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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizpatrone mit Temperaturüberwachung gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1.
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Elektrische Heizpatronen sind eine vielseitig einsetzbare Gattung elektrischer Heizvorrichtungen, bei denen ein elektrisches Heizelement, das typischerweise als Heizdraht oder Widerstandsdraht ausgebildet ist, im Innenraum eines äußeren Mantels, wobei der Mantel oftmals, aber nicht zwingend, durch ein Rohr, insbesondere durch ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt, gebildet wird, angeordnet ist. Diese Gattung umfasst dabei neben Heizpatronen mit nur einem Metallmantel auch Hohlpatronen, die einen zweiten, inneren, oftmals ebenfalls rohrförmigen Metallmantel aufweisen.
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Bei vielen Anwendungen, bei denen derartige elektrische Heizpatronen zum Einsatz kommen, ist es wichtig, die Funktion der elektrischen Heizpatrone zu überwachen, wobei es oft auch auf ein Erreichen bzw. Halten einer Temperatur an einer oder mehreren Stellen der elektrischen Heizpatrone innerhalb eines vorgegebenen Temperaturfensters ankommt. Um dies zu ermöglichen ist es z.B. aus der
DE 20 2008 014 050 U1 bzw. der
DE 20 2007 010 865 U1 bekannt, einen Temperatursensor oder Temperaturfühler bzw. ein integriertes Thermoelement im Inneren der elektrischen Heizpatrone anzuordnen, der bzw. das aber üblicherweise druckempfindlich ist, was bei einem Verpressen oder Verdichten der Heizpatrone zu berücksichtigen ist. Zudem wird auf diese Weise lediglich eine lokale Temperaturüberwachung an einer Stelle erreicht, so dass eine an einer anderen Stelle auftretende Temperaturabweichung erst dann nachgewiesen werden kann, wenn sie sich an der lokal überwachten Stelle auswirkt.
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Elektrische Heizelemente mit einem temperaturabhängigen Widerstandsverhalten sind beispielsweise aus der
DE 203 21 257 U1 bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine elektrische Heizpatrone und eine elektrische Heizung mit einer solchen Heizpatrone bereitzustellen, bei der die oben genannten Nachteile vermieden werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizpatronen mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 und eine elektrische Heizung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Heizpatrone hat, wie für Heizpatronen üblich, einen äußeren Metallmantel und mindestens einem in einem Innenraum des äußeren Metallmantels angeordneten elektrischen Heizelement. Ferner ist im Innenraum des Metallmantels der elektrischen Heizpatrone mindestens ein Mittel zur Temperaturüberwachung angeordnet, das galvanisch vom elektrischen Heizelement getrennt ist.
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Erfindungswesentlich ist, das Mittel zur Temperaturüberwachung mindestens ein zusätzlich zu dem elektrischen Heizelement vorhandener Draht oder ein zusätzlich zu dem elektrischen Heizelement vorhandenes Rohr ist, wobei der Draht oder das Rohr aus einem kaltleitenden Material angefertigt ist, wobei der Betrag des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands zwischen 20 und 105°C für dieses kaltleitende Material größer als 800 ppm/K, insbesondere bevorzugt größer als 4000 ppm/K, ist. Ferner ist erfindungsgemäß der Draht oder das Rohr unmittelbar in ein den verbleibenden Innenraum des äußeren Metallmantels füllendes, elektrisch nicht leitendes Füllmaterial eingebettet, das insbesondere als MgO-Pulver oder MgO-Granulat ausgeführt sein kann.
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In einer dazu alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass bei ansonstem gleichem Aufbau der als Mittel zur Temperaturüberwachung zusätzlich zu dem elektrischen Heizelement vorhandener Draht oder das zusätzlich zu dem elektrischen Heizelement vorhandenes Rohr aus einem heissleitenden Material angefertigt ist, wobei der Betrag des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands zwischen 20 und 105°C für dieses heissleitende Material größer als 250 ppm/K, insbesondere bevorzugt größer als 800 ppm/K und höchst bevorzugt größer als 4000 ppm/K, ist. Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist erfindungsgemäß der Draht oder das Rohr unmittelbar in ein den verbleibenden Innenraum des äußeren Metallmantels füllendes, elektrisch nicht leitendes Füllmaterial eingebettet, das insbesondere als MgO-Pulver oder MgO-Granulat ausgeführt sein kann.
