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Die Erfindung geht aus von einem Heizstab mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Aus der
DE 103 60 159 A1 ist ein Heizstab mit einem Rohrgehäuse aus einem Strangpressprofil bekannt, in dem ein keramisches Heizelement angeordnet ist. Das Rohrgehäuse wird nach dem Einbringen des Heizelements verpresst, d. h. plastisch verformt. Durch das Verpressen wird eine gute Wärmeankopplung des Heizelements an das Rohrgehäuse erreicht.
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Wenn Heizstäbe zur Beheizung von Flüssigkeiten oder gesundheitsschädlichen Gasen verwendet werden, muss der Heizstab in der Regel abgedichtet durch eine Wand eines Behälters hindurchgeführt werden. Die Außenkontur der aus
DE 103 60 159 A1 bekannten Heizstäbe macht eine Abdichtung aber sehr schwer, wenn nicht sogar unmöglich. Die Verwendungsmöglichkeiten der aus
DE 103 60 159 A1 bekannten Heizstäbe sind deshalb eingeschränkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen vielseitig verwendbaren Heizstab mit einer guten Wärmeankopplung des Heizelements oder der Heizelemente an das Rohrgehäuse zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Heizstab mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Heizstabes wird für das Rohrgehäuse ein zylindrisches Strangpressprofil verwendet, das zusätzlich zu einem Kanal, der das Heizelement oder die Heizelemente enthält und deshalb eine Heizkammer bildet, weitere Kanäle hat, die neben der Heizkammer angeordnet sind. Wenn das Strangpressprofil, dort wo in ihm das Heizelement oder die Heizelemente angeordnet sind, verpresst wird, können diese weiteren Kanäle nachgeben und bei plastischer Verformung verdrängtes Material aufnehmen. Die weiteren Kanäle können so verhindern, dass beim Verpressen verdrängtes Material zu einem Auswölben des Strangpressprofils führt.
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Wenn zum Verpressen auf einen Kreiszylinder mittels zwei Pressbacken in radialer Richtung Kraft ausgeübt wird, besteht nämlich die Gefahr, dass das von den Pressbacken nach innen verdrängte Material zwischen den beiden Pressbacken, quer zu einem die Pressbacken verbindenden Durchmesser nach außen drückt, so dass sich der Zylinder dort nach außen wölbt. Mit anderen Worten, besteht an sich die Gefahr, dass die Querschnittsfläche in dem verpressten Bereich stellenweise über den ursprünglichen Querschnitt hinausragt mit der Folge, dass ein solcher Zylinder nach dem Verpressen nicht mehr durch eine Bohrung gesteckt werden kann, deren Durchmesser dem Durchmesser des unverformten Zylinders entspricht.
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Durch die zusätzlichen Kammern im Rohrgehäuse eines erfindungsgemäßen Heizstabs wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass der fertige Heizstab problemlos in eine kreisrunde Montageöffnung, beispielsweise einer Behälterwand, gesteckt werden kann. Eine Abdichtung ist dann problemlos möglich, insbesondere da das Strangpressprofil zumindest außerhalb des verpressten Abschnitts einen kreisrunden Querschnitt hat. Beispielsweise kann zur Abdichtung ein handelsüblicher O-Ring verwendet werden. Bevorzugt hat das Rohrgehäuse eine umlaufende Ringnut zur Aufnahme eines O-Rings.
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Durch die vorliegende Erfindung wird also ein Heizstab geschaffen, der wegen seines kreisförmigen Querschnitts vielseitig verwendbar ist und wegen des Verpressens, d. h. der plastischen Verformung des Rohrgehäuses, im Bereich des Heizelements oder der Heizelemente eine hervorragende Ableitung der von dem Heizelement oder den Heizelementen erzeugten Wärme an das Rohrgehäuse ermöglicht. Wichtig dabei ist, dass das Rohrgehäuse für die vielseitige Verwendbarkeit des Heizstabs nicht auf seiner vollen Länge einen kreisförmigen Querschnitt haben muss. Es genügt, wenn ein Abschnitt des Heizstabes einen kreisförmigen Querschnitt hat und das Rohrgehäuse im Übrigen nicht über diese Querschnittsfläche herausragt, also das Strangpressprofil im verpressten Bereich nur nach innen verformt ist.
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Bevorzugt befindet sich der die Heizkammer bildenden Kanal zwischen den übrigen Kanälen. Die zusätzlichen Kanäle können dann besonders wirksam ein Auswölben des Strangpressprofils beim Verpressen verhindern.
