DE102018104897A1

DE102018104897A1 - Elektrische Vorrichtung mit Isolierstoffkörper

Info

Publication number: DE102018104897A1
Application number: DE102018104897.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHLIPF
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2018-09-27
Also published as: CN108633113B; US10993291B2; CN108633113A; US20190098704A1; DE202017101662U1

Abstract

Bereitgestellt wird eine elektrische Vorrichtung (100,200) mit einem rohrförmigen Metallmantel (110,210,250,260) und mit einem im Inneren des rohrförmigen Metallmantels (110,210,250, 260) angeordneten Isolierstoffkörper (120,160,220,251,261), der von mindestens einer tunnelartigen Öffnung (121,122,161, 162,221,252,262) durchsetzt wird, wobei in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252,262) mindestens ein Abschnitt (131a,132a,171a,172a) eines ersten elektrischen Leiters (131,132,171,172,231) angeordnet ist, bei der die Querschnittsgemometrie der tunnelartigen Öffnung (121, 122, 161,162,221,252,262) von einer Kreisform abweicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Zu derartigen elektrischen Vorrichtungen gehören beispielsweise Mantel-Thermoelemente und elektrische Heizpatronen, bei denen Abschnitte von Thermoschenkeln oder elektrischen Heizelementen, insbesondere Widerstandsdrähten, in Bohrungen, d.h. tunnelartigen Öffnungen mit einem kreisförmigen Querschnitt, eines im Inneren eines rohrförmigen Metallmantel angeordneten Wickelkörpers verlaufen und gegebenenfalls auch im Inneren der Bohrungen mittelbar oder unmittelbar mit Anschlussleitungen oder Anschlussdrähten verbunden sind.
In der Praxis zeigt sich, dass diese lange etablierte Bauform den immer weiter steigenden Anforderungen an derartige elektrische Vorrichtungen, insbesondere elektrische Heizvorrichtungen, immer weniger gerecht werden kann und an ihre Grenzen stößt. Beispielsweise besteht die Anforderung, immer größere Heizleistungen auf immer kleinerem Bauraum unterzubringen sind, ohne das die zuverlässige Funktion gefährdet wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine elektrische Vorrichtung mit verbessertem Aufbau bereitzustellen, mit der es möglich ist, den verfügbaren Bauraum besser als bislang zu nutzen und/oder die Zuverlässigkeit der elektrischen Vorrichtung zu steigern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Vorrichtung hat einen rohrförmigen Metallmantel und einen im Inneren des rohrförmigen Metallmantels angeordneten Isolierstoffkörper, der von mindestens einer tunnelartigen Öffnung durchsetzt wird, wobei in der tunnelartigen Öffnung mindestens ein Abschnitt eines ersten elektrischen Leiters angeordnet ist.
Der guten Ordnung halber wird darauf hingewiesen, dass ein rohrförmiger Metallmantel nicht zwingend einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen muss, sondern dieser frei ist.
Mit dem Begriff „tunnelartige Öffnung “ ist dabei eine Öffnung gemeint, die den Isolierstoffkörper von einer Stirnseite zur anderen, also im Wesentlichen in Verlaufsrichtung des rohrförmigen Metallmantels, durchsetzt. Ein Beispiel ist beispielsweise eine Bohrung, die den Isolierstoffkörper bei aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Vorrichtungen durchsetzt; im Gegensatz zum zwingend kreisförmigen Querschnitt einer Bohrung ist aber der Querschnitt einer tunnelartigen Öffnung frei wählbar.
Genau darauf stellt auch die Erfindung ab, denn erfindungswesentlich ist, dass die Querschnittsgeometrie der tunnelartigen Öffnung von einer Kreisform abweicht. Diese Maßnahme, die insbesondere durch Anwendung von Strangpressverfahren, aber auch durch Keramik-Spritzguss realisiert werden kann, ermöglicht eine bessere Ausnutzung des bei gegebener Bauteilgeometrie vorhandenen Raumes und kann entscheidend dazu beitragen, eine genaue Positionierung der Abschnitte elektrischer Leiter, die im Inneren der tunnelartigen Öffnung angeordnet sind, zu erleichtern.
