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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, bei der Heizelemente Wärme erzeugen, die in Strangpressprofile eingeleitet wird und die Strangpressprofile von einem Medium durchströmt werden, an das Wärme abgegeben wird, wobei sich die Heizvorrichtung aus Modulen zusammensetzt, bei denen jeweils wenigstens ein Heizelement zwischen Strangpressprofilen angeordnet ist, wobei Außenseiten eines Moduls von Wänden der Strangpressprofile gebildet werden und zumindest an einem Teil der Außenseiten Kontaktelemente angeordnet sind.
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Eine solche Heizvorrichtung ist aus der
DE 10 2010 048 593 A1 bekannt. Bei einer Variante wird zwischen benachbarten Kontaktelementen eine Nut- und Federverbindung gezeigt. Mittels dieser Kontaktelemente sind direkt benachbarte Module zueinander ausrichtbar und können schnell und präzise zueinander positioniert werden. Die Verbindung benachbarter Module erfolgt mittels eines Klebers, mit Klammerelementen oder einem Rahmen, der die Module zusammenhält.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung anzugeben, die schnell zusammengebaut und an die jeweilige Einbausituation mit einem möglichst geringen Montageaufwand angepasst werden kann. Dabei sollen zur Montage möglichst wenige Bauteile erforderlich sein. Die Heizvorrichtung soll sich durch eine kompakte Bauweise und eine hohe Effizienz bei der Wärmeübertragung auszeichnen. Zudem soll ein zuverlässiger Betrieb und eine hohe Lebensdauer gewährleistet werden. Dabei soll die Heizvorrichtung möglichst preiswert herzustellen sein und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Varianten sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Erfindungsgemäß hintergreifen aneinander grenzende Kontaktelemente einander. Durch dieses Hintergreifen wird eine Verschiebung der Module in einer Ebene senkrecht zur Strangpressrichtung auf einfache und kostengünstige Weise verhindert. Eine Verklebung zwischen den Modulen ist somit entbehrlich. Ebenso können externe Klammerelemente entfallen. Es handelt sich bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung um eine selbsttragende Konstruktion, die nicht zwangsläufig einen Rahmen benötigt.
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Erfindungsgemäß besteht eine formschlüssige Verbindung über die Kontaktelemente zwischen benachbarten Modulen. Die Kontaktelemente sind als in Strangpressrichtung ineinander schiebbare Profilausbildungen ausgeführt, die ein Hintergreifen benachbarter Kontaktelemente ermöglichen. Aneinandergrenzende Kontaktelemente sind dabei vorzugsweise mit einander verhakt. Die ineinander gehakten Kontaktelemente verbinden die Module zu einer Einheit.
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Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung weisen die Kontaktelemente U-förmige Profilausbildungen aus. Durch Ineinanderschieben benachbarter Module in Strangpressrichtung greifen die U-förmigen Profilausbildungen der Kontaktelemente so ineinander, dass sich die Kontaktelemente benachbarter Module hintergreifen, so dass eine vertikale und/oder horizontale Verschiebung der Module wirksam verhindert wird.
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Alternativ können aneinander grenzende Kontaktelemente auch bogenförmig ausgeführt sein. Auch bei dieser Varianten werden die Module in Strangpressrichtung ineinander geschoben und hintergreifen einander zur Vermeidung einer Verschiebung in einer Ebene.
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Als besonders günstig erweist es sich, wenn alle Strangpressprofile der Heizvorrichtung baugleich ausgeführt sind. Vorzugsweise sind auch die Module baugleich ausgeführt. Dadurch wird eine selbsttragende stabile Heizvorrichtung mit einem möglichst geringen Produktionsaufwand geschaffen.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kontaktelemente ermöglichst es, baugleiche Strangpressprofile einzusetzen, wobei in einem Modul jeweils zwei baugleiche Strangpressprofile so zueinander ausgerichtet werden, dass bei benachbarten baugleichen Modulen sowohl in vertikaler Richtung als auch in horizontaler Richtung angeordnete Kontaktelemente in Strangpressrichtung ineinander geschoben werden und dabei einander hintergreifen. Bei einander gegenüber liegenden Außenseiten eines Moduls sind die Kontaktelemente jeweils achssymmetrisch zueinander positioniert.
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Dadurch wird eine Verschiebung in einer Ebene sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung verhindert.
