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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für Fluide, insbesondere Kraftstoffe, Schmierstoffe und/oder Harnstofflösungen. Derlei Heizvorrichtungen werden in der Praxis eingesetzt, um eine mit niederen Umgebungs- oder Betriebstemperaturen einhergehende Viskositätszunahme, einem Ausflocken von Paraffinen bei Dieselkraftstoffen bzw. einem unerwünschten Gefrieren der Fluide entgegenzuwirken.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2009 058 159 A1 zeigt eine Filtereinrichtung für ein Fluid, die mit einer elektrischen Heizvorrichtung zum Erwärmen des Fluids versehen ist. Die Heizvorrichtung weist Heizbahnen auf, die zwischen zwei Trägerfolien einlaminiert sein können, um diese vor zerstörerischen chemischen und physikalischen Einflüssen des Fluids zu schützen. Außerhalb des Betriebs der Heizvorrichtung kann das im und um das Filterelement angeordnete Fluid jedoch ggf. gefrieren und die Heizfolie durch einen damit einhergehenden Gefrierdruck des Fluids zerstört werden. Darüber hinaus bieten die Trägerfolien, insbesondere im Bereich der elektrischen Kontakte der Heizbahnen und insbesondere bei Hochdruckanwendungen, einen nur unzureichenden Schutz gegenüber einem Eindringen des Fluids und einer Beschädigung der Heizbahn.
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Aus der
DE 10 2012 212 782 A1 ist ein Fluidfilterelement mit einer Heizvorrichtung für das Fluid bekannt geworden, bei dem ein als Heizbahn ausgebildetes elektrisches Widerstandsheizelement direkt in ein Kunststoff-Stützelement des Filterelements eingespritzt ist. Diese Heizvorrichtung weist eine nur bedingt definierbare Wärmeabgabeleistung auf und kann nur spezifisch bei dem einen Filterelement eingesetzt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Heizvorrichtung anzugeben, die zwar konstruktiv einfach ausgebildet ist, aber dennoch eine wohldefinierte Heizleistung erbringt und weitestgehend inert gegen chemische und physikalische Einflüsse ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die Heizvorrichtung zeichnet sich durch den Einsatz einer flexibel verformbaren Heizfolie, wie diese am Markt vorkonfektioniert frei erhältlich sind, durch niedrige Herstellungskosten und ein hochflexibles Design aus. So kann die Heizvorrichtung insgesamt mit einer ebenen, einer gebogenen, ringförmigen, bananenförmigen oder auch welligen Formgebung realisiert werden und so an beliebige Einbauräume angepasst werden. Darüber hinaus erlaubt der Einsatz der standardisierten Heizfolien eine enge Tolerierung der Heizleistung der Heizvorrichtung.
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Dadurch, dass die Heizfolie zwischen den beiden flächigen Wärmeleitelementen angeordnet und mit diesen gemeinsam in der Kunststoffschicht vergossen ist, ergibt sich ein insgesamt formstabiler Sandwichaufbau der Heizvorrichtung in Form eines Flächenheizelements. Die beiden Wärmeleitelemente gewährleisten dabei eine gleichmäßigere Wärmeabgabe über die Oberfläche der Heizvorrichtung. Durch die Kunststoffschicht sowie die beiden Wärmeleitelemente kann die Heizfolie vor einer mechanischen Überbeanspruchung, beispielsweise durch einen Gefrierdruck des Fluids, zuverlässig geschützt werden. In gleicher Weise kann durch die Kunststoffschicht, d. h. die Kunststoffummantelung der Heizvorrichtung, ein Eindringen des Fluids selbst bei hohem Betriebsdrücken im Bereich der elektrischen Kontakte der Heizfolie zuverlässig unterbunden werden. Die stromführenden Heizelemente, insbesondere in Form von Widerstandsheizelementen, sind dadurch optimal vor chemischen und physikalischen Einflüssen des aufzuwärmenden Fluids geschützt. Die Kunststoffschicht kann unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft aus einem Thermoplasten bestehen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Heizvorrichtung eine oder mehrere Durchströmöffnung(en) für das aufzuheizende Fluid auf. Eine solche Durchströmöffnung ermöglicht eine Durchströmung der Heizvorrichtung in einer zur Oberfläche des Flächenheizelements schräg verlaufenden Strömungsrichtung. Dadurch weist das Flächenheizelement ein nochmals breiteres Einsatzspektrum auf und kann beispielsweise bei einem Filterelement zum Filtern des Fluids eingesetzt werden.
