abschnitt des Metallmantels innerhalb des Metallmantels mindestens einen Hohlraum aufweist, der in mindestens einen Hohlraum des Verbindungselements übergeht. Unter einem Hohlraum ist dabei grundsätzlich auch eine das Verbindungselement durchsetzende Öffnung zu verstehen.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass diese Hohlräume zumindest teilweise mit einer Vergussmasse – beispielsweise mit Epoxidharz oder einem Kunststoff- ausgegossen sind, und dadurch eine kompakte Verbindung zwischen dem Metallmantel und dem Verbindungselement hergestellt ist, wobei die nötige Drehfestigkeit durch das Vorsehen einer Verdrehsicherung sichergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verdrehsicherung zumindest teilweise als nicht zur Mittelachse des Heizelements rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels ausgeführt. An einem Abschnitt des Metallmantels, der mit der Vergussmasse in Kontakt steht, ist dann eine Ausnehmung oder eine Erhebung bzw. ein Vorsprung angeordnet, der ein einfaches „Durchdrehen” des Metallmantels relativ zur Vergussmasse verhindert. Alternativ kann derselbe Effekt erzielt oder zusätzlich der Effekt verstärkt werden, wenn der Endabschnitt des Metallmantels, der mit der Vergussmasse in Kontakt steht, so verformt ist, dass er keine Rotationssymmetrie mehr aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verdrehsicherung zumindest teilweise als nicht zur Mittelachse des Heizelements rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements ausgeführt sein, wenn das Verbindungselement auf dem Heizelement positioniert ist. An einem Abschnitt des Verbindungselements, der mit der Vergussmasse in Kontakt steht, ist dann eine Ausnehmung oder eine Erhebung bzw. ein Vorsprung angeordnet, der ein einfaches „Durchdrehen” des Verbindungselements relativ zur Vergussmasse verhindert. Alternativ kann derselbe Effekt erzielt oder zusätzlich der Effekt verstärkt werden, wenn der Abschnitt des Verbindungselements, der mit der Vergussmasse in Kontakt steht, so verformt ist, dass er keine Rotationssymmetrie mehr aufweist.
Insbesondere bei elektrischen Heizelementen, die mit hohen Strömen betrieben werden und daher relativ dicke und steife elektrische Anschlüsse aufweisen, kann die die Verdrehsicherung auch zumindest teilweise als nicht zur Mittelachse des Heizelements rotationssymmetrische Anordnung des mindestens einen elektrischen Anschlusses ausgeführt sein. Diese Ausführungsform ist besonders billig in der Herstellung, da sie keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte für Metallmantel und/oder Verbindungselement benötigt.
Wie durch die Formulierung „zumindest teilweise” bei der Beschreibung der vorstehenden drei Ausführungsformen verdeutlicht wird, können diese Maßnahmen auch kombiniert werden, um eine besonders gute Verdrehsicherung sicherzustellen.
Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang Verdrehsicherungen, bei denen mindestens eine Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements in mindestens eine Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels eingreift oder diese umgreift.
Eine Möglichkeit, besonders hohe mechanische Stabilität der Verbindung zu erhalten, ist gegeben, wenn der Hohlraum einen Teilbereich aufweist, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels begrenzt ist.
Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur Erhöhung der mechanischen Stabilität besteht darin, dass das elektrische Heizelement an einem endseitigen Abschnitt des Metallmantels innerhalb des Metallmantels mindestens einen Hohlraum aufweist, der in den mindestens einen Hohlraum des Verbindungselements und dass diese Hohlräume zumindest teilweise mit der Vergussmasse ausgegossen sind.
Zur Klarstellung wird darauf hingewiesen, dass die Formulierung „innerhalb des Metallmantels” lediglich bedeutet, dass das oder die Heizelemente durch einen Raum verlaufen, für den der Metallmantel eine Mantelfläche bildet.
Besonders kostengünstig wird das elektrische Heizelement, wenn das Verbindungselement aus Kunststoff ist. Bei der konventionellen Befestigungsart durch Schweißen, Löten oder Verpressen ist die Verwendung dieses Materials nicht möglich bzw. die Festigkeit einer erzielten Verbindung ist unzureichend. Beim Anspritzen des Verbindungselements aus Kunststoff muss eine entsprechende Anlage mit den nötigen Formen für jedes gewünschte Verbindungselement beim Hersteller vorhanden sein, während bei dem erfindungsgemäß ausgestalteten Heizelement zur Verwendung von Verbindungselementen aus Kunststoff nur die Verbindungselemente z. B. durch einen Zulieferer bereitgestellt werden müssen.
Besonders zugfeste Verbindungen zwischen Verbindungselement und elektrischem Heizelement können erhalten werden, wenn das Verbindungselement und/oder der Metallmantel an seinem den Hohlraum aufweisenden Endabschnitt eine Konturform, insbesondere einen Hinterschnitt, eine Ausklinkung, eine Auftulpung, eine Rändelung, ein Loch oder eine Einkerbung aufweisen.
Besonders gut einsetzbar sind Verbindungselemente, die ein Außengewinde oder Befestigungslöcher aufweisen. In diesem Fall kann die Befestigung des Heizelements durch ein einfaches Einschrauben an einem am Gerät, das die Heizfunktion erhalten soll bzw. durch Hindurchführen von Halteelementen wie z. B. Schrauben oder Stiften durch die Befestigungslöcher erfolgen.