Der Erfinder hat erkannt, dass der bisher übliche, kreisförmige Querschnitt von Bohrungen als tunnelartiger Öffnung dabei eine Reihe von Nachteilen mit sich bringt, welche in unterschiedlichen Anwendungsfällen unterschiedliche Relevanz entfalten.
So ist nur in den seltensten Fällen bei einer durch den verfügbaren Bauraum vorgegebenen mögliche Querschnittsfläche der elektrischen Vorrichtung eine Bohrung mit kreisförmigem Querschnitt geeignet, um den größtmöglichen Leiterquerschnitt einsetzen zu können. Dieser ist aber erwünscht, um hohe Ströme verlustarm und mit geringer Belastung transportieren zu können.
Weiter gibt es Fälle, in denen eine unbeheizte Zone gebildet werden soll, so dass es wichtig ist, bei vorgegebenen maximalen Dimensionen der elektrischen Heizvorrichtung einen maximalen Leiterquerschnitt unterbringen zu können. Auch hier sind die nach dem Stand der Technik erzielbaren Querschnitte in Abhängigkeit von der jeweiligen Geometrie oft nicht hinreichend groß und können durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung leicht übertroffen werden.
Die durch eine als Bohrung mit kreisförmigem Querschnitt ausgestaltete tunnelartige Öffnung verschenkte Fläche ist typischerweise in Fällen besonders groß, in denen die durch die Anwendung bedingte Bauraumbeschränkung nur in einer Dimension vorliegt.
Da der kreisförmige Querschnitt die Geometrie darstellt, die bei gegebener Fläche den geringsten Umfang aufweist, weisen Leiterabschnitte, die die größtmögliche kreisförmige Bohrung bestmöglich ausfüllen, ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Dies führt aber zu einer höhere Oberflächenbelastung als bei Leitern, die eine gleiche Querschnittsfläche, aber eine andere Querschnittsform haben.
Diese Erkenntnis lässt sich unmittelbar auf elektrische Vorrichtungen übertragen, bei denen bisher in der als Bohrung mit kreisförmigem Querschnitt ausgestalteten tunnelartigen Öffnung ein gewendelter Widerstandsdraht angeordnet war. Bei gleicher Querschnittsfläche erlaubt eine von der Kreisgeometrie abweichende Formgebung den Einsatz einer größeren Heizdrahtlänge pro Windung und somit bei durch die vorgegebene Länge der elektrischen Vorrichtung vorgegebener maximaler Windungszahl eine höhere Heizleistung, weil mehr Widerstandsdraht untergebracht wird.
Abweichungen des Querschnitts der tunnelartigen Öffnung vom kreisförmigen Querschnitt können in Fällen, in denen die Öffnung mit einem elektrischen Isolierstoff, z.B. Magnesiumoxid, gefüllt werden soll, beispielsweise zur Fixierung von Heizdrahtwendeln im Raum, zudem zur Vermeidung von Füllproblemen beitragen, indem sie als Befüllöffnungen ausgeführt werden und das Einrieseln des Füllstoffs erleichtern.
Auch Kontaktprobleme lassen sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Querschnitts in vielen Fällen verringern. Müssen beispielsweise Abschnitte zweier unterschiedlicher Leiter innerhalb der Bohrung angeordnet werden, so ist deren Lage in der Bohrung wegen deren Querschnittssymmetrie nicht eindeutig vorgegeben. Wird dann z.B. eine Presskontaktierung vorgenommen, kann diese unterschiedliche Lage in der Bohrung zu spürbaren Unterschieden im Verhalten des so hergestellten Kontakts, insbesondere im Hinblick auf dessen Kontaktwiderstand führen.