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Die elektrischen Kontakte der Heizfolie können nach der Erfindung jeweils mit einem elektrischen Steckverbinder verbunden sein, der in der Kunststoffschicht teilweise eingebettet ist. Dadurch kann ein mechanisch stabiler Anschluss für ein Kupplungsteil eines elektrischen Anschlusskabels realisiert werden.
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Besonders bevorzugt ist der Kunststoffschicht ein Verbindungsmittel für das vorgenannte Kupplungsteil des elektrischen Anschlusskabels angeformt. Das Verbindungsmittel kann in Form eines oder mehrerer Rastmittel zum Verrasten des Kupplungsteils ausgebildet sein. Das Verbindungsmittel ist bevorzugt integraler Bestandteil der Kunststoffschicht und kann gemeinsam mit dieser im Wege eines Spritzgussverfahrens auf kostengünstige Weise erzeugt werden.
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Zur nochmals weiter verbesserten Abdichtung des Flächenheizelements im Bereich seiner elektrischen Kontakte hat es sich als vorteilhaft ergeben, wenn das Flächenheizelement ein Dichtungselement aufweist, mittels dessen das Kupplungsteil abdichtbar ist. Das Dichtungselement kann im konstruktiv einfachsten Fall als ein gummielastisch verformbarer O-Ring ausgeführt sein. Die Heizvorrichtung weist in diesem Fall vorteilhaft eine an der Kunststoffschicht angeformte Schulter und/oder eine Ringnut auf, an der das Dichtungselement dichtend abgestützt ist.
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Die beiden Wärmeleitelemente bestehen vorzugsweise aus demselben Material. Zwecks einer guten Wärmeleitfähigkeit können diese insbesondere aus Metall oder aus einer Metalllegierung bestehen. Besonders bevorzugt sind die Wärmeleitelemente als Bleche ausgebildet.
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Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Kunststoffschicht mit Befestigungsmitteln versehen, mittels derer die Heizvorrichtung an ihrer Einbauposition an einem Filterelement, einem Filtergehäuse oder auch innerhalb eines Fluidtanks, befestigbar ist. Die Befestigungsmittel sind der Kunststoffschicht unter fertigungstechnischen Aspekten vorteilhaft angeformt und dadurch als integraler Bestandteil der Heizvorrichtung ausgebildet. Die Befestigungsmittel können im einfachsten Fall zumindest teilweise als Rastzungen ausgebildet sein. Dadurch kann die Heizvorrichtung werkzeugfrei an ihrer Einbauposition, beispielsweise am Filterelement bzw. Filtergehäuse oder auch im Fluidtank eines Kraftfahrzeugs, befestigt werden.
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Zum Erzeugen der beiden Wärmeleitelemente kann/können in einen plattenförmigen Rohling eine oder mehrere Öffnungen eingebracht werden, wobei die Heizfolie mit einer oder mehreren dazu korrespondierenden Öffnungen versehen wird.
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Zum Erzeugen der beiden Wärmeleitelemente können insbesondere zwei plattenförmige Rohlinge, etwa Blechstücke, in Form gebogen und ggf. mit einer oder mehreren Ausnehmungen zum Bilden der späteren Durchströmöffnung(en) des Flächenheizelements versehen werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen erläutert. Die verschiedenen dort gezeigten Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Heizvorrichtung für Fluide mit einer mehrfach gekapselt angeordneten Heizfolie, die zwischen zwei Wärmeleitelementen angeordnet ist;
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2 eine Wandung der Heizvorrichtung gemäß 1 in einer ausschnittsweisen Querschnittdarstellung;
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3 die Wärmeleitelemente der Heizvorrichtung gemäß 1 in einer freigestellten perspektivischen Seitenansicht;
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4 ein Filterelement für die Verwendung mit der Heizvorrichtung gemäß 1 in einer perspektivischen Seitenansicht;
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5 das Filterelement gemäß 4 mit einer daran montierten Heizvorrichtung gemäß 1, in einer perspektivischen Ansicht;
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6 eine weitere Heizvorrichtung in einer perspektivischen Seitenansicht;
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7 die Heizvorrichtung aus 6 in ihrer Montageposition an einem Filterelement, in einer perspektivischen Seitenansicht;
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8 eine Heizvorrichtung mit kreisrunder Formgebung in ihrer Montageposition an einem nur teilweise wiedergegebenen Filterelement, in einer perspektivischen Seitenansicht; und
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9 die Heizvorrichtung gemäß 8 in einer anderen perspektivischen Seitenansicht.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Heizvorrichtung 10 für ein aufzuwärmendes Fluid. Die Heizvorrichtung 10 kann insbesondere für das Aufwärmen einer Harnstofflösung zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Die Heizvorrichtung 10 ist zum Anbau an ein Filterelement für die Harnstofflösung ausgebildet, das in der Regel als „in-tank-Bauteil” in einem Vorratstank für die Harnstofflösung verbaut wird.
