DE102013018017A1

DE102013018017A1 - heater

Info

Publication number: DE102013018017A1
Application number: DE102013018017.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lewandowski; Axel Lewandowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-01
Filing date: 2013-12-01
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Die Anmeldung betrifft einen Heizeinsatz aus einem gebogenen, vorzugsweise aus Edelstahl bestehenden Blech auf dem im Dickschichtverfahren Widerstandsleiterbahnen aufgebracht sind. Das Heizelement wird in eine in segmentartiger Bauweise ausgeführten Röhre eingebracht und vorzugsweise verspannt. Der Heizeinsatz hat eine sehr kurze Aufheizzeit bei gleichzeitiger Regelbarkeit und geringer Baugröße.The application relates to a heating insert made of a bent, preferably made of stainless steel sheet on which are applied in the thick film resistive conductor tracks. The heating element is placed in a running in segmental design tube and preferably braced. The heating insert has a very short heating time with simultaneous controllability and small size.

Description

Die Erfindung betrifft einen „Heizeinsatz”, der in verschiedenen technischen Anwendungen eingesetzt werden kann, so beispielhaft als Heizeinsatz im Werkzeug- und Formenbau, in Badwärmern, Laminierrollen und in Eisenbahnwaggonkupplungen.The invention relates to a "heating element", which can be used in various technical applications, as an example as a heating element in tool and mold making, in bath warmers, laminating rollers and in railway wagon couplings.

Der erfindungsgemäße Heizeinsatz besteht vorzugsweise aus einem gebogenen Edelstahlblech auf dem im Dickschichtverfahren Widerstandsleiterbahnen aufgebracht sind. Auf dem oben bezeichneten Blech können auch andere elektronische Bausteine aufgebracht werden, wie beispielhaft Thermosensoren, oder PTC-Regler. Das Heizelement wird in eine in segmentartiger Bauweise ausgeführten Röhre eingebracht und vorzugsweise verspannt. Andere Bauweisen sind dergestalt denkbar, dass die Heizelemente in eine wärmeleitfähige Trägersubstanz eingegossen werden.The heating insert according to the invention preferably consists of a bent stainless steel sheet on which resistance conductor tracks are applied in the thick-film process. On the sheet designated above, other electronic components can be applied, such as thermosensors, or PTC controller. The heating element is placed in a running in segmental design tube and preferably braced. Other constructions are conceivable such that the heating elements are poured into a thermally conductive carrier substance.

Die Vorzüge der Dickschichttechnologie und insbesondere von Dickschichtheizelementen liegen insbesondere in der sehr kurzen Aufheizzeit bei gleichzeitiger Regelbarkeit der Heizung, der Kosten- und Energieeffizienz der Heizsysteme sowie der Prozesssicherheit bei geringer Baugröße.The advantages of thick-film technology, and in particular thick-film heating elements, are in particular the very short heating time with simultaneous controllability of the heating, the cost and energy efficiency of the heating systems and the process reliability with a small size.

Aus dem Stand der Technik sind Heizsysteme auf der Basis der Dickschichttechnologie, meist unter Verwendung keramischen Trägermaterials, bekannt.Heating systems based on thick-film technology, usually using ceramic carrier material, are known from the prior art.