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Die geringere Schwelle des notwendigen minimalen Betrags des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands zwischen 20 und 105°C für heissleitende Materialien ist darauf zurückzuführen, dass der Widerstand des elektrischen Heizelements in der Regel einen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands zwischen 20 und 105°C aufweist.
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Man kann in beiden alternativen Formen der Erfindung beispielsweise den Widerstand des Drahts oder Rohrs oder Größen, die mit dem Widerstand korrelierbar sind, z.B. bei einer vorgegebenen Spannung fließende Ströme oder die Spannung, die zum Erreichen eines vorgegebenen Stroms notwendig ist, messen und einen Vergleich mit Richtwerten durchführen, um die Temperaturüberwachung zu realisieren. Dieser Vergleich erfolgt bevorzugt automatisiert in einer Steuer- und/oder Überwachungselektronik für die Heizpatrone, wobei dann bevorzugt auf Daten einer in einem Speicher dieser Steuer- und/oder Überwachungselektronik hinterlegte Widerstandskennlinie zurückgegriffen wird.
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Zusätzlich zu der größeren Robustheit gegenüber Druck, die eine Verdichtung der elektrischen Heizpatrone erlaubt, zeichnet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Mittels zur Temperaturüberwachung neben ihrer äußerst kostengünstigen Realisierbarkeit auch noch dadurch aus, dass die Heizpatrone nach dem Verdichten biegefähig weichgeglüht, und insbesondere auch unter Schutzgas, oxidierend oder spannungsarm geglüht werden kann, was beispielsweise bei der Verwendung bekannter PT-100 Temperatursensoren als Mittel zur Temperaturüberwachung nicht der Fall ist.
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Besonders bevorzugt ist, wenn der Draht oder das Rohr aus einem Material gefertigt sind, dessen Widerstand einen Temperaturkoeffizienten aufweist, dessen Betrag im Bereich zwischen 20°C und 105°C mindestens doppelt so hoch, insbesondere bevorzugt mindestens fünfmal so hoch ist wie der Betrag des Temperaturkoeffizienten des Widerstands der vorhandenen elektrischen Heizelemente im Bereich zwischen 20°C und 105°C. Dies führt dazu, dass auch bei etwaigen Widerstandstoleranzen in Folge der Verdichtung eine hinreichende Genauigkeit der Temperaturüberwachung gewährleistet werden kann.
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Realisiert man das Mittel zur Temperaturüberwachung auf diese Weise, erhält man ein im Gegensatz zu den meisten vorbekannten Mitteln zur Temperaturüberwachung, die eine lokale Temperaturmessung vornehmen, ein Mittel zur Temperaturüberwachung, bei dem die Umgebungstemperatur jedes einzelnen Abschnitts des Drahtes oder Rohrs aus kaltleitendem oder heißleitendem Material zum Ergebnis der Temperaturüberwachung beiträgt. Dies kann ein schnelleres Ansprechverhalten des Mittels zur Temperaturüberwachung mit sich bringen, da eine lokal auftretende Temperaturänderung aufgrund einer Fehlfunktion den nächstliegenden Abschnitt des Drahts oder Rohrs aus kaltleitendem oder heißleitendem Material relativ unmittelbar beeinflusst und somit nicht erst abgewartet werden muss, bis sich die Fehlfunktion an der mit einem Sensor oder Thermoelement lokal überwachten Stelle manifestiert.
