DE102014109720A1

DE102014109720A1 - Elektrische Heizvorrichtung mit Steckkontakt

Info

Publication number: DE102014109720A1
Application number: DE102014109720.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHLIPF
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2016-01-14
Also published as: CN105323884B; US20160014844A1; EP2966933A1; US10219322B2; CN105323884A; EP2966933B1

Abstract

Bereitgestellt wird Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mit einem einen Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) definierenden Metallmantel (101, 201, 301, 401, 501, 601), mit mindestens einem im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordneten, gegenüber dem Metallmantel (101, 201, 301, 401, 501, 601) durch eine Isolierstofffüllung elektrisch isolierten elektrischen Heizelement und mit elektrischen Anschlüssen für das mindestens eine elektrische Heizelement, wobei mindestens ein elektrischer Anschluss ein einstückig ausgeführter Steckkontakt (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) ist, der einen im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordneten Abschnitt (108b, 109b, 208b, 209b, 308b, 309b, 508b, 509b, 608a, 608b) mit einer im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101,201, 301, 401, 501, 601) angeordneten Kontaktstelle (110, 111, 210, 211, 310, 311) aufweist, an der der Steckkontakt (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) mit dem elektrischen Heizelement direkt oder über einen Hilfsdraht (212, 213, 312, 313, 612, 613) leitend verbunden ist und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Heizvorrichtung.

Description

Elektrische Heizvorrichtung mit Steckkontakt
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Heizvorrichtung. Zu derartigen elektrischen Heizvorrichtungen zählen beispielsweise Heizpatronen, die unter anderem zur Beheizung unterschiedlichster Komponenten in der Automobilindustrie Verwendung finden, beispielsweise bei der Beheizung von Kennfeldthermostaten.
Bekannte Heizpatronen weisen einen oftmals rohrförmigen Metallmantel auf, der einen Rohrinnenraum definiert. In diesem Rohinnenraum ist ein elektrisches Heizelement angeordnet, das üblicherweise als Heizdrahtwicklung auf einem Wickelträger ausgeführt und zweckmäßigerweise gegenüber dem Metallmantel durch eine Isolierstofffüllung elektrisch isoliert ist. Um die Stromversorgung für das elektrische Heizelement sicherzustellen werden Anschlussdrähte, die mit der Heizdrahtwicklung in elektrischem Kontakt stehen, aus dem Metallmantel herausgeführt. An diese aus dem Metallmantel herausgeführten Abschnitte der Anschlussdrähte wird dann ein Steckkontakt, z.B. ein Anschlussstift, eine Anschlusszunge oder eine Anschlussbuchse so angecrimpt oder angeschweisst, dass ein durchgehender elektrischer Kontakt zwischen Steckkontakt und elektrischem Heizelement besteht.
Problematisch bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Heizvorrichtungen ist jedoch, dass sich die dabei auftretenden Kontaktstellen zwischen Anschlussdraht und Steckkontakt als fehleranfällig erweisen, und zwar insbesondere in Umgebungen, in denen Vibrationen auftreten können, was in fast allen Anwendungen im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen der Fall ist. Darüber hinaus ist mit ihnen ein zusätzlicher, fehleranfälliger Fertigungsschritt verbunden, nämlich das Vercrimpen oder Verschweißen von Anschlussdraht und Steckkontakt.
Somit stellt sich die Aufgabe, eine zuverlässige und einfach herzustellende elektrische Heizvorrichtung mit Steckverbinder bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung weist einen einen Innenraum definierenden Metallmantel, mit mindestens einem im Innenraum des Metallmantels angeordneten, gegenüber dem Metallmantel durch eine Isolierstofffüllung elektrisch isolierten elektrischen Heizelement und mit elektrischen Anschlüssen für das mindestens eine elektrische Heizelement auf. Beispielsweise definieren rohrförmige Metallmäntel einen Innenraum.
Erfindungswesentlich ist, dass mindestens ein elektrischer Anschluss ein einstückig ausgeführter Steckkontakt ist, der einen im Innenraum des Metallmantels angeordneten Abschnitt mit einer im Innenraum des Metallmantels angeordneten Kontaktstelle aufweist, an der der Steckkontakt mit dem elektrischen Heizelement leitend verbunden ist. Dabei kann die leitende Verbindung direkt mit dem elektrischen Heizelement oder indirekt unter Verwendung eines zwischen Heizelement und Steckkontakt angeordneten Hilfsdrahts erfolgen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch die Verlagerung der Kontaktstellen in den Innenraum des Metallmantels diese kritischen Punkte effektiv vor Vibrationen und anderen störenden Einflüssen geschützt werden können und dass eine derartige Verlagerung durch die Verwendung einstückiger Steckkontakte, die einerseits einen Abschnitt aufweisen, der in den Innenraum des Metallmantels verbracht werden kann und andererseits einen angeformten Anschlussstift, eine angeformte Anschlusszunge oder eine angeformte Anschlussbuchse aufweisen, ermöglicht wird. Insbesondere können derartige Steckkontakte als Stanzkontakte realisiert werden.
