DE20010963U1

DE20010963U1 - Elektrische Heizpatrone mit einem temperaturabhängigen Leistungsbegrenzer

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Publication number: DE20010963U1
Application number: DE20010963U
Authority: DE
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: DE10119107B4; DE10119107A1

Description

NEYMEYER & PARTNER GbR, Patentanwälte* *· .**.." i **..*"· 78052 Villingen-Schwenningen (DE)

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Anmelder: Türk + Hillinger GmbH, 78532 Tuttlingen Anmelder-Nr.: 1522213

Bezeichnung: Elektrische Heizpatrone mit einem temperaturabhängigen Leistungsbegrenzer

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizpatrone mit einem temperaturabhängig schaltenden Leistungsbegrenzer, insbesondere einem Bimetallschalter, der innerhalb eines einen Heizkörper konzentrisch umschließenden metallenen Gehäuserohres angeordnet ist und über welchen wenigstens eines von zwei elektrischen Anschlußteilen mit einem Heizelement des Heizkörpers in Verbindung stehen.

Derartige Heizpatronen sind an sich bekannt. Sie werden u.a. auch dafür eingesetzt, ein Medium rasch auf eine bestimmte vorgegebene Temperatur aufzuheizen, die aber nicht überschritten werden sollte.

In vielen Fällen ist dieses Aufheizen eines Mediums nur im Anlaufbetrieb erforderlich, weil das Medium dann von der Maschine in der es sich befindet, während des Betriebes von der Maschine selbst auf der gewünschten Betriebstemperatur gehalten wird. Ein weiteres Heizen mit der Heizpatrone ist dann nicht mehr erforderlich. Zum Abschalten der Heizpatrone ist der sog. Leistungsbegrenzer vorgesehen, der sowohl aus einem temperaturabhängigen

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Aus-Einschalter z.B. einem Bimetallschalter bestehen kann, der aber auch eine Regeleinrichtung umfassen kann bzw. aus einer solchen bestehen kann.

Wichtig ist bei solchen Anwendungsfällen, daß der Leistungsbegrenzer nicht vom Heizkörper bzw. dem Heizelement der Heizpatrone selbst erwärmt wird, sondern vom Medium, das von der Heizpatrone auf eine bestimmte Betriebstemperatur gebracht werden soll. Es ist somit eine thermische Entkoppelung des Leistungsbegrenzers vom Heizkörper erforderlich.

Es sind bereits eine ganze Reihe von Heizpatronen bekannt, die integrierte Thermoelemente verschiedener Ausführungen aufweisen, bei denen aber zur Steuerung der Heizelemente besondere Regelorgane erforderlich sind, weil die thermische Entkopplung der Thermofühler vom eigentlichen Heizkörper nicht in ausreichendem Maße gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizpatrone der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der Leistungsbegrenzer sowohl zeitlich als auch wertmäßig möglichst genau auf die Temperatur anspricht, die jeweils in dem erwärmten bzw. zu erwärmenden Medium herrscht.

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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Leistungsbegrenzer in einem durch eine Trennwand vom Heizkörper getrennten Hohlraum des Gehäuserohres untergebracht ist und eine metallene Wärmekontaktfläche aufweist, die durch Federdruck spaltfrei an einer räumlich von der Trennwand entfernten, metallenen Gegenfläche des Gehäuserohres anliegt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Leistungsbegrenzers ist seine thermische Entkopplung von dem Heizelement der Heizpatrone in einem solchen Maße verwirklicht, daß der Thermofühler des Leistungsbegrenzers unmittelbar von der Temperatur des Mediums beaufschlagt wird und somit direkt auf diese Temperatur reagieren kann. Es wird dadurch nicht nur eine wesentlich genauere Einhaltung der gewünschten bzw. eingestellten Grenztemperatur erzielt, bei welcher die Energiezufuhr der Heizpatrone abgeschaltet wird, sondern es ist auch möglich, einen einfachen Leistungsbegrenzer mit einer einfachen Ausschaltfunktion zu verwenden, was sich selbstverständlich auch günstig auf die Herstellkosten einer solchen Heizpatrone auswirkt.