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Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung bilden aneinander grenzende Module durch Einbuchtungen in den Außenseiten der Wände der Strangpressprofile eine Öffnung. Jede Öffnung ermöglicht die Einführung eines Elements, vorzugsweise eines Spreizelements. Durch diese Elemente werden benachbarte Module auseinander geschoben. Die ineinander greifenden Kontaktelemente kommen dabei zum Anschlag. Dadurch wird über die Kontaktelement eine kraftschlüssige Verbindung zwischen benachbarten Modulen geschaffen, die nach der Montage ein Auseinanderschieben der Module in Strangpressrichtung verhindert.
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Die Elemente können als Stifte bzw. Bolzen und/oder als Schrauben ausgebildet sein, welche in die Öffnungen eingeführt werden. Die Öffnungen werden durch Einbuchtungen zwischen benachbarten Strangpressprofilen gebildet. Dazu kann beispielsweise jedes Strangpressprofil eine halbbogenförmige Einbuchtung aufweisen, wobei durch aneinanderfügen von benachbarten Strangpressprofilen durch die beiden halbrunden Einbuchtungen Öffnungen als eine zylinderartige Hohlräume gebildet werden. In diese Öffnung wird dann das bolzenartig ausgebildete Spreizelement eingeführt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung sind innerhalb jedes Strangpressprofils, einander achssymmetrisch zueinander angeordnete Kontaktelemente, als Profilausbildungen mit Stegen in entgegengesetzter Ausrichtung zueinander ausgeführt. Diese Konstruktion ermöglicht es, baugleiche Strangpressprofile herzustellen, wobei horizontal benachbarte Module in Strangpressrichtung ineinander geschoben werden können, so dass sich benachbarte Kontaktelemente hintergreifen und dadurch eine Verschiebung in horizontale Richtung verhindern.
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Als besonders günstig erweist es sich, wenn innerhalb der Module, einander achssymmetrisch zueinander angeordnete Kontaktelemente, als Profilausbildungen mit Stegen in entgegengesetzter Richtung ausgeführt sind. Zwei Strangpressprofile bilden ein Modul. Innerhalb des Moduls sind somit zwei baugleiche Strangpressprofile um 180 Grad gedreht zueinander angeordnet. Durch die Ausführung der Kontaktelemente als Profilausbildungen mit Stegen, die innerhalb eines Moduls in entgegengesetzter Richtung zueinander ausgeführt sind, wird ein Ineinanderschieben vertikal übereinander angeordneter Module in Strangpressrichtung ermöglicht, so dass die benachbarten Kontaktelemente einander hintergreifen und ein Verschieben der Module in vertikaler Richtung verhindern.
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Bei einer besonders günstigen Ausführung der Erfindung weisen Kanten der Module gerundete Profilausbildungen auf.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
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Dabei zeigt
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1 eine perspektivische Darstellung von vertikal übereinander angeordneten Modulen,
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2 eine Frontansicht einer Heizvorrichtung in Strömungsrichtung,
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3 eine perspektivische Ansicht einer Heizvorrichtung mit Abstandshaltern.
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1 zeigt eine Heizvorrichtung, bei der exemplarisch fünf Module 1 vertikal übereinander angeordnet sind. Jedes Modul 1 umfasst jeweils zwei Strangpressprofile 2. Zwischen den beiden Strangpressprofilen 2 ist jeweils ein Heizelement 3 angeordnet.
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Das Heizelement 3 erzeugt Wärme, die in die Strangpressprofile 2 eingeleitet wird. Bei den Strangpressprofilen 2 handelt es sich um Kastenprofile aus Aluminium, die in Strangpressrichtung von Luft durchströmt werden.
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Der modulare Aufbau der Heizvorrichtung ermöglicht eine schnelle und kostengünstige Anpassung an das jeweilige Einsatzgebiet der Heizvorrichtung. Je nach Bedarf werden zusätzliche Module 1 hinzugefügt oder entfernt. Der Bedarf richtet sich nach dem Durchsatz, der Art und Zusammensetzung des zu erwärmenden Mediums, der zu übertragenen spezifischen Heizleistung, sowie den räumlichen Gegebenheiten.
