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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Fluidvorwärmeinheit, die dazu bestimmt ist, in einer Leitung oder einem Behälter eines zu erwärmenden Fluids befestigt zu werden. Das Fluid kann Luft sein, zum Beispiel Speiseluft eines Motors, oder eine Flüssigkeit oder ein Gas, die/das in einem Behälter enthalten ist oder in einer Leitung oder in einem Behälter fließt.
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Stand der Technik
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Es gibt bereits Heizelemente wie Glühkerzen, die dazu bestimmt sind, den Brennraum eines Dieselmotors vorzuwärmen und den Start des Motors zu unterstützen/zu erlauben.
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Eine solche Glühkerze ist in 4 dargestellt, und ihr Einbau zur Vorwärmung eines Fluids ist in 5 dargestellt.
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Gemäß 4 besteht das Heizelement 1 in Form einer Glühkerze aus einem Glühstift, der ein rohrförmiges Element 11 ist, in dem ein Heizwiderstand untergebracht ist, um die metallische Hülle zu erwärmen, die strahlt und die Umgebung erwärmt.
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Das Heizelement 1 endet im oberen Bereich durch einen Anschlussstift 12, der in einen Kerzenverbinder 13 eintritt, wobei die Einheit ebenfalls mit einem Kerzenkörper 14 versehen ist, der in das Gehäuse des Motors geschraubt wird. Im Fall eines Automobilherstellers nimmt der Kerzenverbinder 13 den bestimmten Verbinder 15 des Kunden auf (5).
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Der Kerzenkörper 14 weist eine Dichtung 16 auf, und er ist vom Kerzenverbinder 13 durch eine Isolierscheibe 17 getrennt.
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5 ist eine sehr schematische Schnittansicht eines Gehäuses 20, das eine Kammer eines zu erwärmenden Fluids 21 begrenzt. Dieses Gehäuse (Behälter, Leitung) ist mit mehreren, zum Beispiel zwei, Glühstiften 1 oder Glühelementen versehen, die teilweise in die Kammer des Fluids 21 münden.
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Diese Heizelemente sind gleich den oben beschriebenen ; sie müssen einzeln mit der Stromversorgung an der Quelle verbunden und über ihren Körper 14 in das Gehäuse 20 geschraubt werden.
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Ziel der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine einfache Einrichtung zu entwickeln, die es ermöglicht, Heizelemente von der Art Glühkerzen in eine Leitung oder einen Behälter einzubauen, um ein Fluid zu erwärmen.
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Darlegung und Vorteile der Erfindung
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Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Fluidvorwärmeinheit zum Gegenstand, die dazu bestimmt ist, an einer Leitung oder einem Behälter eines zu erwärmenden Fluids befestigt zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält:
- – mindestens zwei Heizelemente, die je aus einem Metallrohr bestehen, das einem Ende geschlossen ist, und in dem ein Heizwiderstand untergebracht ist, um in das Fluid eingetaucht zu werden, wobei dieses Rohr an seinem Mündungsende (Kopfteil) in einem Ausgangsanschlussstift endet, der mit der Stromversorgung verbunden ist, wobei das Rohr selbst mit einem Ende des Widerstands verbunden ist, um an Masse gelegt zu werden,
- – eine elektrisch leitende Verbindungsplatte,
* die mit Aufnahmen, um je den Kopfteil eines Rohrs aufzunehmen, und mit Befestigungseinrichtungen versehen ist, um mit der Leitung/dem Behälter verbunden zu werden,
- – eine elektrisch isolierende Platte, die die Aufnahmen der Kopfteile der Rohre bedeckt und von den Anschlussstiften der Heizelemente durchquert wird,
- – eine Anschlussleiste über der elektrisch isolierenden Platte, an der die Anschlussstifte befestigt sind, wobei diese Leiste einen Netzstecker hat, und
- – eine Überformung, die die Leiste und die elektrisch isolierende Platte bedeckt, um an der Verbindungsplatte befestigt zu werden, indem der Netzstecker vorstehen gelassen wird.