Zwar reduziert jeder derart ausgeführte elektrische Anschluss das Ausfallrisiko für die elektrische Heizvorrichtung, in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind jedoch sämtliche elektrische Anschlüsse einstückig ausgeführte Steckkontakte, die jeweils einen im Innenraum des Metallmantels angeordneten Abschnitt mit einer im Innenraum des Metallmantels angeordneten Kontaktstelle aufweisen, an der der Steckkontakt mit dem elektrischen Heizelement leitend verbunden ist.
Besonders gute Sicherung gegenüber Vibrationen und sonstigen störenden Umwelteinflüssen wird erreicht, wenn die Kontaktstelle in die Isolierstofffüllung eingebettet ist. Noch bessere Schutzwirkung wird erzielt, wenn die Isolierstofffüllung zumindest an der Stelle, an der die Kontaktstelle in sie eingebettet ist, verdichtet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Heizelement eine auf einen Wickelkörper gewickelte Heizdrahtwendel, deren Enden in Bohrungen des Wickelkörpers eingeführt sind. Ferner ist jeweils ein Abschnitt eines Steckkontakts ebenfalls in die Bohrung des Wickelkörpers eingeführt und die leitende Verbindung zwischen Steckkontakt und elektrischem Heizelement an der Kontaktstelle ist durch Verpressen dieses Abschnitts des Steckkontakts mit dem dort eingeführten Ende der Heizdrahtwendel erzeugt. Diese Ausführungsform erlaubt eine besonders effiziente Fertigung, weil bei ihr der bewickelte Wickelkörper als eine vorgefertigte Baugruppe verwendet werden kann und das Erzeugen der Kontaktstelle gleichzeitig mit der Verdichtung der Isolierstofffüllung erfolgen kann und keinen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordert.
Alternativ kann aber auch die leitende Verbindung zwischen Steckkontakt und elektrischem Heizelement an der Kontaktstelle durch Verschweißen oder durch Vercrimpen erzeugt werden. Dabei kann die Kontaktstelle direkt im Bereich des Wickelkörpers liegen, es können aber auch Abschnitte des Heizelements ausgehend vom Wickelkörper in Richtung auf die Anschlüsse verlaufen, die dann an einer beliebigen Stelle im Innenraum des Metallmantels verschweißt oder vercrimpt werden können.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung dieser Varianten sieht vor, dass die leitende Verbindung zwischen Steckkontakt und elektrischem Heizelement über einen Hilfsdraht erfolgt, der an der Kontaktstelle mit dem Steckkontakt in elektrischem Kontakt steht, dass das elektrische Heizelement eine auf einen Wickelkörper gewickelte Heizdrahtwendel ist, deren Enden in Bohrungen des Wickelkörpers eingeführt sind, dass jeweils ein Abschnitt des Hilfsdrahts ebenfalls in die Bohrung des Wickelkörpers eingeführt ist, und dass die leitende Verbindung zwischen Hilfsdraht und elektrischem Heizelement in der Bohrung durch Verpressen dieses Abschnitts des Hilfsdrahts mit dem dort eingeführten Ende der Heizdrahtwendel erzeugt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Vercrimpen oder Verschweißen, das hier zwischen Steckkontakt und Hilfsdraht erfolgt, noch außerhalb des Metallmantels erfolgen kann, was diesen Arbeitsschritt erheblich vereinfacht.
Alternativ kann auch an dieser Stelle statt eines Vercrimpens oder Verschweißens von Steckkontakt und Hilfsdraht ein Verpressen dieser beiden Leiter erfolgen. Dies kann insbesondere unter Verwendung von Keramikröhrchen mit entsprechenden Bohrungen realisiert werden. Dazu wird in eine Bohrung des Keramikröhrchens jeweils ein Abschnitt von Steckkontakt und Hilfsdraht eingeführt und nachfolgend das Keramikröhrchen verpresst. Vorzugsweise geschieht dies, wenn das Keramikröhrchen mit den eingeführten Abschnitten von Steckkontakt und Hilfsdraht im Innenraum des Metallmantels aufgenommen ist gemeinsam mit einem Verdichten der Isolierstofffüllung.
Insbesondere kann bei Verwendung dieser Alternative ermöglicht werden, dass das Befüllen des Innenraums des Metallmantels mit Isolierstoff vor dem Einführen der Steckkontakte erfolgen kann, ohne dass daraus die Notwendigkeit entsteht, Steckkontakte durch die Isolierstofffüllung hindurchzuschieben, wenn das Keramikröhrchen so angeordnet wird, dass seine anschlussseitige Stirnfläche die maximale Füllhöhe der Isolierstoffüllung vorgibt, also wenn diese Fläche auf einem Niveau mit der Oberfläche des Isolierstoffs nach Befüllung liegt oder über diese Oberfläche hinausragt.