Beispielsweise kann der erste elektrische Leiter ein Thermoschenkel eines Thermoelements oder ein elektrisches Heizelement, z.B. ein Widerstandsdraht sein und der zweite elektrische Leiter ein mit dem ersten elektrischen Leiter zu verbindender Anschlussdraht. Auch bei diesen Anwendungen kann die Erfindung vorteilhaft genutzt werden, weil hier eine durch den Querschnitt der tunnelartigen Öffnung vorgebbare Positionierung oft eine wesentliche Rolle spielt.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Querschnittsgeometrie der tunnelartigen Öffnung an die Querschnittsgeometrie der in der tunnelartigen Öffnung angeordneten Leiterabschnitte angepasst ist, und zwar insbesondere vorteilhafterweise so. dass die in der tunnelartigen Öffnung angeordneten Leiterabschnitte positioniert und/oder fixiert werden. Dadurch erfolgt dann eine vorteilhafte Vorpositionierung, die zu einer hohen Reproduzierbarkeit der elektrischen Eigenschaften und der resultierenden geometrischen Anordnung einer -insbesondere durch oder beim Verpressen hergestellten- Verbindung der Leiterabschnitte miteinander führt.
In einer Weiterbildung dieser Variante kann dadurch, dass dass die Querschnittsgeometrie der tunnelartigen Öffnung derart an die Querschnittsgeometrie der in der tunnelartigen Öffnung angeordneten Leiterabschnitte angepasst ist, dass die in der tunnelartigen Öffnung positionierten und/oder fixierten Leiterabschnitte im Wesentlichen spaltfrei zueinander angeordnet sind, so dass vermieden wird, dass Isolierstoffpulver beim Befüllen der elektrischen Vorrichtung mit Isolierstoffpulver während ihrer Herstellung zwischen miteinander zu kontaktierende Leiterabschnitte rutscht und dadurch Kontaktprobleme herbeiführt.
Insbesondere kann, wenn der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung einen kreissegment- oder kreissektorförmigen Abschnitt zur Aufnahme und Fixierung eines Abschnitts des ersten elektrischen Leiters mit kreisförmigem Querschnitt und/oder eines Abschnitts des zweiten elektrischen Leiters mit kreisförmigem Querschnitt aufweist, eine exakt reproduzierbare Positionierbarkeit des jeweiligen Leiters erreicht werden.
Wenn der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung einen rechteckförmigen Abschnitt zur Aufnahme und Fixierung eines Abschnitts des ersten elektrischen Leiters mit rechteckigem Querschnitt und/oder eines Abschnitts des zweiten elektrischen Leiters mit rechteckigem Querschnitt aufweist, kann dies auch für eckige Leitergeometrien oder Flachbänder erreicht werden.
Erinnert werden soll dabei an dieser Stelle daran, dass ein Quadrat ein spezielles Rechteck ist.
Zur optimalen Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums kann es beitragen, wenn der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung eine abgewinkelte (also z.B. L- oder T-förmige) oder eine gekrümmte, z.B. eine nierenförmige Form hat.
Bevorzugt kann auch sein, wenn der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung sich zumindest einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist. Dies ist eine einfache Möglichkeit, eine vorgegebene Positionierung von zwei Leitern mit unterschiedlichem Querschnitt zu erreichen. Die Verjüngung kann dabei z.B. von rechts nach links oder umgekehrt, von oben nach unten oder umgekehrt oder auch radial von innen nach außen oder von außen nach innen verlaufen.
Die die elektrische Vorrichtung kann beispielsweise ein Mantel-Thermoelement sein. Alternativ kann die elektrische Vorrichtung eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere eine Heizpatrone oder eine Rohrwendelpatrone sein. Eine solche kann beispielsweise von der Gattung sein, bei der die elektrische Heizvorrichtung ein elektrisches Heizelement aufweist, welches zumindest abschnittsweise auf den äußeren Umfang des Isolierstoffkörpers gewickelt ist und zumindest abschnittsweise in die tunnelartige Öffnung hineinragt; sie kann aber auch so ausgeführt sein, dass das elektrische Heizelement aufweist, vollständig in der tunnelartigen Öffnung angeordnet ist.
Es kann bei elektrischen Vorrichtungen, bei denen die tunnelartige Öffnung mit einem Pulver befüllt werden soll, besonders vorteilhaft sein, wenn der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung Ausnehmungen zur Befüllung der tunnelartigen Öffnung mit einem Pulver, insbesondere mit Magnesiumoxidpulver, aufweist, um den Befüllvorgang signifikant zu vereinfachen und seine Prozesssicherheit zu verbessern.