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Die Module 1 sind so aufgebaut, dass jeweils wenigstens ein Heizelement 3 zwischen Strangpressprofilen angeordnet ist, wobei es sich als besonders günstig erweist, die Heizelemente 3 mit den Strangpressprofilen 2 zu verkleben. Dabei kann eine flächige Verklebung der Heizelemente 3 mit den Strangpressprofilen 2 erfolgen und/oder mittels beidseitig der Heizelemente 3 positionierter Kleberaupen.
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Die Außenseiten eines Moduls 1 werden von den Wänden der Strangpressprofile 2 gebildet. Vorzugsweise sind die Strangpressprofile 2 als Kastenprofile ausgebildet. Bei einem Kastenprofil handelt es sich um ein Strangpressprofil dessen vier Wände einen Bereich umrahmen, der in Strangpressrichtung von Medium durchströmt wird. Vorzugsweise verlaufen innerhalb dieses Bereiches Rippen 14, um die Wärmeübertragung an das Medium zu verbessern. Bei dem Medium kann es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit handeln. Auch pastenartige, breiige Stoffe können auf diese Weise erwärmt werden.
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Die Strangpressprofile 2 bestehen aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit. Vorzugsweise wird dazu Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet, die zusätzlich ein geringes spezifisches Gewicht haben.
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Als besonders günstig erweist es sich, wenn ein Modul 1 aus einem Heizelement 3 gebildet wird, das zwischen zwei Strangpressprofilen 2 positioniert ist, die quer zur Strangpressrichtung übereinander angeordnet sind.
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Das Heizelement 3 ist somit zwischen einem oberen und einem unteren Strangpressprofil 2 positioniert. Das untere Strangpressprofil 2 dient in diesem Fall gleichzeitig als Auflage für das Heizelement.
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Vorzugsweise wird die obere Außenseite eines Moduls 1 von einer Wand des oberen Strangpressprofils 2 gebildet und die untere Außenseite des Moduls 1 von einer Wand des unteren Strangpressprofils 2. Die linke und rechte Außenseite des Moduls 1 werden jeweils von zwei Wänden gebildet, nämlich einer Wand des oberen und einer Wand des unteren Strangpressprofils 2.
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An den Außenseiten der Strangpressprofile 2 werden Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d ausgeformt. Die Kontaktelemente 5, 5b, 5c, 5d sind somit einstückig mit den Strangpressprofilen 2 ausgebildet.
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Die beiden zum Heizelement 3 gerichteten Wände der Strangpressprofile 2 bilden keine Außenseiten des Moduls. Sie weisen prinzipiell keine Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d auf, so dass das Heizelement 3 zwischen flachen Flächen liegt.
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Erfindungsgemäß sind bei einander gegenüber liegenden Außenseiten eines Moduls 1 jeweils achssymmetrisch zueinander Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d positioniert. Beispielsweise können die Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d an der linken und rechten Außenseite jeweils symmetrisch zur vertikalen Mittelachse des Moduls 1 angeordnet sein oder die Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d können an der oberen und unteren Außenseite symmetrisch zur horizontalen Mittelachse des Moduls 1 angeordnet sein.
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Die achssymmetrische Anordnung ermöglicht, dass an ein Modul 1 beidseitig weitere Module 1 angesetzt werden können und zugleich die neu gebildete Einheit ebenfalls wieder an zwei Seiten mit Modulen 1 erweiterbar ist. Dabei können die Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d an der linken und rechten Außenseite des Moduls achssymmetrisch zueinander angeordnet sein, so dass die Heizvorrichtung horizontal erweiterbar ist und/oder an der oberen und unteren Außenseite des Moduls, so dass die Heizvorrichtung zusätzlich oder alternativ vertikal erweiterbar ist.
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Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn an allen Außenseiten eines Moduls 1 achssymmetrisch zueinander Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d positioniert sind. Dadurch können an allen Außenseiten weitere Module 1 angesetzt werden. Dazu sind die Module 1 vorzugsweise baugleich ausgeführt. Die gleichartigen Module 1 können beliebig miteinander kombiniert werden. Dies ermöglicht ein flexible Handhabung und eine preisgünstige Fertigung.
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Beim Ansetzen eines Moduls 1 sind direkt bevorzugt benachbarte Kontaktelemente 5a und 5b bzw. 5c und 5d in zueinander korrespondierenden Formen ausgeführt. Die Formen sind so aufeinander abgestimmt, dass das eine Kontaktelement 5a und 5b bzw. 5c und 5d zumindest teilweise das andere Kontaktelement hintergreift.
