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Die
Erfindung betrifft eine elektrische, als Heizpatrone oder Rohrheizkörper
ausgebildete Heizvorrichtung mit wenigstens einem gewendelten, drahtförmigen
Heizleiter, der in einem Metallmantel beispielsweise aus Stahl oder
Edelstahl angeordnet in einer verdichteten Isolierstofffüllung
aus Metalloxid, insbesondere Magnesiumoxid, eingebettet ist, wobei
der Heizleiter mit aus dem Metallmantel heraus geführten
elektrischen Anschlüssen versehen und über wenigstens
ein temperaturabhängig aktivierbares, elektrisches Schalt-
und/oder Steuerelement schaltbar ist.
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Sowohl
Heizpatronen als auch Rohrheizkörper der gattungsgemäßen
Art sind schon seit längerem bekannt. Während
der Metallmantel einer Heizpatrone am einen Ende durch einen festen
Boden verschlossen ist und gewöhnlich aus dem anderen Ende
des Metallmantels die elektrischen Anschlüsse herausgeführt
sind, besteht der Metallmantel eines Rohrheizkörpers gewöhnlich
aus einem Rohr, das nach dem Befüülen beidendig
durch nachträglich eingesetzte Endscheiben verschlossen
wird, wobei die elektrischen Anschlüsse des Heizleiters
gewöhnlich durch die beiden Endscheiben nach außen
geführt sind.
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Im
Allgemeinen haben solche Heizpatronen eine derart hohe Heizleistung,
dass sie sich bei fehlender oder nicht funktionierender Leistungsbegrenzung
oder -regelung selbst zerstören können. Aus den
genannten Schriften sind dementsprechend Heizregelungen bekannt,
die dazu dienen, eine solche "Überlastung" zu verhindern.
So ist es aus der
DE
25 13 494 C2 bekannt, einen Temperaturschutzschalter einzusetzen.
Bei diesem Gegenstand ist ein Gehäuse vorgesehen, das in
enger wärmeleitender Verbindung mit dem Außenrohr
einer Heizpatrone steht. Des Weiteren ist das Gehäuse mit
Anschlusselementen zum Anschluss der wendelförmigen Heizleiter
versehen. Der Temperaturschutzschalter weist wenigstens einen Schaltkontakt
auf, der durch Federkraft in Einschaltstellung gehalten wird. Dieser Schaltkontakt
wird mittels eines Bimetallfühlers entgegen der Federkraft
geöffnet. Um den Temperaturschutzschalter möglichst
an jeder beliebigen, insbesondere thermisch kritischen Stelle in
die Heizpatrone einsetzen zu können, ohne dass hierzu umfängliche
Montagearbeiten notwendig wären, sind bei diesem bekannten
Temperaturschutzschalter die Anschlusselemente als an beiden Stirnseiten
des Gehäuses angeordnete Anschlussbolzen ausgebildet. Auf
diese Anschlussbolzen sind die gewendelten Heizdrahtleiter aufschiebbar.
Der Bimetallfühler stützt sich auf einer inneren,
als Plateau ausgebildeten Stützfläche des Gehäusemantels
ab und wird von einem beweglichen Kon taktelement des Schaltkontakts übergriffen.
Durch diese Ausgestaltung soll es in einfacher und kostensparender
Weise möglich sein, den Temperaturschutzschalter innerhalb
des Mantelrohres (Metallmantels) der Heizpatrone anzuordnen. Dies
deshalb, weil die Heizleiter nur auf die beiden an der Stirnseite
des Gehäuses angeordneten Bolzen aufgeschoben werden müssen.
Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist, dass dieser Temperaturschutzschalter
nur äußerst träge reagiert, da er in
axial größerem Abstand zur eigentlichen Heizpatrone bzw.
deren Metallmantel angeordnet ist.
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Um
eine möglichst geringe Zeitverzögerung und ein
möglichst günstiges Ansprechverhalten zu erreichen,
ist es aus der
DE
299 20 503.7 U1 bekannt, bei einer elektrischen Heizpatrone
mit einem auf einen Wickelkörper aufgewickelten drahtförmigen Heizleiter
einen temperaturabhängigen elektrischen Schalter oder Regler
einzusetzen. Bei dieser elektrischen Heizpatrone ist wenigstens
ein Anschlussdraht mit dem Heizleiter über den temperaturabhängigen
elektrischen Schalter oder Regler verbunden. Der elektrische Schalter
oder Regler sitzt axial außerhalb einer Isolierstofffüllung,
in welche der Heizleiter eingebettet ist. Die Isolierstofffüllung
ist axial durch ein isolierendes Verschlußelement abgeschlossen und
durch dieses von dem sich axial anschließenden Bereich
getrennt. Um eine verbesserte thermische Verbindung zwischen dem
Bereich der Isolierstofffüllung und dem sich axial anschließenden
Bereich zu erhalten, ist ein zweites metallenes Mantelrohr vorgesehen,
das sich vom Bereich der Isolierstofffüllung in den anschließenden,
außerhalb der Isolierstofffüllung liegenden Axialbereich
erstreckt und welches vom Metallmantel der Heizpatrone umschlossen
ist. In dem außerhalb der Isolierstofffüllung
liegenden Hohlraum dieses zweiten Mantelrohres ist der elektrische
Schalter oder Regler angeordnet. Dieses zweite Metallrohr weist
eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und erstreckt
sich bis in den Metallmantel der Heizpatrone hinein, so dass dieses
Mantelrohr auch die Isolierstofffüllung im Bereich des
drahtförmigen Heizleiters unmittelbar umschließt.
Andererseits überragt dieses Mantelrohr diese Isolierstofffüllung
axial nach außen zur Bildung des oben erwähnten
Hohlraumes.