Zum Herbeiführen der eigentlichen Steckverbindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn zumindest ein Abschnitt des Steckkontakts, der außerhalb des Metallmantels angeordnet ist, mit einem um diesen Abschnitt herumgespritzten Steckergehäuse versehen ist. Insbesondere kann ein derartiges Steckergehäuse auch unmittelbar an dem oder sogar teilweise aufgenommen in das anschlussseitige Ende des Metallmantels angeordnet werden, was dazu beitragen kann, die Auswirkung von Vibrationen auf die Steckverbindung weiter zu minimieren. Wenn das Steckergehäuse auch um einen Abschnitt des Metallmantels herumgespritzt ist oder wenn das Steckergehäuse einen Abschnitt aufweist, der in das Innere des Metallmantels aufgenommen ist und dort verpresst ist kann gleichzeitig eine erhöhte Zugfestigkeit der Gesamtanordnung erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung derartiger elektrischer Heizvorrichtungen umfasst die Schritte des Bereitstellens eines einen Innenraum definierenden Metallmantels, eines elektrischen Heizelements und mindestens eines einstückig ausgeführten Steckkontakts, der einen im Innenraum des Metallmantels anordnenbaren Abschnitt aufweist, das Anordnen des elektrischen Heizelements im Innenraum des Metallmantels, das Herstellen eines elektrischen Kontakts an Kontaktstellen zwischen Steckkontakt und elektrischem Heizelement, das Einführen des Abschnitts des Steckkontakts in den Innenraum des Metallmantels, das Befüllen des Innenraums des Metallmantels mit einem bevorzugt in Form eines Pulvers oder Granulats vorliegenden Isolierstoff und das zumindest abschnittsweise Verdichten dieses Isolierstoffs zumindest im Bereich der Kontaktstellen auf. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das elektrische Heizelement als mit einem Heizdraht bewickelter Wickelkörper, in dem – vorzugsweise zwei – Bohrungen angeordnet wurden, in die die Enden des Heizdrahts und aufgenommen sind, ausgeführt ist, wobei die Bohrungen so groß sind, dass sie das Einführen eines Teils des im Metallmantel anordnenbaren Abschnitts des Steckkontakts oder eines Hilfsdrahtes, der mit diesem Abschnitt vercrimpt oder verschweißt wurde, erlauben. Die Verdichtung nach dem Einführen dieser Abschnitte stellt dann den elektrischen Kontakt sicher.
Optional kann vor oder nach dem Verdichten der Steckkontakt umspritzt werden, so dass ein den oder die Steckkontakte umgebendes Steckergehäuse entsteht. Dies führt zu einem Herstellungsverfahren einer elektrischen Heizvorrichtung mit einem Stecker, die in besonders wenigen Schritten schnell und preisgünstig herzustellen ist.
Es ist auch möglich, in Fällen, in denen mehrere Steckkontakte vorgesehen sind, diese zunächst miteinander verbunden bereitzustellen und erst zu einem späteren Zeitpunkt, insbesondere am Ende des Verfahrens, zu trennen. Dies hat den Vorteil, dass das Einführen mehrerer Steckkontakte in einem einzigen Arbeitsgang ermöglicht wird.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens liegt darin, dass die Formgebung der Kontaktabschnitte der Steckkontakte erst nach dem Herstellen einer elektrischen Verbindung mit dem Heizelement erfolgt. Dies kann insbesondere durch Ausstanzen der Kontakte geschehen. In der Praxis ist es oft nötig, Heizvorrichtungen mit einer standardisierten Heizleistung vorzusehen, die für die Verwendung in einer Reihe unterschiedlicher Geräte jeweils mit angepassten Anschlüssen versehen werden müssen. Mit der soeben beschriebenen Verfahrensführung kann vermieden werden, dass jeweils eine individuelle Serie dafür aufgelegt werden muss, sondern man kann eine Standardbaugruppe – gegebenenfalls auch auf Vorrat – fertigen, die dann nur in einem Nachbearbeitungsschritt mit den gewünschten Kontakten und ggf. angepassten umspritzten Gehäusen versehen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen näher erläutert. Es zeigen:
1: Einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2: einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3: einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4: eine Explosionsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
5: eine Explosionsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung,
6: einen Querschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7: eine schematische Darstellung eines möglichen Zwischenstadiums bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung,
8a eine schematische Darstellung eines alternativ zum Zwischenstadium gemäß 7 möglichen Zwischenstadiums bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung, und
8b die elektrische Heizvorrichtung aus 8a nach einem weiteren Verfahrensschritt.
9a–e eine weitere mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugbare elektrische Heizvorrichtung.
