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Elektrische Heizvorrichtungen finden seit vielen Jahren Verwendung bei der Beheizung von Gegenständen und/oder Medien. Bei einer weit verbreiteten Bauform solcher elektrischer Heizvorrichtungen wird die Heizwirkung durch Verwendung eines Heizdrahts oder Widerstandsdrahts erzielt, der auf einen Wickelkörper aufgewendelt wird. Der Wickelkörper wird dann in einen rohrförmigen Metallmantel eingeführt und in ein gut wärmeleitendes, aber elektrisch isolierendes Pulver oder Granulat, insbesondere Magnesiumoxid, eingebettet. Die elektrische Kontaktierung des Heizdrahts kann grundsätzlich durch aus dem rohrförmigen Metallmantel herausgeführte Abschnitte des Heizdrahts erfolgen, meist wählt man aber die Alternative, Anschlussdrähte vorzusehen und diese aus der elektrischen Heizvorrichtung herauszuführen, so dass der elektrische Kontakt zu den Anschlussdrähten innerhalb des rohrförmigen Metallmantels erfolgt.
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In vielen Anwendungsfällen besonders bevorzugt ist dabei eine Presskontaktierung, bei der im Wickelkörper Öffnungen vorgesehen werden, in die ein Endabschnitt des elektrischen Heizelements und der Anschlussdraht eingeführt und miteinander verpresst werden. Dadurch kann ein großflächiger und relativ robuster Kontakt erzeugt werden.
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Bei aktuellen Verwendungen elektrischer Heizvorrichtungen lassen sich zwei Entwicklungen erkennen: Einerseits gibt es einen fortgesetzten Trend zur Miniaturisierung. Der für die Heizvorrichtung verfügbare Bauraum wird immer geringer, was die Presskontaktierung immer schwieriger werden lässt. Gleichzeitig gibt es immer mehr Niederspannungsanwendungen, beispielsweise im Automotive-Bereich, wo lediglich das Bordnetz mit Spannungen im niedrigen zweistelligen Volt-Bereich zur Spannungsversorgung bereit steht. Die zur Bereitstellung der notwendigen Leistung dann erforderlichen hohen Stromstärken, die mehrere Ampere betragen können, erfordern dann aber Anschlussdrähte mit hohem Querschnitt, die im Wickelkörper untergebracht werden müssen, dessen Dimensionen wegen der erwünschten Miniaturisierung gleichzeitig tendenziell schrumpfen. Dies führt zu zumindest abschnittsweise sehr geringen Wandstärken des Wickelkörpers, der dann bei der Presskontaktierung leicht bricht und die elektrische Heizvorrichtung unbrauchbar werden lässt.
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- - Bereitstellung eines Wickelkörpers mit einer Längsachse, der so geformt ist, dass er mit einer Ausnehmung versehen ist und Querschnittsflächen des Wickelkörpers, auf denen die Längsachse senkrecht steht, eine Hauptachse, die dem größten Durchmessers der Querschnittsfläche entspricht und eine Nebenachse, die dem kleinsten Durchmesser der Querschnittsfläche entspricht aufweisen, wobei der Wickelkörper mindestens eine parallele zur Längsachse verlaufende Öffnung aufweist,
- - Aufwendeln zumindest eines Abschnitts eines elektrischen Heizelements auf dem Wickelkörper entlang der Längsachse und Einführen eines Endabschnitts des elektrischen Heizelements und eines Anschlussdrahts in die den Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung,
- - Einführen des Wickelkörpers mit zumindest abschnittsweise auf ihm aufgewendelten elektrischen Heizelement in den Innenraum eines rohrförmigen Metallmantels,
- - Befüllen des rohrförmigen Metallmantels mit einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Pulver oder Granulat,
- - Verdichten des rohrförmigen Metallmantels mit darin eingeführtem Wickelkörper und eingeführtem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Pulver oder Granulat und
- - Herstellung einer Presskontaktierung zwischen den Anschlussdrähten und den in die im Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung eingeführten Abschnitten des elektrischen Heizelements.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Herstellungsverfahren für elektrische Heizvorrichtungen anzugeben, mit dem auch miniaturisierte Heizvorrichtungen für Niederspannungsanwendungen einfach und mit verbesserter Prozesssicherheit hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die zentrale Erkenntnis, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist, dass es möglich ist, durch einen Verdichtungsschritt den Wickelkörper gezielt umzuformen, und zwar auch dann, wenn er bereits im rohrförmigen Metallmantel der elektrischen Heizvorrichtung aufgenommen ist. Da die Querschnittsform des bewickelten Wickelkörpers für das Temperaturprofil, insbesondere in Umfangsrichtung, auf dem rohrförmigen Metallmantel der elektrischen Heizvorrichtung wichtig ist, war man bislang immer davon ausgegangen, dass durch dieses gewünschte Temperaturprofil die Form des zu verwendenden Wickelkörpers und damit auch die für Öffnungen im Wickelkörper verfügbare Querschnittsfläche fest vorgegeben sei.