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Bei
dieser bekannten Konstruktion wird aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit
des Mantelrohres und der zum Heizleiter benachbarten Anordnung des
temperaturabhängigen elektrischen Schalters oder Reglers
ein zeitlich günstiges Reaktionsverhalten des Schalters
oder Reglers erreicht. Allerdings sind hier weitere Maßnahmen
erforderlich, um insbesondere den Schalter oder Regler bzw. die
Anschlüsse gegen äußere Einflüsse
und auch gegen Kurzschluss zu schützen. So muss insbesondere
dieser erwähnte Hohlraum zur Fixierung des Schalters oder Reglers
un/oder der Anschlüsse mittels eines Kunstharzes separat
ausgegossen werden. In einer anderen Variante kann der temperaturabhängige
Schalter und/oder Regler innerhalb des zweiten Mantelrohres auch
in einer Isolierstoffhülse angeordnet sein. In jedem Fall
sind hier zusätzliche Montagearbeiten vorzusehen, durch
welche insbesondere der Herstellungsprozess dieser bekannten Heizpatrone
verteuert wird. Des Weiteren ist die Integration bei einer verdichteten
Heizpatrone des allgemein gesprochen "Temperatur-Bauelementes" nur
in den Endbereichen dieser Heizpatrone möglich, so dass
Temperaturschwankungen nur in diesen Endbereichen erfassbar sind.
Auch sind solche "Temperatur-Bauelemente" in der Regel gegen große
Hitze äußerst empfindlich, so dass beispielsweise
ein solches Temperatur-Bauelement im Bodenbereich nur schwer integriert
werden kann, da in der Regel der Boden bei einer solchen Heizpatrone
nach dem Einbringen des Temperatur-Bauelementes noch verschweißt
werden muss, was zu hohen thermischen Belastungen des Temperatur-Bauelementes
führt. Insbesondere bei hochverdichteten Heizpatronen ist
dementsprechend eine Anordnung von "Temperatur-Bauelementen" beispielsweise
zwischen zwei Heizleiterabschnitten nicht möglich. Solche
hochverdichteten Heizpatronen werden jedoch häufig eingesetzt,
und es ist auch hier, um eine zielgerichtete Temperaturführung
erreichen zu können, wünschenswert, das "Temperatur-Bauelement"
innerhalb der Heizpatrone annähernd beliebig anordnen zu
können.
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Bei
der aus
DE 299 20
503.7 U1 bekannten Heizpatrone können die temperaturabhängig
reagierenden Bauelemente erst nach dem Befüllen des Metallmantels
mit den Anschlüssen des oder der Heizleiter verbunden und
in das noch offene Ende des Metallmantels eingesetzt werden. Dies
verursacht einen erheblichen kostenträchtigen Arbeitsaufwand, der
durch die erfingsgemäße Lösung vermieden
werden soll.
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Demgemäß liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere bei hochverdichteten
Heizpatronen eine Ausgestaltung zur Verfügung zu stellen,
bei welcher in einfacher Art und Weise ein temperaturabhängig
aktivierbares elektrisches Schalt- und/oder Steuerelement bzw. ein
Siche rungselement in unterschiedlichen axialen Bereichen möglichst nahe
an der Heizwicklung angeordnet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Heizpatrone
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch gelöst,
dass der oder die elektrischen Schalt- und/oder Steuerelemente in räumlicher
Nähe des bzw. der Heizleiter jedoch axial gegenüber
diesen versetzt in einem oder mehreren leicht- oder unverdichteten
axialen Abschnitten der Isolierstofffüllung und des Metallmantels
angeordnet sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird eine Heizpatrone
zur Verfügung gestellt, welche äußerst
einfach herstellbar ist. Insbesondere ist es durch die unterschiedlichen
verdichteten und leicht- bzw. unverdichteten Bereiche der Isolierstofffüllung möglich,
ein elektrisches Schalt- oder Steuerelement oder auch mehrere zusammen
mit dem oder den Heizleitern im Metallmantel anzuordnen, wonach dann
die Isolierstofffüllung "eingefüllt" und anschließend
bereichsweise verdichtet werden kann. Eine "vollständige"
Verdichtung findet dabei lediglich in den Bereichen oder Abschnitten
des Metallmantels statt, in welchen der oder die Heizleiter angeordnet ist
bzw. sind. Hierdurch wird sicher verhindert, dass das elektrische
Schalt- oder Steuerelement während des Verdichtungsvorganges
beschädigt werden kann. Andererseits kann das Schalt- oder
Steuerelement in unmittelbarer Nachbarschaft zum Heizleiter angeordnet
werden, wobei gleichzeitig eine Einbettung in die Isolierstofffüllung
erfolgt. Damit sind aufgrund der äußerst günstigen
Wärmeübertragung von den Heizleiterbereichen zum
Schalt- oder Steuerelement äu ßerst zeitnahe "Schaltreaktionen"
erreichbar, so dass sich eine derart ausgestaltete Heizpatrone bezüglich
der Temperaturführung äußerst präzise
ansteuern lässt und insbesondere ein Überhitzen
sicher verhindert wird. Auch kann eine "leichte" Verdichtung auch
in den Bereichen eines Schalt- oder Steuerelementes durchaus zulässig
sein. Diese erfolgt jedoch nicht mit der "Stärke" in den
Bereiche oder Abschnitten, in welchen die Heizleiter angeordnet
sind, um sicher eine Beschädigung der Schalt- oder Steuerelemente
zu vermeiden. Letztendlich ist der Grad der "leichten" Verdichtung
der Isolierstofffüllung im Bereich dieser Abschnitte von
den eingesetzten Schalt- oder Steuerelementen bzw. deren Druckbeständigkeit
abhängig.