Wenn der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung so gewählt ist, dass bei gegebenem Bauraum das Verhältnis der Länge der Umfangslinie des Querschnitts zur Fläche des Querschnitts maximiert ist, kann bei gestreckt verlaufenden Heizdrähten die Oberflächenbelastung reduziert und bei gewendelten Heizdrähten die Heizdrahtlänge und somit die bereitgestellte Heizleistung optimiert werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der erste elektrische Leiter eine Querschnittsvariation aufweist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung ebenfalls variiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, welche Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigt:

1a: Ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Vorrichtung in Form einer ersten Heizpatrone im Querschnitt,
1b: den Isolierstoffkörper des Ausführungsbeispiels aus 1a mit daran angeordnetem ersten und zweitem Leiter,
1c: den Isolierstoffkörper mit daran angeordnetem erstem und zweitem Leiter im Querschnitt senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
1d: eine Variante eines Innenaufbaus für das Ausführungsbeispiel aus 1a mit daran angeordneten elektrischen Leitern.
1e: den Isolierstoffkörper aus 1d im Querschnitt senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung
2a: eine erste Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2b: eine zweite Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2c: eine dritte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2d: eine vierte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2e: eine fünfte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2f: eine sechste Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2g: eine siebte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2h: eine achte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2i: eine neunte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2j: eine zehnte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
2k: eine elfte Variante eines Querschnitts durch einen Isolierstoffkörper senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
3a: ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Vorrichtung in Form einer zweiten Heizpatrone in teilweise geöffneter Darstellung,
3b: einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel aus 3a senkrecht zu dessen Verlaufsrichtung,
3c: einen Querschnitt durch eine erste Variante des Ausführungsbeispiels aus Figur 3a, und
3d: einen Querschnitt durch eine erste Variante des Ausführungsbeispiels aus 3a.

1a zeigt eine als Heizpatrone ausgeführte elektrische Vorrichtung 100 mit rohrförmigem Metallmantel 110 mit Boden 111 und mit einem im Inneren des rohrförmigen Metallmantels 110 angeordneten Isolierstoffkörper 120, der in ein elektrisch isolierendes Material 150, z.B. MgO, eingebettet ist. Am dem Boden 111 gegenüberliegende Ende des rohrförmigen Metallmantels 110 werden durch einen Stopfen 112 hindurch elektrische Versorgungsleitungen 133,134 geführt.
Wie auch die 1b und 1c zeigen, wird der Isolierstoffkörper 120 von zwei tunnelartigen Öffnungen 121, 122 durchsetzt. In den tunnelartigen Öffnungen 121,122 sind jeweils Abschnitte 131a, 132a eines ersten elektrischen Leiters 131, 132, der durch die stromführenden Adern von Versorgungsleitungen 133, 134 gebildet wird, aufgenommen.
Der Isolierstoffkörper 120 ist außen mit einem zweiten elektrischen Leiter 140, dem Heizelement, bewickelt, dessen endseitige Abschnitte 140a, 140b ebenfalls die tunnelartigen Öffnungen 121,122 parallel zu den Abschnitten 131a, 132a der ersten elektrischen Leiter 131, 132 verlaufend durchsetzen und mit diesen in elektrischem Kontakt stehen, beispielsweise durch eine Presskonktaktierung.
Wie die 1b und 1c deutlich zeigen, ist der Querschnitt der tunnelartigen Öffnungen 121,122 im Wesentlichen dreieckig, nämlich der eines Dreiecks mit abgerundeten Spitzen, wobei das Dreieck jeweils so orientiert ist, dass eine Spitze in radialer Richtung des Isolierstoffkörpers 120 nach außen zeigt. Im Bereich dieser Spitzen sind die endseitigen Abschnitten 140a, 140b des Heizelements angeordnet. Die Abschnitte 131a, 132a der stromführenden Adern, die einen größeren Querschnitt als das Heizelement aufweisen, stehen in Kontakt mit der Basis. Auf diese Weise gibt der Querschnitt der tunnelartigen Öffnungen 121,122 die Positionierung der Abschnitte des ersten elektrischen Leiters 131, 132 bzw. des zweiten elektrischen Leiters 140, die in die tunnelartige Öffnung 121,122 aufgenommen ist, vor, was zu einer verbesserten Prozesssicherheit der Presskontaktierung führt.