Gleiche Bauteile gleicher Ausführungsbeispiele werden nachfolgend mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt eine elektrische Heizvorrichtung 100 mit einem rohrförmigen Metallmantel 101, der durch einen angeformten Boden 102 abgeschlossen ist. Im durch den Metallmantel 101 definierten Innenraum 103 ist ein Heizelement angeordnet, das aus einem Wickelkörper 104 mit zwei den Wickelkörper 104 in Erstreckungsrichtung der elektrischen Heizvorrichtung durchsetzenden Bohrungen 105, 106 und einer auf den Wickelkörper 104 aufgewickelten Heizdrahtwendel 107 besteht. Ein Ende der Heizdrahtwendel 107 ist in die Bohrung 105 eingeführt, das andere in die Bohrung 106.
Ferner erkennt man zwei einstückig ausgeführte Steckkontakte 108, 109, die anschlussseitig jeweils eine angeformte Kontaktzunge 108a, 109a und jeweils einen im Innenraum 103 des Metallmantels 101 angeordneten Abschnitt 108b, 109b aufweisen. Das der Anschlussseite gegenüberliegende Ende 108c, 109c der Steckkontakte 108, 109 ist jeweils in eine Bohrung 105 bzw. 106 eingeführt. Durch die Punktierung im Bereich des Innenraums 103 wird angedeutet, dass dieser Bereich mit einer Isolierstofffüllung aus einem Pulver oder Granulat befüllt ist, die insbesondere in dem Bereich des Metallmantels 101, in dem sich der Wickelkörper 104 befindet, verdichtet ist. Durch diese Verdichtung sind die in den Bohrungen 105 bzw. 106 aufgenommenen Abschnitte der Heizdrahtwendel 107 und der Steckkontakte 108c, 109c in leitenden Kontakt miteinander gebracht worden, so dass Kontaktstellen 110, 111, an denen Heizdrahtwendel 107 und Abschnitte 108c, 109c leitend miteinander verbunden sind, gebildet werden.
Die elektrische Heizvorrichtung 200 gemäß 2 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Kontakt zwischen den Steckkontakten 208, 209 und der Heizdrahtwendel 207 indirekt über Hilfsdrähte 212, 213 erfolgt, von denen ein Abschnitt 212a, 213a statt eines Abschnitts der Steckkontakte 208, 209 in den Bohrungen 205, 206 des Wickelkörpers 204 angeordnet sind. Die Kontaktstellen 210, 211 werden daher durch Crimphülsen gebildet, mit denen die im Innenraum 203 des Metallmantels 201 angeordneten Abschnitte 208b, 209b elektrisch leitend mit den Hilfsdrähten 212, 213 verbunden sind.
Die elektrische Heizvorrichtung 300 gemäß 3 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Kontakt zwischen den Steckkontakten 308, 309 und der Heizdrahtwendel 307 indirekt über Hilfsdrähte 312, 313 erfolgt, die statt eines Abschnitts der Steckkontakte 308, 309 in den Bohrungen 305, 306 des Wickelkörpers 304 angeordnet sind. Die Kontaktstellen 310, 311 werden daher durch Schweißstellen gebildet, mit denen die im Innenraum 303 des Metallmantels 301 angeordneten Abschnitte 308b, 309b elektrisch leitend mit den Hilfsdrähten 312, 313 verbunden sind.
Die in 4 als Explosionszeichnung dargestellte elektrische Heizvorrichtung 400 ist ähnlich wie die in 1 dargestellte Heizvorrichtung aufgebaut und unterscheidet sich von dieser dadurch, dass die Steckkontakte 408, 409 abgewinkelte Kontaktzungen 408a, 409a aufweisen, die mit einem Steckergehäuse 414 in Form eines Winkelsteckers umspritzt sind. Die umspritzten Bereiche der Steckkontakte 408, 409 sind in der Realität nicht sichtbar und daher in 4 strichliert dargestellt.
Das Steckergehäuse 414 weist einen Abschnitt 414a auf, der so dimensioniert ist, dass er in den anschlussseitigen Endbereich des Metallmantels 401 mit Boden 402 eingeführt und dort durch Verpressen fixiert werden kann.
Die Explosionsdarstellung der 4 führt noch einmal klar vor Augen, wie einfach die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung herstellbar ist. Die Steckkontakte 408, 409 können in einem einfachen Stanzprozess hergestellt, umgebogen und in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt mit dem Steckergehäuse 414, z.B. in Form des Winkelsteckers, umspritzt werden, so dass eine vorgefertigte Steckerbaugruppe entsteht, aus der die Abschnitte der Steckkontakte 408, 409, mit denen die Verbindung mit dem Heizelement herausragen. Diese Abschnitte sind so starr ausgeführt, dass sie ihr Eigengewicht ohne eine merkliche Verformung tragen und den Stecker entgegen eine längs ihrer Erstreckungsrichtung ausgeübten Kraft abstützen können.