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An sich genügen bei dem Strangpressprofil eines erfindungsgemäßen Heizstabes drei Kanäle. Bevorzugt hat das Strangpressprofil aber wenigstens fünf Kanäle, so dass die Heizkammer von wenigstens vier Kanälen, vorzugsweise wenigstens sechs Kanälen umgeben ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Heizkammer zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten und zwei sich gegenüberliegende Breitseiten aufweist. Mit anderen Worten ist der die Heizkammer bildende Kanal also flach. Ein solcher Kanal ist besonders gut eignet, um ein plattenförmiges Heizelement aufzunehmen.
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Bevorzugt ist jeweils zwischen jeder der Schmalseiten der Heizkammer und einer Mantelfläche des Rohrgehäuses wenigstens ein Kanal. Auf diese Weise lässt sich das Strangpressprofil leichter verpressen. Beim Verpressen wird der die Heizkammer bildende Kanal nämlich flacher, d. h. die beiden Breitseiten der Kammer werden aufeinander zu bewegt. Dies ist leichter möglich, wenn neben den Schmalseiten jeweils ein Kanal verläuft. Vorzugsweise sind die zwischen den Schmalseiten der Heizkammer und der Mantelfläche angeordneten Kanäle auf ihrer von der Heizkammer abgewandten Seite stärker gekrümmt als auf ihrer der Heizkammer zu gewandten Seite. Dabei kann die der Heizkammer zugewandte Seite schwach gekrümmt oder sogar eben ausgebildet sein. Auf diese Weise lässt sich die zum Verpressen erforderliche Presskraft besonders gut reduzieren.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Rohrgehäuse zwischen seinen beiden Enden eine Taille hat. Mit anderen Worten ist das Rohrgehäuse also zwischen seinen beiden Enden verpresst und hat dort eine reduzierte Querschnittsfläche, die kleiner als die Querschnittsfläche in den beidseitig an den verpressten Abschnitt anschließenden Abschnitten ist, beispielweise den Endabschnitten. An sich kann sich der verpresste Abschnitt aber auch bis zu einem der beiden Endabschnitte erstrecken. Dadurch wird aber eine Abdichtung dieses Endabschnitts erschwert.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Rohrgehäuse an einem Ende mit einer Kappe verschlossen ist. Auf diese Weise lässt sich Rohrgehäuse mit geringem Aufwand dicht verschließen. Es ist auch möglich, dass das Rohrgehäuse an beiden Enden mit einer Kappe verschlossen ist. In diesem Fall kann in einer der beiden Kappen eine Öffnung für einen elektrischen Anschluss sorgen. Eine solche Kappe kann mit dem Rohrgehäuse stoffschlüssig verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen, oder z. B. einfach aufgesteckt sein.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an einem Ende des Rohrgehäuses aus der Heizkammer ein Kontaktblech, das an dem Heizelement anliegt, herausragt. Auf diese Weise kann mit vorteilhaft geringem Aufwand eine flächige Kontaktierung des Heizelements erreicht werden, die auch für große Stromstärken geeignet ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizstabs;
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2 einen Längsschnitt des Heizstabs; und
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3 einen Querschnitt des Heizstabs.
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In den 1 bis 3 ist ein Heizstab dargestellt, der ein Rohrgehäuse 1 aufweist, in dem ein oder mehrere keramische Heizelemente 2, beispielsweise PTC-Heizelemente, angeordnet sind. Das Rohrgehäuse 1 ist aus einem kreiszylindrischen Strangpressprofil hergestellt, das mehrere Kanäle 3, 4, 5 aufweist, die sich nebeneinander in Längsrichtung des Strangpressprofils erstrecken. Einer dieser Kanäle 3 bildet eine Heizkammer, in der das Heizelement 2 oder die Heizelemente 2 angeordnet sind. Die Heizkammer ist im Zentrum des Strangpressprofils angeordnet. Der die Heizkammer bildende Kanal 3 ist also zwischen den übrigen Kanälen 4, 5 angeordnet. Bevorzugt umgeben die übrigen Kanäle 4, 5 die Heizkammer ringförmig.