1d zeigt in Zusammenschau mit 1e eine besonders für Hochstromanwendungen geeignete Variante eines Innenaufbaus für eine elektrische Heizpatrone mit einem Isolierstoffkörper 160 mit tunnelartigen Öffnungen 161, 162, in die jeweils Abschnitte 171a, 172a eines ersten elektrischen Leiters 171, 172 der durch die Anschlussbolzen der Heizpatrone gebildet wird, eingeführt sind und diese durchsetzen. Bei diesen Anwendungen stellt sich oft das Problem, Anschlussbolzen mit einem maximalen Querschnitt in dem verfügbaren Bauraum unterzubringen. Dies wird hier dadurch ermöglicht dass die tunnelartigen Öffnungen 161, 162 einen kreissegmentförmigen, also von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen. Das elektrische Heizelement 173 ist auf den äußeren Umfang des Isolierstoffkörpers 160 gewickelt und an Kontaktpunkten 174, 175 mit den Anschlussbolzen verbunden.
Die 2a bis 2k zeigen jeweils einen Querschnitt durch Isolierstoffkörper 300,310,320,330,340,350,360,370,380,390,400 mit tunnelartigen Öffnungen 301,302,311,312,321,322,331,332, 341,342,343,344,351,352,353,354,361,362,371,372,381,382,391, 392,401,402,403 und 404, in denen Abschnitte von Leitern 305,306,315,316,325,326,335,336,337,345,346,347,355,356,365, 366,375,376,377,385,386,395,396,405,406,407,408 aufgenommen sind, um die überaus flexible Verwendbarkeit der Erfindung in einer Vielzahl von konkreten Einbausituationen zu veranschaulichen. Beispielsweise können solche Konfigurationen eingesetzt werden, um U-förmige, gestreckte Heizdrähte mit maximalem Querschnitt zum Einsatz zu bringen.
Vorab sei angemerkt, dass selbstverständlich auch Kombinationen von in unterschiedlichen der 2a bis 2k dargestellten tunnelartigen Öffnungen 301,302,311,312,321,322,331,332, 341,342,343,344,351,352,353,354,361,362,371,372,381,382,391, 392,401,402,403 und 404 möglich sind.
Insbesondere sind auch wenn die weit überwiegende Zahl der dargestellten Beispiele Paare von symmetrisch ausgeführten tunnelartigen Öffnungen 301,302,311,312,321,322,331,332,341, 342,343,344,351,352,353,354,361,362,371,372,381,382,391, 392, 401,402,403 und 404 zeigen, asymmetrische Kombinationen selbstverständlich möglich.
In der Ausführungsform der 2a ist die im Wesentlichen T-förmige Querschnittsgeometrie der tunnelartigen Öffnungen 301,302 an die Querschnittsgeometrie der jeweils als Flachband ausgeführten, in den tunnelartigen Öffnungen 301,302 aufgenommenen Leiterabschnitte 305,306 angepasst. Die Leiter 306 sind dabei jeweils in einem rechteckförmigen Abschnitt der tunnelartigen Öffnungen 301,302 angeordnet und fixiert.
In der Ausführungsform der 2b ist der Querschnitt der tunnelartigen Öffnungen 311,312 jeweils kreissegmentförmig, wodurch ein sehr großer verfügbarer Querschnitt bereitgestellt werden kann.
In der Ausführungsform gemäß 2c haben die tunnelartigen Öffnungen 321,322 jeweils einen gekrümmten, nierenförmigen Querschnitt.