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Die Heizvorrichtung 10 ist zur Längsachse 12 der Heizvorrichtung 10 ringförmig geschlossen ausgeführt und weist eine im Wesentlichen nierenförmige Grundform auf. Durch die hülsenartige Bauart der Heizvorrichtung 10 ergibt sich eine längsaxiale Durchgangsausnehmung 14 der Heizvorrichtung 10, die als Aufnahme für das Filterelement 54 dient, welches nachstehend im Zusammenhang mit 4 erläutert ist.
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Die Heizvorrichtung 10 weist einen mehrschichtigen Aufbau auf. Die Oberfläche 16 der Heizvorrichtung 10 ist insgesamt durch eine mit 18 bezeichnete Kunststoffschicht gebildet. Die Kunststoffschicht 18 besteht aus einem Thermoplasten. In der Kunststoffschicht 18 sind zwei längserstreckte formgebogene Wärmeleitelemente 20 eingebettet.
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Zwischen den beiden Wärmeleitelementen 20 ist eine flexible Heizfolie 22 angeordnet. Die Heizfolie 22 sowie die beiden Wämeleitelemente 20 sind mit anderen Worten in der Kunststoffschicht 18 vollständig vergossen angeordnet. Die Heizfolie 22 ist in 1 von den beiden Wärmeleitelementen 20 überdeckt und deshalb in 1 nur teilweise sichtbar. Die beiden Wärmeleitelemente 20 bestehen aus Metall und dienen der Armierung der Heizfolie 22. Darüber hinaus gewährleisten die Wärmeleitelemente 20 eine gleichmäßige und wirksame Wärmeübertragung von der Heizfolie 22 auf das die Heizvorrichtung 10 anströmende Fluid.
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Wie in 1 gezeigt ist, weist die Heizvorrichtung 10 mehrere seitliche Durchströmöffnungen 24 für das Fluid auf. Die Durchströmöffnungen 24 können jeweils schlitzförmig ausgebildet sein. Die Durchströmöffnungen 24 sind beispielhaft in Richtung der Längsachse 12 der Heizvorrichtung 10 in einer Reihe 26 hintereinanderliegend aufgereiht und in mehreren solcher Reihen 26 über den Umfang der Heizvorrichtung 10 gruppiert angeordnet.
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Die Heizvorrichtung 10 weist einen Anschlussbereich 28 für ein elektrisches Kabel (nicht gezeigt) auf, über das die Heizfolie 22 mit einer elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) verbunden werden kann. Zwei elektrische Anschlusskontakte 30 der Heizfolie 22 sind endständig jeweils in einem elektrischen Steckverbinder 32 gefasst. Die beiden elektrischen Steckverbinder 32 sind abschnittsweise in der Kunststoffschicht 18 eingebettet und dadurch in der Kunststoffschicht 18 dichtend und zueinander lagefixiert gehalten angeordnet. Ein unerwünschtes Eindringen des Fluids in die Heizfolie 22 kann dadurch zuverlässig unterbunden werden.
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Der Anschlussbereich 28 weist ein der Kunststoffschicht 18 angeformtes bzw. durch die Kunststoffschicht 18 gebildetes Verbindungsmittel 34 für ein Kupplungsteil des elektrischen Anschlusskabels auf. Zur zusätzlichen Abdichtung des Kupplungsteils gegenüber dem Anschluss 28 der Heizvorrichtung 10 dient ein als O-Ring ausgeführtes elastisch verformbares Dichtungselement 36. Das Dichtungselement 36 kann auch eine andere Formgebung aufweisen. Das Dichtungselement 36 kann in einer nicht näher gezeigten Ringnut des Verbindungsmittels 34 angeordnet sein.