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Zudem erhält man ein im Gegensatz zu der Verwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Temperatursensoren, Temperaturfühler oder Thermoelemente gegen Druck weitestgehend unempfindliches Mittel zur Temperaturüberwachung, dessen Betriebsstrom bzw. Betriebsspannung so eingestellt sind, dass die Temperaturabhängigkeit dieses Widerstands die Heizleistung nur unwesentlich beeinflusst, während eine Optimierung der Verdichtung der elektrischen Heizpatrone ohne zusätzlichen Aufwand zum mechanischen Schutz des Mittels zur Temperaturüberwachung ermöglicht wird. Dementsprechend ist besonders bevorzugt, wenn die elektrische Heizpatrone zumindest abschnittsweise verdichtet oder verpresst ist, wobei in mindestens einem verdichteten oder verpressten Abschnitt zumindest ein Abschnitt des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Drahts oder Rohrs verläuft.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mittel zur Temperaturüberwachung als Rohr aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material ausgestaltet ist und dass im Innenraum dieses Rohrs das elektrische Heizelement angeordnet ist, so dass Rohr und elektrisches Heizelement zusammen eine Rohrwendelpatrone bilden, deren Mantel das Mittel zur Temperaturüberwachung darstellt. Dies impliziert für als Heizdraht oder Widerstandsdraht ausgeführte elektrische Heizelemente, dass sie von dem das Mittel zur Temperaturüberwachung bildenden Rohr elektrisch isoliert sind, beispielsweise durch einen Isolierstofffüllung, die z.B. mit einem Pulver oder Granulat aus Magnesiumoxid realisiert werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Draht oder das als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Rohr gewendelt. Dies ermöglicht eine erste Weiterbildung der Erfindung, bei der der als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Draht oder das als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Rohr gemeinsam mit mindestens einem Heizelement, aber galvanisch von diesem getrennt, auf einen gemeinsamen Wickelkörper gewickelt ist. Dadurch wird eine besonders einfache Herstellung einer elektrischen Heizpatrone mit Mittel zur Temperaturüberwachung ermöglicht.
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Alternativ oder zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Weiterbildung der Erfindung kann der als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Draht oder das als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Rohr mit unterschiedlichen Wendelsteigungen gewendelt ausgeführt werden. Wie bereits weiter oben erwähnt wurde, trägt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Mittels zur Temperaturüberwachung die Umgebungstemperatur jedes einzelnen Abschnitts des Drahtes oder Rohrs aus kaltleitendem oder heißleitendem Material zum Ergebnis der Temperaturüberwachung bei. Bei einer geringen Wendelsteigung in einem gegebenen Bereich der elektrischen Heizpatrone wird in diesem Bereich eine Verlängerung des durch eine Veränderung der Temperatur in diesem Bereich beeinflussten Abschnitts des Drahtes oder Rohrs erreicht, was zu einer erhöhten Sensitivität des Mittels zur Temperaturüberwachung auf Temperaturveränderungen in diesem Bereich führt, während umgekehrt durch hohe Wendelsteigungen Bereiche mit geringer Sensitivität geschaffen werden können. Somit kann durch unterschiedliche Wendelsteigungen bei einem erfindungsgemäßen Mittel zur Temperaturüberwachung dessen Sensitivität in unterschiedlichen Abschnitten der elektrischen Heizpatrone variabel gestaltet und optimal an die Erfordernisse der Anwendung angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Draht oder das als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Rohr in radialer Richtung innerhalb der Wendeln mindestens eines gewendelten elektrischen Heizelements angeordnet. An dieser Position können etwaige lokale Fehlfunktionen besonders gut nachgewiesen werden. In besonderem Maße ist dies der Fall, wenn das elektrische Heizelement auf einen Wickelkörper gewickelt ist und wenn der als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Draht oder das als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Rohr zumindest abschnittsweise in einer Bohrung oder Öffnung des Wickelkörpers verläuft.