Ein gegen das Eindringen von Feuchtigkeit besonders gut geschütztes elektrisches Heizelement wird erhalten, wenn der elektrische Anschluss des elektrischen Heizelements endseitig ein Kontaktelement aufweist, das in elektrischer Verbindung zu einer Versorgungsleitung steht, und wenn das Kontaktelement und zumindest der in das Kontaktelement aufgenommene Abschnitt der Versorgungsleitung in die Vergussmasse eingebettet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements mit einem Metallmantel, einem zumindest abschnittsweise an dem Metallmantel anliegenden Verbindungselement und mindestens einem elektrischen Anschluss weist zumindest die folgenden Schritte auf:
Bereitstellen eines elektrischen Heizelements mit einem Metallmantel und mindestens einem elektrischen Anschluss, Bereitstellen eines an mindestens einem Abschnitt des Metallmantels anordnenbaren Verbindungselements, das zumindest einen Abschnitt aufweist, mit dem es im am Metallmantel angeordneten Zustand am Metallmantel anliegt und das mindestens einen Hohlraum aufweist,
Anordnen des Verbindungselements an einen Abschnitt des Metallmantels, wobei das Anordnen derart erfolgt, dass der mindestens eine Hohlraum zumindest abschnittsweise an einen Abschnitt des Metallmantels, z. B. dessen Stirnseite, und/oder an einen Abschnitt des elektrischen Anschlusses angrenzt, und
Zumindest teilweises Ausgießen des Hohlraums mit einer Vergussmasse, insbesondere mit einem keramischen Kitt, einem Epoxidharz oder Kunststoff, so dass eine eine direkte, tragende mechanische Verbindung zwischen dem Metallmantel und dem Verbindungselement und/oder zwischen dem Abschnitt des elektrischen Anschlusses und dem Verbindungselement hergestellt wird so dass die Vergussmasse mit einer am bereitgestellten Heizelement und/oder an dem bereitgestellten Verbindungselement vorgesehenen Verdrehsicherung in Kontakt steht.
Wie oben erwähnt, ist dieses Herstellungsverfahren deutlich kostengünstiger als bekannte Alternativen. Ferner ist die thermische Belastung beim Ausgießen mit einer Ausgussmasse deutlich kleiner als die beim Anschweißen, Anlöten oder Anspritzen auftretende Belastung; eine mechanische Belastung wie beim Aufpressen des Verbindungselementes tritt nicht auf. Daher ist die erfindungsgemäße Art der Verbindung besonders geeignet, um eine Schädigung eingebauter Sensoren, Sicherungselemente und Schalter sowie von Litzenisolation und/oder Vergussmasse zu vermeiden. Gleichzeitig handelt es sich um eine kostengünstige Lösung, insbesondere auch da bei der Arbeitsgang des Schweißens, Lötens oder Pressens vollständig entfällt.
Um die Verdrehsicherung bereitzustellen kann vor oder nach der Bereitstellung des Heizelements aber vor dem Ausgießen eine nicht zur Mittelachse des Heizelements rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels ausgeführt werden und/oder vor oder nach der Bereitstellung des Verbindungselements aber vor dem Ausgießen eine nicht zur Mittelachse des Heizelements rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements ausgeführt werden und/oder ein elektrisches Heizelement bereitgestellt wird, das eine nicht zur Mittelachse des Heizelements rotationssymmetrische Anordnung des mindestens einen elektrischen Anschlusses aufweist.
Wie durch die Formulierung „zumindest teilweise” bei der Beschreibung der vorstehenden drei Ausführungsformen verdeutlicht wird, können diese Maßnahmen auch kombiniert werden, um eine besonders gute Verdrehsicherung sicherzustellen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens, die zu stabileren Verbindungen führt, sieht vor, dass das Verbindungselement so an dem Abschnitt des Metallmantels angeordnet wird, dass der Hohlraum einen Teilbereich aufweist, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels begrenzt ist.
Noch weiter kann die Stabilität der Verbindung gesteigert werden, wenn in das elektrisches Heizelement mit Metallmantel an einem endseitigen Abschnitt des Metallmantels innerhalb des Metallmantels mindestens ein Hohlraum eingebracht wird, dass das Verbindungselement so angerordnet wird, dass der Hohlraum in den mindestens einen Hohlraum des Verbindungselements übergeht, und dass das zumindest teilweise Ausgießen so erfolgt, dass beide Hohlräume zumindest teilweise mit einer Vergussmasse ausgegossen sind.
Besonders kostengünstig ist das Verfahren, wenn durch das Ausgießen eine Verbindung zwischen dem Metallmantel und einem Verbindungselement aus Kunststoff hergestellt wird.
Besonders feste und stabile Verbindungen werden erreicht, wenn in das Verbindungselement und/oder in den Metallmantel an seinem den Hohlraum aufweisenden Endabschnitt eine Konturform, insbesondere ein Hinterschnitt, eine Ausklinkung, eine Auftulpung, eine Rändelung oder eine Einkerbung, eingebracht wird.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Konturform nach dem Anordnen des Verbindungselement am Metallmantel des Heizelements und vor dem Ausgießen mit Epoxidharz oder Kunststoff eingebracht wird, da dies die Verwendung von Konturformen ermöglicht, die das spätere Anordnen des Verbindungselements verhindern. Dies ist z. B. der Fall, wenn das Anordnen durch Aufschieben des Verbindungselements erfolgen soll und eine abschnittsweise Aufweitung des Metallmantels vorgesehen ist.