Eine räumlich und konstruktiv besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch die Merkmale des

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Anspruches 2, wobei durch die Ausgestaltung nach Anspruch 3 nicht nur eine stabile Verbindung zwischen der Stirnwand des Gehäuserohres geschaffen wird, sondern auch eine optimale Abdichtung und Wärmeübertragung.

Der Wärmeübergang von der Gegenfläche zur Wärmekontaktfläche kann durch die Ausgestaltung nach Anspruch 4 noch verbessert werden.

Um einen Wärmeübergang vom Heizkörper bzw. dem Heizelement in den Hohlraum und von diesem zum Leistungsbegrenzer möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, die Ausgestaltung nach Anspruch 5 vorzusehen. Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist insofern von besonderem Vorteil, als sie sich technisch gut realisieren läßt und im übrigen auch in erheblichem Maße zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beiträgt.

Die gemäß Anspruch 7 vorgesehene Schraubendruckfeder ist nicht nur in der Lage, den für eine möglichst spaltfreie Berührung zwischen der Wärmekontaktfläche und deren Gegenfläche erforderlichen Anpreßdruck aufzubringen, sondern sie ist auch in der Lage sowohl axiale Fertigungstoleranzen als auch thermisch bedingte Längenänderungen zu kompensieren.

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78052 ViHingen-Schweiuiingen (DE)

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Mit Hilfe der gemäß Anspruch 8 vorgesehenen zusätzlichen Wärmeisolierscheibe kann der Wärmeübergang vom Heizkörper in den Hohlraum weiter minimiert werden.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Heizpatrone im Schnitt;

Fig. 2 den Leistungsbegrenzer der Heizpatrone in perspektivischer Unteransicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Heizpatrone weist einen aus einem thermisch hoch belastbaren elektrischen Isoliermaterial/ wie z.B. Keramik, bestehenden Heizkörper 5 auf, der von einem gewindeartig aufgewickelten, drahtförmigen Heizelement 4 umschlossen ist. Dieser Heizkörper 5 ist mit außermittig angeordneten, sich diametral gegenüberliegenden durchgehenden Axialbohrungen 6 und 7 versehen, in denen elektrische Anschlußdrähte 8 und 9 bzw. 9' untergebracht sind.

Die in der Zeichnung oben liegenden Enden der Anschlußdrähte 8 und 9 durchragen Axialbohrungen 15 und 16 eines zylindrischen Verschlußstückes 17 und enden in Anschlußteilen 23 und 24.

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Der Anschlußdraht 8 führt direkt zu einem Anschlußstück 26 eines temperaturabhängig schaltenden, d.h. auf eine bestimmte Temperatur seiner Umgebung ansprechenden Leistungsbegrenzers 20, mit dem er stoffschlüssig verbunden ist. Der Anschlußdraht 9 ist durch ein Verbindungsstück 18 mit dem einen Ende des Heizelementes 4 verbunden, während der Anschlußdraht 9' über ein Verbindungsstück 18' mit dem andern Ende des Heizelementes 4 verbunden ist. Der Anschlußdraht 9' ist mit dem zweiten Anschlußstück 27 des Leistungsbegrenzers 20 stoffschlüssig verbunden, z.B. verschweißt.

Im vorliegenden Anwendungsfall hat der Leistungsbegrenzer 20 nur die Funktion, die Stromzufuhr zum Heizelement 4 zu unterbrechen, wenn bzw. sobald das aufzuheizende Medium eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Statt eines solchen Leistungsbegrenzers 20, der nach Absinken der Temperatur im Medium die Stromzufuhr nicht wieder einschaltet, sind auch andere Thermoschaltgeräte oder Regler einsetzbar, welche ein Wiedereinschalten der Stromzufuhr bewirken können, wenn bestimmte vorgegebene Parameter erfüllt sind, z.B. eine bestimmte Absenktemperatur erreicht ist.