Anzugeben ist beispielsweise das Patent „Beheizbare Rollen, insbesondere Laminatoren und Durchlauferhitzer”, Aktenzeichen DE 100 17 264 C2 mit Verweis auf andere Schutzrechte:
Die dort angegebene Erfindung betrifft eine beheizbare Rolle, insbesondere für Laminatoren und Durchlauferhitzer, mit einem wärmeleitenden Außenmantel und innen angeordneten Heizelementen, wobei die Rolle aus mindestens zwei zusammensetzbaren Segmenten besteht, deren Innenoberflächen ebene Flächen besitzen, an denen jeweils Dickschichtelemente angeordnet sind.Specify, for example, the patent "Heated Rollers, especially laminators and water heaters" file number DE 100 17 264 C2 with reference to other property rights:
The invention specified therein relates to a heatable roller, in particular for laminators and instantaneous water heaters, with a heat-conducting outer sheath and internally arranged heating elements, wherein the roller consists of at least two composable segments whose inner surfaces have flat surfaces, on each of which thick-film elements are arranged.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung insoweit die Aufgabe zugrunde, die mehrfachen Vorzüge der Dickschichttechnologie im Hinblick auf die Aufheizzeit bei gleichzeitiger Regelbarkeit der Heizung die Energieeffizienz von Heizsystemen zu verbessern, die Prozesssicherheit zu erhöhen und die Kosten der Heizsysteme zu reduzieren, um den Kundennutzen entscheidend zu verbessern. Durch die Verwendung von vorzugsweise Edelstahlblechbiegeteilen als Trägermaterial besteht die Möglichkeit einer kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Heizeinsätze. Denkbar ist jedoch auch die Verwendung anderer biegefähiger Materialien, wie beispielhaft Kupfer oder Kunststoffe. Soweit das Trägermaterial ein Metallblech ist, wird die Bruchsicherheit gegenüber dem keramischen Trägermaterial signifikant verbessert. Der Unterschied zwischen den Längenausdehnungskoeffizienten der Heizsegmente und dem vorzugsweise metallischen Trägermaterial der Widerstandsbahnen ist erheblich geringer im Vergleich zu einem keramischen Trägermaterial der Widerstandsbahnen.Based on this prior art, the invention is based on the object to improve the multiple benefits of thick film technology in terms of heating time with simultaneous controllability of the heating energy efficiency of heating systems, to increase process reliability and reduce the cost of heating systems to the To significantly improve customer benefits. By using preferably stainless steel bent sheet metal parts as a carrier material, there is the possibility of cost-effective production of the heating inserts according to the invention. However, it is also conceivable to use other bendable materials, such as copper or plastics. As far as the carrier material is a metal sheet, the resistance to fracture over the ceramic carrier material is significantly improved. The difference between the coefficients of linear expansion of the heating segments and the preferably metallic carrier material of the resistance paths is considerably lower in comparison to a ceramic carrier material of the resistance paths.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein mit Widerstandspasten bedrucktes Trägerblättchen, welches vorzugsweise aus Edelstahl ausgeführt ist, in ebener oder gebogener Form in zwei oder mehrere Segmente gespannt wird.This object is achieved in that a printed with resistor pastes carrier leaflet, which is preferably made of stainless steel, is stretched in a flat or curved shape in two or more segments.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments are characterized in the subclaims.

Der erfindungsgemäße Heizeinsatz wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The heating insert according to the invention will now be explained in more detail based on preferred embodiments with the aid of the accompanying drawings.

Es zeigt:It shows:

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Heizeinsatzes. 1 shows a perspective view of a heating insert.

2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Heizeinsatzes in einer Explosionsansicht. 2 shows a perspective view of a heating insert in an exploded view.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Heizsystems. 3 shows a perspective view of a heating system according to the invention.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments mit Heizsystem. 4 shows a perspective view of a segment with heating system.

5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Heizsegments mit zylindrischer Außenfläche und einem Heizsystem. 5 a perspective view of a heating segment according to the invention with a cylindrical outer surface and a heating system.

6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Heizrolle mit einem Heizeinsatz und Gummierung für Laminatoren. 6 shows a perspective view of a heating roller with a heating insert and rubber for laminators.

7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Badwärmers mit einem erfindungsgemäßen Heizeinsatz. 7 shows a perspective view of a bath warmer with a heating insert according to the invention.

Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Heizeinsatzes. Der Heizeinsatz (1) besteht in dieser erfindungsgemäßen Ausführung aus zwei Segmenten (2). In dieser besonders vorteilhaften Variante haben die Segmente eine zylindrische Außenfläche. Die Geometrie der Außenfläche lässt sich je nach Anwendung anpassen. Neben zylindrischen Geometrien sind auch andere, wie zum Beispiel rechteckige, sechseckige oder elliptische Querschnitte vorstellbar. Auf der Innenseite der Segmente sind Heizsysteme (3) angebracht.The 1 shows a perspective view of a heating insert. The heating insert ( 1 ) consists in this embodiment according to the invention of two segments ( 2 ). In this particularly advantageous variant, the segments have a cylindrical outer surface. The geometry of the outer surface can be adjusted depending on the application. In addition to cylindrical geometries, other, such as rectangular, hexagonal or elliptical cross sections are conceivable. On the inside of the segments are heating systems ( 3 ) appropriate.

Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Heizeinsatzes in einer Explosionsansicht. Der Heizeinsatz (1) besteht ebenfalls aus zwei Segmenten (2) und zwei Heizsystemen (3). In anderen erfindungsgemäßen Ausführungen sind auch mehr als zwei Segmente (2) und mehr als zwei Heizsysteme (3) vorstellbar. Für kleinere Durchmesser wie zum Beispiel 10 mm sind in dieser Version zwei Segmente (2) eine optimale Anzahl. Je nach Durchmessergröße kann die Anzahl der Segmente größer sein. Auf der Innenseite dieser Segmente (2) ist ein Heizsystem (3) angebracht. Das Heizsystem (3) besteht aus den Heizelementen (4), den Anschlüssen (5) und den Kontaktbrücken (6). In dieser besonders vorteilhaften Bauform sind die Heizelemente (4) aus gebogenen Edelstahlblechen hergestellt. Auf der Innenseite der Blechwinkel ist im Dickschichtverfahren die Heizung aufgebracht. Die Heizelemente (4) sind in dieser Bauform mit Kontaktbrücken (6) zu einem Heizsystem (3) verbunden. The 2 shows a perspective view of a heating insert in an exploded view. The heating insert ( 1 ) also consists of two segments ( 2 ) and two heating systems ( 3 ). In other embodiments according to the invention, more than two segments ( 2 ) and more than two heating systems ( 3 ) imaginable. For smaller diameters such as 10 mm, two segments are used in this version ( 2 ) an optimal number. Depending on the diameter size, the number of segments may be larger. On the inside of these segments ( 2 ) is a heating system ( 3 ) appropriate. The heating system ( 3 ) consists of the heating elements ( 4 ), the connections ( 5 ) and the contact bridges ( 6 ). In this particularly advantageous design, the heating elements ( 4 ) made of bent stainless steel sheets. On the inside of the sheet metal angle, the heating is applied in the thick-film process. The heating elements ( 4 ) are in this design with contact bridges ( 6 ) to a heating system ( 3 ) connected.

Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Heizsystems. Auf den Innenseiten der Winkel sind auf beiden Flächen Heizbereiche (7) aufgebracht. Die Kontaktbrücken (6) und die Anschlüsse (5) verbinden die Heizbereiche (7) in Form einer Parallelschaltung. Die Heizelemente (4) sind wiederum durch die Kontaktbrücken (6) in Reihe geschaltet. Es sind hier auch andere Kombinationen aus Reihen- und Parallelschaltung vorstellbar. Durch die Verwendung der Dickschichttechnologie für das Aufbringen der Heizbereiche (7) lassen sich in die Heizbereiche auch Temperatursensoren und auch PTC-Temperaturbegrenzer mit einbringen.The 3 shows a perspective view of a heating system according to the invention. On the inner sides of the angles are heating areas ( 7 ) applied. The contact bridges ( 6 ) and the connections ( 5 ) connect the heating areas ( 7 ) in the form of a parallel connection. The heating elements ( 4 ) are again through the contact bridges ( 6 ) in series. There are also other combinations of series and parallel circuit conceivable here. By using the thick-film technology for the application of the heating areas ( 7 ), temperature sensors and also PTC temperature limiters can be incorporated into the heating areas.

Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Segments mit Heizsystem. Die als Winkel ausgeführte Heizelemente (4) lassen sich in dieser vorteilhaften Version in das Segment (2) als Trägerprofil einclipsen. Um sicherzustellen, dass die Außenseiten der Heizelemente (4) an den Auflageflächen (8) der Segmente (2) anliegen, ist der Biegewinkel der Heizelemente (4) größer als der Winkel zwischen den Auflageflächen (8). Die Heizelemente (4) können so durch die Anschläge (9) unter Vorspannung gehalten und sicher gegen die Auflageflächen (8) gespannt werden.The 4 shows a perspective view of a segment with heating system. Angle heating elements ( 4 ) can be in this advantageous version in the segment ( 2 ) clip in as a carrier profile. To ensure that the outside of the heating elements ( 4 ) at the bearing surfaces ( 8th ) of the segments ( 2 ), the bending angle of the heating elements ( 4 ) greater than the angle between the bearing surfaces ( 8th ). The heating elements ( 4 ) can be so by the attacks ( 9 ) held under prestress and securely against the bearing surfaces ( 8th ) are stretched.