Es muss nun lediglich der Wickelkörper 404 mit der darauf aufgebrachten Heizdrahtwendel 407 in Innenraum 403 des Metallmantels 401 eingeführt werden. Die in 4 nicht dargestellte Isolierstoffüllung in Form eines Pulvers oder Granulats kann in einer ersten Variante des Verfahrens in den Metallmantel 401 geschüttet werden, ehe die Steckerbaugruppe durch den Isolierstoff hindurch in die Bohrungen 405, 406 des Wickelkörpers 404 eingeführt wird.
Eine bevorzugte Alternative besteht aber darin, vor dem Befüllen die Abschnitte der Steckkontakte 408, 409, die in den Bohrungen 405, 406 aufgenommen werden sollen, vor der Befüllung des Metallmantels 401 teilweise in die Bohrungen 405, 406 einzuführen (was grundsätzlich auch schon erfolgen kann, wenn der Wickelkörper 404 noch nicht in den Innenraum 403 des Metallmantels 401 eingeführt ist, in diesem Fall werden die so vorkonfigurierten Komponenten gemeinsam in den Metallmantel 401 eingeführt), dann die Befüllung mit dem nicht dargestellten Isolierstoff vorzunehmen und schließlich die Steckerbaugruppe noch ein Stück weiter in Innenraum 403 des Metallmantels 401 einzuschieben, so dass der Abschnitt 414a des Steckergehäuses 414 zumindest teilweise in den Metallmantel 401 aufgenommen ist.
In einem nachfolgenden Verdichtungsschritt können dann gemeinsam oder sequentiell der elektrische Kontakt zwischen Steckkontakten 408, 409 und Heizelement 407 hergestellt, die Isolierstofffüllung verdichtet und der zugfeste, kraft- und/oder formschlüssige Sitz des hier als Winkelstecker ausgebildeten Steckergehäuses 414 im Metallmantel 401 erreicht werden.
Im Ergebnis erhält man eine aus wenigen Komponenten bestehende Heizvorrichtung 400 mit integriertem Stecker, bei der Kontaktprobleme zwischen Einzelkomponenten weitestgehend vermieden sind.
Die in 5 als Explosionszeichnung dargestellte fünfte Ausführungsform einer Heizvorrichtung 500 ist besonders einfach zusammensetzbar. Zusätzlich zum mit einer Heizdrahtwendel 507 bewickelten Wickelkörper 504 ist hier ein zusätzliches Keramikrohr 515 mit darin enthaltenen Kanälen 516, 517 zum Einführen der Steckkontakte 508, 509 vorgesehen.
Die Steckkontakte 508, 509 weisen jeweils einen Heizwendelkontaktabschnitt 508c, 509c, der im zusammengesetzten Zustand in Bohrungen 505, 506 im Wickelkörper 504 eingesetzt sind und den Kontakt zur Heizdrahtwendel 507 innerhalb des Wickelkörpers 504 herstellen. Ferner weisen sie einen Führungsabschnitt 508b, 509b auf, der im zusammengesetzten Zustand in den Kanälen 516, 517 aufgenommen und dort geführt ist. Am steckseitigen Ende sind die Steckkontakte 508, 509 jeweils mit Kontaktzungen 508a, 509a versehen. Der Führungsabschnitt 508b, 509b ist im Vergleich zum Heizwendelkontaktabschnitt 508c, 509c verbreitert oder verdickt ausgeführt, so dass am Übergang zwischen Führungsabschnitt 508b, 509b und Heizwendelkontaktabschnitt 508c, 509c jeweils ein Anschlag 508d, 509d entsteht. Wenn man einen derartigen Anschlag, der auch auf andere Weise gebildet werden kann und auch ohne die weiteren Merkmale der Ausführungsbeispiels nach 5 eigenständig vorteilhaft ist, am Steckkontakt 508, 509 vorsieht, hat dies den Vorteil, dass die Einführtiefe, also die Länge des Abschnitts des Steckkontakts 508, 509, die in den Wickelkörper 504 eingeführt wird, definiert ist. Dadurch kann auch bei manueller Fertigung eine gute Reproduzierbarkeit der Länge der anschlusseitig überstehenden Abschnitte der Steckkontakte 508, 509 durch Einführen bis zum Anschlag 508d, 509d gewährleistet werden.
Ferner ist ein Steckergehäuse 518 vorgesehen, das einen Verbindungsabschnitt 518a und einen Steckergehäuseabschnitt 518b aufweist und vorzugsweise um die Steckkontakte 508, 509 herumgespritzt wird, so dass zumindest Teile der Kontaktzungen 508a, 509a in einem an die anschlussseitige Stirnseite des Steckergehäuses 518 angrenzenden Hohlraum aufgenommen sind, in den ein Gegenstecker einführbar ist.