In der Ausführungsform gemäß 2d haben die tunnelartigen Öffnungen 331,332 im Querschnitt eine abgewinkelte Grundform mit zwei senkrecht aufeinander stehenden rechteckförmigen Abschnitten, in denen jeweils als Flachband ausgeführte Leiterabschnitte 335,337 aufgenommen und fixiert sind. Zusätzlich ist jeweils ein kreissegmentförmiger Abschnitt vorhanden, der den elektrischen Leiter 336 aufnimmt und fixiert. Auf diese Weise lassen sich mit einem Anschlussdraht 336 z.B. zwei Heizleiter 335,337 einer schaltbaren Heizpatrone prozesssicher und zuverlässig kontaktieren.
Bei der Ausführungsform gemäß 2e sind außer den einen kreissektorförmigen und somit einen sich in radialer Richtung von außen nach innen hin verjüngenden Querschnitt aufweisenden tunnelartigen Öffnungen 341,342, in denen Abschnitte eines ersten Leiters 345 und Abschnitte eines zweiten Leiter 346 jeweils miteinander verbunden werden, zwei als Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt ausgestaltete tunnelartige Öffnungen 343,344 vorhanden, in die jeweils als Leiter 347 die jeweiligen Thermoschenkel eines Thermoelements aufgenommen sind.
Die Ausführungsform gemäß 2f ist insbesondere für eine weitere Variante einer schaltbaren Heizpatrone gut geeignet. Hier sind in vier kreissektorförmigen und somit einen sich in radialer Richtung von außen nach innen hin verjüngenden Querschnitt aufweisenden tunnelartigen Öffnungen 351,352,353,354 jeweils erste Abschnitte eines ersten Leiters 355 und Abschnitte eines zweiten Leiters 356 miteinander verbunden.
Die Ausführungsform gemäß 2f zeichnet sich dadurch aus, dass die Querschnitte der tunnelartigen Öffnungen 361,362 an die Verbindung eines als Flachband ausgestalteten elektrischen Leiters 365 mit großem Querschnitt mit einem Leiter 366, dessen Querschnitt sehr viel kleiner und kreisförmig ist. Durch einen kreissegmentförmigen Abschnitt des Querschnitts der tunnelartigen Öffnungen 361,362, in denen der jeweilige Leiter 366 aufgenommen und fixiert ist, wird auch bei solchen Konfigurationen eine exakte Positionierung der Leiter 365,366 relativ zueinander und damit eine viel bessere Reproduzierbarkeit von ihrer elektrischen Kontaktierung miteinander und deren Eigenschaften erreicht.
Die Ausführungsform gemäß 2g hat eine tunnelartige Öffnung 371, deren Querschnitt an den Querschnitt parallel zur Mittelachse durch einen Kegelstumpf mit abgerundeten Ecken erinnert und sich radial nach außen hin verjüngt. In dieser Öffnung 371 werden Leiter 375,376 miteinander in Verbindung gebracht. Zusätzlich ist noch eine weitere tunnelartige Öffnung 372 mit kreisförmigem Querschnitt vorhanden, in die z.B. ein Thermoelement als Leiter 377 eingeführt sein kann.
Die Ausführungsformen der 2i und 2j weisen jeweils tunnelartige Öffnungen 381, 382 bzw. 391,392 mit ovalem Querschnitt auf. Die Längsachse des Ovals ist dabei jeweils an die Querschnitte der elektrischen Leiter 385,385 bzw. 395,396 angepasst.
Die Ausführungsform gemäß 2k ist eine asymmetrische Variante der Ausführungsform gemäß 2f. Hier sind in zwei kreissektorförmigen und somit einen sich in radialer Richtung von außen nach innen hin verjüngenden Querschnitt aufweisenden tunnelartigen Öffnungen 401,402 jeweils erste Abschnitte eines ersten Leiters 405 und Abschnitte eines zweiten Leiters 406 miteinander verbunden, während in zwei weiteren kreissektorförmigen und somit einen sich in radialer Richtung von außen nach innen hin verjüngenden Querschnitt aufweisenden tunnelartigen Öffnungen 403,404 jeweils erste Abschnitte eines ersten Leiters 407 und Abschnitte eines zweiten Leiters 408 miteinander verbunden sind, wobei die Größe der Kreissektoren an den Querschnitt der in ihnen aufgenommenen Leiter angepasst ist.