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Die erfindungsgemäße Vorwärmeinheit hat den Vorteil, die Montage von Glühelementen in eine Leitung oder einen Behälter zu erleichtern, indem der Anschluss vereinfacht wird, da es einen einzigen Verteiler für die Vorwärmeinheit gibt, unabhängig von der Anzahl von diese Einheit bestückenden Heizelementen, d.h. der Anzahl abhängig von der Leistung, die diese Vorwärmeinheit liefern soll. Ihr Einbau in die Leitung oder den Fluidbehälter ist ebenfalls sehr einfach, da es nur eine einzusetzende und zu befestigende Vorrichtung gibt.
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Die gleiche einfache Anwendung findet sich bei der Wartung im Fall einer Störung für den Austausch eines Heizelements oder der gesamten Vorwärmeinheit.
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Der Platzbedarf der Einheit ist ebenfalls stark reduziert, und die Einheitlichkeit der Vorwärmeinheit anstelle vieler einzubauender Glühelemente vereinfacht ebenfalls die Ausführung der Infrastruktur, die diese Vorwärmeinheit aufnimmt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal weist die Verbindungsplatte Schächte auf, die die Aufnahmen für die Kopfteile der verschiedenen Heizelemente bilden.
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Diese Verbindungsplatte mit Schächten, und insbesondere, wenn diese Schächte in einer Überdicke der Platte hergestellt sind, die außerdem Befestigungslaschen und eine Überformrille im Umfang der Überdicke hat, erleichtert das Einsetzen des Kopfteils der Heizelemente und insbesondere die feste Befestigung dieser Heizelemente durch eine Schweißverbindung oder durch eine Presseinpassung, was gleichzeitig die Dichtheit und die Druckfestigkeit sowie das an Masse legen mittels der elektrisch leitende Verbindungsplatte gewährleistet.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal sind die Anschlussstifte an die Anschlussleiste geschweißt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal sind die Heizelemente in Reihe oder gemäß einer zweidimensionalen Anordnung auf oder in der Verbindungsplatte verteilt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist die elektrisch leitende Platte aus Metall.
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Die Erfindung hat ebenfalls ein Herstellungsverfahren einer solchen Vorwärmeinheit zum Gegenstand, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
- – eine elektrisch leitende Platte mit Aufnahmen zur Aufnahme der Heizelemente hergestellt wird, die je aus einem Metallrohr bestehen, dessen eines Ende geschlossen ist und dessen anderes Ende den Kopfteil bildet, aus dem ein bezüglich des Rohrs isolierter Anschlussstift austritt,
- – der Kopfteil der Heizelemente so in den Aufnahmen der Verbindungsplatte befestigt wird, dass die Anschlussstifte über die Platte vorstehen,
- – die Platte und die Heizelemente mit einer elektrisch isolierenden Platte bedeckt werden, indem nur die Anschlussstifte durchgelassen werden,
- – dann die elektrisch isolierende Platte mit einer Anschlussleiste bedeckt wird, die an die Anschlussstifte geschweißt wird, und ein einziger Netzstecker auf der Anschlussleiste eingebaut wird,
- – die Anschlussleiste, die elektrisch isolierende Platte und die Verbindungsplatte um ihren die Kopfteile der Heizelemente aufnehmenden Teil mit einer elektrisch isolierenden Überformung bedeckt werden, indem der einzige Netzstecker vorstehen gelassen wird.
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Dieses Herstellungsverfahren ist äußerst einfach, sowohl bei der Herstellung der die Vorwärmeinheit bildenden Bestandteile, als auch bei ihrem Zusammenbau.
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Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlicher mit Hilfe einer Ausführungsform einer Fluidvorwärmeinheit und ihres in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Fertigungsverfahrens beschrieben, in denen:
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1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Vorwärmeinheit ist,
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2 ein Einbaubeispiel der Vorwärmeinheit der 1 in eine Fluidleitung ist,
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die 3A–3F die verschiedenen Schritte des Fertigungsverfahrens einer erfindungsgemäßen Fluidvorwärmeinheit zeigen,
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4 eine schematische Ansicht einer Glühkerze gemäß dem Stand der Technik ist,
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5 den Einbau von zwei Glühkerzen in ein Fluidgehäuse gemäß dem derzeitigen Stand der Technik zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
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Gemäß 1 hat die Erfindung eine Fluidvorwärmeinheit 100 zum Gegenstand, die dazu bestimmt ist, an einer Leitung oder einem Behälter eines zu erwärmenden Fluids befestigt zu werden. Die Vorwärmeinheit 100 besteht aus einer elektrisch leitenden Verbindungsplatte 110, in der Heizelemente 120 gehalten werden.