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Dementsprechend weist das Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizpatrone nun als in der Regel ersten Schritt das Bereitstellen eines Wickelkörpers mit einer Längsachse auf, wobei der Wickelkörper so geformt ist, dass Querschnittsflächen des Wickelkörpers, auf denen die Längsachse senkrecht steht, eine Hauptachse, die dem größten Durchmesser der Querschnittsfläche entspricht und eine Nebenachse, die dem kleinsten Durchmesser der Querschnittsfläche entspricht, aufweisen und wobei der Wickelkörper mindestens eine ihn parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung aufweist, die vorzugsweise den Wickelkörper durchsetzt.
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Die Längsachse ist dabei die Achse des Wickelkörpers, zu der die Richtung der Wendelsteigung des bestimmungsgemäß aufgewendelten Heizelements parallel verläuft.
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Ein Durchmesser der Querschnittsfläche ist zu verstehen als eine Linie, die ausgehend von einem Punkt des äußersten Rands der Querschnittsfläche durch den geometrischen Schwerpunkt der Querschnittsfläche hindurch zu einem gegenüber liegenden Punkt des äußersten Rands der Querschnittsfläche verläuft. Dementsprechend sind, anders als beim Durchmesser einer Kreisscheibe, auch die Längen aller Durchmesser im allgemeinen Fall nicht gleich lang.
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In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun zumindest ein Abschnitt eines elektrischen Heizelements auf den Wickelkörper entlang der Längsachse -also mit parallel zur Längsachse verlaufender Richtung der Wendelsteigung- aufgewendelt und zur Vorbereitung einer Presskontaktierung werden ein Endabschnitts des elektrischen Heizelements und ein Abschnitt eines Anschlussdrahts in dieselbe im Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung eingeführt. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass insbesondere das Einführen des Anschlussdrahts in die Öffnung nicht zwingend an dieser Stelle des Verfahrens erfolgen muss, sondern auch später, insbesondere wenn der bewickelte Wickelkörper bereits im rohrförmigen Metallmantel aufgenommen ist, erfolgen kann.
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In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von der durch seine Anwendung eröffneten Flexibilität hinsichtlich des Querschnitts von parallel zur Längsachse des Wickelkörpers verlaufenden Öffnungen um Wickelkörper auf andere Weise ausgenutzt. In dieser Variante wird ein gewendelter Abschnitt des elektrischen Heizelements in mindestens eine den Wickelkörper parallel zur Längsachse durchsetzende Öffnung, eingeführt. Hier wird also eine Miniaturisierung der elektrischen Heizvorrichtung dadurch herbeigeführt, dass die Heizdrahtwendel im Wickelkörperinneren angeordnet wird, was wegen der größeren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisierbaren Öffnungen im Wickelkörper möglich wird.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird der so vorbereitete Wickelkörper -bei Variante 1 also der Wickelkörpers mit zumindest abschnittsweise auf ihn aufgewendeltem elektrischen Heizelement und vorzugsweise in die im Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung eingeführtem Endabschnitt des elektrischen Heizelements und Abschnitt des Anschlussdrahts oder bei Variante 2 der Wickelkörper mit in mindestens eine den Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufenden Öffnung eingeführtem gewendelten Abschnitt des elektrischen Heizelements- in den Innenraum eines rohrförmigen Metallmantels eingeführt.