Die 3a und 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Vorrichtung in Form einer zweiten Heizpatrone 200 mit rohrförmigem Metallmantel 210, der eine im Wesentlichen rechteckige Außenkontur aufweist.
Im Inneren des rohrförmigen Metallmantels ist ein Isolierstoffkörper 220 mit tunnelartiger Öffnung 221, die hier die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken hat, angeordnet. In der tunnelartigen Öffnung sind jeweils von einer Seite her Abschnitte eines ersten Leiters 231, und eines zweiten Leiters 232, die jeweils Anschlussbolzen zur Stromversorgung sind, eingeführt, zwischen denen ein elektrisches Heizelement 240, typischerweise ein in einen hier nicht dargestellten Isolierstoff eingebetteter, gewendelter Heizdraht verläuft.
Durch die rechteckartige, also von der Kreisform abweichende Ausgestaltung des Querschnitts der tunnelartigen Öffnung wird nicht nur sichergestellt, dass ein großer Querschnitt für den Anschlussbolzen verfügbar ist, so dass ein unbeheizter Bereich entsteht und das effiziente Arbeiten mit hohen Strömen erleichtert wird, sondern darüber hinaus ist durch diese Maßnahme auch eine größere Heizdrahtlänge pro Wendel und damit eine höhere Heizleistung erzielbar.
3c zeigt einen Querschnitt durch eine erste Variante des Ausführungsbeispiels aus Figur 3a, wie er beispielsweise für eine elektrische Heizvorrichtung zum Einsatz kommen kann, bei der beide Anschlussbolzen auf derselben Seite angeordnet sind. Dementsprechend ist im rohrförmigen Metallmantel 250 ein Isolierstoffkörper 251 aufgenommen, bei dem die tunnelartige Öffnug 252, die wieder einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, und in der Abschnitte von Anschlussbolzzen aufgenommen sind, U-förmig verläuft und ovale Heizdrahtwendeln 254 aufweist.
Bei der Variante der 3d hat der rohrförmige Metallmantel 260 einen kreisförmigen Querschnitt. Der im Inneren des rohrförmigen Metallmantels 260 angeordnete Isolierstoffkörper 261 hat eine tunnelartige Öffnung 262, deren Querschnitt eine quadratische Grundform 262a besitzt, die an den Ecken des Quadrats jeweils durch kreissektorförmige Abschnitte 262b,262c,262d,262e aufgeweitet ist. Zur Veranschaulichung ist strichliert jeweils eine „Grenzlinie“ zwischen der quadratischen Grundform 262a und den kreissektorförmigen Abschnitten 262b-262e eingetragen.
Im Bereich der quadratischen Grundform 262a ist ein Abschnitt eines ersten Leiters und die Heizdrahtwendel 263 im Inneren der tunnelartigen Öffnung 262 angeordnet. Die kreissektorförmigen Abschnitte 262b-262e unterstützen das Befüllen der tunnelartigen Öffnung 262 mit einem elektrisch isolierenden, gut wärmeleitenden Material, wie z.B. Magnesiumoxid-Pulver.