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Wie aus 1 hervorgeht, weist die Heizvorrichtung 10 erste und zweite Befestigungsmittel 38, 40 auf, die der Befestigung der Heizvorrichtung 10 am Filterelement 54 (siehe 4) dienen. Die in der 1 oberen ersten Befestigungsmittel 38 sind als zungenförmige Profilfortsätze der Kunststoffschicht 18 ausgebildet. Diese ersten Befestigungsmittel 38 stehen vom oberen Rand 42 der Heizvorrichtung 10 nach innen weg. Die Durchgangsausnehmung 14 der Heizvorrichtung 10 wird dadurch von den Befestigungsmitteln 38 in einer radialen Richtung teilweise überdeckt. Die unteren zweiten Befestigungsmittel 40 sind jeweils als Rastzungen ausgebildet. Diese Rastzungen stehen in Richtung der Längsache 12 der Heizvorrichtung 10 vom unteren Rand 44 der Heizvorrichtung 10 weg.
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Die Heizfolie 22 ist für den Betrieb an einer Gleichspannungsquelle ausgelegt. Die Heizfolie 22 kann alternativ oder zusätzlich dazu für einen Wechselspannungsbetrieb ausgebildet sein.
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2 zeigt den Wandaufbau der Heizvorrichtung 10 in einer ausschnittsweisen schematischen Detaildarstellung. Die Heizfolie 22 weist ein zentral angeordnetes Widerstandsheizelement 46 auf, das zwischen zwei Kunststofffolien 48 einlaminiert ist. Das Widerstandsheizelement 46 kann beispielsweise elektrisch leitfähige Metalldrähte oder auch Kohlenstofffasern bzw. Kohlenstoffröhrchen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu das Widerstandsheizelement 46 eine Metallfolie und/oder eine auf zumindest eine der Kunststofffolien 48 aufgebrachte Leiterbahn aufweisen. Die Heizfolie 22 liegt zu beiden Seiten an den Wärmeleitelementen 20 an. Die Kunststoffschicht 18 umschließt die Heizfolie 22 und die Wärmeleitelemente 20 vollständig.
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In 3 sind die beiden Wärmeleitelemente 20, die Steckverbinder 32 der Heizfolie 22 sowie das Dichtungselement 36 in einer freigestellten Ansicht ohne die Kunststoffschicht 18 gezeigt. Die Kunststoffschicht 18 (siehe 2) wird bei der Herstellung der Heizvorrichtung 10 (siehe 1) im Wege eines Spritzgussverfahrens an den Wärmeleitelementen 20 allseits angespritzt. Die Kunststoffschicht 18 (siehe 2) wird dabei auch auf Laibungen (Seitenränder) 50 der mit 52 bezeichneten Ausnehmungen der Wärmeleitelemente 20 sowie der Heizfolie 22 aufgebracht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich einige Laibungen 50 sowie einige Ausnehmungen 52 mit Bezugszeichen versehen.
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In 4 ist das zuvor genannte Filterelement 54 zum Filtern des Fluids gezeigt. Das Filterelement 54 weist eine zu der Heizvorrichtung 10 (siehe 1) und deren Durchgangsausnehmung 14 (siehe 1) korrespondierende nierenförmige Grundform auf. Das Filterelement 54 weist eine erste und eine zweite Endscheibe 56, 58 auf, die über ein Stützelement 60 voneinander beabstandet miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Endscheiben 56, 58 ist ein Filtermedium 62 angeordnet, welches aus Darstellungsgründen transparent wiedergegeben ist. Das Filtermedium 62 ist im Betrieb des Filterelements 54 von dem zu reinigenden Fluid in einer zur Längsachse 64 des Filterelements 54 radialen Richtung von außen nach innen durchströmbar. Die zweite Endscheibe 58 weist einen Auslass 66 für das gefilterte Fluid auf.