Zum Zusammenbau der Heizvorrichtung 500 wird ein mit einem Boden 502 versehener Metallmantel 501 bereitgestellt, in den der mit der Heizdrahtwendel 507 bewickelte Wickelkörper 504 und das Keramikrohr 515 eingeführt werden. Vorzugsweise ist die Länge von Wickelkörper 504 und Keramikrohr 515 so gewählt, dass, wenn diese in ihre Endposition im Metallmantel 501 verbracht wurden, aneinander angrenzen. Ferner gibt in dieser Position vorzugsweise auch die anschlussseitige Grenzfläche des Keramikrohrs 515 die gewünschte Füllhöhe Isolierstofffüllung vor, die anschließend eingefüllt wird. Dadurch ist gewährleitstet, dass im nächsten Schritt die mit dem Steckergehäuse 518 umspritzten Steckkontakte 508, 509 einfach eingeführt werden können.
Zweckmäßigerweise überragt der Metallmantel 501 anschlussseitig das Keramikrohr 515, wenn ein Steckergehäuse 518 mit einem Verbindungsabschnitt 518a vorgesehen ist, während es in den Ausführungsformen ohne einen solchen Verbindungsabschnitt 518a oder ganz ohne Steckergehäuse 518 aber mit einem zusätzlichen Keramikrohr 515 vorteilhaft sein kann, wenn Metallmantel 501 und Keramikrohr 515 anschlussseitig in zusammengesetztem Zustand in derselben Ebene enden. Ein derartiges Überragen ermöglicht es, das Steckergehäuse 518 mit dem Verbindungsabschnitt 518a im Metallmantel 501 während des ohnehin notwendigen Verpressens der Isolierstofffüllung, das auch den elektrischen Kontakt zwischen Heizdrahtwendel 507 und Steckkontakten 508, 509 sicherstellt, zu fixieren.
6 zeigt einen Querschnitt durch ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektrische Heizvorrichtung 600 gemäß 6 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Kontakt zwischen den Steckkontakten 608, 609 und der Heizdrahtwendel 607 indirekt über Hilfsdrähte 612, 613 erfolgt, die statt eines Abschnitts der Steckkontakte 608, 609 in den Bohrungen 605, 606 des Wickelkörpers 604 angeordnet sind.
Der Kontakt zwischen Steckkontakten 608, 609 und Hilfsdrähten 612, 613 wird dabei hergestellt, indem die dem Wickelkörper zugewandten Enden der Steckkontakte 608, 609 und die anschlussseitigen Enden der Hilfsdrähte 612, 613 in Bohrungen 621, 622 eines Keramikröhrchens 623 jeweils einander überlappend eingeführt sind und dann durch Verpressen in Kontakt miteinander gebracht sind. Eine Kontaktierung durch Verpressen ist bei Niederspannungsanwendungen besonders vorteilhaft, weil damit die Effekte von Kontaktwiderständen reduziert werden können. Zusätzlich kann optional ein Verschweißen von Hilfsdrähten 612, 613 und Steckkontakten 608, 609 erfolgen.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Zwischenstadiums bei der Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung, das insbesondere bei der Herstellung der elektrischen Heizvorrichtungen gemäß 1 bis 3 und 6 auftreten kann. Die in 7 dargestellte Vorstufe 700 einer solchen elektrischen Heizvorrichtung erhält man, wenn man die Steckkontakte 708, 709 über ein Verbindungsstück 710 miteinander verbunden bereitgestellt werden, also beispielsweise gemeinsam gestanzt werden. Dadurch wird es einerseits möglich, alle Steckkontakte in einem Verfahrensschritt einzuführen, andererseits wird sichergestellt, dass die Steckkontakte 708, 709 relativ zueinander exakt positioniert sind und insbesondere genau gleich weit aus dem Metallmantel 701 herausragen.
Um eine funktionsfähige elektrische Heizvorrichtung zu erhalten, müssen die Steckkontakte 708, 709 dann noch in einem späteren Verfahrensschritt, der insbesondere am Ende des Herstellungsverfahrens durchgeführt werden kann, durch Entfernen des Verbindungsstücks 710 voneinander getrennt werden.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn man statt das Zwischenstadium gemäß 7 herzustellen einen Herstellungsprozess wählt, der zu dem in 8 gezeigten Zwischenstadium, das ebenfalls insbesondere bei den in den 1 bis 3 und 6 dargestellten Ausführungsformen elektrischer Heizvorrichtungen auftreten kann, führt. Die in 8 dargestellten Vorstufe 800 einer solchen elektrischen Heizvorrichtung mit Metallmantel 801 erhält man, wenn man die Steckkontakte 808, 809 über ein Verbindungsstück 810 miteinander verbunden bereitgestellt werden, das den Rohling darstellt, aus dem zu einem späteren Zeitpunkt des Verfahrens die gewünschten Kontaktzungen gestanzt werden.