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Die Heizelemente 2 sind plattenförmig ausgebildet. Zwischen ihrer Vorderseite und ihrer Rückseite haben die Heizelemente 2 also eine umlaufende Schmalseite. Wie 2 zeigt, sind die Heizelemente 2 mit ihrer Schmalseite einem Ende des Rohrgehäuses 1 zugewandt. Mit anderen Worten erstreckt sich also eine geometrische Gerade, die senkrecht zu der großflächigen Vorderseite bzw. der Rückseite eines Heizelements 2 verläuft, quer zur Längsrichtung des Strangpressprofils, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in radialer Richtung des Rohrgehäuses 1. Der die Heizkammer bildende Kanal 3 hat zwei sich gegenüberliegende Schmalseiten und zwei sich gegenüberliegende Breitseiten, ist also ebenso wie die Heizelemente flach ausgebildet. Bevorzugt hat die Heizkammer einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt.
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Um einen guten Wärmekontakt zwischen Heizelement 2 und Strangpressprofil zu erreichen, wird das Strangpressprofil nach dem Einbringen der Heizelemente 2 in die Heizkammer radial verpresst. Dabei wird das Strangpressprofil in einem die Heizelemente 2 umgebenden Bereich plastisch verformt. Die zusätzlichen Kanäle 4, 5, welche die Heizkammer umgeben, nehmen beim plastischen Verformen verdrängtes Material auf und sorgen so dafür, dass das Strangpressprofil in dem verpressten Abschnitt nirgendwo über den kreisförmigen Querschnitt eines unverpressten Abschnitts, beispielsweise an den Enden, hinaussteht. Vorteilhaft kann der dargestellte Heizstab deshalb in eine Bohrung gesteckt werden, die einen zu dem Durchmesser des zylindrischen Strangpressprofils passenden Durchmesser hat. Der Heizstab kann deshalb vielseitig verwendet und in unterschiedliche Geräte montiert und dort leicht abgedichtet werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Heizkammer von mehr als vier, nämlich von acht Kanälen 4, 5 umgeben. Die beiden Kanäle 4, die zwischen einer Schmalseite der Heizkammer und der Mantelfläche des Strangpressprofils angeordnet sind, sind dabei größer als die anderen die Heizkammer umgebenden Kanäle 5. Beim Verpressen wird das Strangpressprofil im Bereich dieser beiden Kanäle 4 am stärksten verformt. Um das Verpressen zu erleichtern, können diese beiden Kanäle 4, die jeweils zwischen einer Schmalseite des Heizelements und der Mantelfläche des Strangpressprofils verlaufen, auf ihrer von der Heizkammer abgewandten Seite stärker gekrümmt sein als auf ihrer der Heizkammer zugewandten Seite.
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Der Heizstab hat in seinem verpressten Bereich einen reduzierten Querschnitt. Zwischen seinen beiden Enden hat das Rohrgehäuse 1 also eine Taille. Mit anderen Worten ist der Querschnitt des Rohrgehäuses also vor und hinter dem verpressten Bereich größer als in dem verpressten Bereich selbst. Die Taille ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nur sehr schwach ausgeprägt und deshalb in den Figuren nicht zu erkennen.
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Das Rohrgehäuse 1 kann eine Ringnut für einen O-Ring aufweisen. Auf diese Weise ist eine einfache Abdichtung möglich, wenn der Heizstab in eine Bohrung einer Gehäusewand gesteckt werden soll. Eine solche Ringnut oder mehrere Ringnuten befinden sich bevorzugt in einem unverpressten Abschnitt des Rohrgehäuse 1. Eine Ringnut oder mehrer Ringnuten können aber, inbesondere bei kleiner Verformung durch Verpressen, auch in dem verpressten Bereich angeordnet sein.
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Die Kanäle 4, 5, welche die Heizkammer umgeben, können nach dem Verpressen mit Vergussmasse aufgefüllt werden, beispielsweise um den Heizstab abzudichten. Bevorzugt bleiben diese Kanäle aber leer.
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Das Rohrgehäuse 1 kann an einem Ende mit einer Kappe verschlossen sein. Eine solche Kappe kann beispielsweise mit dem Strangpressprofil, das bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung besteht, stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt sein.
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Das oder die Heizelemente 2 werden in dem Rohrgehäuse 1 von einem Kontaktblech 6 elektrisch kontaktiert, das aus dem Rohrgehäuse 1 herausragt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Kontaktbleche 6 vorhanden, zwischen denen die Heizelemente 2 angeordnet sind. Wenn das Strangpressprofil selbst als elektrischer Kontakt, beispielsweise als Massekontakt, verwendet wird, genügt ein einziges Kontaktblech 6.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10360159 A1 [0002, 0003, 0003]