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Gemäß den 1 und 3A besteht ein Heizelement 120 aus einem Metallrohr 121, das an einem Ende 122 (unteres Ende) geschlossen ist und dessen anderes Mündungsende oder Kopfteil 123 einen positiven Versorgungsstift 124 hat, der vorsteht. Das Heizelement 120 nimmt einen Heizwiderstand auf, von dem ein Ende am Metallrohr 121, 122 befestigt und das andere mit dem positiven Versorgungsstift 124 verbunden ist. Die Spannungsversorgung dieses Heizelements 120 erfolgt durch den Versorgungsstift 124, und die Rückkehr erfolgt über das an Masse gelegte metallische Heizrohr.
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Die Verbindungsplatte 110 formt Aufnahmen oder Schächte 112, die aus Durchgangsbohrungen mit einem Durchmesser im Wesentlichen gleich demjenigen des Kopfteils der Heizelemente 120 bestehen, um sie aufzunehmen und quer zu halten.
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Tatsächlich hat die Verbindungsplatte 110 eine Überdicke 111, in die die Schächte 112 eingefügt sind, die so eine gute Länge für ihren Halt der Heizelemente 120 haben. Jenseits der Überdicke 111 hat die Verbindungsplatte Befestigungslaschen 113, die von Schraublöchern 116 durchquert werden. Der Umfang der Verbindungsplatte 110 weist eine Überformrille 114 auf, und die Unterseite der Platte hat eine Rille 115, die die Fläche der Einbaustelle der Schächte 112 umgibt, um bei ihrer Verbindung mit der Leitung oder dem Behälter eine Dichtung aufzunehmen, um die Dichtheit zu gewährleisten.
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Die Platte 110 ist mit einer elektrisch isolierenden Platte 130 bedeckt, die von den Versorgungsstiften 124 der Heizelemente 120 durchquert wird. Die Isolierplatte 130 wird selbst von einer elektrischen Anschlussleiste 140 bedeckt, die mit den Anschlussstiften 124 verbunden ist. Diese Stifte 124 sind insbesondere an die Anschlussleiste 140 geschweißt.
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Die Seite der Anschlussleiste 140 entgegengesetzt zu derjenigen der Anschlussstifte 124 weist einen Netzstecker 142 auf, der übersteht.
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Die Einheit wird von einer Überformung 150 bedeckt, die den Netzstecker 142 vorstehen lässt, aber die elektrische Anschlussleiste 140 und die Isolierplatte 130 bedeckt, um sich in der Rille 114 unter dem Rand der Verbindungsplatte 110 festzuklammern.
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Die oben beschriebene Fluidvorwärmeinheit 100 kann auf oder gegen die Wand eines Behälters oder auf oder gegen die Wand einer Flüssigkeitsleitung 200 eingebaut werden, wie es 2 zeigt. Die Befestigung der Vorwärmeinheit 100 erfolgt mittels ihrer Verbindungsplatte 110 und von der Leitung oder dem Behälter getragenen Bolzen 116, die die Schraublöcher 117 durchqueren und die Verbindungslaschen 113 der Vorwärmeinheit 100 aufnehmen, mit dem Einsetzen einer Dichtung in der Rille 115.
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Die Heizelemente 120 sind in der Verbindungsplatte 110 gemäß einer linearen oder versetzten Anordnung oder allgemeiner in den zwei Richtungen der Ebene der Verbindungsplatte 110 verteilt, um so wirksam wie möglich in das vorzuwärmende Milieu einzutauchen, das in der Leitung oder dem Behälter enthalten ist oder darin fließt.
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In dieser Einheit 100 sind die rohrförmigen Heizelemente 120 im Wesentlichen lotrecht zur Ebene der Verbindungsplatte 110 ausgerichtet.
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Die 3A–3F zeigen die verschiedenen Herstellungsschritte der oben beschriebenen Fluidvorwärmeinheit 100.