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Des
Weiteren können die Schalt- oder Steuerelemente axial außerhalb
der oder des Heizleiter(s) in annährend jeder beliebigen
axialen Position im Metallmantel bzw. in der Heizpatrone integriert
werden. Also je nach Anforderung in einem oder jedem der Endbereiche
und/oder in einem oder mehreren Bereich(en) dazwischen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Unteransprüchen
entnehmbar.
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So
kann gemäß Anspruch 2 vorgesehen sein, dass sich
der Abschnitt des Metallmantels mit leicht- oder unverdichteter
Isolierstofffüllung mit dem oder den Schalt- und/oder Steuerelement(en)
in dem Endbereich der Heizpatrone befindet, aus welchem die elektrischen
Anschlüsse des oder der von einem der Schalt- und/oder
Steuerelemente gesteuerten Heizleiters stirnseitig aus dem Metallmantel
herausgeführt sind. Dabei können die Anschlüsse
nur einseitig oder auch beidseitig aus der Heizpatrone herausge führt
sein. Bei einer einseitigen Herausführung der Anschlüsse
befindet sich der leicht- oder unverdichtete Abschnitt in nur einem
Endbereich des Metallmantels, während bei beidseitiger
Herausführung der Anschlüsse der leicht- oder
unverdichtete Abschnitt in beiden Endbereichen der Heizpatrone angeordnet
ist. Je nach Bedarf kann aber auch eine nur "einseitige" Anordnung
der Schalt- und/oder Steuerelemente in nur einem Endbereich unabhängig
von der Herausführung der Anschlüsse vorgesehen
sein.
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Gemäß Anspruch
3 kann weiter vorgesehen sein dass der Abschnitt des Metallmantels
mit leicht- oder unverdichteter Isolierstofffüllung mit
dem oder den Schalt- und/oder Steuerelementen in einem axial zwischen
zwei Abschnitten des Metallmantels mit verdichteter Isolierstofffüllung
angeordnet ist.
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Gemäß Anspruch
4 kann bzw. können sich der oder die Abschnitte des Metallmantels
mit leicht- oder unverdichteter Isolierstofffüllung jeweils
in einem Abschnitt des Metallmantels befinden, dessen Querschnittsform
und/oder Querschnittsgröße derjenigen eines Abschnittes
des Metallmantels mit verdichteter Isolierstofffüllung
entspricht.
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Des
Weiteren kann gemäß Anspruch 5 vorgesehen sein,
dass die Abschnitte des Metallmantels vor dem Verdichten im Bereich
der zu verdichtenden Isolierstofffüllung eine größere
lichte Weite aufweisen als die Abschnitte des Metallmantels, welche nach
Fertigstellung nur leicht- oder unverdichtete Isolierstofffüllung
enthalten. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, dass beim
Verdichtungsvorgang ausschließlich der zu verdichtende
Bereich mit den aufgenommenen Heizleitern "stark" verdichtet wird, wobei
nach dem Verdichten eine einheitliche äußere Kontur
der Heizpatrone erreicht wird.
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Gemäß Anspruch
6 kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der Metallmantel in seinem
den herausgeführten Anschlüssen axial gegenüberliegenden
Endbereich durch eine Stirnwand verschlossen ist. Hierdurch wird
sicher verhindert, dass beim Verdichtungsvorgang Isolierwerkstoff
aus der Heizpatrone austreten kann.
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In
gleicher Art und Weise dies auch durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch
7 verhindert werden, wonach vorgesehen ist, dass der Metallmantel im
Endbereich der herausgeführten Anschlüsse durch
eine Stirnwand verschlossen ist und dass die Anschlüsse
durch diese Stirnwand hindurchgeführt sind. Bei einer beidseitigem
Anschluss ist eine solche Stirnwand selbstverständlich
in beiden Endbereichen des Metallmantels bzw. der Heizpatrone vorgesehen. Diese
Stirnwand kann nach dem Verdichten oder Verpressen des Metallmantels
wieder entnommen werden und kann zu diesem Zweck aus eine keramischen
Werkstoff oder auch aus eine Kunststoff bestehen. Sollte es erforderlich
sein, so kann die Stirnwand nach dem Verdichten auch durch eine
Kittfüllung, eine Vergussmasse oder dgl. ersetzt werden, so
dass die Heizvorrichtung in ihrem jeweiligen Endbereich im Wesentlichen
"bündig" verschlossen ist.
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Gemäß der
Ansprüche 8 und 9 kann im Metallmantel ein zusätzliches
formangepasstes Metallrohr vorgesehen sein, das sowohl vor dem Verdichtungsvorgang
als auch nach dem Verdichtungsvorgang vollflächig am Metallmantel
anliegt.
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Durch
diese Ausgestaltung wird eine größere Stabilität
der Heizpatrone erreicht. Durch den vollflächigen Kontakt
zwischen dem zusätzlichen Metallrohr und dem Metallmantel
wird gleichzeitig eine äußerst günstige
Wärmeleitung sichergestellt. Dieses zusätzliche,
integrierte Metallrohr weist ein sehr gutes Wärmeleitvermögen
auf, welches die Wärme, insbesondere beispielsweise beim
"Trockengang" eines in einer Waschmaschine vorgesehenen Heizelements,
sehr schnell in den Bereich des Temperatursensors bzw. des Temperaturschalters
bzw. der Temperatursicherung leitet, um diese Temperaturelemente
schneller zum "Ansprechen" zu bringen. Das zusätzliche
als Wärmeleitrohr fungierende Metallrohr kann dabei z.
B. aus Kupfer oder Aluminium oder jedem anderen geeigneten Werkstoff
mit hoher Wärmeleitfähigkeit bestehen.
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Dabei
kann sich das Mantelrohr gemäß Anspruch 9 axial
wahlweise über die gesamte Länge des Metallmantels
oder nur über einen Teilbereich, insbesondere nur über
den verdichteten oder den leicht- oder unverdichteten Abschnitt
der Isolierstofffüllung erstrecken.