Die 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Segments mit Heizsystem. Das Segment (10) hat eine zylindrische Außenfläche (11). Auf der Innseite des Segments (11) befinden sich zwei Auflageflächen (8). Die Taschen (12) bilden eine Führung für die Heizelemente (13). Die Heizelemente (13) sind in dieser besonders vorteilhaften Bauform als ebene Bleche ausgeführt. Es ist auch vorstellbar, die Heizelemente anstatt aus Blech auch aus jedem andern wärmeleitenden Material aufzubauen. Es ist ebenfalls vorstellbar, die Heizelemente direkt in ein wärmeleitendes Material einzugießen oder auch zu sintern.The 5 shows a perspective view of another segment of the invention with heating system. The segment ( 10 ) has a cylindrical outer surface ( 11 ). On the inside of the segment ( 11 ) there are two bearing surfaces ( 8th ). The bags ( 12 ) form a guide for the heating elements ( 13 ). The heating elements ( 13 ) are designed in this particularly advantageous design as flat sheets. It is also conceivable to build the heating elements instead of sheet metal from any other thermally conductive material. It is also conceivable to pour the heating elements directly into a thermally conductive material or to sinter.

Die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Heizrolle mit einem Heizeinsatz. Die Heizrolle (14) besteht aus dem Heizeinsatz (1) und einer Gummierung (15). Heizrollen in dieser Bauform können besonders vorteilhaft in Laminatoren eingebaut werden. Es ist aber auch vorstellbar für beheizte Prägerollen den Heizeinsatz mit einer Stahlröhre zu ummanteln.The 6 shows a perspective view of a heating roller with a heating element. The heating roller ( 14 ) consists of the heating insert ( 1 ) and a rubber coating ( 15 ). Heating rollers in this design can be installed particularly advantageous in laminators. But it is also conceivable for heated embossing rollers to coat the heating insert with a steel tube.

Die 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Badwärmers mit einem erfindungsgemäßen Heizeinsatz. In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Heizeinsatz (1) mit einem Tauchrohr (16) ummantelt. Durch das an einem Ende verschlossene Tauchrohr (16) kann der Heizeinsatz (1) zum Erwärmen von Flüssigkeiten verwendet werden. Als besonders vorteilhaft erweist sich hier die Kombination von Heizung und PTC-Temperaturbegrenzer im Dickschichtverfahren. Der Heizeinsatz kann dadurch als Sicherheitsheizsystem eingesetzt werden, da durch das integrierte PTC-Verhalten des Temperaturbegrenzers das Überhitzen des Heizsystems verhindert werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da Badwärmer häufig in chemikalienbeständigen Kunststoffbehältern eingesetzt werden und durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Heizeinsatzes das Entzünden des Kunststoffs vermieden wird.The 7 shows a perspective view of a bath warmer with a heating insert according to the invention. In this advantageous embodiment, the heating insert ( 1 ) with a dip tube ( 16 ) sheathed. By the closed at one end dip tube ( 16 ), the heating insert ( 1 ) are used for heating liquids. Particularly advantageous here is the combination of heating and PTC temperature limiter in the thick-film process. As a result, the heating insert can be used as a safety heating system, since the integrated PTC behavior of the temperature limiter can prevent overheating of the heating system. This is particularly advantageous because bath warmers are often used in chemical-resistant plastic containers and the use of the heating insert according to the invention, the ignition of the plastic is avoided.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10017264 C2 [0005]

Claims

A heating insert, characterized in that on the inside of at least two segments thick-film produced heating elements are installed and these heating elements are made of a metallic or other thermally conductive thin material.

A heating insert according to claim 1, characterized in that a plurality of heating elements form a heating system.

A heating insert according to one of the preceding claims, characterized in that temperature limiters are also applied to the heating elements in the thick-film method in addition to the heating regions.

A heating insert according to one of the preceding claims, characterized in that temperature sensors and / or conductor tracks are applied to the heating elements in the thick-film method in addition to the heating regions.

A heating insert according to one of the preceding claims, characterized in that the heating elements are poured directly into the segments.

A heating element according to any one of the preceding claims, characterized in that the heating insert coated with a rubber coating can be used as a lamination roll.

A heating insert according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heating insert can be used with a dip tube sheathed as a bath warmer.

A heating insert according to one of the preceding claims, characterized in that the heating elements can be both flat, as well as at least once angled.