Um die notwendige elektrische Isolation des Heizleiters zum rohrförmigen Metallmantel zu gewährleisten, Leervolumina auszuschließen und eine stabile Anordnung der Komponenten innerhalb des rohrförmigen Metallmantels zu gewährleisten erfolgt dann in beiden Alternative ein Befüllen des rohrförmigen Metallmantels mit einem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Pulver oder Granulat.
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Schließlich erfolgt das Verdichten des rohrförmigen Metallmantels mit darin eingeführtem Wickelkörper und eingefülltem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Pulver oder Granulat, wobei durch das Verdichten der Wickelkörper so verformt wird, dass eine Änderung des Verhältnisses zwischen der Länge der Hauptachse und der Länge der Nebenachse und/oder eine Änderung der Lage von Hauptachse und Nebenachse relativ zueinander bewirkt wird und entweder eine Presskontaktierung zwischen Anschlussdrähten und in die den Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung eingeführten Abschnitten des elektrischen Heizelements hergestellt wird oder die innere Wandfläche der den Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufenden Öffnung in Anlage zum in die den Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung eingeführten gewendelten Abschnitt des elektrischen Heizelements gebracht wird.
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Dabei bestimmt die gewünschte Form des Wickelkörpers die angestrebte Änderung des Verhältnisses der Länge der Haupt- und Nebenachse bzw. der Lage von Haupt- und Nebenachse relativ zueinander, was die üblichen rein isotrope Verpresschritte, die die Querschnittsfläche allenfalls reskalieren indem die unterschiedlichen Dimensionen um einen identischen Faktor reduziert werden, regelmäßig nicht leisten.
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Das Merkmal der Änderung des Verhältnisses der Länge der Haupt- und Nebenachse und/oder der Änderung der Lage von Hauptachse und Nebenachse relativ zueinander ist also gleichbedeutend damit, dass eine gewünschte Verformung des Wickelkörpers erfolgt, bei der eine unterschiedlich starke Verformung in unterschiedlichen Richtungen der Querschnittsfläche gezielt herbeigeführt wird.
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In der Praxis wird dazu das Verpressen zumindest Teilschritte aufweisen, in denen in unterschiedlichen Raumrichtungen unterschiedlich starke Presskräfte ausgeübt werden und das anzuwendende Pressverfahren für einen gegebenen angestrebten Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung hinsichtlich Richtungsverteilung und Stärke der Presskräfte und etwaige Aufteilung in unterschiedliche Schritte vom Fachmann jeweils angepasst bzw. optimiert werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn ein Wickelkörper bereitgestellt wird, dessen Querschnittsfläche oval oder rechteckig ist.
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Um die Vorteile der Flexibilisierung der Querschnittsfläche des Wickelkörpers optimal zu nutzen ist es vorteilhaft, wenn ein Wickelkörper bereitgestellt wird, bei dem die Querschnittsfläche mindestens einer im Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufenden Öffnung von der Form einer Kreisscheibe abweicht, da deren möglicher Durchmesser stets durch die kleinste Dimension des Wickelkörpers beschränkt ist.
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Wenn ein Wickelkörper bereitgestellt wird, bei dem der Querschnitt mindestens einer den Wickelkörper parallel zur Längsachse verlaufenden Öffnung zumindest abschnittsweise der Außenkontur des Wickelkörpers folgt kann dies zu einer Maximierung der nutzbaren Querschnittsfläche der Öffnung führen, die dann für Anschlussdrähte mit größerem Querschnitt nutzbar wird.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass es für eine erfolgreiche Verdichtung wichtig sein kann, dass das Verdichten in mehreren Schritten erfolgt, beispielsweise durch einen ersten Verdichtungsschritt mit geringerem Druck und einen zweiten Verdichtungsschritt mit höherem Druck. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden dabei in unterschiedlichen Verdichtungsschritten die aus unterschiedlichen Richtungen wirkenden Kräfte variiert, beispielsweise indem ein Vorverdichtungsschritt mit isotropen Presskräften durchgeführt wird ehe eine Formänderung des Wickelkörpers, die das Verhältnis von Hauptachse zu Nebenachse verändert, durch ein anisotropes Verpressen erzielt wird oder umgekehrt. Es zeigt sich, dass durch solche Maßnahmen eine deutliche Reduktion von Ausschuss erzielt werden kann.