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Gemäß Anspruch
10 kann vorgesehen sein, dass die Abschnitte des Metallmantels vor
dem Verdichten im Bereich der "stark" zu verdichtenden Isolierstofffüllung
dieselbe lichte Weite aufweisen wie die Abschnitte des Metallmantels,
welche nach Fertigstellung leicht- oder unverdichtete Isolierstofffüllung
enthalten und, dass die Abschnitte des Metallmantels nach dem Verdichten
im Bereich der "stark" zu verdichtenden Isolierstofffüllung
eine kleinere lichte Weite aufweisen als die Abschnitte des Metallmantels,
welche nach Fertigstellung leicht- oder unverdichtete Isolierstofffüllung
enthalten. Durch diese Ausgestaltung erhält die Heizpatrone
nach dem Verdichten oder Verpressen eine abgestufte Außenkontur,
wodurch deren festsitzende Montage vereinfacht wird.
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Weiter
kann gemäß Anspruch 11 vorgesehen sein, dass die
Schalt- und/oder Steuerelemente als Schmelzsicherung, Platinmesswiderstand,
NTC, Bimetallschalter oder einer Kombination aus diesen ausgebildet
sind. Damit ist die Heizpatrone je nach Bedarf an die vorliegenden
"Schalt- oder Überwachungsaufgaben" in einfacher Weise
anpassbar.
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Weiter
kann gemäß Anspruch 12 vorgesehen sein, dass die
Schalt- und/oder Steuerelemente und/oder deren elektrischen Verbindungen
zu dem Heizleiter bzw. den Heizleitern in einem isolierenden, die
Schalt- und/oder Steuerelemente führenden Stützkörper
im Metallrohr geführt sind, welche Durchlässe,
insbesondere in Form von außenseitigen Aussparungen und/oder
"inneren" Durchgangsbohrungen für die Isolierstofffüllung
aufweisen und/oder mit dem Metallmantel solche Durchlässe
bilden.
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Anhand
der Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung beispielhaft anhand
einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Die Erfindung ist dabei nicht ausschließlich auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere
sei angemerkt, dass die nachfolgend als unverdichtet bezeichneten Bereiche
oder Abschnitte der Isolierstofffüllung auch schwach oder
leichtverdichtet sein können, sofern sichergestellt ist,
dass die in diesen Abschnitten des Metallmantels aufgenommenen Schalt-
und/oder Steuerelemente bzw. Sicherungselemente entsprechend Druckresistent
sind. Es zeigt:
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1 einen
Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform einer
erfindungsgemäße Heizpatrone vor dem Verdichtungsvorgang;
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2 die
Heizpatrone aus 1 nach dem Verdichtungsvorgang;
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3 einen
Vertikalschnitt einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Heizpatrone vor dem Verdichtungsvorgang;
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4 die
Heizpatrone aus 3 nach dem Verdichtungsvorgang,
wobei hier zwei Teilbereiche mit Heizleitern verdichtet sind;
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5 einen
Vertikalschnitt einer Ausführungsform einer Heizpatrone
mit zusätzlichem Mantelrohr, welches innerhalb des Metallmantels
angeordnet ist, vor dem Verdichtungsvorgang;
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6 ein
Vertikalschnitt der Heizpatrone aus 5 nach dem
Verdichtungsvorgang;
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7 einen
Vertikalschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Heizpatrone,
bei welcher ein Schalt- und/oder Steuerelement in Form eines Platinmesswiderstande
oder NTC im Bereich der Bofdenplatet angeordnet ist;
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8 ein
Vertikalschnitt der Heizpatrone aus 7 nach dem
Verdichtungsvorgang.
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9 eine
Schnittdarstellung eine Heizpatrone im unverdichteten Zustand;
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9a eine
Draufsicht auf einen in die Heizpatrone aus 9 eingesetzten
Stützkörper;
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10 eine
Schnittdarstellung der Heizpatrone der 9 in verdichtetem
Zustand;
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11 eine
Schnittdarstellung eines Rohrheizkörpers mit zwei aus seinen
Endbereichen heraus geführten Anschlüssen in unverdichtetem
zustand;
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12 eine
Schnittdarstellung des Rohrheizkörpers aus 11 in
verdichtetem Zustand.
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1 zeigt
einen Vertikalschnitt eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Heizpatrone 1, welche
einen beispielsweise aus Stahl oder Edelstahl bestehenden Metallmantel 2 aufweist.
Dieser Metallmantel 2 ist in seinem einen Endbereich mittels
einer Bodenplatte 3 verschlossen, welche beispielsweise
durch eine Schweißverbindung mit dem Metallmantel 2 dicht
verbunden ist. Des Weiteren ist aus 1 erkennbar,
dass das Mantelrohr 2 in seinem der Bodenplatte 3 axial
gegenüberliegenden Endbereich 4 einen geringeren
Querschnitt bzw. lichte Weite aufweist als der restliche Abschnitt 5.
Dabei stellt 1 den unverpressten Zustand
des Metallmantels 2 dar.
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Innerhalb
des Metallmantels 2 ist eine Isolierstofffüllung 6 vorgesehen,
in welche im Bereich des Abschnittes 5 ein gewendelter
Heizleiter 7 eingebettet ist. Dieser Heizleiter 7 ist
beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einen Wickelkörper 8 aufgewickelt.
Im Bereich des Abschnittes 4 des Mantelrohres 2 nimmt
die Isolierstofffüllung 6 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
zwei elekt rische bzw. elektronische Schalter oder Regler 9 und 10 auf.
Diese Schalter oder Regler 9 und 10 dienen zur
temperaturabhängigen Ansteuerung des Heizleiters 7.