Besonders gut gegen das Eindringen von Feuchtigkeit gesicherte elektrische Heizelemente erhält man, wenn vor dem Ausgießen ein Kontaktelement, das der elektrische Anschluss endseitig aufweist, in elektrische Verbindung zu einer Versorgungsleitung gebracht wird und wenn das Kontaktelement und zumindest der in das Kontaktelement aufgenommene Abschnitt der Versorgungsleitung beim Ausgießen in die Vergussmasse eingebettet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1a: Eine Ansicht des Endbereichs eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
1b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 1a,
2a: Eine Ansicht des Endbereichs eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
2b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 2a,
3a: Eine Ansicht des Endbereichs eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
3b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 3a,
4a: Eine Ansicht des Endbereichs eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
4b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 4a,
5a: Eine Ansicht des Endbereichs eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
5b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 5a,
6a: Eine Ansicht des Endbereichs eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
6b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 6a,
7a: Eine Ansicht des Endbereichs eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
7b: Eine Ausschnittsvergrößerung von 7a,
8a: Eine Ansicht des Endbereichs eines achten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
8b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 8a.
9a: Eine Ansicht des Endbereichs eines neunten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
9b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 9a.
10a: Eine Ansicht des Endbereichs eines zehnten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist,
10b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 10a.
11a: Eine Ansicht des Endbereichs eines elften Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei der endseitige Abschnitt des Endbereichs aufgeschnitten dargestellt ist, und
11b: Eine Frontalansicht auf das Verbindungselement des Ausführungsbeispiels aus 11a.
In allen Figuren werden identische Bezugszeichen für gleiche Bauelemente gleicher Ausführungsbeispiele verwendet.
1a zeigt eine Ansicht des Endbereichs A eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Heizelements 10, wobei der endseitige Abschnitt B des Endbereichs des elektrischen Heizelements 10 aufgeschnitten dargestellt ist. Ein nicht dargestellter Abschnitt des elektrischen Heizelements 10 setzt diese in der dargestellten Ansicht nach rechts fort, er kann beliebig geformt sein, insbesondere gerade, gebogen, gewendelt oder mäanderförmig. Man erkennt einen Metallmantel 11 und elektrische Anschlüsse 13 und 14, die die elektrische Verbindung zu einem im Inneren des Heizelements angeordneten Heizdraht, einer Heizwendel oder einem Widerstandsdraht bilden. Der Metallmantel 11 ist üblicherweise rohrförmig ausgebildet, er kann insbesondere wie hier dargestellt einen kreisförmigen, aber auch einen anderen, z. B. ovalen oder vieleckigen, insbesondere dreieckigen, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Die elektrischen Anschlüsse 13 und 14, zumindest aber die sich daran anschließende Heizdrähte, sind innerhalb des Metallmantels 11 zumindest abschnittsweise in ein Medium 15 eingebettet. Typischerweise handelt es sich dabei um MgO, es sind aber auch andere Materialien denkbar. Die Heizdrähte können auch auf einen Träger aufgewickelt oder in diesen eingepresst sein, wobei der Träger seinerseits dann wiederum optional in einem Medium eingebettet oder Teil einer Schichtstruktur sein kann.
Am Endabschnitt des Metallmantels 11 ist eine Ausklinkung 12 angeordnet, d. h. ein schmaler Abschnitt des Randbereichs ist nach innen gebogen, während der in radialer Richtung benachbarte Abschnitt nicht verbogen ist. Ferner weist er endseitig einen Hohlraum 19 auf, der nicht mit dem Medium 15 gefüllt ist.
Ferner ist ein Verbindungselement 16 dargestellt, das mit einem Abschnitt 17 am Metallmantel 11 anliegt und einen Hohlraum 19' aufweist, der in den Hohlraum 19 übergeht. Durch diesen Hohlraum werden die elektrischen Anschlüsse 13 und 14 geführt. Eine Trennlinie zwischen den Hohlräumen 19 und 19' ist zur Verdeutlichung gestrichelt in 1a dargestellt. Die Hohlräume 19 und 19' sind abgesehen vom durch die durchgeführten Anschlüsse 13, 14 eingenommenen Volumen komplett mit Vergussmasse 18 ausgegossen, wodurch das eine feste, insbesondere zugfeste Verbindung zwischen dem Verbindungselement 16 und dem Metallmantel 11 bewirkt wird.
Der Hohlraum 19' weist ferner einen Teilbereich 19'' auf, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels 11 begrenzt und ebenfalls mit Vergussmasse 18 ausgegossen ist. Dies vergrößert die Fläche, auf der ein Kontakt zwischen Vergussmasse 18 und Metallmantel 11 vorliegt, was einen stärkeren mechanischen Halt mit sich bringt.
Die Verdrehsicherung wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die Kombination zweier voneinander unabhängiger Maßnahmen realisiert: Einerseits sind die elektrischen Anschlüsse 13, 14 nicht rotationssymmetrisch zur in den 1a bis 8a als durchbrochene Linie mit aufeinander folgenden langen und kurzen Segmenten dargestellten Mittelachse des Heizelements 10 angeordnet. Bereits diese Maßnahme, die auch in allen anderen dargestellten Ausführungsbeispielen vorhanden ist, aber nicht zwingend erforderlich ist, hat zur Folge, dass ein Durchdrehen der Vergussmasse 18 relativ zum Metallmantel 11 verhindert wird, weil dazu entweder die elektrischen Anschlüsse 13, 14 verformt oder abgerissen werden müssten oder die Vergussmasse 18 durch die elektrischen Anschlüsse 13, 14 zerteilt werden müsste. Somit wird erhöhte Drehfestigkeit erreicht.
