DE102019103770A1

DE102019103770A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme und elektrische Heizvorrichtung mit einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019103770A1
Application number: DE102019103770.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHLIPF
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2019-09-26
Also published as: DE202018101634U1; US20190297678A1; CN110300465A; CN110300465B; US11147127B2

Abstract

Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mit einem ersten flachen Wicklungsträger (110,130,210a,210b,230a,230b,310a,310b, 330a,330b,510,610,630,710,1110,1130,2110,2130) aus elektrisch isolierendem Material, auf den ein erstes elektrisches Heizelement (140, 150, 240a, 240b, 250a, 250b, 340a, 340b, 350a, 350b, 540, 640, 650, 740, 750) gewickelt ist, bei der der so bewickelte erste flache Wicklungsträger (110, 130, 210a, 210b, 230a, 230b, 310a, 310b, 330a, 330b, 510, 610, 630, 710, 1110, 1130, 2110, 2130) so in ein Gehäuse (190,290,1190,2190) aufgenommen ist, dass sichergestellt ist, dass eine elektrische Isolation des ersten elektrischen Heizelements (140, 150, 240a, 240b, 250a, 250b, 340a, 340b, 350a, 350b, 540, 640, 650, 740, 750) zum Gehäuse (190,290,1190,2190) vorhanden ist, wobei die Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mindestens noch einen zweiten flachen Wicklungsträger (110, 130, 210a, 210b, 230a, 230b, 310a, 310b, 330a, 330b, 510, 610, 630, 710, 1110, 1130, 2110, 2130) aus elektrisch isolierendem Material, auf den ein zweites elektrisches Heizelement (140, 150, 240a, 240b, 250a, 250b, 340a, 340b, 350a, 350b, 540, 640, 650, 740, 750), das vom ersten elektrischen Heizelement (140, 150, 240a, 240b, 250a, 250b, 340a, 340b, 350a, 350b, 540, 640, 650, 740, 750) galvanisch getrennt ist, gewickelt ist, aufweist, das so in das Gehäuse (190, 290, 1190, 2190) aufgenommen ist, dass sichergestellt ist, dass eine elektrische Isolation aller elektrischen Heizelemente (140, 150, 240a, 240b, 250a, 250b, 340a, 340b, 350a, 350b, 540, 640, 650, 740, 750)zum Gehäuse vorhanden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme. Solche Vorrichtungen werden einerseits im Zusammenhang mit elektrischen Heizvorrichtungen oder als elektrische Heizvorrichtungen verwendet, um Wärme für einen bestimmten Zweck, insbesondere zum Heizen bereitzustellen. Andererseits kommen solche Vorrichtungen bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen möglichst schnell größere Mengen anfallender elektrischer Energie abgeführt werden sollen und werden in diesem Anwendungsfall als Lastwiderstände oder Komponente eines Lastwidertands verwendet.
Das technische Wirkungsprinzip ist in beiden Fällen dasselbe: Elektrischer Strom wird durch ein elektrisches Heizelement, typischerweise einen Widerstandsdraht oder Heizleiter, hindurchgeleitet und erzeugt Wärme, die dann jeweils so effizient wie möglich entweder an den zu beheizenden Gegenstand oder an die Umgebung abgeleitet wird.
Ein typischer Aufbau für eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 20311068 U1 bekannt. Er besteht im Wesentlichen aus einem flachen Wicklungsträger aus elektrisch isolierendem Material, auf den ein Widerstandsdraht gewickelt ist. Der so bewickelte Wicklungsträger ist so in ein Gehäuse aufgenommen, dass sichergestellt ist, dass eine elektrische Isolation des Widerstandsdrahts zum Gehäuse vorhanden ist. Dies kann beispielsweise durch mindestens eine weitere Isolierstoffschicht bewirkt werden.
Ein wesentlicher Nachteil bei den bekannten Vorrichtungen zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme, die diesem Aufbauprinzip entsprechen, ist, dass sie im Wesentlichen auf einen Betriebsmodus hin optimiert sind. Für ihren Einsatz in Heizvorrichtungen bedeutet dies, dass mehrere Heizstufen mit ihnen nicht oder nicht effizient realisierbar sind. Für den Einsatz als Lastwiderstand folgt, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Modellreihen, die jeweils zur Leistungsaufnahme in einem bestimmten Bereich ausgelegt sind, konfektioniert und auf Lager gehalten werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme bereitzustellen, die flexibler einsetzbar ist, so dass sie einerseits auch in Fällen mit unterschiedlichen Heizstufen als elektrische Heizvorrichtungen und insbesondere als elektrische Heizvorrichtung zur Beheizung eines Rohrs einsetzbar ist und andererseits als Lastwiderstand für unterschiedliche abzuführende Energiemengen einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 und eine elektrische Heizvorrichtung zur Beheizung eines Rohrs mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme umfasst einen ersten flachen Wicklungsträger aus elektrisch isolierendem Material, auf den ein erstes elektrisches Heizelement, im Regelfall ein Widerstandsdraht oder Heizleiter, gewickelt ist.
Dabei ist ein Gegenstand flach im Sinne dieser Offenbarung, wenn seine beiden größten Oberflächen, die die flachen Seiten bilden, einander gegenüber liegen und alle Punkte einer dieser Oberfläche in im Wesentlichen gleichen Abstand zur anderen dieser Oberfläche liegen.
Der so bewickelte erste flache Wicklungsträger ist so in ein Gehäuse aufgenommen, dass sichergestellt ist, dass eine elektrische Isolation des elektrischen Heizelements zum Gehäuse vorhanden ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Stapel gebildet wird, der mindestens jeweils eine weitere Isolierstoffplatte auf beiden flachen Seiten des flachen Wicklungsträgers aufweist, die zumindest den bewickelten Bereich des flachen Wicklungsträgers überdeckt und vorzugsweise seitlich überragt, so dass eine Isolation der senkrecht zu den flachen Seiten des flachen Wicklungsträgers verlaufenden Längsseiten des flachen Wicklungsträgers zum Gehäuse hin erreicht wird.
Erfindungswesentlich ist, dass die Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mindestens noch einen zweiten flachen Wicklungsträger aus elektrisch isolierendem Material, auf den ein zweites elektrisches Heizelement gewickelt ist, aufweist, der so in das Gehäuse aufgenommen ist, dass sichergestellt ist, dass eine elektrische Isolation aller elektrischen Heizelemente zum Gehäuse und, soweit sie nicht miteinander parallel oder in Serie verschaltet sind, voneinander vorhanden ist.