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Zur Vorbereitung von Serienfertigungen elektrischer Heizvorrichtungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren empfiehlt es sich daher, wie bereits erwähnt, auch mit unterschiedlichen Abfolgen von Pressschritten mit hinsichtlich der Richtungsverteilung und Stärke unterschiedlichen Presskräften zu versuchen, den Pressprozess zu optimieren. Beispielsweise kann abgesehen von etwaigen isotropen Vor- oder Nachverdichtungsschritten durchaus eine unterschiedliche Wirkung daraus resultieren, ob Presskräfte gleichzeitig oder nacheinander mit derselben Richtungsverteilung eingebracht werden, also z.B. bei einem rechteckförmigen Querschnitt erst nur Kraft A auf die langen Seiten des Rechtecks und dann in einem zweiten Schritt nur Kraft B auf die kurzen Seiten oder ob in einem Pressschritt gleichzeitig Kraft A und Kraft B in die jeweiligen Seiten eingebracht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigt:
- 1a: eine Veranschaulichung des Grundprinzips der ersten Variante der Erfindung an einem ersten Beispiel,
- 1b: eine zweite Veranschaulichung des Grundprinzips der ersten Variante der Erfindung an einem zweiten Beispiel,
- 1c: eine Veranschaulichung des Grundprinzips der zweiten Variante der Erfindung an einem dritten Beispiel,
- 2a: ein erstes Beispiel für einen bewickelten Wickelkörper,
- 2b: einen Querschnitt durch den bewickelten Wickelkörper aus 2a,
- 2c: ein zweites Beispiel für einen bewickelten Wickelkörper,
- 2d: einen Querschnitt durch den bewickelten Wickelkörper aus 2c,
- 2e: ein drittes Beispiel für einen bewickelten Wickelkörper,
- 2f: einen Querschnitt durch den bewickelten Wickelkörper aus 2e,
- 2g: ein viertes Beispiel für einen bewickelten Wickelkörper,
- 2h: einen Querschnitt durch den bewickelten Wickelkörper aus 2g,
- 3a: Komponenten zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel aus 1a,
- 3b: eine aus den in 3a gezeigten Komponenten gefertigte elektrische Heizvorrichtung im Querschnitt,
- 4a: Komponenten zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß dem ersten Beispiel aus 1b,
- 4b: eine aus den in 4a gezeigten Komponenten gefertigte elektrische Heizvorrichtung im Querschnitt,
- 5a: Komponenten zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung gemäß dem dritten Beispiel aus 1c, und
- 5b: eine aus den in 5a gezeigten Komponenten gefertigte elektrische Heizvorrichtung im Querschnitt.
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1a zeigt das Grundprinzip der ersten Variante der Erfindung für ein erstes Beispiel. Im oberen Bereich der 1a ist ein Querschnitt durch eine elektrische Heizvorrichtung 10 vor dem Verdichten gezeigt. Man erkennt den rohrförmigen Metallmantel 15, in dessen Innenraum der ovale Wickelkörper 11 mit Hauptachse H1, Nebenachse N1 und mit zwei parallel zu seiner zentral auf den Betrachter zu verlaufenden Längsachse verlaufende Öffnungen 12 mit scheibenartigem Öffnungsquerschnitt eingebettet in elektrisch isolierendes, gut wärmeleitendes Pulver oder Granulat 16 wie z.B. Magnesiumoxid angeordnet ist. In den Öffnungen 12 des Wickelkörpers 11 ist jeweils ein Endabschnitt 13a, 13b des auf den Wickelkörper 11 aufgewendelten, als Heizleiter ausgeführten elektrischen Heizelements 13 gemeinsam mit einem Anschlussdraht 14 angeordnet.