Andererseits ist mit der Ausklinkung 12 eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 10 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels 11 vorhanden, die ebenfalls ein Durchdrehen der Vergussmasse 18 relativ zum Metallmantel nur unter Verformung bzw. Abreißen der Ausklinkung 12 oder Zerteilung der Vergussmasse 18 erlaubt und somit zu erhöhter Drehfestigkeit führt.
1b zeigt eine Frontalansicht auf das Verbindungselement 16 des Ausführungsbeispiels aus 1a. Man erkennt die Vergussmasse 18 sowie die durch sie hindurchgeführten Anschlüsse 13, 14.
2a zeigt eine Ansicht des Endbereichs A eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Heizelements 20, wobei der endseitige Abschnitt B des Endbereichs des elektrischen Heizelements 20 A aufgeschnitten dargestellt ist. Ein nicht dargestellter Abschnitt des elektrischen Heizelements 20 setzt dieses wie in 1a in der dargestellten Ansicht nach rechts fort.
Man erkennt einen Metallmantel 21 und elektrische Anschlüsse 23 und 24. Der Metallmantel 21 ist üblicherweise wie in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die Anschlüsse 23 und 24 sind innerhalb des Metallmantels 21 zumindest abschnittsweise in ein Medium 25 eingebettet, mögliche Einzelheiten dieser Einbettung wurden bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der Endabschnitt des Metallmantels 21 weist endseitig einen Hohlraum 29 auf, der nicht mit dem Medium 25 gefüllt ist.
Ferner ist ein Verbindungselement 26 dargestellt, das mit einem Abschnitt 27 am Metallmantel 21 anliegt und einen Hohlraum 29' aufweist, der in den Hohlraum 29 übergeht. Durch diesen Hohlraum werden die Heizelemente 23 und 24 geführt. Eine Trennlinie zwischen den Hohlräumen 29 und 29' ist zur Verdeutlichung gestrichelt in 2a dargestellt. Die Hohlräume 29 und 29' sind abgesehen vom durch die durchgeführten Anschlüsse 23, 24 eingenommenen Volumen komplett mit Vergussmasse 28 ausgegossen, wodurch das eine feste, insbesondere zugfeste Verbindung zwischen dem Verbindungselement 26 und dem Metallmantel 21 bewirkt wird. Der Hohlraum 29 besitzt ferner eine Ausbuchtung 22, die als Orientierungshilfe oder Passstruktur verwendet werden kann, wenn das elektrische Heizelement in einer vorgegebenen Orientierung angeordnet werden muss.
Mit der Ausbuchtung 22 ist auch eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 20 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements 26 vorhanden, der mit der Vergussmasse 28 wechselwirkt. Damit wird ein Durchdrehen der Vergussmasse 28 relativ zum Verbindungselement 26 nur unter Verformung der Ausbuchtung 22 oder Zerteilung der Vergussmasse 28 ermöglicht und somit erhöhte Drehfestigkeit herbeigeführt.
Der Hohlraum 29' weist ferner einen Teilbereich 29'' auf, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels 21 begrenzt und ebenfalls mit Vergussmasse 28 ausgegossen ist. Dies vergrößert die Fläche, auf der ein Kontakt zwischen Vergussmasse 28 und Metallmantel 21 vorliegt, was einen stärkeren mechanischen Halt mit sich bringt.
2b zeigt eine Frontalansicht auf das Verbindungselement 26 des Ausführungsbeispiels aus 2a. Man erkennt die Vergussmasse 28 sowie die durch sie hindurchgeführten Anschlüsse 23, 24 nebst der symmetriebrechenden Ausbuchtung 22.
3a zeigt eine Ansicht des Endbereichs A eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizelements 30, wobei der endseitige Abschnitt B des Endbereichs A des elektrischen Heizelements 30 aufgeschnitten dargestellt ist. Ein nicht dargestellter Abschnitt des elektrischen Heizelements 30 setzt diese wie in 1a in der dargestellten Ansicht nach rechts fort.
Man erkennt einen Metallmantel 31 und elektrische Anschlüsse 33 und 34. Der Metallmantel 31 ist üblicherweise wie in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die elektrischen Anschlüsse 33 und 34 sind innerhalb des Metallmantels 31 zumindest abschnittsweise in ein Medium 35 eingebettet, mögliche Einzelheiten dieser Einbettung wurden bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der Endabschnitt des Metallmantels 31, der an seinem Ende eine umlaufende Auftulpung 32 zeigt, weist endseitig einen Hohlraum 39 auf, der nicht mit dem Medium 35 gefüllt ist.
Ferner ist ein Verbindungselement 36 dargestellt, das mit einem Abschnitt 37 am Metallmantel 31 anliegt und Hohlräume 39' und 39''' aufweist, wobei der Hohlraum 39' in den Hohlraum 39 übergeht. Durch diesen Hohlraum werden die Anschlüsse 33 und 34 geführt. Eine Trennlinie zwischen den Hohlräumen 39 und 39' ist zur Verdeutlichung gestrichelt in 3a dargestellt. Die Hohlräume 39 und 39' sind abgesehen vom durch die durchgeführten Anschlüsse 33, 34 eingenommenen Volumen mit Vergussmasse 38 ausgegossen, wodurch das eine feste, insbesondere zugfeste Verbindung zwischen dem Verbindungselement 36 und dem Metallmantel 31 bewirkt wird. Der Hohlraum 39''' ist nicht ausgegossen.