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Dazu
sind entsprechende Verbindungsleitungen 11 und 12 zwischen
dem Heizleiter 7 und dem Schalter/Regler 9 bzw. 10 vorgesehen.
Von diesen Schaltern/Reglern 9 und 10 führen
zwei Anschlüsse 13 und 14 aus dem Metallmantel 2 heraus.
Im äußeren Endbereich des Abschnittes 4 ist
eine weitere Stirnwand 15 vorgesehen, durch welche der
Metallmantel 2 ebenfalls nach außen hin abgedichtet
ist, so dass kein Isolierwerkstoff der Isolierstofffüllung 6 nach
außen treten kann. Die beiden Anschlüsse 13 und 14 sind
dementsprechend dichtend durch diese Stirnwand 15 nach
außen hindurchgeführt.
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Um
sicher zu verhindern, dass bei dem sich an den Zustand der 1 anschließenden
Verdichtungsvorgang die Schalter oder Regler 9 bzw. 10 Schaden
nehmen können, findet eine Verdichtung lediglich im Abschnitt 5 des
Metallmantels 2 statt, indem dieser in diesem Bereich beispielsweise
umfassend radial verpresst wird. Die Herstellung einer solchen Heizpatrone 1 mit
seinen Schaltern/Reglern 9, 10 ist äußerst
einfach, da der Heizleiter 7 mit dem Wickelkörper 8 gemeinsam
mit den Schaltern/Reglern 9 und 10 in den vorab
mit dem eingeschweißten Boden 3 versehenen Metallmantel 2 einsetzbar
ist und danach die Befüllung der Heizpatrone 1 mit
gewöhnlich granuliertem Isolierwerkstoff erfolgen kann.
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Anschließend
wird die Stinwand 15 eingesetzt, so dass der Innenraum
des Metallmantels 2 nach außen "hermetisch" abgeschlossen
ist. Durch das radiale Verpressen des Ab schnittes 5 des
Metallmantel 2 erfolgt eine Verdichtung der Isolierstofffüllung 6 ausschließlich
in diesem Bereich dieses Abschnittes 5, so dass sich beispielsweise
die in 2 dargestellte Endform als durchgehend glatter
Zylinder ergibt.
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Damit
wird vorteilhaft erreicht, dass die erfindungsgemäße
Heizpatrone 1 aufgrund der Verdichtung der Isolierstofffüllung 6 im
Bereich des Abschnittes 5 mit einer hohen Oberflächenbelastung
beaufschlagbar ist. Des Weiteren sind die beiden Schalter/Regler 9 und 10 in
unmittelbarer Nachbarschaft zum Heizleiter 7 angeordnet,
so dass eine optimale Wärmeübertragung u. a. auch über
die im Abschnitt 4 unverdichtete Isolierstofffüllung 6 auf
die Schalter/Regler 9 und 10 stattfinden kann.
Damit sind äußerst geringe Reaktionszeiten der
Schalter/Regler 9 und 10 erreichbar, so dass die
Heizpatrone optimal ansteuerbar ist und insbesondere ein Überhitzen
sicher ausgeschlossen ist.
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Des
Weiteren ist auch denkbar, dass solche Heizpatronen über
ihre axiale Länge unterschiedlich beheizbar sein können
und dementsprechend mehrere beispielsweise axial hintereinander
angeordnete Heizleiter aufweisen können, welche wiederum
separat ansteuerbar sind.
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Ein
solches Beispiel zeigt 3 als Schnittdarstellung. Hier
ist eine Heizpatrone 20 dargestellt, welche ebenfalls einen
Metallmantel 21 aufweist. Dieser Metallmantel 21 weist
in seinem rechten Endbereich sowie in seinem mittleren Bereich jeweils
einen Abschnitt 22 bzw. 23 mit gegenüber
den jeweils Angrenzenden Abschnitten 24 bzw. 27 kleinerem Durchmesser
auf. In dem zwischen diesen beiden verjüngt ausgebildeten
Abschnitten 22 und 23 liegenden radial erweiterten
Abschnitt 24 des Metallmantels 21 sind zwei gewendelte
Heizleiter 25 und 26 angeordnet. In dem sich an
den radial verjüngten Abschnitt 23 anschliessenden
radial erweiterten Abschnitt 27 sind ebenfalls zwei gewendelte
Heizleiter 28 und 29 angeordnet. Zwischen den
Heizleitern 25, 26 und 28, 29 sind
im Bereich des radial verjüngt ausgebildeten Abschnittes 23 wiederum
zwei Schalter oder Regler 30 und 31 vorgesehen,
welche über entsprechende Verbindungsleitungen 32 und 33 bzw. 34 und 35 mit
den Heizleitern 28 und 29 einerseits und den Heizleitern 25 und 26 andererseits
in Verbindung stehen.
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Von
den Heizleitern 25 und 26 sind zwei Anschlüsse 36 und 37 nach
außen aus dem Metallmantel 21 herausgeführt.
im Bereich des rechten, radial verjüngten Abschnittes 22 des
Metallmantels 21 ist beispielhaft noch ein Thermoelement
oder ein Temperaturfühler 38 vorgesehen, welcher über
zwei Anschlussleitungen 39, welche ebenfalls aus dem Metallmantel 21 herausgeführt
sind, mit einer nicht weiter dargestellten elektronischen Regeleinheit
in Verbindung steht. Durch diese Regeleinheit ist die gesamte Heizpatrone 20 über
die Anschlüsse 36 und 37 zusätzlich
regelbar.
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Des
Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass der Metallmantel 21 in
seinem linken Endbereich ebenfalls durch eine Bodenplatte 40 verschlossen
ist, wobei diese Bodenplatte 40 ebenfalls beispielsweise durch
eine Schweißverbindung mit dem Metallmantel 21 dicht
verbunden sein kann.