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Bei der erfindungsgemäßen Kombination von Modulen 1 werden über aneinander grenzende Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d eine formschlüssige Verbindungen gebildet. Somit können die Module 1 nicht nur zueinander ausgerichtet werden, sondern es entsteht gleichzeitig eine selbsttragende Einheit, die eigenstabil ist.
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Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten Heizelemente 2 enthalten vorzugsweise ein oder mehrere PTC-Widerstände. Dabei handelt es sich um Kaltleiter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Sie bestehen meistens aus einer dotierten polykristallinen Keramik auf Basis von Bariumtitanat.
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Die PTC-Widerstände zeigen einen nicht-linearen Widerstandsverlauf, der dazu führt, dass sich die Widerstände in ihrer elektrischen Leistungsaufnahme selbst stabilisieren. Im kalten Zustand ist ihr Widerstand gering und es fließt bei einer vorgegebenen elektrischen Spannung ein verhältnismäßig hoher Strom. Dadurch wird in kurzer Zeit die Betriebstemperatur mit dem zugehörigen Betriebswiderstand erreicht. Steigt die Temperatur über die vorgesehene Betriebstemperatur, so nimmt der Widerstand zu. Bei sinkenden Temperaturen verringert sich dagegen der Widerstand. Aufgrund dieser Eigenschaft kann sowohl auf einem Temperaturregler als auch auf einen Überhitzungsschutz verzichtet werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise zwischen den PTC-Widerständen mit Kontaktplatten und den Strangpressprofilen 2 eine elektrische Isolierung angeordnet, so dass die Strangpressprofile 2 potentialfrei sind. Dies ermöglicht eine Versorgung der Heizelemente 3 mit Hochvoltspannung, wie beispielsweise einer Netzspannung von 230 V. Dabei braucht das Gehäuse nicht zusätzlich isoliert werden und Außenkontakte mit den Strangpressprofilen 2 führen nicht zu Kurzschlüssen.
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Das Heizelement 3 ist zwischen den Strangpressprofilen 2 befestigt, bevorzugt verklebt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn mindestens ein PTC-Baustein mit Kontaktplatten beidseitig isoliert in einem Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse ist vorzugsweise ebenfalls als ein Strangpressprofil hergestellt.
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Die Bausteine mit den Kontaktplatten können aber auch mit einer elektrisch isolierenden Folie umwickelt sein. Dabei eignen sich insbesondere Folien auf Basis von Polyimiden.
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Durch die potentialfreien Außenseiten der Heizelemente 3 sind die Strangpressprofile 2 ebenfalls potentialfrei. Vorzugsweise werden die einzelnen Heizelemente 3 über Anschlussleitungen 4 mit Strom versorgt.
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Eine alternative Variante besteht in einer seitlichen Anordnung von Stromschienen, in welche die einzelnen Kontakte der Heizelemente 3 eingesteckt werden. Alternativ können bei in Gehäusen platzierten PTC-Bausteinen Steckverbinder an beiden Seiten der Gehäuse angeordnet sein.
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Die Module 1 werden vorzugsweise von einem in 1 nicht dargestellten Rahmen eingefasst.
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Erfindungsgemäß weist jedes Modul 1 Kontaktelemente 5a, 5b, 5c und 5d auf. Die Kontaktelemente 5a, 5b, 5c und 5d werden an allen Außenseiten jedes Moduls 1 von den Wänden der Strangpressprofile 2 ausgeformt.
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Die linke Außenseite eines Moduls 1 wird von der linken Wand des oberen Strangpressprofils 2 und von der linken Wand des unteren Strangpressprofils 2 gebildet, an denen jeweils ein Kontaktelement 5a ausgeformt ist. Die rechte Außenseite eines Moduls 1 wird von der rechten Wand des oberen Strangpressprofils 2 und der rechten Wand des unteren Strangpressprofils 2 gebildet, an denen jeweils ein Kontaktelement 5b ausgeformt ist. Die obere Außenseite eines Moduls 1 umfasst zwei Kontaktelemente 5c und wird von der oberen Wand des oberen Strangpressprofils 2 gebildet. Die untere Außenseite eines Moduls 1 weist zwei Kontakte 5d auf und wird von der unteren Wand des unteren Strangpressprofils 2 gebildet.
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2 zeigt sechs baugleiche Module 1, wobei immer drei Module 1 übereinander angeordnet sind und zwei Module 1 nebeneinander angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in 2 auf eine Darstellung der Heizelemente 3 verzichtet.