Der Hohlraum 39' weist ferner einen Teilbereich 39'' auf, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels 31 begrenzt und ebenfalls mit Vergussmasse 38 ausgegossen ist. Dies vergrößert die Fläche, auf der ein Kontakt zwischen Vergussmasse 38 und Metallmantel 31 vorliegt, was einen stärkeren mechanischen Halt mit sich bringt.
3b zeigt eine Frontalansicht auf das Verbindungselement 26 des Ausführungsbeispiels aus 3a. Man erkennt die Vergussmasse 38 sowie die durch sie hindurchgeführten Anschlüsse 33, 34.
4a zeigt eine Ansicht des Endbereichs A eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizelements 40, wobei der endseitige Abschnitt B des Endbereichs A des elektrischen Heizelements 40 aufgeschnitten dargestellt ist. Ein nicht dargestellter Abschnitt des elektrischen Heizelements 40 setzt diese wie in 1a in der dargestellten Ansicht nach rechts fort.
Man erkennt einen Metallmantel 41 und elektrische Anschlüsse 43 und 44. Der Metallmantel 41 ist üblicherweise wie in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die elektrischen Anschlüsse 43 und 44 sind innerhalb des Metallmantels 41 zumindest abschnittsweise in ein Medium 45 eingebettet, mögliche Einzelheiten dieser Einbettung wurden bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der Endabschnitt des Metallmantels 41 weist endseitig einen Hohlraum 49 auf, der nicht mit dem Medium 45 gefüllt ist.
Ferner ist ein Verbindungselement 46 dargestellt, das mit einem Abschnitt 47 am Metallmantel 41 anliegt und einen Hohlraum 49' aufweist, der in den Hohlraum 49 übergeht. In diesem Hohlraum gehen die elektrischen Anschlüsse 43 und 44 jeweils in ein Kontaktelement 42 über. Die Kontaktelemente 42 stellen den Kontakt zu Versorgungsleitungen 141, 142 für die elektrischen Anschlüsse 43, 44 her, die aus anschlussseitiger Richtung in den Hohlraum 49' des Verbindungselements 46 eingeführt sind.
Eine Trennlinie zwischen den Hohlräumen 49 und 49' ist zur Verdeutlichung gestrichelt in 4a dargestellt. Die Hohlräume 49 und 49' sind abgesehen vom durch die durchgeführten Anschlüsse 43, 44, den Kontaktelementen 42 und den Versorgungsleitungen 141, 142 eingenommenen Volumen komplett mit Vergussmasse 48 ausgegossen, wodurch das eine feste, insbesondere zugfeste Verbindung zwischen dem Verbindungselement 46 und dem Metallmantel 41 bewirkt wird. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, dass die elektrische Verbindung zwischen den Versorgungsleitungen 141, 142 und den Anschlüssen 43, 44 über die Kontaktelemente 42 fixiert wird, und dass die Abdichtung gegen Eindringen von Feuchtigkeit verbessert wird.
Der Hohlraum 49' weist ferner einen Teilbereich 49'' auf, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels 41 begrenzt und ebenfalls mit Vergussmasse 48 ausgegossen ist. Dies vergrößert die Fläche, auf der ein Kontakt zwischen Vergussmasse 48 und Metallmantel 41 vorliegt, was einen stärkeren mechanischen Halt mit sich bringt.
4b zeigt eine Frontalansicht auf das Verbindungselement 46 des Ausführungsbeispiels aus 4a. Man erkennt die Vergussmasse 48 sowie die durch sie hindurchgeführten Versorgungsleitungen 141, 142.
Die Verbindungselemente 16, 26, 36 und 46 der vier eben beschriebenen Ausführungsformen gemäß 1a bis 4b weisen vorteilhafterweise ein Außengewinde auf, mit dem das elektrische Heizelement in einem entsprechenden an einem Gerät angeordneten Gegengewinde festgelegt werden kann.
5a zeigt eine Ansicht des Endbereichs A eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektrischen Heizelements 50, wobei der endseitige Abschnitt B des Endbereichs A des elektrischen Heizelements 50 aufgeschnitten dargestellt ist. Ein nicht dargestellter Abschnitt der elektrischen Heizvorrichtung 50 setzt diese wie in 1a in der dargestellten Ansicht nach rechts fort.
Man erkennt einen Metallmantel 51 und elektrische Anschlüsse 53 und 54. Der Metallmantel 51 ist üblicherweise wie in dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Die Anschlüsse 53 und 54 sind innerhalb des Metallmantels 51 zumindest abschnittsweise in ein Medium 55 eingebettet, mögliche Einzelheiten dieser Einbettung wurden bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Der Endabschnitt des Metallmantels 51, der an seinem Ende eine umlaufende Auftulpung 60 zeigt, weist endseitig einen Hohlraum 59 auf, der nicht mit dem Medium 55 gefüllt ist.
Ferner ist ein Verbindungselement 56 dargestellt, das mit einem Abschnitt 57 am Metallmantel 51 anliegt und einen Hohlraum 59' aufweist, wobei der Hohlraum 59' in den Hohlraum 59 übergeht. Durch diesen Hohlraum werden die Heizelemente 53 und 54 geführt. Eine Trennlinie zwischen den Hohlräumen 59 und 59' ist zur Verdeutlichung gestrichelt in 5a dargestellt. Die Hohlräume 59 und 59' sind abgesehen vom durch die durchgeführten Heizelemente 53, 54 eingenommenen Volumen mit Vergussmasse 58 ausgegossen, wodurch das eine feste, insbesondere zugfeste Verbindung zwischen dem Verbindungselement 56 und dem Metallmantel 51 bewirkt wird.