Dieses zweite elektrische Heizelement und optional vorhandene weitere elektrische Heizelemente können dann verwendet werden, um die Heizleistung bzw. Energieabfuhr durch Umschaltung des Stroms zwischen den einzelnen Heizelementen, insbesondere dem ersten und dem zweiten elektrischen Heizelement, und/oder durch parallele oder serielle Durchleitung des Stroms durch mehrere der elektrischen Heizelemente, insbesondere durch das erste und das zweite elektrische Heizelement, zu variieren.
Angemerkt sei, dass die verwendeten Begriffe „erstes“ und „zweites“ variabel sind. Sie können also einem beliebigen elektrischen Heizelement und/oder einem beliebigen flachen Wicklungsträger einer gegebenen Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme zugeschrieben werden und implizieren keine vorgegebene Reihung, so dass z.B. nicht ausgeschlossen ist, dass zwischen dem ersten flachen Wicklungsträger und dem zweiten flachen Wicklungsträger mindestens ein weiterer freier Wicklungsträger angeordnet ist.
Insbesondere dann, wenn das erste und das zweite elektrische Heizelement zum Betrieb mit unterschiedlichen Spannungen ausgelegt sind, also beispielsweise die eine für den Betrieb mit der Bordspannung eines Fahrzeugs und die andere mit einer Netzspannung ist es als vorteilhaft anzusehen, wenn die elektrische Isolierung zur galvanischen Trennung des ersten elektrischen Heizelements vom zweiten elektrischen Heizelement eine höhere Durchschlagfestigkeit aufweist als die elektrische Isolierung der elektrischen Heizelemente zum Gehäuse. Auf diese Weise können die besonders hohen Anforderungen bei der elektrischen Isolation solcher unterschiedlicher Netze voneinander mit überschaubarem Aufwand erfüllt werden.
Vorzugsweise sollte insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Heizelement eine Durchschlagfestigkeit von mehreren tausend Volt erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der bewickelte erste flache Wicklungsträger und bewickelte zweite flache Wicklungsträger Bestandteil eines Stapels sind. In einer Weiterbildung dieser Konfiguration ist vorgesehen, dass sich im Stapel zur Isolation von zwei zueinander benachbarten bewickelten flachen Wicklungsträgern voneinander, also insbesondere zur Herbeiführung und Sicherstellung der galvanischen Trennung, mindestens eine Isolierstoffplatte aus einem elektrisch nicht leitenden Material -beispielsweise aus Mikanit- und/oder mindestens ein Isolierstoffvlies und/oder eine Isolationsfolie, beispielsweise eine Polyimid- oder Nomex-Folie, befindet, die zwischen den jeweiligen elektrischen Heizelementen, mit denen die bewickelten flachen Wicklungsträger bewickelt sind, angeordnet sind. Die Verwendung von Isolierstoffplatten, Bahnen von Isolierstoffvliesen und/oder Bahnen von Isolatonsfolien und insbesondere die Verwendung von Stapeln dieser Komponenten stellt dabei eine zuverlässige, definierte und dennoch herstellungstechnisch einfache Lösung zur Isolation bzw. Herbeiführung galvanischer Trennung dar.
Zumindest auch auf eine Bahn eines Isolierstoffvlieses und/oder einer Isolierstofffolie zurückzugreifen ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, wie sie in besonderem Maße dann auftreten, wenn die Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme umgeformt, z.B. gebogen wird. Dabei kann es dazu kommen, dass Isolierstoffplatten reißen oder brechen, was lokal die Durchschlagfestigkeit verringert. Ein Isolierstoffvlies und/oder eine Isolierstofffolie kann dies effektiv verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind das erste elektrische Heizelement und das zweite elektrische Heizelement unterschiedlich gewickelt -beispielsweise mit verschiedener Steigung, so dass auf gleich langen Wicklungsträgern unterschiedlich lange elektrische Heizelemente angeordnet sind- und/oder das erste elektrische Heizelement und das zweite elektrische Heizelement haben unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Diese können insbesondere in einem unterschiedlichen Querschnitt bei Widerstandsdrähten gleichen Materials und/oder in unterschiedlichen Material der elektrischen Heizelemente, insbesondere von Widerstandsdrähten, bestehen. Auf diese Weise kann eine substanzielle Änderung der Heizleistung bzw. Lastabfuhr je nachdem welcher der durch die jeweiligen mit einem elektrischen Heizelement bewickelten Wicklungsträger repräsentierten Heizkreise bzw. Lastabfuhrkreise betrieben wird, realisiert werden.
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die elektrische Isolation von zueinander benachbarten Wicklungsträgern durch den Einsatz von mehreren Isoliermitteln in Form von Isolierstoffplatten, insbesondere Mikanitplatten, und/oder Bahnen von Isolierstoffvlies und/oder Isolationsfolien, beispielsweise eine Polyimid- oder Nomex-Folien, zwischen den beiden voneinander zu isolierenden, zueinander benachbarten bewickelten flachen Wicklungsträgern zu realisieren. Eine solche mehrteilig ausgeführte Umsetzung einer gewünschten Spannungsfestigkeit zeigt ebenfalls insbesondere dann ihre Vorteile, wenn mechanische Spannungen auftreten, da eine Rissbildung in mehreren Isolierstoffplatten unter solchen Bedingungen im Normalfall an jeweils unterschiedlichen Stellen auftaucht. Als Konsequenz wird durch eine mehrteilige, gestapelte Ausführung der Isolierung eine durchgehende Rissbildung, wie sie bei der grundsätzlich natürlich möglichen und eigentlich nahe liegenden Verwendung einer einzelnen, dann entsprechend dickeren Isolierstoffplatte auftreten kann, weitestgehend vermieden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das erste elektrische Heizelement und das zweite elektrische Heizelement jeweils mit separaten Anschlüssen versehen ist. Dies maximiert die Zahl der Betriebsmodi, in denen die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme betrieben werden kann.
Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn beide Anschlüsse des ersten elektrischen Heizelements und/oder beide Anschlüsse des zweiten elektrischen Heizelements jeweils an demselben Ende des ersten und/oder zweiten flachen Wicklungsträgers liegen.
Eine Möglichkeit, dies bei einem auf einen flachen Wicklungsträger gewickelten elektrischen Heizelement zu erreichen besteht darin, dass mindestens einer der Anschlüsse eines elektrischen Heizelements vom Ende des flachen Wicklungsträgers, an dem das Ende der Wicklung liegt zum Ende des flachen Wicklungsträgers, an dem der Anfang der Wicklung liegt, neben der Wicklung zurückgeführt ist. Dies geschieht bevorzugt über einen Rückleiter, aus einem gestanzten, wasser- oder lasergeschnittenen Blech, das insbesondere vorzugsweise aus Stahl Edelstahl, Aluminium oder Kupfer bestehen kann.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens zwei der Anschlüsse eines elektrischen Heizelements vom Ende des flachen Wicklungsträgers, an dem das Ende der Wicklung liegt zum Ende des flachen Wicklungsträgers, an dem der Anfang der Wicklung liegt, neben der Wicklung zurückgeführt sind, wobei die Rückführung neben der Wicklung bei benachbarten elektrischen Heizelementen auf unterschiedlichen Seiten neben der Wicklung verläuft.