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Links unten und rechts unten in der 1a sind Querschnitte von zwei elektrischen Heizvorrichtungen 10',10'' mit Wickelkörpern 11',11'', als Heizleiter ausgeführten elektrischen Heizelementen 13 13',13'', Anschlussdrähten 14',14'', rohrförmigen Metallmänteln 15',15'' und elektrisch isolierendem, gut wärmeleitenden Pulver oder Granulat 16',16'' gezeigt, die man durch geeignetes Verdichten, wie schematisch durch die Pfeile, die aber keine konkrete Anweisung zu Richtungs- und/oder Pressdruckverteilung beim Verpressen darstellen, aus der im oberen Teil der 1a dargestellten Anordnung erhalten kann.
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Die Wickelkörper 11', 11'' und die rohrförmigen Metallmäntel 15', 15'' sind dabei im Beispiel links unten zu einer rechteckigen Form durch Verdichten bzw. Verpressen umgeformt worden, im Beispiel rechts unten zu einer Kreisform, was jeweils automatisch dazu führt, dass sich auch das Verhältnis der Hauptachsen H1', H1'' zur Nebenachse N1, N1'' verändert. Am Beispiel des zu einem Rechteck umgeformten Wickelkörpers 11' kann man sich auch gut veranschaulichen, in welchen Fällen eine Änderung der Lage der Hauptachse H1, H1' relativ zur Nebenachse N1, N1' auftritt, denn dort hat sich der Winkel zwischen diesen gemäß der oben angegebenen Definition ermittelten Achsen offensichtlich geändert.
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Die Öffnungen 12 des ursprünglichen Wickelkörpers 11 sind beim Verdichten geschlossen worden, so dass ein inniger Presskontakt zwischen den Endabschnitten 13a', 13b' bzw. 13a'', 13b'' einerseits und den jeweiligen Anschlussdrähten 14' bzw. 14'' besteht.
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Besonders hervorzuheben ist, dass die Wickelkörper 11', 11'' nach dem Verdichten so dimensioniert sind, dass die Öffnungen 12 im Wickelkörper 11 in ihnen nicht untergebracht werden könnten. Als Konsequenz aus der Herstellung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher zunächst deutlich größere Öffnungen zum Einführen von Anschlussdrähten oder Heizdrahtwendeln im Wickelkörper bereitgestellt werden.
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Die 3a bzw. 3b zeigen die Komponenten einer solchen elektrischen Heizvorrichtung bzw. die daraus mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte elektrische Heizvorrichtung in der in 1a rechts dargestellten Variante im Querschnitt. Dementsprechend korrespondieren die Bezugszeichen der 3a zu den Bezugszeichen der oberen Darstellung in 1a und die Bezugszeichen der 3b zu den Bezugszeichen der Darstellung in 1a rechts unten und bezeichnen jeweils dieselben Bauteile.
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Wie in 3a zu sehen ist, wird ein Wickelkörper 11 mit Öffnungen 12 bereitgestellt, bei dem in diesem Beispiel bereits das elektrische Heizelement 13 aufgewendelt und mit seinen in 3a nicht sichtbaren Endabschnitten 13a,13b in die Öffnungen 12 eingeführt ist. Der Querschnitt des Wickelkörpers 11 und der Öffnungen 12 ist aus der oberen Darstellung der 1a zu entnehmen. Das Aufwendeln des elektrischen Heizelements 13 kann auch später erfolgen, es muss aber zwingend geschehen, ehe der Wickelkörper 11 in den rohrförmigen Metallmantel 15 mit Boden eingeführt ist und sollte auch besser erfolgen, ehe die Anschlussdrähte 14, die in dem aus der elektrischen Heizvorrichtung später hinausragenden Teil eine Isolierung 18 tragen, in die Öffnungen 12 eingeführt werden, da dann das Einfädeln der Endabschnitte 13a,13b des elektrischen Heizelements einfacher ist.