Die nach diesem Stanzschritts hergestellte elektrische Heizvorrichtung 850 ist in 8b dargestellt. Sie unterscheidet sich von der Vorstufe 800 dadurch, dass aus dessen Verbindungsstück 810 Kontaktzungen 808a, 809a ausgestanzt wurden, so dass die Steckkontakte 808, 809 nicht länger miteinander verbunden sind. Ebenfalls dargestellt ist der bei diesem Stanzschritt entstehende Stanzabfall 860.
Dadurch wird es nicht nur einerseits möglich, alle Steckkontakte in einem Verfahrensschritt einzuführen, während andererseits sichergestellt wird, dass die später gestanzten Steckkontakte 808, 809 relativ zueinander exakt positioniert sind und insbesondere genau gleich weit aus dem Metallmantel 801 herausragen, sondern die entsprechende Baugruppe kann in Großserie hergestellt werden und dann durch einen abschließenden zweiten Stanzschritt leicht an die Anforderungen unterschiedlicher Kunden oder Einsatzumgebungen angepasst werden.
Bezugszeichenliste

100, 200, 300, 400, 500, 600, 850: elektrische Heizvorrichtung
101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801: Metallmantel
102, 202, 302, 402, 502, 602: Boden
103, 203, 303, 403, 503, 603: Innenraum
104, 204, 304, 404, 504, 604: Wickelkörper
105, 106, 205, 206, 305, 306, 621, 622 405, 406, 505, 506, 605, 606: Bohrung
107, 207, 307, 407, 507, 607: Heizdrahtwendel
108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609, 708, 709: Steckkontakt
108a, 109a, 208a, 209a, 308a, 309a, 408a, 409a, 508a, 509a, 608a, 609a, 708a, 709a, 808a, 809a: Kontaktzunge des Steckkontakts
108b, 109b, 208b, 209b, 308b, 309b, 508b, 509b: im Innenraum des Metallmantels angeordneter Abschnitt des Steckkontakts
108c, 109c, 508c, 509c: in den Wickelkörper eingeführter Abschnitt des Steckkontakts
110, 111, 210, 211, 310, 311: Kontaktstellen
212, 213, 312, 313, 612, 613: Hilfsdraht
212a, 213a, 312a, 313a: in den Wickelkörper eingeführter Abschnitt des Hilfsdrahts
414: Steckergehäuse
414a: Abschnitt
508d, 509d: Anschlag
516, 517: Kanäle
518: Steckergehäuse
518a: Verbindungsabschnitt
518b: Steckergehäuseabschnitt
623: Keramikröhrchen
700, 800: Vorstufe einer elektrischen Heizvorrichtung
710, 810: Verbindungsstück
860: Stanzabfall

Claims

Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mit einem einen Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) definierenden Metallmantel (101, 201, 301, 401, 501, 601), mit mindestens einem im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordneten, gegenüber dem Metallmantel (101, 201, 301, 401, 501, 601) durch eine Isolierstofffüllung elektrisch isolierten elektrischen Heizelement und mit elektrischen Anschlüssen für das mindestens eine elektrische Heizelement, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektrischer Anschluss ein einstückig ausgeführter Steckkontakt (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) ist, der einen im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordneten Abschnitt (108b, 109b, 208b, 209b, 308b, 309b, 508b, 509b, 608a, 608b) mit einer im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordneten Kontaktstelle (110, 111, 210, 211, 310, 311) aufweist, an der der Steckkontakt (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) mit dem elektrischen Heizelement direkt oder über einen Hilfsdraht (212, 213, 312, 313, 612, 613) leitend verbunden ist.
Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche elektrischen Anschlüsse einstückig ausgeführte Steckkontakte (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) sind, die jeweils einen im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordneten Abschnitt (108b, 109b, 208b, 209b, 308b, 309b, 508b, 509b, 608b, 609b) mit einer im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordneten Kontaktstelle (110, 111, 210, 211, 310, 311) aufweisen, an der der Steckkontakt (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) mit dem elektrischen Heizelement leitend verbunden ist.
Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstelle (110, 111, 210, 211, 310, 311) in die Isolierstofffüllung eingebettet ist.
Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstofffüllung zumindest an der Stelle, an der die Kontaktstelle (110, 111, 210, 211, 310, 311) in sie eingebettet ist, verdichtet ist.