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So zeigt 3A die Herstellung der Verbindungsplatte 110 mit den Durchbohrungen, die Schächte 112 in der Überdicke 111 der Platte bilden, um den Kopfteil 123 der getrennt hergestellten rohrförmigen Elemente 120 aufzunehmen. Diese rohrförmigen Elemente 120 werden vorzugsweise hergestellt, um eine gleichmäßige elektrische Leistung zu haben, um durch die Kombination einer geeigneten Anzahl von Heizelementen 120 die für die Vorwärmeinheit 100 gewünschte Leistung zu erhalten. Die Heizelemente 120 sind durch ihren Kopfteil 123 in die Schächte 112 der Verbindungsplatte 110 eingeführt, indem sie durch Kleben oder Presseinpassung oder auch durch Schweißen oder Überformung fest mit der Verbindungsplatte 110 verbunden werden. Der Zusammenbau muss eine Dichtheit bei einem bestimmten Druck, zum Beispiel 10 Bar, zwischen den Heizelementen 120 und der Verbindungsplatte 110 gewährleisten und gleichzeitig eine gute Leitfähigkeit des elektrischen Stroms zwischen den Rohren 121 der Heizelemente 120 und der Verbindungsplatte 110 für die elektrische Masserückleitung gewährleisten.
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Die Anzahl von Heizelementen hängt von der für die Vorwärmeinheit 100 gewünschten Leistung ab.
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Nach dem Einsetzen der Heizelemente 120 in die Verbindungsplatte 110 wird die in 3B dargestellt Einheit erhalten.
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Der folgende Schritt (3C) besteht darin, die elektrisch isolierende Platte 130 einzusetzen, um die Oberseite der Kopfteile 123 der Heizelemente 120 zu bedecken und nur die elektrischen Anschlussstifte 124 jedes der Heizelemente 120 diese elektrisch isolierende Platte durchqueren zu lassen, wobei die Masserückleitung durch den Kontakt zwischen der metallischen Hülle 121 jedes Heizelements 120 und der elektrisch leitenden Verbindungsplatte 110, insbesondere eine Platte aus Metall, erfolgt. Das Isolierplättchen 130 garantiert die elektrische Isolierung zwischen der anschließend eingebauten Anschlussleiste 140 und den Rohren 121 der Heizelemente, die die Masserückleitung durch die Verbindungsplatte 110 gewährleisten. Die Isolierplatte 130 muss zeitlich konstanten Betriebstemperaturen in der Größenordnung von 150 bis 180°C standhalten.
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Gemäß 3D besteht der folgende Schritt darin, die Anschlussleiste 140 auf die Mündungsenden der Anschlussstifte 124 jedes der Heizelemente einzubauen. Diese Stifte 124 sind in die Anschlussleiste 140 eingeführt und an dieser befestigt, zum Beispiel durch Schweißverbindungen 141. Nach dem Schweißen der Stifte 124 an die Leiste 140 durch Schweißverbindungen 141 wird der gemeinsame Netzstecker 142 eingebaut, indem er an die Leiste 140 geschweißt wird. Die Schweißverbindungen können Laserschweißverbindungen, WIG-Schweißverbindungen, oder auch Punktschweißverbindungen sein. Die Schweißverbindungen dürfen die umgebenden Bauteile nicht beschädigen. Die so hergestellte Einheit (3E) ist bereit, die Isolierungsüberformung 150 aufzunehmen, die gemäß 3F am Umfang der Verbindungsplatte 110 an der Überformrille 114 eingerastet wird, die einen hinterschnittenen Teil formt, um eine dauerhafte Kopplung zwischen dem Verbund der Überformung und der Verbindungsplatte 110 zu gewährleisten.
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Die von der Überformung geformte Isolierhaube 150 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Verbundmaterial, um eine dichte Einschließung zu erzeugen, die zeitlich die Stromversorgungsfunktion der Anschlussklemmen mittels des Netzsteckers 142 und der elektrischen Anschlussleiste 140 unter Vermeidung der Kurzschlüsse mit Elementen außerhalb der Vorwärmeinheit 100, Reinigungsfluiden des Motors, Bremsflüssigkeit oder Motoröl zu garantieren. Die Überformung 150 umfasst die Gesamtheit der Bauteile und dichtet das System im Bereich der Überformrille 114 und des Netzsteckers 142 ab. So aufgebaut, kann die Vorwärmeinheit 100 in einer beliebigen Stellung eingebaut werden, ohne eine Fehlfunktion zu befürchten.