Zwischen den beiden Anschlußdrähten 9 und 9¹ befindet sich in der Bohrung 7 des Heizkörpers 5 ein Isolierstift

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19, der eine elektrische Trennung zwischen den beiden Anschlußdrähten 9 und 9' gewährleistet. Untergebracht ist der Heizkörper 5 mit seinem Heizelement 4 und den Anschlußdrähten 8, 9 und 9¹ in einem zylindrischen Gehäuserohr 10, das vorzugsweise aus Edelstahl besteht, aber auch aus einem anderen, nicht oxidierenden gut wärmeleitenden Metall bestehen kann. Dieses Metallrohr 10 hat eine innere Weite, die größer ist als der Wickeldurchmesser des Heizelementes 4. Der deshalb vorhandene Ringspalt 22, zwischen dem Gehäuserohr 10 und dem Heizkörper 5 bzw. dessen Heizelement 4 ist ausgefüllt mit einem elektrisch nicht leitenden, jedoch gut wärmeleitenden pulverförmigem Medium, vorzugsweise Magnesiumoxid, welches auch die verbliebenen Hohlräume der Axialbohrungen 6 und 7 ausfüllt.

Dieses Füllmaterial ist im Gehäuserohr 10 durch radiale Verpressung verdichtet. Am oberen Ende des Heizkörpers befindet sich als dichtender Abschluß das Verschlußstück 17, das mit einem verjüngten, zylindrischen Ansatz 17' in das obere Ende des den Heizkörper axial überragenden Gehäuserohres 10 eingepreßt ist.

Am unteren Ende des Heizkörpers 5 befindet sich im Gehäuserohr 10 eine Trennwand 12 aus Keramik, die zur Hindurchführung der beiden Anschlußdrähte 8 und 9' zwei

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780S2 Villingen-Schwenningen (DE)

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axiale Bohrungen 37 und 38 aufweist und die Hohlräume des Heizkörpers sowie den Ringspalt 22 dichtend abschließt.

Nach unten, bezogen auf die Darstellung gemäß Fig. 1, ist das Gehäuserohr 10 über die Trennwand 12 hinaus verlängert. Dieser Endabschnitt 10' bildet einen Hohlraum 11, der durch eine metallene Stirnwand 35 abgeschlossen ist, die aus einer planparallelen, der Innenkontur des Gehäuserohres 10 angepaßten Scheibe, besteht. Diese Stirnwand 35 ist in das untere Ende des Gehäuserohres 10 eingepreßt und zusätzlich dicht verschweißt.

Der über s.eine beiden Anschlußstücke 26 und 27 mit den Anschlußdrähten 8 bzw. 9' elektrisch verbundene Leistungsbegrenzer 20 ist mit einem metallenen Gehäuse 21 versehen, das seinerseits unterseitig eine Kontaktplatte 32 aufweist. Die Unterseite der Kontaktplatte 32 bildet eine Wärmekontaktfläche 30, die spaltfrei auf der von der Innenseite der Stirnwand.35 gebildeten Gegenfläche 31 aufliegt. Um den Wärmeübergang zwischen diesen beiden Metallteilen noch zu verbessern, ist es zweckmäßig, zwischen der Wärmekontaktfläche 30 und deren Gegenfläche 31 eine Wärmekontaktpaste anzubringen.

Um den nötigen Anpreßdruck für die spaltfreie Berührung zwischen der Kontaktplatte 32 und der Stirnwand 35 zu erzeugen, ist eine Schraubendruckfeder 13 vorgesehen, die sich einerseits an der Trennwand 12 bzw. an einer an die-

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ser anliegenden zusätzlichen Wärmeisolierscheibe 14 und andererseits an der Kontaktplatte 32 abstützt.