Eine weitere Möglichkeit, dies bei einem auf einen flachen Wicklungsträger gewickelten elektrischen Heizelement zu erreichen besteht darin, dass mindestens eines der elektrischen Heizelemente von dem Ende des ersten flachen Wicklungsträgers, an dem das Ende der Wicklung liegt zu dem Ende des flachen Wicklungsträgers, an dem der Anfang der Wicklung liegt, zurückgeführt ist, indem es in entgegengesetzter Wicklungsrichtung auf einen weiteren flachen Wicklungsträger gewickelt ist, wobei die Wicklung des elektrischen Heizelements, die auf den ersten flachen Wicklungsträger gewickelt ist, von der Wicklung des elektrischen Heizelements, die auf den weiteren flachen Wicklungsträger gewickelt ist, elektrisch isoliert ist. Auch diese elektrische Isolation kann insbesondere dadurch bewirkt werden, dass mindestens eine weitere Isolierstoffplatte zwischen den beiden flachen Wicklungsträgern aufweist, die zumindest den bewickelten Bereich der flachen Wicklungsträger überdeckt und gegebenenfalls optional seitlich überragt, so dass eine Isolation der senkrecht zu den flachen Seiten des flachen Wicklungsträgers verlaufenden Längsseiten des flachen Wicklungsträgers zum Gehäuse hin erreicht wird.
In einer Weiterbildung dieser Variante weisen der erste flache Wicklungsträger und/oder der weitere flache Wicklungsträger stirnseitig an der von den Anschlüssen des elektrischen Heizelements abgewandten Stirnseite Strukturen auf, über die oder durch die das elektrische Heizelement in seinem Verlauf von dem ersten flachen Wicklungsträger zu dem zweiten flachen Wicklungsträger geführt wird, was die Anordnung des elektrischen Heizelements auf dem jeweiligen Wicklungsträger erleichtert und die Stabilität dieser Anordnung verbessert.
Vorzugsweise wird mindestens einer der flachen Wicklungsträger durch einen Stapel von Isolierstoffplatten gebildet. Auf diese Weise kann die Länge des Heizelements, das auf diesem Wicklungsträger untergebracht werden kann, erhöht werden. Darüber hinaus erlaubt es eine solche Anordnung aber auch, die galvanisch voneinander getrennten elektrischen Heizelemente „sandwichartig“ anzuordnen, also so, dass zwischen zwei Isolierstoffplatten, die zu einem mehrteiligen flachen Wicklungsträger gehören, ein anderer mit einem elektrischen Heizelement bewickelter Wicklungsträger liegt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine solche Anordnung so ausgeführt, dass elektrische Heizelemente mit kleinerer Heizleistung und/oder elektrische Heizelemente, die für den Betrieb mit einer kleineren Betriebsspannung vorgesehen sind, weiter außen, also weiter weg von zu beheizenden Körper angeordnet sind als elektrische Heizelemente mit größerer Heizleistung und/oder elektrische Heizelemente, die für den Betrieb mit einer größeren Betriebsspannung vorgesehen sind.
Die Gesamtanordnung der Vorrichtung zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme ist jeweils bevorzugt verdichtet oder verpresst. Dies kann bevorzugt zu einer spaltfreien Anordnung der Komponenten im Inneren des Gehäuses führen, bei der dann insbesondere auch die elektrischen Heizelemente in Isolierstoff- und/oder Wicklungsträger eingepresst sind, was ihre Isolation weiter verbessert.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Verdichten und/oder Verpressen im Bereich der Anschlüsse weniger stark erfolgt, was dann insbesondere bevorzugt realisiert ist, wenn das Gehäuse im Bereich der Anschlüsse einen größeren Querschnitt hat, so dass es von außen betrachtet eine Stufe aufweist.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung zur Beheizung eines Körpers, insbesondere eines Rohrs, zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme nach einem der Ansprüche aufweist. Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme so umgeformt ist, dass ein Abschnitt des Gehäuses der Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme an einer Außenkontur des Körpers anliegt. Eine solche elektrische Heizvorrichtung kann insbesondere zum Betrieb von Absorberkühlschränken, wie sie z.B. für Minibars oder in Wohnmobilen zum Einsatz kommen, vorteilhaft verwendet werden, da mit ihrer Hilfe in einer überaus kompakten Anordnung mehrere unterschiedliche Betriebsmodi realisiert werden können.
In einer bevorzugten Weiterbildung dieser elektrischen Heizvorrichtung zur Beheizung eines Rohrs ist die Vorrichtung zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme U-förmig umgeformt, wobei ein Bogen des U halbkreisförmig an die Außenkontur des Rohrs angepasst ist und die Schenkel des U sich senkrecht zu einer Mittelebene des Körpers, insbesondere Rohrs, in der eine Mittelachse des Körpers, insbesondere Rohrs liegt von der Mittelebene des Körpers, insbesondere Rohrs weg erstrecken. Auf diese Weise kann nicht nur der Sitz der elektrischen Heizvorrichtung auf dem Körpers, insbesondere Rohr verbessert werden, sondern es kann darüber hinaus bei Aufrechterhaltung einer einfachen Demontagemöglichkeit die erzielte Heizwirkung optimiert werden, wenn man die elektrische Heizvorrichtung so ausgestaltet, dass auch die Schenkel des U beheizt sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigt:

1: eine partiell geöffnete, auseinandergezogene Darstellung einer ersten Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme,
2: die Komponenten, aus denen die Vorrichtung aus 1 zusammengesetzt ist,
3a: eine Aufbauvariante für einen bewickelten Wicklungsträger in einer Ansicht von schräg oben,
3b: den oberern Wicklungsträger der Aufbauvariante aus 3a in einer Ansicht von unten,
4a: eine partiell geöffnete Darstellung einer zweiten Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme, gesehen aus einer ersten Perspektive,
4b: die Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme aus 4a, gesehen aus einer zweiten Perspektive,
4c: einen Querschnitt durch die Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme,
4d: eine Detailvergrößerung aus 4a,
4e: eine erste Detailvergrößerung aus 4b,
4f: eine zweite Detailvergrößerung aus 4b,
4g: eine Detailvergrößerung aus 4c,
4h: eine Explosionsdarstellung der Stapelanordnung der Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme aus 4a,
4j: zur Verwendung in der Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme gemäß 4a, vorkonfigurierte bewickelte Wicklungsträger,
5a: eine weitere Variante einer Stapelanordnung zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme,
5b: zur Verwendung in der Variante gemäß 5a vorkonfigurierte bewickelte Wicklungsträger,
6a: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung zur Beheizung eines Rohrs im Querschnitt,
6b: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung zur Beheizung eines Rohrs im Querschnitt,
7: eine andere Variante einer Stapelanordnung zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme,
8a: noch eine weitere Variante einer Stapelanordnung zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Umwandlung von Elektrizität in Wärme, und
8b: eine teilweise geöffnete Darstellung der Stapelanordnung aus 8a.