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Im
rechten Endbereich des Abschnittes 22 ist auch bei der
Heizpatrone 20 eine Stirnwand 41 angeordnet, welche
von den Anschlüssen 36 und 37 sowie den
Anschlussleitungen 39 nach außen dichtend durchragt
wird.
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Weiter
ist aus 3 erkennbar, dass der Hohlraum
des Metallmantels 21 ebenfalls mit einer Isolierstofffüllung 42 gefüllt
ist. Dabei ist in 3 der unverdichtete Zustand
dieser Isolierstofffüllung 42 bzw. der unverpresste
Zustand des Metallmantels 21 dargestellt. D. h., diese
Darstellung der 3 zeigt den unverpressten Zustand
der Heizpatrone 20.
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Ähnlich
wie bei dem bereits nach den 1 und 2 beschrieben
Ausführungsbeispiel, wird nun auch diese Heizpatrone 20 in
ihren ursprünglich erweiterten Abschnitten 24 und 27 radial
verpresst, so dass diese danach eine Heizpatrone 20 mit
gleichmäßiger Außenkontur in Form eines
glatten Zylinders bildet, wie dies in 4 dargestellt
ist. Wie aus 4 erkennbar ist, weisen die
einzelnen Abschnitte 22, 23 und 24 und 27 nach
dem Verpressen die gleichen Außenmaße (Durchmesser)
auf, so dass die Heizpatrone 20 in dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige
Zylinderform über deren gesamte Länge aufweist.
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Außerdem
ist aus 4 erkennbar, dass nach dem Pressvorgang
die Isolierstofffüllung 42 in den Bereichen der
Heizleiter 28 und 29 sowie der Heizleiter 25 und 26 verdichtet
ist. Da eine Verpressung des Metallmantels 21 lediglich
in den Abschnitten 24 und 27 stattfindet, ist
die Isolierstofffüllung 42 in den Abschnitten 22 und 23 nicht
verpresst, so dass insbesondere eine Beschädigung der Schalter/Regler 30 und 31 bzw.
des Thermofühlers 38 während des Verpressens
sicher ausgeschlossen ist.
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Für
die Herstellung der Heizpatrone 20 gilt das Gleiche wie
für die Herstellung der Heizpatrone 1. D. h.,
dass zunächst in den "unverpressten" Metallmantel 21 die
Heizleiter 25, 26 und 28, 29 zusammen mit
den Schaltern/Reglern 30, 31 sowie dem Thermoelement 38 eingesetzt
werden. Anschließend erfolgt die Befüllung mit
einem entsprechenden Isolierwerkstoff aus Metalloxid, insbesondere
Magnesiumoxid, so dass dann der zuvor schon mit der Bodenplatte 40 versehene
Metallmantel 21 die Einsetzung der Stirnwand 41 verschlossen
werden kann. Durch entsprechendes Verpressen des Metallmantels 21 in
den Abschnitten 24 und 27 der Heizpatrone 20 aus 3 folgt
dann ausschließlich in diesen Abschnitten 24 und 27 eine
Verdichtung des Isolierwerkstoffes bzw. der Isolierstofffüllung 42.
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Dieser
Herstellungsprozess bzw. dieses Herstellungsverfahren ist auch bei
dem Ausführungsbeispiel der Heizpatrone 20 äußerst
einfach durchführbar. Insbesondere ist anhand des Ausführungsbeispieles
der 3 und 4 erkennbar, dass aufgrund dieser
bereichsweisen bzw. abschnittweisen Verdichtung der Isolierstofffüllung 42 auch
mehrere Heizleiter 25 und 26 bzw. 28 und 29 durch
elektrische oder elektronische Schalter/Regler 30, 31 oder
Temperaturfühler 38 getrennt oder in Verbindung
miteinander ansteuerbar sind, die in unterschiedlichen axialen Abschnitten 22 bzw. 23 angeordnet
sind.
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5 zeigt
noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Heizpatrone 1 aus 1.
Hier sind für die gleichen Ele mente die gleichen Bezugszeichen eingetragen,
so dass die Beschreibung zu den 1 und 2 auch
auf die Zeichnungs5 und 6 lesbar
ist.
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Im
Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Heizpatrone 1 aus 1 weist
die Heizpatrone 1 aus 5 noch ein
zusätzliches, inneres Mantelrohr 50 auf, welches
ganzflächig anliegend in den Metallmantel 2 der
Heizpatrone 1 eingesetzt ist. Dieses innere Mantelrohr 50 ist
der unverpressten Querschnittsform des Metallmantels 2 angepasst
und bildet dementsprechend ebenfalls einen radial erweiterten Abschnitt 51 sowie
einen radial verjüngt ausgebildeten Abschnitt 52.
Dies bedeutet, dass auch hier eine alleinige Verpressung des Metallmantels 2 im Bereich
des Abschnittes 5 ebenfalls eine Verpressung des zusätzlichen
Mantelrohres 50 in dessen Abschnitt 51 bewirkt.
Damit erfolgt auch hier eine Verdichtung der Isolierstofffüllung 6 ausschließlich
in diesem Abschnitt 5 bzw. 51, so dass auch hier
eine hochbelastbare Heizpatrone 1 entsteht. Dieses zusätzliche
Mantelrohr 50 besteht aus einem hochwärmeleitfähigen
Werkstoff, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder dgl., so dass
eine äußerste schnelle Wärmeleitung aus
den Bereichen des Heizleiters 7 zu den die Schalt- und/oder
Steuerelementen 9, 10 erfolgt und somit die Reaktionszeit
bzw. das Ansprechverhalten der Heizpatrone weiter verbessert wird.