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Wenn dann der bewickelte Wickelkörper 11 in den rohrförmigen Metallmantel 15 eingeführt ist und die Anschlussdrähte 14 zumindest abschnittsweise in die Öffnungen 12 eingeführt sind, was geschehen kann, während der Wickelkörper 11 noch außerhalb des rohrförmigen Metallmantels 15 angeordnet ist oder wenn der Wickelkörper 11 bereits innerhalb des rohrförmigen Metallmantels 15 angeordnet ist, wird das der rohrförmige Metallmantel 15 mit elektrisch isolierendem, wärmeleitendem Pulver oder Granulat, z.B. Magnesiumoxid, befüllt und mit einem optionalen Stopfen 19 verschlossen.
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Dieser Aufbau wird dann durch Verdichten des rohrförmigen Metallmantels 15 mit darin eingeführtem Wickelkörper 11 und eingefülltem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Pulver oder Granulat, wobei durch das Verdichten der Wickelkörper 11 so verformt wird, dass eine Änderung des Verhältnisses zwischen der Länge der Hauptachse und der Länge der Nebenachse und/oder eine Änderung der Lage von Hauptachse und Nebenachse relativ zueinander bewirkt wird und eine Presskontaktierung zwischen Anschlussdrähten 14 und in die den Wickelkörper 11 parallel zur Längsachse verlaufenden Öffnungen 12 eingeführten Abschnitten 13a,13b des elektrischen Heizelements 13 hergestellt wird, in die elektrische Heizvorrichtung 10'' überführt.
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1b zeigt das Grundprinzip der ersten Variante der Erfindung für ein zweites Beispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 20 vor dem Verpressen bzw. den durch Verpressen dieses Zwischenstadiums erhaltenen elektrischen Heizvorrichtungen 20',20'' mit Wickelkörpern 21,21',21'',Öffnungen 22, elektrischem Heizelement 23, 23',23'', Anschlussdrähten 24, 24',24'', rohrförmigen Metallmänteln 25, 25',25'' und elektrisch isolierendem, wärmeleitendem Pulver oder Granulat 26,26',26''. Der Unterschied zwischen den beiden Beispielen nach 1a und 1b besteht lediglich in der geometrischen Grundform einerseits des bereitgestellten Wickelkörpers 21 und andererseits des Öffnungsquerschnitts der darin vorhandenen Öffnungen 22. Aus diesem Grund kann ansonsten für die Beschreibung der 1b auf die Beschreibung zur 1a verwiesen werden, wobei die dort verwendeten Bezugszeichen jeweils um zehn zu erhöhen sind.
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Die 4a bzw. 4b zeigen die Komponenten einer solchen elektrischen Heizvorrichtung bzw. die daraus mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte elektrische Heizvorrichtung in der in 1b rechts dargestellten Variante im Querschnitt. Dementsprechend korrespondieren die Bezugszeichen der 4a zu den Bezugszeichen der oberen Darstellung in 1b und die Bezugszeichen der 4b zu den Bezugszeichen der Darstellung in 1b rechts unten und bezeichnen jeweils dieselben Bauteile.
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Wie in 4a zu sehen ist, wird ein Wickelkörper 21 mit Öffnungen 22 bereitgestellt, bei dem in diesem Beispiel bereits das elektrische Heizelement 23 aufgewendelt und mit seinen in 4a nicht sichtbaren Endabschnitten 23a,23b in die Öffnungen 22 eingeführt ist. Der Querschnitt des Wickelkörpers 21 und der Öffnungen 22 ist aus der oberen Darstellung der 1a zu entnehmen. Das Aufwendeln des elektrischen Heizelements 23 kann auch später erfolgen, es muss aber zwingend geschehen, ehe der Wickelkörper 21 in den rohrförmigen Metallmantel 25 mit Boden eingeführt ist und sollte auch besser erfolgen, ehe die Anschlussdrähte 24, die in dem aus der elektrischen Heizvorrichtung später hinausragenden Teil eine Isolierung 28 tragen, in die Öffnungen 22 eingeführt werden, da dann das Einfädeln der Endabschnitte 23a,23b des elektrischen Heizelements einfacher ist.