Dabei sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren dargestellt. Gleiche Bauteile gleicher Ausführungsbeispiele tragen soweit nichts anderes dargelegt in allen Figuren dasselbe Bezugszeichen.
Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme. Die Vorrichtung 100 weist ein Gehäuse 190 auf, in dessen Innenraum zwei jeweils mit einem elektrischen Heizelement 140,150 in Form eines Heizleiters bewickelte Wicklungsträger 110,130 eingebettet sind. Dabei ist in der 1 die Vorrichtung 100 auseinandergezogen dargestellt, so dass der Abstand zwischen den einzelnen Komponenten in vertikaler Richtung übertrieben groß dargestellt ist, um eine detailliertere Darstellung der Komponenten zu erlauben.
Je nachdem, wie das elektrische Heizelement 140,150 -insbesondere im Hinblick auf Materialwahl und Querschnitt- ausgelegt und wie -insbesondere im Hinblick auf Windungszahl und Windungsabstand- die Wicklungsträger 110, 130 bewickelt sind, lassen sich somit sehr einfach Heizkreise mit unterschiedlicher Heizleistung, die je nach Ansteuerung unterschiedliche Betriebsstufen erlauben, oder auch Heizkreise zur Verwendung mit unterschiedlichen Spannungsquellen, z.B. einerseits dem Bordnetz eines Fahrzeugs und andererseits dem normalen stationären Wechselspannungsnetz bereitstellen.
Während grundsätzlich auch die Verwendung von rechteck- oder streifenförmigen Wicklungsträgern 110,130 möglich ist, weisen diese im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils in beiden Endbereichen 111,112 bzw. 131,132 Vorsprünge 111a,111b,112a, 112b,131a,131b,132a,132b auf, die den Wicklungsträger 110,130 lokal verbreitern, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verbreiterung in die eine Richtung durch die Vorsprünge lila, 112a,131a,132a größer ausfällt als die Verbreiterung in die andere Richtung durch die Vorsprünge 111b,112b,131b,132b.
Alle Vorsprünge 111a,111b,112a,112b,131a,131b,132a,132b dienen dazu, sicherzustellen, dass das elektrische Heizelement 140,150, mit dem der jeweilige Wicklungsträger 110,130 bewickelt ist, vom Gehäuse 190 beabstandet ist.
Die Vorsprünge 111a,112a,131a,132a haben darüber hinaus die Funktion, eine elektrische Verbindung beider Enden der als Heizdraht ausgeführten elektrischen Heizelemente 140,150 auf derselben Seite der Vorrichtung 100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme zu ermöglichen, indem vom der Anschlussseite entgegengesetzten Ende der Wicklung, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, über einen auf dem Wicklungsträger 110,130 vorgesehenen Kontaktpunkt 113,133 ein Kontakt zu einem Anschlussdraht 141,151 hergestellt wird, der parallel zur Wicklungsrichtung und durch die Vorsprünge 111a,112a,131a, 132a von der Wicklung beabstandet zur Anschlussseite zurückgeführt wird.
Alternativ dazu kann aber auch ein Endabschnitt der elektrischen Heizelemente 140,150 parallel zur Wicklungsrichtung und durch die Vorsprünge 111a,112a,131a,132a von der Wicklung beabstandet zur Anschlussseite zurückgeführt werden und dort der Anschluss zu einem Anschlussdraht hergestellt werden.
Das andere Ende der elektrischen Heizelemente 140,150 ist über einen auf dem anschlusseitigen Ende des Wicklungsträgers 110,130 vorgesehenen Kontaktpunkt 114,134 mit einem weiteren Anschlussdraht 142,152 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung an einem Kontaktpunkt 114,134 kann dabei nicht nur in diesem Ausführungsbeispiel sondern ganz allgemein insbesondere durch Schweißen, Nieten, Crimpen oder Löten herbeigeführt werden.
Die bewickelten Wicklungsträger 110,130 sind dabei in der Vorrichtung 100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nebeneinander angeordnet und Teil eines Stapels, der darüber hinaus auch elektrisch isolierenden Isolierstoffplatten 120,121,122, die aber bevorzugt eine möglichst gute Wärmeleitung aufweisen sollten, enthält. Beispielsweise können die Isolierstoffplatten 120,121,122 aus Mikanit bestehen.
Durch die Isolierstoffplatte 120 werden die elektrischen Heizelemente 140,150 voneinander elektrisch isoliert und so eine galvanische Trennung zwischen den elektrischen Heizelementen 140,150 insbesondere im Bereich der Wicklungsträger gewährleistet, während durch die Isolierstoffplatten 121 bzw. 122 die elektrische Isolierung der elektrischen Heizelemente 140 bzw. 150 vom Gehäuse 190 sichergestellt wird. Grundsätzlich können einzelne oder alle der Isolierstoffplatten 120,121,122 aber auch durch Einbettung in ein elektrisch isolierendes, aber wärmeleitendes Pulver oder Granulat, wie beispielsweise Magnesiumoxid, voneinander und vom Gehäuse 190, isoliert werden. Die Gesamtanordnung ist in beiden Fällen jeweils bevorzugt miteinander verpresst. Dies kann bevorzugt zu einer spaltfreien Anordnung führen, bei der dann insbesondere auch die elektrischen Heizelemente in Isolierstoff- und/oder Wicklungsträger eingepresst sind.
Die 3a und 3b zeigen eine Aufbauvariante für einen bewickelten Wicklungsträger 510, die in allen Ausführungsbeispielen alternativ zu den dort gezeigten Wicklungsträgern eingesetzt werden kann in zwei unterschiedlichen Perspektiven. Der Wicklungsträger 510 ist mehrteilig aufgebaut und umfasst insbesondere eine obere Isolierstoffplatte 590 und eine untere Isolierstoffplatte 591. Optional können auch weitere Isolierstoffplatten zwischen oberer Isolierstoffplatte 590 und unterer Isolierstoffplatte 591 angeordnet sein. Der Wicklungsträger 510 ist also als ein Stapel von mehreren Isolierstoffplatten 590,591 ausgeführt.