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Zusammenfassend
kann somit festgestellt werden, dass hier ebenfalls eine Heizpatrone
in äußerst einfacher Weise herstellbar ist und
gleichzeitig auch die Möglichkeit besteht, die temperaturregelnden
oder -steuernden Elemente räumlich in unmittelbarer Nachbarschaft
zu den Heizlei tern anzuordnen, so dass eine optimale Wärmeübertragung,
insbesondere durch die Isolierstofffüllung 6 bzw. 42 erreicht wird.
Damit ist eine äußerst effiziente Temperatursteuerung/-regelung
der Heizleiter und damit der verdichteten Heizpatrone in vielfältiger
Weise möglich.
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In
den 7 und 8 ist beispielhaft eine Variante
einer Heizpatrone 1 dargestellt, bei welcher ein Schalt-
und/oder Steuerelement als "Widerstandsfühler" 65 beispielsweise
in Form eines Platinmesswiderstandes oder NTC vorgesehen ist. Der nicht
oder nur leicht verpresste Abschnitt 4 mit der leicht-
oder unverpressten Isolierstofffüllung befindet sich bei
diesem Ausführungsbeispiel im Bereich eines Abschnittes 4 des
Metallmantels 2, welcher im Endbereich der Bodenplatte 3 angeordnet
ist. In der in 7 dargestellten unverpressten
Ausgangszustand weist auch hier der Abschnitt 5 des Metallmantels 2,
in welchem der auf den Wickelkörper 8 aufgewickelte
Heizleiter 7 angeordnet ist, einen größeren Außendurchmesser
auf als der Abschnitt 4 im Bereich des Widerstandsfühlers 65.
Von diesem Widerstandsfühler 65 führen
entsprechende Anschussleitungen 66 durch die axial gegenüberliegende
Stirnwand 15 des Metallmantels 2 hindurch nach
außen. Besonders für Automobilanwendungen oder
anderen Geräten mit einer elektronischen Steuerung, wie
z. B. Wäschetrocknern, Geschirrspülern oder sonstigen Maschinen
bietet sich ein solcher Widerstandsfühler besonders an,
da dessen Temperatur von einer elektronischen Steuerung über
dessen spezifische Widerstandskennlinie erfasst und damit gesteuert
werden kann. D. h. Heizelemente mit einem Widerstands-Temperaturfühler
können – im Gegensatz zu klassischen Thermoelementen
wie z. B. Fe-CuNi oder NiCr-Ni etc. – von der elektronischen
Steuerung erfasst und gesteuert werden. Des Weiteren ist dies Ausführungsvariante
vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel der Heizpatrone
aus 1 ausgebildet, so dass auch entsprechend dieselben
Bezugszeichen eingetragen sind und die diesbezügliche Beschreibung
zu 1 auf das Ausführungsbeispiel der Heizpatrone 1 aus
den 7 und 8 zu lesen ist.
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Bei
den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die jeweils
unverdichtet (oder leichtverdichtet) bleibenden Abschnitte 4, 22, 23 des
Metallmantels 2 bzw. 21 schon vor dem Verdichtungsvorgang
mit einem verringerten Querschnitt bzw. Durchmesser versehen, damit
nach dem Verdichten eine über ihre ganze axiale Länge
gleichmäßig zylindrische Heizpatrone vorliegt.
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Es
ist aber auch ohne Weiteres möglich und leicht vorstellbar
einen vorzugsweise zylindrischen Metallmantel als Ausgangsmaterial
zu verwenden, der vor dem Verdichten einen über die gesamte
Länge gleichmäßigen Querschnitt und Durchmesser
aufweist. Bei einer solchen Ausgangsform des Metallmantels wird
dieser beim Pressvorgang "nur" im Bereich der Abschnitte der Heizleiter
verpresst. Damit ergeben sich im Bereich dieser Abschnitte des Metallmantels
nach dem Pressvorgang ebenfalls die verdichteten Bereiche der Isolierstofffüllung.
Da der Metallmantel nur in diesen Abschnitten verpresst wird ergibt
sich eine axial abgestufte Außenkontur der Heizpatrone,
da die Bereiche mit den die Schalt- und/oder Steuerelementen enthaltenden
Abschnitte des Metallmantels nicht oder allenfalls nur leicht (= schwach)verpresst
werden. Diese axial abgestufte Außenkontur des Metallmantels
kann insbesonde re für die Endmontage solcher Heizpatronen
von Vorteil sein. Des Weiteren bietet diese Art der Herstellung den
Vorteil, dass als Ausgangsmaterial für den Metallmantel
ein "herkömmliches" zylindrisches Rohr verwendet werden
kann, das nicht vorab in eine vorzugebende "entgegengesetzt" abgestufte
Außenkontur vorgeformt werden muss.
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Die 9 und 10 zeigen
einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante
einer Heizpatrone 1, welche von der Heizpatrone 1 aus den 5 und 6 abgeleitet
ist. Insoweit ist die Beschreibung zu den 5 und 6 auch
auf die Heizpatrone 1 aus den 9 und 10 zu
lesen. Dementsprechend sind auch in den 9 und 10 dieselben
Bezugzeichen eingetragen. Bei der Ausführungsvariante der
Heizpatrone 1 der 9 und 10 ist
im Bereich des Abschnittes 4 des Metallmantels 2 bzw. 52 des
Mantelrohres 50 ein Stützkörper 55 eingesetzt.