Das Verbindungselement 56 weist ferner Befestigungslöcher 52 auf, die es in einem den Metallmantel 51 überkragenden Abschnitt in Erstreckungsrichtung der Anschlüsse 53, 54 durchsetzen. Mittels dieser Befestigungslöcher 52 ist ein Festlegen der elektrischen Heizvorrichtung an einem Gerät mittels Schrauben oder Stiften möglich.
5b zeigt eine Frontalansicht auf das Verbindungselement 56 des Ausführungsbeispiels aus 5a. Man erkennt die Vergussmasse 58 sowie die durch sie hindurchgeführten Anschlüsse 53, 54 und die Befestigungslöcher 52.
Der Hohlraum 59' weist ferner einen Teilbereich 59'' auf, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels 51 begrenzt und ebenfalls mit Vergussmasse 58 ausgegossen ist. Dies vergrößert die Fläche, auf der ein Kontakt zwischen Vergussmasse 58 und Metallmantel 51 vorliegt, was einen stärkeren mechanischen Hält mit sich bringt.
Darüber hinaus erkennt man in 5b auch das Vorhandensein einer zweiten Komponente einer Verdrehsicherung neben der nicht rotationssymmetrischen Anordnung der elektrischen Anschlüsse 53, 53. Das Verbindungselement weist einen Abschnitt in Form eines Vierecks mit abgerundeten Ecken auf, der mit der Vergussmasse 58 gefüllt ist. Somit liegt eine zumindest teilweise nicht zur Mittelachse des Heizelements 50 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements 58 vor, die mit der Vergussmasse 58 in Kontakt steht und damit Drehfestigkeit bereitstellt.
Die Ausführungsform, die in den 6a und 6b dargestellt ist, entspricht fast vollständig der Ausführungsform der 2a und 2b, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Der Unterschied liegt darin, dass in dieser Ausführungsform der vom Metallmantel 61 umschlossene Bereich keinen Hohlraum aufweist und dass der Hohlraum 69' des Verbindungselements 66 keinen Teilbereich aufweist, der durch eine äußere Mantelfläche des Metallmantels 61 begrenzt ist. Die mechanische Verbindung zwischen Verbindungselement 66 und dem elektrischen Heizelement mit Metallmantel wird hier allein durch die Wechselwirkung der Vergussmasse 68 mit den Stirnflächen des Metallmantels und mit den Anschlüssen 63, 64 hergestellt. Es hat sich herausgestellt, dass auch die Wechselwirkung mit Stirnflächen des Metallmantels 61 nicht zwingend erforderlich ist, um eine stabile Verbindung sicherzustellen.
Die Ausführungsform, die in den 7a und 7b dargestellt ist, entspricht fast vollständig der Ausführungsform der 2a und 2b, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Der Unterschied liegt darin, dass in dieser Ausführungsform der Endabschnitt des Metallmantels 71 in dem Bereich, in dem der Metallmantel 71 den Hohlraum 79 umschließt, ein Loch 72a aufweist. Das Vorsehen dieses Loches 72a verbessert die mechanische Verbindung zwischen Verbindungselement 76 und dem elektrischen Heizelement mit Metallmantel 71 insbesondere hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit und Drehfestigkeit, da damit eine nicht zur Mittelachse des Heizelements rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels vorliegt, in den die Vergussmasse 78 eingreift, so dass eine Verdrehsicherung gebildet wird.
Die Ausführungsform, die in den 8a und 8b dargestellt ist, entspricht fast vollständig der Ausführungsform der 2a und 2b, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Der Unterschied liegt darin, dass in dieser Ausführungsform statt der Ausnehmung 22 eine Einkerbung 82 in das Verbindungselement 86 eingebracht sind, die ebenfalls mit Vergussmasse 88 ausgegossen sind. Das Vorsehen und Ausgießen dieser Einkerbung 82 verbessert die mechanische Verbindung zwischen Verbindungselement 86 und dem elektrischen Heizelement mit Metallmantel 81 ebenfalls insbesondere hinsichtlich ihrer Zugfestigkeit.
Die Ausführungsform, die in den 9a und 9b dargestellt ist, entspricht fast vollständig der Ausführungsform der 1a und 1b, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Der erste wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen liegt darin, dass zwei Ausklinkungen 92a, 92b vorgesehen sind, die eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 90 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels 91 darstellen, die ebenfalls ein Durchdrehen der Vergussmasse 98 relativ zum Metallmantel nur unter Verformung bzw. Abreißen der Ausklinkungen 92a, 92b oder Zerteilung der Vergussmasse 98 erlaubt und somit zu erhöhter Drehfestigkeit führt.
Der zweite wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen, der nur in 9b klar zu erkennen ist, besteht darin, dass der in das Verbindungselement 96 eingebrachte Hohlraum 99 zwei Ausbuchtungen 92c, 92d aufweist, in die die Vergussmasse 98 eingreift.
Damit ist auch eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 90 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements 96 vorhanden, der mit der Vergussmasse 98 wechselwirkt. Damit wird ein Durchdrehen der Vergussmasse 98 relativ zum Verbindungselement 96 nur unter Verformung der Ausbuchtungen 92c, 92d oder Zerteilung der Vergussmasse 98 ermöglicht und somit erhöhte Drehfestigkeit herbeigeführt. Somit ist in dieser Ausführungsform auch beim Angreifen hoher Drehmomente am Verbindungselement 96 weder ein Verdrehen der Vergussmasse 98 relativ zum Verbindungselement 96 noch ein Verdrehen der Vergussmasse 98 relativ zum Verbindungselement 96 möglich.