Das elektrische Heizelement 540 ist in dieser Aufbau um diesen Stapel von Isolierstoffplatten, im dargestellten Ausführungsbeispiel also um die obere Isolierstoffplatte 590 und die untere Isolierstoffplatte 591, herum auf den so gebildeten mehrteiligen Wicklungsträger 510 gewickelt und über Kontaktpunkte 514,515 mit Anschlussdrähten 541,542 verbunden.
Die Mehrteiligkeit des Wicklungsträgers 510 hat insbesondere zwei Auswirkungen:
Einerseits wird dadurch ermöglicht, dass, wie besonders gut nachvollziehbar in der 3b dargestellt ist, der Endabschnitt 543 des elektrischen Heizelements 540 elektrisch isoliert zwischen oberer Isolierstoffplatte 590 und unterer Isolierstoffplatte zurückgeführt wird.
Andererseits kann durch einen mehrteiligen, stapelartigen Aufbau des Wicklungsträgers 510 die Länge des auf diesem aufgewickelten elektrischen Heizelements 540 erhöht werden, was einen wichtigen Freiheitsgrad zur Bereitstellung einer gewünschten Heizleistung darstellen kann.
Die 4a bis 4j zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 200 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme. Die Vorrichtung 200 weist ein Gehäuse 290 auf, in dessen Innenraum vier jeweils mit einem elektrischen Heizelement 240a,240b,250a,250b in Form eines Heizleiters bewickelte Wicklungsträger 210a,210b,230a,230b eingebettet sind. Dabei sind einerseits die elektrischen Heizelemente 240a und 240b und andererseits die elektrischen Heizelemente 250a und 250b in Reihe geschaltet, so dass ebenfalls zwei Heizkreise entstehen.
Wie in den in gleichem Maßstab vergrößerten Ausschnittsvergrö-ßerungen, die als 4e und 4f gezeigt sind, besonders deutlich wird, sind die elektrischen Heizelemente 240a und 240b im Vergleich zu den elektrischen Heizelementen 250a und 250b sowohl im Hinblick auf ihren Querschnitt als auch im Hinblick auf das Wicklungsmuster, insbesondere Windungszahl und Windungsabstand, verschieden ausgeführt, so dass zwei Heizkreise mit unterschiedlicher Heizleistung, die je nach Ansteuerung unterschiedliche Betriebsstufen erlauben, oder auch zur Verwendung mit unterschiedlichen Spannungsquellen, z.B. einerseits dem Bordnetz eines Fahrzeugs und andererseits dem normalen stationären Wechselspannungsnetz, vorhanden sind.
Während grundsätzlich auch die Verwendung von rechteck- oder streifenförmigen Wicklungsträgern 210a,210b,230a,230b möglich ist, weisen diese im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils in Vorsprünge 211a,211b,212a,212b,231a,231b,232a,232b auf, die den Wicklungsträger 210a,210b,230a,230b jeweils lokal verbreitern, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verbreiterung symmetrisch ausfällt. Dadurch wird insbesondere die Beabstandung der bewickelten Bereiche der Wicklungsträger 210a,210b,230a,230b vom Gehäuse 290 sichergestellt.
Die Möglichkeit, eine elektrische Verbindung beider Enden der elektrischen Heizelemente 240a,240b bzw. 250a,250b auf derselben Seite der Vorrichtung 200 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme bereitzustellen ist hier durch deren paarweise Anordnung ermöglicht, bei der jeweils die elektrischen Heizelemente 240a und 240b bzw. 250a und 250b in Reihe geschaltet sind. Dies kann besonders einfach dadurch realisiert werden, dass einfach dasselbe elektrische Heizelement bzw. derselbe Heizdraht für beide Wicklungen verwendet wird, wie man besonders gut in den 4h und 4j erkennt.
Besonders vorteilhaft ist es daher, an der den Anschlüssen gegenüberliegenden Stirnseite Vorsprünge 214a,214b, 234a,234b vorzusehen, über die dann ein Verbindungsabschnitt 240c bzw. 250c des elektrischen Heizelements geführt werden kann, was besonders gut in der in 4g gezeigten Ausschnittsvergrößerung zu erkennen ist.
Die Kontaktierung der elektrischen Heizelemente 240a,240b, 250a,250b erfolgt dann jeweils über auf den Wicklungsträgern 210a,210b,230a,230b vorgesehene Kontaktpunkte 213a,213b,233a, 233b, über die ein Kontakt zu einem Anschlussdraht 241a,241b,251a,251b hergestellt wird.
Wie man besonders gut in der 4h und in der Ausschnittsvergrößerung, die in 4d gezeigt ist, erkennt, sind die bewickelten Wicklungsträger 210a,210b,230a,230b in der Vorrichtung 200 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme übereinander angeordnet und Teil eines Stapels, der darüber hinaus auch elektrisch isolierende Isolierstoffplatten 221,222,223,224,225 die bevorzugt eine möglichst gute Wärmeleitung aufweisen sollten, enthält. Beispielsweise können die Isolierstoffplatten 221,222,223,224,225 aus Mikanit bestehen.
Durch die Isolierstoffplatten 222 und 224 werden jeweils die zu einem Heizkreis gehörenden elektrischen Heizelemente 240a,240b bzw. 250a,250b so voneinander elektrisch isoliert, dass Kurzschlüsse zwischen den jeweiligen Wicklungen vermieden werden. Die Isolierstoffplatte 223 leistet dies für die benachbart zueinander angeordneten, aber zu unterschiedlichen Heizkreisen gehörenden elektrischen Heizelemente 240b und 250a, während durch die Isolierstoffplatten 221 bzw. 225 die elektrische Isolierung der elektrischen Heizelemente 240a bzw. 250b vom Gehäuse 290 sichergestellt wird. Grundsätzlich können einzelne oder alle der Isolierstoffplatten 221,222,223,224,225 aber auch durch Einbettung der elektrischen Heizelemente 240a,240b,250a,250b in ein elektrisch isolierendes, aber wärmeleitendes Pulver oder Granulat, wie beispielsweise Magnesiumoxid, voneinander und vom Gehäuse 290, ersetzt werden. Die Gesamtanordnung ist in beiden Fällen jeweils bevorzugt miteinander verpresst. Dies kann bevorzugt zu einer spaltfreien Anordnung führen, bei der dann insbesondere auch die elektrischen Heizelemente in Isolierstoff- und/oder Wicklungsträger eingepresst sind.
Selbstverständlich kann ein nach diesem Bauprinzip fortgesetzter Stapelaufbau auch noch mehr Heizkreise aufweisen.