Elektrische Heizvorrichtung (100, 400, 500) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement eine auf einen Wickelkörper (104, 404, 504) gewickelte Heizdrahtwendel (107, 407, 507) ist, deren Enden in Bohrungen des Wickelkörpers (104, 404) eingeführt sind, dass jeweils ein Abschnitt eines Steckkontakts (108c, 109c, 508c, 509c) ebenfalls in die Bohrung des Wickelkörpers (104, 404, 504) eingeführt ist, und dass die leitende Verbindung zwischen Steckkontakt (108, 109, 408, 409, 508, 509) und elektrischem Heizelement an der Kontaktstelle durch Verpressen dieses eingeführten Abschnitts (108c, 109c, 508c, 509c) des Steckkontakts (108, 109, 508, 509) mit dem dort eingeführten Ende der Heizdrahtwendel (107, 407, 507) erzeugt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Verbindung zwischen Steckkontakt (308, 309) und elektrischem Heizelement an der Kontaktstelle (310, 311) durch Verschweißen erzeugt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Verbindung zwischen Steckkontakt (208, 209) und elektrischem Heizelement an der Kontaktstelle (210, 211) durch Vercrimpen erzeugt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (200, 300, 600) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Verbindung zwischen Steckkontakt (208, 209, 308, 309, 608, 609) und elektrischem Heizelement über einen Hilfsdraht (212, 213, 312, 313, 612, 613) erfolgt, der an der Kontaktstelle (210, 211, 310, 311) mit dem Steckkontakt (208, 209, 308, 309) in elektrischem Kontakt steht, dass das elektrische Heizelement eine auf einen Wickelkörper (204, 304, 604) gewickelte Heizdrahtwendel (207, 307, 607) ist, deren Enden in Bohrungen (205, 206, 305, 306, 605, 606) des Wickelkörpers (204, 304, 604) eingeführt sind, dass jeweils ein Abschnitt des Hilfsdrahts (211a, 212a, 311a, 312a) ebenfalls in die Bohrung (205, 206, 305, 306, 605, 606) des Wickelkörpers (204, 304, 604) eingeführt ist, und dass die leitende Verbindung zwischen Hilfsdraht (211, 212, 311, 312, 611, 612) und elektrischem Heizelement in der Bohrung (205, 206, 305, 306, 605, 606) durch Verpressen dieses eingeführten Abschnitts (211a, 212a, 311a, 312a) des Hilfsdrahts (211, 212, 311, 312) mit dem dort eingeführten Ende der Heizdrahtwendel erzeugt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt des Steckkontakts (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609), der außerhalb des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) angeordnet ist, mit einem um ihn herumgespritzten Steckergehäuse (414, 518) versehen ist.
Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (414) auch um einen Abschnitt des Metallmantels (101, 201, 301, 401) herumgespritzt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (414, 518) einen Abschnitt (414a, 518) aufweist, der in das Innere des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501) aufgenommen ist und dort verpresst ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung (100, 200, 300, 400, 500, 600) mit den Schritten Bereitstellen eines einen Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) definierenden Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601), eines elektrischen Heizelements und mindestens eines einstückig ausgeführten Steckkontakts (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609), der einen im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) anordnenbaren Abschnitt aufweist, Anordnen des elektrischen Heizelements im Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601), Herstellen eines elektrischen Kontakts an Kontaktstellen zwischen Steckkontakt (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) und elektrischem Heizelement, Einführen eines Abschnitts des Steckkontakts (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) in den Innenraum (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601), Befüllen des Innenraums (103, 203, 303, 403, 503, 603) des Metallmantels (101, 201, 301, 401, 501, 601) mit einem bevorzugt in Form eines Pulvers oder Granulats vorliegenden Isolierstoff und zumindest abschnittsweises Verdichten dieses Isolierstoffs zumindest im Bereich der Kontaktstellen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das bereitgestellte elektrische Heizelement als mit einem Heizdraht bewickelter Wickelkörper (104, 204, 304, 404, 504, 604), in dem – vorzugsweise zwei – Bohrungen (105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406, 505, 506, 605, 606) angeordnet wurden, in die die Enden des Heizdrahts aufgenommen sind, ausgeführt ist, wobei die Bohrungen (105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406, 505, 506, 605, 606) so groß sind, dass sie das Einführen eines Teils des im Metallmantel anordnenbaren Abschnitts des Steckkontakts (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) oder eines Hilfsdrahtes (212, 213, 312, 313, 612, 613), der mit diesem Abschnitt vercrimpt oder verschweißt wurde, erlauben.
Verfahren nach Anspuch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Verdichten der Steckkontakt zumindest in einem Teilbereich, insbesondere der Kontaktzunge, des Steckkontakts (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) umspritzt wird, so dass ein den oder die Steckkontakte (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) zumindest abschnittsweise umgebendes Steckergehäuse (414, 518) entsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Steckkontakte (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) miteinander verbunden bereitgestellt werden zustellen und erst in einem späteren Verfahrensschritt, insbesondere am Ende des Verfahrens, getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung der Kontaktzungen der Steckkontakte (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) erst nach dem Herstellen einer elektrischen Verbindung der Steckkontakte (108, 109, 208, 209, 308, 309, 408, 409, 508, 509, 608, 609) mit dem Heizelement erfolgt.