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Wenn dann der bewickelte Wickelkörper 21 in den rohrförmigen Metallmantel 25 eingeführt ist und die Anschlussdrähte 24 zumindest abschnittsweise in die Öffnungen 22 eingeführt sind, was geschehen kann, während der Wickelkörper 21 noch außerhalb des rohrförmigen Metallmantels 25 angeordnet ist oder wenn der Wickelkörper 1 bereits innerhalb des rohrförmigen Metallmantels 25 angeordnet ist, wird das der rohrförmige Metallmantel 25 mit elektrisch isolierendem, wärmeleitendem Pulver oder Granulat, z.B. Magnesiumoxid, befüllt und mit einem optionalen Stopfen 29 verschlossen.
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Dieser Aufbau wird dann durch Verdichten des rohrförmigen Metallmantels 25 mit darin eingeführtem Wickelkörper 21 und eingefülltem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Pulver oder Granulat, wobei durch das Verdichten der Wickelkörper 21 so verformt wird, dass eine Änderung des Verhältnisses zwischen der Länge der Hauptachse und der Länge der Nebenachse und/oder eine Änderung der Lage von Hauptachse und Nebenachse relativ zueinander bewirkt wird und eine Presskontaktierung zwischen Anschlussdrähten 24 und in die den Wickelkörper 21 parallel zur Längsachse verlaufenden Öffnungen 22 eingeführten Abschnitten 23a,23b des elektrischen Heizelements 23 hergestellt wird, in die elektrische Heizvorrichtung 20'' überführt. 1c veranschaulicht das Grundprinzips der zweiten Variante der Erfindung an einem dritten Beispiel. Man erkennt oben die unverpresste elektrische Heizvorrichtung 30 und unten die durch geeignetes, auch hier durch Pfeile symbolisch angedeutetes Verpressen daraus erzeugte elektrische Heizvorrichtung 30', jeweils mit Wickelkörpern 31,31',Öffnungen 32, elektrischem Heizelement 33,33', Anschlussdrähten 34,34', rohrförmigen Metallmänteln 35,35' und elektrisch isolierendem, wärmeleitendem Pulver oder Granulat 36, 36'.
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Der Unterschied zwischen der ersten Variante der Erfindung gemäß den ersten beiden, in 1a und 1b gezeigten Beispielen und der zweiten Variante der Erfindung gemäß dem in 1c gezeigten Beispiel besteht darin, dass bei der elektrischen Heizvorrichtung 30, 30'das elektrische Heizelement 33, 33'' gewendelt in der Öffnung 32 angeordnet ist, was den nötigen Bauraum für die elektrische Heizvorrichtung 30, 30" reduziert, während die Kontaktierung mit den Anschlussdrähten grundsätzlich auch, wie weiter unten noch genauer an einem Beispiel dargestellt wird, außerhalb des Wickelkörpers 31,31' erfolgen kann.
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Die 5a bzw. 5b zeigen die Komponenten einer solchen elektrischen Heizvorrichtung bzw. die daraus mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte elektrische Heizvorrichtung in der in 1c unten dargestellten Variante im Querschnitt. Dementsprechend korrespondieren die Bezugszeichen der 5a zu den Bezugszeichen der oberen Darstellung in 1c und die Bezugszeichen der 5b zu den Bezugszeichen der Darstellung in 1c unten und bezeichnen jeweils dieselben Bauteile.
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Wie in 5a zu sehen ist, wird ein Wickelkörper 31 mit Öffnungen 32 bereitgestellt. In diesem Beispiel wird aber das elektrische Heizelement 33 bereits gewendelt und über Lötstellen 38 mit den Anschlussdrähten 34 verbunden bereitgestellt und dann so in die den Wickelkörper 31 durchsetzenden Öffnungen 32 eingeschoben, dass die Anschlussdrähte 34 aus diesem herausragen. Weitere Details dieser Anordnung, die dann in den rohrförmigen Metallmantel 35 eingeschoben wird, sind aus der oberen Darstellung der 1c zu entnehmen.