Die 5a und 5b zeigen noch eine andere Variante der Anordnung bewickelter Wicklungsträger, die für erfindungsgemäße Vorrichtungen verwendet werden können.
Auch hier sind vier jeweils mit einem elektrischen Heizelement 340a,340b,350a,350b in Form eines Heizleiters bewickelte Wicklungsträger 310a,310b,330a,330b vorhanden, wobei einerseits die elektrischen Heizelemente 340a und 340b und andererseits die elektrischen Heizelemente 350a und 350b in Reihe geschaltet, so dass ebenfalls zwei Heizkreise entstehen, die aber in dieser Variante nicht übereinander sondern nebeneinander angeordnet sind.
In diesem Beispiel kommen im Wesentlichen rechteck- oder streifenförmigen Wicklungsträgern 310a,310b,330a,330b zur Anwendung; eine elektrische Isolation in seitlicher Richtung erfolgt durch balkenförmige Isolierstoffstreifen 380.
Die Möglichkeit, eine elektrische Verbindung beider Enden der elektrischen Heizelemente 340a,340b bzw. 350a,350b auf derselben Seite bereitzustellen ist auch hier durch deren paarweise Anordnung ermöglicht, bei der jeweils die elektrischen Heizelemente 340a und 340b bzw. 350a und 350b in Reihe geschaltet sind. Dies kann erfolgt auch hier durch das Vorsehen von Vorsprünge 314a,314b,334a,334b an der den Anschlüssen gegenüberliegenden Stirnseite, über die dann ein Verbindungsabschnitt 340c bzw. 350c des elektrischen Heizelements geführt wird.
Die Kontaktierung der elektrischen Heizelemente 340a,340b, 350a,350b erfolgt dann wieder über auf den Wicklungsträgern 310a,310b,330a,330b vorgesehene Kontaktpunkte 313a,313b,333a, 333b, an denen jeweils ein Kontakt zu einem Anschlussdraht 341a,341b,351a,351b hergestellt wird.
Wie man besonders gut in der 5a erkennt, sind die bewickelten Wicklungsträger 310a,310b,330a,330b in der Vorrichtung 300 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme paarweise übereinander angeordnet und somit Teil eines Stapels, der darüber hinaus auch elektrisch isolierende Isolierstoffplatten 321,322,323, die bevorzugt eine möglichst gute Wärmeleitung aufweisen sollten, enthält. Beispielsweise können die Isolierstoffplatten 321,322,323 aus Mikanit bestehen.
Durch die Isolierstoffplatte 322 werden die jeweils zu einem Heizkreis gehörenden elektrischen Heizelemente 340a,340b und 350a,350b so voneinander elektrisch isoliert, dass Kurzschlüsse zwischen den jeweiligen Wicklungen vermieden werden. Durch die Isolierstoffplatten 321 bzw. 323 wird die elektrische Isolierung der elektrischen Heizelemente 340a und 350a bzw. 340b und 350b vom nicht dargestellten Gehäuse sichergestellt.
6a zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Heizvorrichtung 1000 zur Beheizung eines Rohrs 1001 mit Außenradius R im Querschnitt, wobei die Querschnittsebene senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Rohrs 1001, also senkrecht zu der Richtung, in der eine Flüssigkeit durch das Rohr 1001 hindurchfließt, liegt. Dabei wird zum Beheizen eine Vorrichtung 1100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme verwendet, die hinsichtlich der bewickelten Wicklungsträger 1110,1130 und ihrer Anordnung im Gehäuse 1190 her dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei allerdings die auf die Wicklungsträger 1110,1130 gewickelten elektrischen Heizelemente zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Anders als im Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist dabei die Isolierung der Wicklungsträger 1110,1130 bzw. der auf ihnen angeordneten, nicht dargestellten Wicklungen der elektrischen Heizelemente voneinander und vom Gehäuse 1190 nicht durch Verwendung von Isolierstoffplatten, sondern durch Verwendung von Isolierstoffpulver 1120, insbesondere Magnesiumoxid, sichergestellt.
Je nachdem, wie die nicht dargestellten elektrischen Heizelemente -insbesondere im Hinblick auf Materialwahl und Querschnitt- ausgelegt und wie -insbesondere im Hinblick auf Windungszahl und Windungsabstand- die Wicklungsträger 1110, 1130 bewickelt sind, lassen sich somit sehr einfach Heizkreise mit unterschiedlicher Heizleistung, die je nach Ansteuerung unterschiedliche Betriebsstufen erlauben, oder auch Heizkreise zur Verwendung mit unterschiedlichen Spannungsquellen, z.B. einerseits dem Bordnetz eines Fahrzeugs und andererseits dem normalen stationären Wechselspannungsnetz bereitstellen.
Die Vorrichtung 1100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme wurde dazu so umgeformt, dass sie eine U-form annimmt, bei der der Bogen 1101 des U, der die Schenkel 1102,1103 des U verbindet, einer halbkreisförmigen Kontur folgt, die an den Außenradius R des Rohrs 1001 angepasst ist.
Zugleich erkennt man, dass sich in diesem Ausführungsbeispiel im durch die Schenkel 1102,1103 des U gebildeten Bereich, der sich über die Mitte des Querschnitts des Rohr 1001 hinweg erstreckt, noch jeweils ein Abschnitt 1110a,1110b,1130a,1130b der bewickelten Wicklungsträger 1110,1130 erstreckt. Damit wird durch die Schenkel 1102,1103 des U nicht nur der mechanische Sitz der Vorrichtung 1100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme auf dem zu beheizenden Rohr 1001 verbessert, sondern auch sichergestellt, dass der Teil von dessen Umfang, über den Wärme eingeleitet werden kann, vergrößert oder maximiert wird.
Das in 6b in derselben Perspektive wie der Perspektive der 7a gezeigte Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 2000 zur Beheizung eines Rohrs 2001 mit Außenradius R weist ebenfalls eine Vorrichtung 2100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mit Gehäuse 2190 und zwei bewickelten Wicklungsträgern 2110,2130, deren Wicklungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind und die durch Isolierstoffpulver 2120, insbesondere Magnesiumoxid, elektrisch vom Gehäuse 2190 und voneinander isoliert sind.
Auch die Vorrichtung 2100 zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme wurde dazu so umgeformt, dass sie eine U-Form annimmt, bei der der Bogen 2101 des U, der die Schenkel 2102,2103 des U verbindet, einer halbkreisförmigen Kontur folgt, die an den Außenradius R des Rohrs 2001 angepasst ist, wobei sich im durch die Schenkel 2102,2103 des U gebildeten Bereich, der sich über die Mitte des Querschnitts des Rohr 2001 hinweg erstreckt, noch jeweils ein Abschnitt 2110a, 2130a der bewickelten Wicklungsträger 2110,2130 erstreckt, was dieselben Wirkungen wie bei der elektrischen Heizvorrichtung 2000 mit sich bringt.