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Erfindungsgemäß hintergreifen bei direkt benachbarten Modulen 1 aneinander grenzende Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d einander. Dadurch wird eine Verschiebung sowohl in vertikaler Richtung als auch in horizontaler Richtung verhindert.
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Die Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d, sind als Profilausbildungen ausgeführt, die ineinander verhakt sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind die Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d, als U-förmige Profilausbildungen ausgeführt. Dabei sind die Profilausbildungen teilweise in Wänden des Strangpressprofils 2 eingesenkt, so dass kein Abstand zwischen den Wänden benachbarter Module 1 besteht.
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Innerhalb eines Moduls 1 sind einander achssymmetrisch zueinander angeordnete Kontaktelemente 5a und 5b sowie 5c und 5d als Profilausbildungen mit Stegen 6a und 6b bzw. 6c und 6d in entgegen gesetzter Ausrichtung ausgeführt.
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Die Kontaktelemente 5a, 5b, 5c, 5d, weisen jeweils Aussparungen 7a, 7b, 7c, 7d, auf. An jedem Kontaktelement 5a, 5b, 5c, 5d, ist zudem jeweils ein Steg 6a, 6b, 6c, 6d, ausgeformt. Durch diese Konstruktion wird eine U-förmige Profilausbildung gebildet. Die erfindungsgemäße Konstruktion ermöglicht es, dass benachbarte Module 1 in Strangpressrichtung über die Kontaktelemente 5a und 5b bzw. 5c und 5d, ineinander geschoben werden, so dass sich die Kontaktelemente 5a und 5b bzw. 5c und 5d, einander hintergreifen, wobei jeweils ein Steg 6a, 6b, 6c, 6d, in eine Aussparung 7a, 7b, 7c, 7d, des jeweils korrespondierenden Kontaktelements 5a, 5b, 5c, 5d, greift.
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Bei der Variante gemäß 2 weisen aneinander grenzende Strangpressprofile 2 halbrunde Einbuchtungen 8 auf, die eine Öffnung 9 zur Einführung eines Spreizelementes 10 bilden. Die Spreizelemente 10 sind in 2 nicht dargestellt.
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In 1 sind Spreizelemente 10 als Schrauben ausgeführt, welche in die Öffnungen 9 eindreht werden und auf diese Weise die Module 1 in vertikaler Richtung auseinander drücken.
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Bei der Variante gemäß 2 können in die Öffnungen 9 jeweils Spreizelemente 10 eingeführt werden, so dass die Module 1 sowohl in horizontaler Richtung als auch in vertikaler Richtung auseinander gedrückt werden. Dadurch kommen die Stege 6a und 6b bzw. 6c und 6d der ineinander greifenden Kontaktelemente 5a und 5b bzw. 5c und 5d zum Anschlag und bilden kraftschlüssige Verbindungen, die ein Auseinanderschieben in Strangpressrichtung verhindern.
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Die Module 1 weisen bei den dargestellten Varianten an ihren vier Kanten 11 gerundete Profilausbildungen auf.
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Die Strangpressprofile 2 weisen bevorzugt teilkreisförmige Öffnungen 15 auf. Diese erlauben bei gleichmäßiger Wandstärke eine Verschraubung mit Blechen. Dadurch ist die Heizvorrichtung universell einsetzbar. Es können damit Module 1 auf Abstand gehalten werden oder Module 1 an einem Rahmen befestigt werden. Durch die Anordnung der teilkreisförmigen Öffnungen 15 in den gerundeten Ecken können Module 1 sowohl horizontal als auch vertikal miteinander verbunden werden.
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3 zeigt eine perspektivische Darstellung von insgesamt fünfzehn Modulen 1. Dabei sind immer fünf Module 1 übereinander und drei Module 1 nebeneinander angeordnet. In vertikaler Richtung hintergreifen die Kontaktelemente 5c und 5d der benachbarten Module 1 einander. In horizontaler Richtung sind zwischen den Modulen 1 Abstandshalter 12 angebracht, mit denen die Module 1 je nach Einbausituation in horizontaler Richtung angepasst werden. Zudem weist die Darstellung gemäß 3 Stromlaufschienen 13 zur Stromversorgung der Heizelemente 3 der jeweiligen Module 1 auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048593 A1 [0002]