Damit die Kontaktplatte 32 mit dem Gehäuse 21 des Leistungsbegrenzers 20 den temperaturbedingten Längenänderungen des Gehäuserohrabschnittes 10 ungehindert folgen kann, sind die beiden Anschlußdrähte 8 und 9' innerhalb des Hohlraumes 11 jeweils mit Dehnbogen 28 und 29 versehen. Diese sind erforderlich, weil die beiden Anschlußdrähte 8 und 9' festsitzend in der Trennwand 12 bzw. im Heizkörper 5 verankert sind und sich in axialer Richtung in diesem Bereich nicht bewegen können. Durch die bei Hochtemperaturbetrieb nicht erforderliche zusätzliche Isolierstoffscheibe 14 wird der direkte Wärmeübergang von der Trennwand 12 zum Hohlraum 11 zusätzlich vermindert/ was für eine geringere temperaturabhängige Ansprechtoleranz des Leistungsbegrenzers 20 förderlich ist.

Wenn statt des einfachen Leistungsbegrenzers 20 ein Thermoregler verwendet wird und es darauf ankommt eine geringe Schalthysteres mit möglichst geringer Streuung zu erzielen, ist es wichtig daß einerseits ein gut wärmeleitender Kontakt zwischen dem Leistungsbegrenzer 20 und der metallenen Stirnwand 35 am unteren Ende des den Hohlraum bildenden Gehäuserohrabschnitts 10' besteht und daß ande-

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rerseits die thermische Entkopplung des Leistungsbegrenzers 20 vom Heizkörper 5 bzw. Heizelement 4 wirksam ist/ was nicht nur durch die Trennwand 12 und die Isolierstoffscheibe 14 sondern auch und insbesondere durch den axialen Abstand zwischen der Trennwand 12 und dem Leistungsbegrenzer 20 im Hohlraum 11 erreicht wird.

Claims

1. Elektrische Heizpatrone mit einem temperaturabhängig schaltenden Leistungsbegrenzer (20), insbesondere einem Bimetallschalter, der innerhalb eines einen Heizkörper (5) konzentrisch umschließenden metallenen Gehäuserohres (10) angeordnet ist und über welchen wenigstens eines von zwei elektrischen Anschlußteilen (23, 24) mit einem Heizelement (4) des Heizkörpers (5) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsbegrenzer (20) in einem durch eine Trennwand (12) vom Heizkörper (5) getrennten Hohlraum (11) des Gehäuserohres (10) untergebracht ist und eine metallene Wärmekontaktfläche (30) aufweist, die durch Federdruck spaltfrei an einer räumlich von der Trennwand (12) entfernten metallenen Gegenfläche (31) des Gehäuserohres (10) anliegt.

2. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenfläche (31) von der Innenfläche einer den Hohlraum (11) nach außen abschließenden Stirnwand (35) gebildet ist, welche voll umfänglich mit dem Gehäuserohr (10) kontaktierend in dessen Ende eingepreßt ist.

3. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand (35) mit dem Gehäuserohr ringsum verschweißt ist.

4. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wärmekontaktfläche (30) und der Gegenfläche (31) eine Wärmekontaktpaste angeordnet ist.

5. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (12) aus einem elektrisch isolierenden Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, z. B. aus Keramik, besteht.

6. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekontaktfläche (31) von der nach außen gerichteten Stirnfläche einer der Innenkontur des Gehäuserohres (10) angepaßten Kontaktplatte (32) gebildet ist, die Teil eines den Leistungsbegrenzer (20) umschließenden Gehäuses (21) oder gut wärmeleitend mit einem solchen Gehäuse verbunden ist.

7. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlraum (11) eine Schraubendruckfeder angeordnet ist, welche sich einerseits an der Trennwand (12) und andererseits am Gehäuse (21) des Leistungsbegrenzers (20) oder an der Kontaktplatte (32) abstützt.

8. Elektrische Heizpatrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand auf der Hohlraumseite mit einer zusätzlichen Wärmeisolierscheibe (14) versehen ist.