Die elektrische Heizvorrichtung 2000 unterscheidet sich aber von der elektrischen Heizvorrichtung 1000 hinsichtlich der Anordnung der bewickelten Wicklungsträger 2110,2130, die hier nicht gestapelt, sondern nebeneinander jeweils in einer Hälfte des U angeordnet sind. Dies führt zu einer elektrischen Heizvorrichtung 2000, die lediglich zu einer geringeren Vergrößerung des Querschnitts des Rohrs im mit ihr beheizten Bereich führt und somit gerade für die Verwendung bei geringem zur Verfügung stehendem Bauraum in dieser Dimension gut geeignet ist.
Die in 7 dargestellte Variante einer Stapelanordnung ergibt sich im Wesentlichen aus einer anderen Anordnung von bewickelten Wicklungsträgern, die sehr ähnlich zu den in 2 dargestellten Wicklungsträgern sind, nämlich einer Anordnung übereinander statt nebeneinander.
Man erkennt in 7 zwei jeweils mit einem elektrischen Heizelement 640,650 in Form eines Heizleiters bewickelte Wicklungsträger 610,630, die durch eine Isolierstoffplatte 620 voneinander galvanisch getrennt sind. Die elektrischen Heizelemente 640,650 unterscheiden sich dabei insbesondere im Hinblick auf ihren Querschnitt.
Auch in diesem Beispiel ist eine elektrische Verbindung beider Enden der als Heizdraht ausgeführten elektrischen Heizelemente 640,650 auf derselben Seite der Wicklungsträger 610,630 realisiert, wobei hier jedoch die Rückführung über Rückführbleche 614,634 erfolgt, die auf unterschiedlichen Seiten der elektrischen Heizelemente 640,650 verlaufen.
Im Ausführungsbeispiel, das in den 8a und 8b gezeigt ist, ist eine „sandwichartige“ Anordnung der elektrischen von elektrischen Heizelementen 740,750 realisiert. Das innere, für den Betrieb mit höherer Leistung ausgelegte elektrische Heizelement 740 ist dazu auf einen Wicklungsträger 710 gewickelt, der zwischen zwei Isolierstoffplatten 790,791, die jeweils breiter als der bewickelte Wicklungsträger 710 sind und gemeinsam einerseits den Wicklungsträger für das elektrische Heizelement 750 bilden.
Bezugszeichenliste

100,200,1100,2100: Vorrichtung
110,130,210a,210b,230a,230b, 310a,310b,330a,330b,510,610, 630,710,1110,1130,2110,2130: Wicklungsträger
111,112,131,132: Endbereich
111a,111b,112a,112b,131a,131b, 132a,132b,211a,211b,212a,212b, 214a,214b,231a,231b,232a,232b, 234a,234b,314a,314b,334a,334b: Vorsprung
113,133,213a,213b,233a,233b, 514,515: Kontaktpunkt
120,121,122,221,222,223,224, 225,321,322,323,590,591,620, 790,791: Isolierstoffplatte
141, 142, 151, 152, 241a,241b, 251a,251b,341a,341b,351a,351b, 541,542: Anschlussdraht
140,150,240a,240b,250a,250b, 340a,340b,350a,350b,540,640, 650,740,750: elektrisches Heizelement
190,290,1190,2190: Gehäuse
380: Isolierstoffstreifen
543: Endabschnitt
1000,2000: elektrische Heizvorrichtung
1001,2001: Rohr
1101,2102: Bogen des U
1102,1103,2102,2103: Schenkel des U
1110a,1110b,1130a,1130b,2110a, 2130a: Abschnitt
1120,2120: Isolierstoffpulver
R: Außenradius

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20311068 U1 [0003]

Claims

Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mit einem ersten flachen Wicklungsträger (110,130,210a,210b,230a,230b,310a,310b, 330a,330b,510,610,630,710,1110,1130,2110,2130) aus elektrisch isolierendem Material, auf den ein erstes elektrisches Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b,540,640, 650,740,750) gewickelt ist, bei der der so bewickelte erste flache Wicklungsträger (110,130,210a,210b,230a,230b, 310a,310b,330a,330b,510,610,630,710,1110,1130,2110,2130) so in ein Gehäuse (190,290,1190,2190) aufgenommen ist, dass sichergestellt ist, dass eine elektrische Isolation des ersten elektrischen Heizelements (140,150,240a,240b, 250a,250b,340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) zum Gehäuse (190,290,1190,2190) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme mindestens noch einen zweiten flachen Wicklungsträger (110,130,210a,210b,230a,230b,310a, 310b, 330a,330b,510,610,630,710,1110,1130,2110,2130) aus elektrisch isolierendem Material, auf den ein zweites elektrisches Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b, 340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750), das vom ersten elektrischen Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b, 340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) galvanisch getrennt ist, gewickelt ist, aufweist, das so in das Gehäuse (190,290,1190,2190) aufgenommen ist, dass sichergestellt ist, dass eine elektrische Isolation aller elektrischen Heizelemente (140,150,240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a, 350b,540,640,650,740,750)zum Gehäuse vorhanden ist.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung zur galvanischen Trennung des ersten elektrischen Heizelements (140,150,240a,240b,250a, 250b,340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) vom zweiten elektrischen Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b, 340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) eine höhere Durchschlagfestigkeit aufweist als die elektrische Isolierung der elektrischen Heizelemente (140,150,240a,240b, 250a,250b,340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) zum Gehäuse (190,290,1190,2190).