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Dadurch, dass der hier verwendete rohrförmige Metallmantel 35 keinen eigenen Boden aufweist, sondern eine separate Bodenscheibe 39b verwendet wird, ist es insbesondere auch möglich, das gewendelte Heizelement 33 unter Zugspannung zu halten, bis es in den Wickelkörper 31 eingeführt ist oder das gewendelte Heizelement 33 erst dann in die Öffnungen 32 des Wickelkörpers 31 einzuschieben, wenn dieser bereits innerhalb des rohrförmigen Metallmantels 35 angeordnet ist.
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Nach dem Anordnen der separaten Bodenscheibe 39b im rohrförmigen Metallmantel 35 kann das elektrisch isolierende, wärmeleitende Pulver oder Granulat 36 eingefüllt und danach das andere Ende des rohrförmigen Metallmantels 35 mit dem optionalen Stopfen 39 verschlossen werden.
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Dieser Aufbau wird dann durch Verdichten des rohrförmigen Metallmantels 35 mit darin eingeführtem Wickelkörper 31 und eingefülltem elektrisch isolierenden, wärmeleitenden Pulver oder Granulat 36, wobei durch das Verdichten der Wickelkörper 31 so verformt wird, dass eine Änderung des Verhältnisses zwischen der Länge der Hauptachse und der Länge der Nebenachse und/oder eine Änderung der Lage von Hauptachse und Nebenachse relativ zueinander bewirkt wird und die innere Wandfläche der den Wickelkörper 31 parallel zur Längsachse durchsetzenden Öffnung 32 in Anlage zum in die den Wickelkörper 31 parallel zur Längsachse verlaufende Öffnung 32 eingeführten gewendelten Abschnitt des elektrischen Heizelements 33 gebracht wird, in die elektrische Heizvorrichtung 30' überführt.
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Die 2a bis 2h zeigen vier Beispiele von Wickelkörpern 41,51,61,71 mit Längsachse L und einer im Wesentlichen gleichen ovalen Grundform des Querschnitts, auf dem die Längsachse L senkrecht steht, auf denen jeweils ein elektrisches Heizelement 43,53,63,73 in Richtung der Wendelsteigung s aufgewendelt ist. Die Unterschiede zwischen den Wickelkörpern 41,51,61,71 liegen in der Form ihrer Öffnungen 42,52,62,72 sowie in dem Vorhandensein einer lokalen Schwächung durch Nuten 67 im Fall des Wickelkörpers 61.
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Diese Beispiele sollen insbesondere einen weiteren Freiheitsgrad bei Entwurf und Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung nach den Grundprinzipien der Erfindung demonstrieren, denn durch die Dimensionierung der Öffnungen 42,52,62,72 und lokale Schwächungen des Wickelkörpers, z.B. durch an geeigneter Stelle eingebrachte Nuten 67, kann dessen Verhalten während des Verpressens gezielt beeinflusst werden. Außer dem Ablauf des Pressvorgangs kann also auch dieser Parameter verwendet werden, um eine Optimierung der Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten elektrischen Heizvorrichtung zu erzielen.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10',10'', 20, 20', 20'', 30, 30'
- elektrische Heizvorrichtung
- 11, 11', 11'', 21, 21', 21'', 31, 31', 41, 51, 61, 71
- Wickelkörper
- 12,12',12', 22, 22',22'' 32, 32', 42, 52, 62, 72
- Öffnung
- 13, 13', 13'', 23, 23', 23'', 33,33', 43, 53, 63, 73
- elektrisches Heizelement
- 13a, 13a', 13a'',23a ,23a', 23a''
- Endabschnitt
- 13b, 13b',13b'', 23b, 23b', 23b''
- Endabschnitt
- 14,14', 14'', 24, 24', 24'', 34, 34'
- Anschlussdraht
- 15, 15', 15'', 25, 25', 25'', 35, 35'
- rohrförmiger Metallmantel
- 16, 16', 16'', 26, 26', 26' ', 36, 36'
- Pulver oder Granulat
- 18, 18'',28, 28''
- Isolierung
- 19, 19'', 29, 29'', 39a, 39a'
- Stopfen
- 38
- Lötstelle
- 39b, 39b'
- Boden
- 67
- Nut
- L
- Längsachse
- s
- Wendelsteigung
- H1, H1'
- Hauptachse
- N1,N1'
- Nebenachse