Noch höhere Drehfestigkeit wird in der Ausführungsform, die in den 10a und 10b dargestellt ist erreicht. Auch diese Ausführungsform, entspricht fast vollständig der Ausführungsform der 1a und 1b, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Der erste wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen liegt darin, dass statt einer Ausklinkung hier drei lokale Verstärkungen 102a, 102b, 102c, die exemplarisch quaderförmig ausgeführt sind, am Endabschnitt des Metallmantels 101 vorgesehen sind, die eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 100 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels 101 darstellen.
Der zweite wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen, der nur in 10b klar zu erkennen ist, besteht darin, dass der in das Verbindungselement 106 eingebrachte Hohlraum 109 drei Ausbuchtungen 102d, 102e, 102f aufweist, in die die Verstärkungen 102a, 102b, 102c aufgenommen sind. Dabei kann optional vorgesehen sein, dass die Aufnahme passgenau erfolgt, bevorzugt ist aber, dass in den Ausbuchtungen 102d, 102e, 102f jeweils auch noch Vergussmasse 108 vorhanden ist, die insbesondere einen Raum zwischen den Verstärkungen 102a, 102b, 102c und der jeweiligen Wandung der Ausbuchtungen 102d, 102e, 102f füllt.
Damit ist auch eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 100 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements 106 vorhanden, der mit der Vergussmasse 108 wechselwirkt. Somit ist in dieser Ausführungsform auch beim Angreifen sehr hoher Drehmomente eine relative Verdrehung der Komponenten zueinander nicht möglich.
Die Ausführungsform, die in den 11a und 11b dargestellt ist, entspricht fast vollständig der Ausführungsform der 1a und 1b, auf deren Beschreibung verwiesen wird. Der erste wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen liegt darin, dass statt einer Ausklinkung hier eine ovale Verformung 112a des Endabschnitts des Metallmantels 111 vorgesehen sind, die eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 110 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels 111 darstellt.
Der zweite wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsformen, der nur in 11b klar zu erkennen ist, besteht darin, dass der in das Verbindungselement 116 eingebrachte Hohlraum 119 eine annähernd ovale Form und zusätzlich zwei drei Ausbuchtungen 112b, 112c aufweist. Damit ist auch eine nicht zur Mittelachse des Heizelements 110 rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements 116 vorhanden, der mit der Vergussmasse 118 wechselwirkt und wegen der ovalen Formgebung ein Verdrehen der einzelnen Komponenten auch beim Angreifen sehr hoher Drehmomente sicher verhindert.
Wie aus den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen klar ersichtlich ist, können insbesondere die Zahl und Form von Strukturen, die am Endabschnitt des Metallmantels und/oder im Verbindungselement vorgesehen, variiert werden. Selbstverständlich ist beispielsweise die Ausführungsform gemäß 10a und 10b auch mit nur einer Verstärkung und einer Ausnehmung realisierbar, und ebenso selbstverständlich können Ausklinkungen radial nach außen gerichtet oder Verstärkungen auf der Innenseite des Metallmantels vorgesehen werden.
Bezugszeichenliste

A: Endbereich
B: endseitiger Abschnitt des Endbereichs
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110: elektrisches Heizelement
11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111: Metallmantel
13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114: elektrischer Anschluss
15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 95, 105, 115: Medium
16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116: Verbindungselement
17, 27, 37, 47, 57, 67, 77, 87, 97, 107, 117: Abschnitt des Verbindungselements
18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118: Vergussmasse
19, 19', 19'', 29, 29', 29'', 39, 39', 39'', 39''', 49, 49', 49'', 59, 59, 59'', 69', 79, 79', 79'', 89, 89', 89'', 99, 99', 99'', 109, 109', 109'', 119, 119', 119'': Hohlraum
12, 92a, 92b: Ausklinkung
22, 102d, 102e, 102f, 112b, 112c: Ausbuchtung
32, 62: Auftulpung
102a, 102b, 102c: Verstärkungen
112a: ovale Verformung
42: Kontaktelement
52: Befestigungsloch
72a: Loch
82: Einkerbung
141, 142: Versorgungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20308941 U1 [0005]

Claims

Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) mit einem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) einem zumindest abschnittsweise an dem Metallmant#el (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) anliegenden Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und mindestens einem elektrischen Anschluss (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114), dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) mindestens einen Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 99', 109', 119') aufweist, der zumindest abschnittsweise an einen Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) und/oder an einen Abschnitt des elektrischen Anschlusses (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) angrenzt, und dass der Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119') zumindest teilweise mit einer Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118), insbesondere mit einem keramischen Kitt, Epoxidharz oder Kunststoff, so ausgegossen ist, dass dadurch eine direkte, tragende mechanische Verbindung zwischen dem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) und dem Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und/oder zwischen dem Abschnitt des elektrischen Anschlusses (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) und dem Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) durch die Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118) hergestellt ist, wobei die Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118) ferner mit einer Verdrehsicherung in Kontakt steht.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung zumindest teilweise als nicht zur Mittelachse des Heizelements (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Metallmantels 11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) ausgeführt ist.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung zumindest teilweise als nicht zur Mittelachse des Heizelements (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) rotationssymmetrische Strukturierung eines Abschnitts des Verbindungselements (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) ausgeführt ist, wenn das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) auf dem Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) positioniert ist.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung zumindest teilweise als nicht zur Mittelachse des Heizelements (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) rotationssymmetrische Anordnung des mindestens einen elektrischen Anschlusses (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) ausgeführt ist.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 79', 89') einen Teilbereich (19'', 29'', 39'', 49'', 59'', 79'', 89'') aufweist, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81) begrenzt ist.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) an einem endseitigen Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) innerhalb des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) mindestens einen Hohlraum (19, 29, 39, 49, 59, 79, 89, 99, 109, 119) aufweist, der in den mindestens einen Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 79', 89', 99', 109', 119') des Verbindungselements (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) übergeht, und dass diese Hohlräume (19, 29, 39, 49, 59, 79, 89, 19', 29', 39', 49', 59', 79', 89', 99', 109', 119') zumindest teilweise mit der Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 78, 88, 98, 108, 118), insbesondere mit Epoxidharz oder Kunststoff, ausgegossen sind.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) aus Kunststoff ist.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und/oder der Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) an einem Endabschnitt eine Konturform, insbesondere einen Hinterschnitt, eine Ausklinkung (12, 92a, 92b), eine Auftulpung (32, 60), eine Rändelung, ein Loch (72a) oder eine Einkerbung (82) aufweist.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) ein Außengewinde oder Befestigungslöcher (52) aufweist.
Elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Anschluss (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) endseitig ein Kontaktelement (42) aufweist, das in elektrischer Verbindung zu Versorgungsleitungen (141, 142) steht, und dass das Kontaktelement (42) und zumindest der in das Kontaktelement (42) aufgenommene Abschnitt der Versorgungsleitung (141, 142) in die Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118) eingebettet sind.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelements (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) mit einem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111), einem zumindest abschnittsweise an dem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) anliegenden Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und mindestens einem elektrischen Anschluss (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) mit den Schritten Bereitstellen eines elektrischen Heizelements (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) mit einem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111), und mindestens einem elektrischen Anschluss (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104), Bereitstellen eines an mindestens einem Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) anordnenbaren Verbindungselements (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116), das zumindest einen Abschnitt (17, 27, 37, 47, 57, 67, 77, 87, 97, 107, 117) aufweist, mit dem es im am Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) angeordneten Zustand am Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) anliegt und das mindestens einen Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119'1) aufweist, Anordnen des Verbindungselements (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) an einen Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111), wobei das Anordnen derart erfolgt, dass der mindestens eine Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119') zumindest abschnittsweise an einen Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) und/oder an einen Abschnitt des elektrischen Anschlusses (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) angrenzt und Zumindest teilweises Ausgießen des Hohlraums (19, 29, 39, 49, 59, 79, 89, 19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119') mit einer Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118), insbesondere mit einem keramischen Kitt, einem Epoxidharz oder Kunststoff, so dass durch die Vergussmasse eine direkte, tragende mechanische Verbindung zwischen dem Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) und dem Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und/oder zwischen dem Abschnitt des elektrischen Anschlusses (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) und dem Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) hergestellt wird und so dass die Vergussmasse mit einer am bereitgestellten Heizelement und/oder an dem bereitgestellten Verbindungselement vorgesehenen Verdrehsicherung in Kontakt steht.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) so an dem Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) angeordnet wird, dass der Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119') einen Teilbereich (19'', 29'', 39'', 49'', 59'', 79'', 89'', 99'', 109'', 119'') aufweist, der von einer äußeren Mantelfläche des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in das elektrisches Heizelement (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110) mit Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) an einem endseitigen Abschnitt des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) innerhalb des Metallmantels (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) mindestens ein Hohlraum (19, 29, 39, 49, 59, 79, 89, 99, 109, 119) eingebracht wird, dass das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) so angerordnet wird, dass der Hohlraum (19, 29, 39, 49, 59, 79, 89, 99, 109, 119) in den mindestens einen Hohlraum (19', 29', 39', 49', 59', 79', 89', 99', 109', 119') des Verbindungselements (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) übergeht, und dass das zumindest teilweise Ausgießen so erfolgt, dass beide Hohlräume (19, 29, 39, 49, 59, 79, 89, 99, 109, 119, 19', 29', 39', 49', 59', 69', 79', 89', 99', 109', 119') zumindest teilweise mit einer Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118) ausgegossen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in das Verbindungselement (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) und/oder in den Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) an seinem den Hohlraum aufweisenden Endabschnitt eine Konturform, insbesondere ein Hinterschnitt, eine Ausklinkung (12, 92a, 92b), eine Auftulpung (32, 60), eine Rändelung, ein Loch oder eine Einkerbung (82), eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturform nach dem Anordnen des Verbindungselements (16, 26, 36, 46, 56, 66, 76, 86, 96, 106, 116) am Metallmantel (11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111) des Heizelements und vor dem Ausgießen mit Epoxidharz oder Kunststoff eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausgießen ein Kontaktelement (42), das der elektrische Anschluss (13, 14, 23, 24, 33, 34, 43, 44, 53, 54, 63, 64, 73, 74, 83, 84, 93, 94, 103, 104, 113, 114) endseitig aufweist, in elektrische Verbindung zu einer Versorgungsleitung (141, 142) gebracht wird und dass Kontaktelement (42) und zumindest der in das Kontaktelement (42) aufgenommene Abschnitt der Versorgungsleitung (141, 142) beim Ausgießen in die Vergussmasse (18, 28, 38, 48, 58, 68, 78, 88, 98, 108, 118) eingebettet werden.