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewickelte erste flache Wicklungsträger (110,130,210a, 210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,640,710,1110, 1130,2110,2130) und der bewickelte zweite flache Wicklungsträger (110,130,210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a, 330b,510,610,640,710,1110,1130,2110,2130) Bestandteil eines Stapels sind.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Stapel zur Isolation von zwei auf zueinander benachbarten bewickelten flachen Wicklungsträgern (110,130,210a,210b, 230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,1110,1130,2110,2130) aufgewickelten elektrischen Heizelementen(140,150,240a, 240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) voneinander mindestens eine Isolierstoffplatte (120,121, 122,221,222,223,224,225,321,322,323,590,591,790,791) aus einem elektrisch nicht leitenden Material und/oder mindestens eine Bahn, die aus einem Isolierstoffvlies oder einer Isolierstofffolie besteht, aus einem elektrisch nicht leitenden Material befindet, die zwischen den jeweiligen elektrischen Heizelementen (140,150,240a, 240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b,640,650,740,750), mit denen die bewickelten flachen Wicklungsträger (110,130, 210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,610,630,710,1110, 1130,2110,2130) bewickelt sind, angeordnet ist.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Stapel zur Isolation von zwei zueinander benachbarten bewickelten flachen Wicklungsträgern (110,130,210a,210b, 230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,630,710,1110,1130, 2110,2130) voneinander mehrere Isoliermittel in Form von Isolierstoffplatten (120,121,221,222,223,224,225,321,322, 323,590,591) und/oder Bahnen, die aus einem Isolierstoffvlies oder einer Isolierstofffolie zwischen den beiden voneinander zu isolierenden, zueinander benachbarten bewickelten flachen Wicklungsträgern (110, 130,210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,630, 710,1110,1130,2110,2130) befinden.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b, 340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) und das zweite elektrische Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b,340a, 340b,350a,350b,540,640,650,740,750) unterschiedlich gewickelt sind und/oder unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben, insbesondere einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen und/oder aus einem unterschiedlichen Material bestehen.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrische Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b, 340a,340b,350a,350b,540,640,650,740,750) und das zweite elektrische Heizelement (140,150,240a,240b,250a,250b,340a, 340b,350a,350b,540,640,650,740,750) jeweils mit separaten Anschlüssen versehen ist.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Anschlüsse des ersten elektrischen Heizelements (140,150, 240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b,540,640,650,740, 750) und/oder beide Anschlüsse des zweiten elektrischen Heizelements (140,150,240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a, 350b,540,640,650,740,750) jeweils an demselben Ende des ersten und/oder zweiten flachen Wicklungsträgers (110,130, 210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,630,710, 1110,1130,2110,2130) liegen.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Anschlüsse eines elektrischen Heizelements (140,150,240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b,540,640, 650,740,750) vom Ende des flachen Wicklungsträgers (110, 130,210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,630, 710,1110,1130,2110,2130), an dem das Ende der Wicklung liegt zum Ende des flachen Wicklungsträgers (110,130,210a, 210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,630,710,1110, 1130,2110,2130), an dem der Anfang der Wicklung liegt, neben der Wicklung zurückgeführt ist.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Anschlüsse eines elektrischen Heizelements (140,150,240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b,540,640,6 50,740,750) vom Ende des flachen Wicklungsträgers (110, 130,210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,630, 710,1110,1130,2110,2130), an dem das Ende der Wicklung liegt zum Ende des flachen Wicklungsträgers (110,130,210a, 210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b,510,610,630,710,1110, 1130,2110,2130), an dem der Anfang der Wicklung liegt, neben der Wicklung zurückgeführt sind, wobei die Rückführung neben der Wicklung bei benachbarten elektrischen Heizelementen (140,150,240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b, 540,640,650,740,750) auf unterschiedlichen Seiten neben der Wicklung verläuft.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der elektrischen Heizelemente (240a,240b,250a, 250b,340a,340b,350a,350b)dadurch von dem Ende des ersten flachen Wicklungsträgers (210a,210b,230a,230b,310a,310b, 330a,330b), an dem das Ende der Wicklung liegt zu dem Ende des flachen Wicklungsträgers (210a,210b,230a,230b,310a, 310b,330a,330b), an dem der Anfang der Wicklung liegt, zurückgeführt ist, indem es in entgegengesetzter Wicklungsrichtung auf einen weiteren flachen Wicklungsträger (210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a, 330b) gewickelt ist, wobei die Wicklung des elektrischen Heizelements (240a, 240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b), die auf den ersten flachen Wicklungsträger (210a,210b,230a,230b,310a,310b, 330a,330b) gewickelt ist, von der Wicklung des elektrischen Heizelements (240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a, 350b), die auf den weiteren flachen Wicklungsträger (210a,210b,230a,230b,310a,310b, 330a,330b) gewickelt ist, elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste flache Wicklungsträger (210a,210b,230a,230b,310a,310b, 330a,330b) und/oder der weitere flache Wicklungsträger (210a,210b,230a,230b,310a,310b,330a,330b) stirnseitig an der von den Anschlüssen des elektrischen Heizelements (240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b) abgewandten Stirnseite Vorsprünge (214a,214b,314a,314b) aufweisen, über die oder durch die das elektrische Heizelement (240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b)in seinem Verlauf von dem ersten flachen Wicklungsträger (210a,210b, 230a,230b,310a,310b, 330a,330b) zu dem zweiten flachen Wicklungsträger (210a,210b,230a,230b,310a,310b, 330a,330b) geführt wird.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestestens einer der flachen Wicklungsträger (510) mehrteilig, insbesondere durch einen Stapel von Isolierstoffplatten (590,591,790,791) gebildet, ist.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Isolierstoffplatten (790,791), die zu einem mehrteiligen flachen Wicklungsträger gehören, ein anderer mit einem elektrischen Heizelement (740) bewickelter Wicklungsträger (710) liegt.
Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Heizelemente (240a,240b,250a,250b,340a,340b,350a, 350b,640,650,740,750) mit kleinerer Heizleistung und/oder elektrische Heizelemente (240a,240b,250a,250b,340a,340b, 350a,350b,640,650,740,750), die für den Betrieb mit einer kleineren Betriebsspannung vorgesehen sind, weiter außen angeordnet sind als elektrische Heizelemente (240a,240b, 250a,250b,340a,340b,350a,350b,640,650,740,750) mit größerer Heizleistung und/oder elektrische Heizelemente (240a, 240b,250a,250b,340a,340b,350a,350b,640,650,740,750), die für den Betrieb mit einer größeren Betriebsspannung vorgesehen sind.
Elektrische Heizvorrichtung (1000,2000) zur Beheizung eines Körpers, insbesondere eines Rohrs (1001,2001), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizvorrichtung (1000,2000) zur Beheizung eines Körpers eine Vorrichtung (100,200,1100, 2100) zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist, wobei die Vorrichtung (100, 200,1100,2100) zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme so umgeformt ist, dass ein Abschnitt des Gehäuses (190, 290,1190,1290) der Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme an einer Außenkontur des Körpers (1001,2001) anliegt.
Elektrische Heizvorrichtung (1000,2000) zur Beheizung eines Körpers (1001,2001) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100,200,1100,2100) zur Umwandlung elektrischer Energie in Wärme U-förmig geformt ist, wobei ein Bogen (1101,2101) des U halbkreisförmig an die Außenkontur des Körpers (1001,2001) angepasst ist und die Schenkel (1102, 1103,2102,2103) des U sich senkrecht zu einer Mittelebene des Körpers (1001,2001), in der eine Mittelachse des Körpers (1001,2001) liegt von der Mittelebene des Körpers (1001,2001) weg erstrecken.