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Die Fluidvorwärmeinheit 100 ist dann fertig und bereit, um an eine Leitung oder einen Behälter angefügt zu werden.
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Diese Vorwärmeinheit 100 ermöglicht es, verschiedene Vorwärmleistungen zu haben, je nach der Anzahl und der Einzelleistung jedes in die Vorwärmeinheit 100 integrierten Heizelements 120. Indem die Fertigung standardisiert wird, ist es so möglich, einen sehr großen Bereich von Heizleistungen mit Standard-Heizelementen abzudecken.
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Praktisch sind die Heizelemente für die üblichen Gleichspannungen von 6, 12, 18, 24 und 48 Volt vorgesehen. Die Versorgung mit 12 Volt ist die häufigste. Im Fall einer Versorgung mit unter 12 Volt ist die Vorwärmeinheit 100 vorgesehen, um Leistungen von 1 000 bis 1 200 W für vier Vorwärmelemente zu liefern, wenn diese Elemente konzipiert sind, um eine Einzelleistung in der Größenordnung von 250 bis 300 W zu liefern. Die Startstromstärke einer Vorwärmeinheit von vier Elementen von 300 W beträgt etwa 130 A während einiger Zehntelsekunden, dann fällt diese Stromstärke auf 40 A, was sich nach einigen Betriebssekunden schnell stabilisiert.
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Diese Vorwärmeinheit kann von ihrer Stromversorgung gesteuert werden, zum Beispiel mit Hilfe von zusätzlichen Ausrüstungen wie einem Thermostat vor und/oder hinter dem zu erwärmenden Fluid bezüglich der Stellung der Vorwärmeinheit.
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Die erfindungsgemäße Fluidvorwärmeinheit 100 wird vorteilhafterweise bei rohrförmigen Leitungen oder Behältern angewendet, d.h. ebenen oder gekrümmten Flächen, für viele Anwendungen wie die Vorwärmung der Hydraulikflüssigkeit von Tiefbaumaschinen wie Baggern oder dergleichen, um die Benutzungstemperatur der Hydraulikflüssigkeit vor dem Start des Hauptmotors schnell zu erreichen, oder auch für die Vorwärmung der Hydraulikflüssigkeit der Hochdruckaggregate von Industriemaschinen, oder auch für das Warmhalten oder Frostfreihalten eines zentralen Heizkreislaufs, wenn der Heizkessel deaktiviert ist, oder auch auf dem Lebensmittelsektor zum Vorwärmen von Speiseöl oder Wasser.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls den Automobilsektor zum Vorwärmen einer Kühlflüssigkeit, zur Beschleunigung des Temperaturanstiegs der Abgase für den optimalen Betrieb des Partikelfilters, oder auch zur zusätzlichen Erwärmung mit Luftumwälzung der Lastwagenkabinen und von Kleintransportern, ohne dass diese Beispiele in irgendeiner Weise einschränkend wären.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- übliche Glühkerze
- 11
- rohrförmiges Element
- 12
- Anschlussstift
- 13
- Kerzenverbinder
- 14
- Kerzenkörper
- 15
- Kunden-Verbinder
- 16
- Dichtung
- 17
- Isolierscheibe
- 20
- Gehäuse
- 21
- Umschließung für zu erwärmendes Fluid
- 22
- Befestigungsverschraubung
- 100
- Fluidvorwärmeinheit
- 110
- Verbindungsplatte
- 111
- schachtförmige Überdicke
- 112
- Schacht
- 113
- Befestigungslasche
- 114
- Überformrille
- 115
- eine Dichtung aufnehmende Rille
- 116
- Bolzen/Schraube
- 120
- Heizelement
- 121
- Metallrohr
- 122
- unteres Ende (Schweißzone Widerstand/Rohr)
- 123
- Kopfteil/Rohr
- 124
- positiver Anschlussstift
- 130
- elektrisch isolierende Platte
- 140
- Anschlussleiste
- 141
- Schweißverbindung Stift/Leiste
- 142
- gemeinsamer Netzstecker
- 150
- Überformung
- 200
- Leitung/Flüssigkeitsbehälter