Dieser Stützkörper 55 dient zu Abstützung
der beiden Schalter/Regler 9 und 10. Um die Heizkörper 1 nach
dem Einsetzen des Heizleiters 7 zusammen mit dem Wickelkörper 8 und
den beiden Schaltern/Reglern 9, 10 zusammen mit
dem Stützkörper 55 mit der Isolierstofffüllung 6 befüllen
zu können, weist der Stützkörper 55 einerseits
mehrere gleichmäßig an seinem Umfang verteilt
angeordnete Aussparungen 56 auf. Des weiteren sind im Stützkörper 55 zwei
Aufnahmebohrung 57 und 58 vorgesehen, in welchen
die beiden Schalter/Regler 9, 10 mit Spiel aufgenommen
werden. Zwischen diesen Aufnahmebohrungen 57, 58 sind,
wie dies aus 9a ersichtlich ist, zwei Durchgangsbohrungen 59 und 60 vorgesehen,
welche ebenfalls das Befüllen der Heizpatrone bzw. des
Metallmantels erleichtern.
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Es
ist erkennbar, dass sich in dem in 9 dargestellten
unverdichteten Zustand der Heizpatrone 1 die unverdichtete
Isolierstofffüllung 6 sowohl im Bereich des Abschnittes 5 als
im Bereich des Abschnittes 4 des Metallmantels und somit
auch im Bereich der Aussparungen 56 und der Durchgangsbohrungen 59 und 60 befindet.
Das Spiel zischen den Aufnahmebohrungen 57 und 58 und
den Schaltern/Reglern 9, 10 kann ebenfalls so
gewählt sein, dass sich in dem sich bildenden Zwischenraum
ebenfalls die unverdichtete Isolierstofffüllung 6 nach
dem Befüllen befindet.
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Nach
dem Verpressen des Mantelgehäuses 2 der Heizpatrone 1 im
Bereich des Abschnittes 5 wird nun auch in diesem Bereich
die Isolierstofffüllung 6 verdichtet, während
im Bereich des Abschnittes 4 keine Verdichtung der Isolierstofffüllung 6 stattfindet.
Der Stützkörper 55 sorgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
nach den 9, 9a und 10 für
eine "zusätzliche" Führung der beiden Schalter/Regel 9, 10,
insbesondere auch beim Einsetzen in den Metallmantel 2 bzw.
in das Mantelrohr 50 der Heizpatrone 1.
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Die 11 und 12 zeigen
eine weitere Variante einer Heizvorrichtung der erfindungsgemäßen
Art, welche als Rohrheizkörper 70 ausgebildet ist.
Dieser Rohrheizkörper 70 bildet einen Metallmantel 71,
welcher in seinen beiden Endbereichen jeweils einen radial verjüngt
ausgebildeten Abschnitt 72 bzw. 73 aufweist. zwischen
diesen beiden Abschnitten 72 und 73 bildet der
Metallmantel eine radial erweiterten Abschnitt 74, in welche
ein Heizleiter 75 angeordnet ist. Dieser Heizleiter ist
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf eine Wickelkörper 75 aufgewickelt.
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Im
linken Abschnitt 72 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Schalter in Form eines Bimetallschalters 77 angeordnet.
Im Bereich des rechten Abschnittes 73 kann beispielsweise
ein "Schaltelement" in Form einer Schmelzsicherung 78 vorgesehen
ist. Der Bimetallschalter steht über eine Verbindungsleitung 79 mit
dem Heizleiter 75 in Verbindung, währen die Schmelzsicherung 78 über
eine Verbindungsleitung 80 mit dem Heizleiter 75 verbunden
ist. Vom Bimetallschalter 77 führt ein Anschluss 81 durch eine
in den Metallmantel 71 im linken Endbereich eingesetzte
Stirnwand 82 nach außen. Im rechten Endbereich
des Metallmantels 71 ist eine zweite Stirnwand 84 eingesetzt,
durch welchen ein zweiter Anschluss 83 von der Schmelzsicherung 78 nach
außen aus dem Metallmantel 71 herausgeführt
ist.
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In
dem in 11 dargestellten Zustand des Rohrheizköpers 70 befinden
sich der Bimetallschalter 77, die Heizwendel 75 zusammen
mit dem Wickelkörper 76 und die Schmelzsicherung 78 in
einer unverdichteten Isoliersofffüllung 85.
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Nach
dem Verdichten, durch Verpressen des Metallmantels 71 im
Bereich des Abschnittes 74 wird nun in diesem Bereich die
Isolierstofffüllung 85 verdichtet. Diesen verdichteten
"Endzustand" zeigt 12. Es ist auch hier erkennbar,
dass bei dem dargstellten Ausführungsbeispiel des Rohrheizkörpers 70,
dieser nach dem Verdichten eine gleichmäßige Außenkontur über
dessen gesamte Länge aufweist.
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Auch
hier ist denkbar, dass der Ausgangszustand des Metallmantels 71 vor
dem Verpressen eine einheitliche zylindrische Außenform
aufweist. Dementsprechend bildet der Metallmantel 71 nach
dem Verpressen eine axial abgestufte Außenkontur, welche
"mittig" radial verjüngt ausgebildet ist. Dies kann insbesondere
für die feststehende Montage von Vorteil sein.
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Weiter
zeigt 12, dass sich sowohl der Bimetallschalter 77 als
auch die Schmelzsicherung 78 in den Abschnittes 72 und 73 jeweils
in einem unverdichteten (oder leicht verdichteten) Bereich der Isolierstofffüllung 85 befinden
während der Heizleiter 75 mit einem Wickelkörper 76 im
Abschnittes 74 des Metallmantels 71 in einem verdichteten
Bereich angeordnet ist. Auch aus den 11 und 12 ist
erkennbar, dass auch ein Rohrheizkörper mit seinen beidseitigen
Anschlüssen 81 und 83 in einfacher Weise
durch bereichsweises Verpressen des Metallmantels 71 und
damit durch bereichsweises Verdichten der Isolierstofffüllung 85 mit
integrierten "Schalter/Reglern" herstellbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2513494
C2 [0003, 0004]
- - DE 29920503 U1 [0003, 0005, 0007]