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In 5 ist die Heizvorrichtung 10 aus den 1 bis 3 in ihrer Montageposition an dem Filterelement 54 (siehe 4) gezeigt. Die Heizvorrichtung 10 ist auf das Filterelement 54 in Richtung der Längsachse 64 des Filterelements 54 aufgeschoben. Das Filterelement 54 liegt mit seiner ersten Endplatte 56 an den zungenartigen ersten Befestigungsmitteln 38 (siehe 1) der Heizvorrichtung 10 (siehe 1) an. Die zungenförmigen Befstigungsmittel 38 dienen der Heizvorrichtung 10 mithin bei deren Montage am Filterelement 54 als Axialanschlag. Die rastzungenartigen zweiten Befestigungsmittel 40 der Heizvorrichtung 10 sind mit der unteren Endscheibe 58 des Filterelements 54 verrastet. Das Filterelement 54 (siehe 4) ist somit axial lagefixiert innerhalb der Durchgangsausnehmung 14 (siehe 1) der Heizvorrichtung 10 gehalten angeordnet. Bei Bedarf kann das Filterelement 54 von der Heizvorrichtung 10 gelöst und als separates Bauteil ausgewechselt werden. Das Filterelement 54 kann gemeinsam mit der Heizvorrichtung 10 im Vorratstank eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine Harnstofflösung, eingebaut werden.
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Die Durchströmöffnungen 24 (siehe 1) der einzelnen Reihen 26 der Heizvorrichtung 10 können einander in axialer Richtung überlappen, wie dies bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Darüber hinaus können die Befestigungsmittel 38, 40 allesamt als Rastelemente ausgebildet sein. Es versteht sich, dass die Befestigungsmittel auch in anderer Weise ausgeführt sein können.
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In 7 ist die Heizvorrichtung 10 in ihrer Montageposition an einem Filterelement 54 gezeigt. Das Filterelement 54 kann von beiden Seiten her in die Duchgangsausnehmung 14 der Heizvorrichtung 10 eingeschoben und mit dieser verrastet werden.
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Wie aus dem in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung 10 hervorgeht, kann diese auch eine andere, beispielsweise kreisrunde, Formgebung aufweisen. Die Durchströmöffnungen 24 der Heizvorrichtung 10 können darüber hinaus in Richtung der Längsachse 12 der Heizvorrichtung 10 verlaufend angeordnet sein. Die Durchströmöffnungen 24 können nach einem in der Zeichnung nicht näher gezeigten Ausführungsbeispiel auch rund, oval oder polygonal ausgeführt sein. Der Anschlußbereich 28 mit den Anschlusskontakten 30 der Heizfolie 22 kann an jedweder Stelle der Heizvorrichtung 10 angeordnet sein, sodass selbst bei einem beengten Einbauraum Ein- bzw. Anbaumöglichkeiten der Heizvorrichtung 10 realisiert werden können.
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In der Durchgangsausnehmung 14 der Heizvorrichtung 10 ist ein kreisrundes Filterelement 54 anordenbar, das zweiteilig aufgebaut sein kann. Die Durchgangsausnehmung 14 bildet somit eine Aufnahme für das Filterelement 54. In den 8 und 9 ist nur eine von zwei Filterelement-Halbschalen 68 wiedergegeben. Die beiden Halbschalen 68 des Filterelements 54 können an ihren einander zuweisenden Randbereichen 70 komplementär profiliert sein, so dass diese innenumfanggsseitig und außenumfangsseitig im Wesentlichen stufenfrei ineinander übergehen. Die Heizvorrichtung 10 weist ein als Ringbund ausgebildetes erstes Befestigungsmittel 38 auf, das einen Axialanschlag für das Filterelement 54 bildet.
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Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann aufgrund ihrer variabel ausgestaltbaren Formgebung bei einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt werden, um ein Fluid aufzuwärmen bzw. aufzuheizen. So kann die Heizvorrichtung neben dem gezeigten Anbau an Filterelementen auch direkt in einem Filtergehäuse zur Aufnahme eines Filterelements, innerhalb von schlauch- oder rohrförmigen Fluidleitungen, in Vorratstanks und dergl. montiert werden. Aufgrund der mehrfach gekapselten Anordnung des Widerstandsheizelements kann die Heizvorrichtung dabei auch zum Erwärmen aggressiver Medien und bei Hochdruckanwendungen eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009058159 A1 [0002]
- DE 102012212782 A1 [0003]