Bezugszeichenliste

100,200: elektrische Vorrichtung
110,210,250,260: rohrförmiger Metallmantel
111: Boden
112: Stopfen
120,160,220,251,261: Isolierstoffkörper
121,122,161,162,221,252,262: tunnelartige Öffnung
131,132,171,172,231,263: erster elektrischer Leiter
131a,132a,171a,172a: Abschnitt
133,134: Versorgungsleitung
140,232: zweiter elektrischer Leiter
140a,140b: Abschnitt
150: elektrisch isolierendes Material
173,240: elektrisches Heizelement
174,175: Kontaktpunkt
254,263: Heizdrahtwendel
262a: quadratische Grundform
262b,262c,262d,262e: kreissektorförmiger Abschnitt
300,310,320,330,340,350,360, 370,380,390,400: Isolierstoffkörper
301,302,311,312,321,322,331, 332,341,342,343,344,351,352, 353,354,361,362,371,372,381, 382,391,392,401,402,403,404: tunnelartige Öffnung
305,306,315,316,325,326,335, 336,337,345,346,347,355,356, 365,366,375,376,377,385,386, 395,396,405,406,407,408: Leiter

Claims

Elektrische Vorrichtung (100,200) mit einem rohrförmigen Metallmantel (110,210,250,260) und mit einem im Inneren des rohrförmigen Metallmantels (110,210,250,260) angeordneten Isolierstoffkörper (120,160,220,251,261), der von mindestens einer tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162, 221,252,262) durchsetzt wird, wobei in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252,262) mindestens ein Abschnitt (131a,132a,171a,172a) eines ersten elektrischen Leiters (131,132,171,172,231) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgemometrie der tunnelartigen Öffnung (121, 122, 161,162,221,252,262) von einer Kreisform abweicht.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Abschnitt (131a,132a,171a,172a) des ersten elektrischen Leiters (131,132,171,172,231) zumindest noch ein Abschnitt (140a,140b) eines zweiten elektrischen Leiters (140,232) in der tunnelartigen Öffnung (121, 122, 161,162,221,252,262) angeordnet ist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgeometrie der tunnelartigen Öffnung (121, 122, 161,162,221,252,262) an die Querschnittsgeometrie der in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252,262) angeordneten Leiterabschnitte angepasst ist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgeometrie der tunnelartigen Öffnung (121, 122, 161,162,221,252,262) derart an die Querschnittsgeometrie der in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252, 262) angeordneten Leiterabschnitte angepasst ist, dass die in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252, 262) angeordneten Leiterabschnitte positioniert und/oder fixiert werden.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgeometrie der tunnelartigen Öffnung (121, 122, 161,162,221,252,262) derart an die Querschnittsgeometrie der in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252, 262) angeordneten Leiterabschnitte angepasst ist, dass die in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252, 262) positionierten und/oder fixierten Leiterabschnitte im Wesentlichen spaltfrei zueinander angeordnet sind.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162, 221,252,262) einen kreissegment- oder kreissektorförmigen Abschnitt zur Aufnahme und Fixierung eines Abschnitts des ersten elektrischen Leiters (131,132,171,172,231) mit kreisförmigem Querschnitt und/oder eines Abschnitts des zweiten elektrischen Leiters (140,232) mit kreisförmigem Querschnitt aufweist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162, 221,252,262) einen rechteckförmigen Abschnitt zur Aufnahme und Fixierung eines Abschnitts des ersten elektrischen Leiters (131,132,171,172,231) mit rechteckigem Querschnitt und/oder eines Abschnitts des zweiten elektrischen Leiters (140,232) mit rechteckigem Querschnitt aufweist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162, 221,252,262) eine abgewinkelte oder gekrümmte Form hat.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162, 221,252,262) zumindest einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Vorrichtung (100,200) ein Mantel-Thermoelement ist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Vorrichtung (100,200) eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere eine Heizpatrone oder eine Rohrwendelpatrone ist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizvorrichtung (100,200) ein elektrisches Heizelement aufweist, welches zumindest abschnittsweise auf den äußeren Umfang des Isolierstoffkörpers (120, 160, 220,251,261) gewickelt ist und zumindest abschnittsweise in die tunnelartige Öffnung (121,122,161,162,221,252,262) hineinragt.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizvorrichtung ein elektrisches Heizelement aufweist, welches vollständig in der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252,262) angeordnet ist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162, 221,252,262) Ausnehmungen zur Befüllung der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162,221,252,262) mit einem Pulver, insbesondere mit Magnesiumoxidpulver, aufweist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung (121,122,161,162, 221,252,262) so gewählt ist, dass bei gegebenem Bauraum das Verhältnis der Länge der Umfangslinie des Querschnitts zur Fläche des Querschnitts maximiert ist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Leiter (131,132,171,172,231) eine Querschnittsvariation aufweist.
Elektrische Vorrichtung (100,200) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der tunnelartigen Öffnung (121,122,161, 162,221,252,262) ebenfalls variiert.