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Besonders bewährt hat es sich für alle Ausgestaltungen der Erfindung, in denen der als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Draht oder das als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandene Rohr aus einem kaltleitenden Material gefertigt ist, wenn das Material des elektrischen Heizelements eine Chrom und Nickel enthaltende Legierung oder eine Kupfer und Nickel enthaltende Legierung ist und wenn das Material des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Drahts oder des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Rohrs ein reines Metall, insbesondere Nickel, Feinnickel oder Feinstnickel, ist. Wenn es mehrere solche Mittel zur Temperaturüberwachung gibt, können optional auch mehrere unterschiedliche reine Metalle verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße elektrische Heizung umfasst eine elektrische Heizpatrone mit einem äußeren Metallmantel und mindestens einem in einem Innenraum des äußeren Metallmantels angeordneten elektrischen Heizelement, bei der im Innenraum des Metallmantels der elektrische Heizpatrone mindestens ein Mittel zur Temperaturüberwachung angeordnet ist, das galvanisch von dem elektrischen Heizelement getrennt ist, das als mindestens ein zusätzlich zu dem elektrischen Heizelement vorhandener Draht oder ein zusätzlich zu dem elektrischen Heizelement vorhandenes Rohr ausgeführt ist. Dabei sind der Draht oder das Rohr jeweils entweder aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material angefertigt, wobei der Betrag des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands zwischen 20 und 105°C für dieses heißleitende oder kaltleitende Material größer als 800 ppm/K, insbesondere bevorzugt größer als 4000 ppm/K ist, wenn es sich um ein kaltleitendes Material handelt und größer als 250 ppm/K, insbesondere bevorzugt größer als 800 ppm/K, insbesondere höchst bevorzugt größer als 4000 ppm/K ist, wenn es sich um ein heißleitendes Material handelt. Ferner ist der Draht oder das Rohr unmittelbar in ein den verbleibenden Innenraum des äußeren Metallmantelsfüllendes, elektrisch nicht leitendes Füllmaterial eingebettet.
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Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße elektrische Heizung eine Stromversorgung zur Bestromung des mindestens einen elektrischen Heizelements und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Drahts oder des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Rohrs und zur Zuordnung eines Temperaturwerts zu dem bestimmten Widerstand des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Drahts oder des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Rohrs auf.
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Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Drahts oder des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Rohrs und zur Zuordnung eines Temperaturwerts zu dem bestimmten Widerstand des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Drahts oder des als Mittel zur Temperaturüberwachung vorhandenen Rohrs mit der Stromversorgung zur Bestromung des mindestens einen elektrischen Heizelements in Signalkommunikation steht, so dass die Bestromung des mindestens einen elektrischen Heizelements in Abhängigkeit von dem durch die Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands dem Widerstandswert zugeordneten Temperaturwerts veränderbar ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Es zeigt:
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1a: eine erste elektrische Heizpatrone,
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1b: einen Schnitt durch die elektrische Heizpatrone aus 1a in Richtung parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung,
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2a: eine zweite elektrische Heizpatrone,
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2b: einen Schnitt durch die elektrische Heizpatrone aus 2a in Richtung parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung,
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3: einen Schnitt durch eine dritte elektrische Heizpatrone in Richtung parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung,
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4a: eine vierte elektrische Heizpatrone,
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4b: einen Schnitt durch die elektrische Heizpatrone aus 4a in Richtung parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung,
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5a: eine fünfte elektrische Heizpatrone,
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5b: einen Schnitt durch die elektrische Heizpatrone aus 5a in Richtung parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung,
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6a: eine sechste elektrische Heizpatrone,
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6b: eine Explosionsdarstellung der elektrischen Heizpatrone aus 6a,
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6c: das elektrische Heizelement aus 6a in abgerolltem Zustand,
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6d: einen Querschnitt durch die elektrische Heizpatrone aus 6a in Richtung senkrecht zu ihrer Erstreckungsrichtung,
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7a: einen Schnitt durch eine dritte elektrische Heizpatrone in Richtung parallel zu ihrer Erstreckungsrichtung,
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7b: eine erste Detailvergrößerung aus 7a,
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7c: eine zweite Detailvergrößerung aus 7a, und
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8: eine elektrische Heizung.
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1a zeigt eine erste elektrische Heizpatrone 100 mit einem in diesem Beispiel rohrförmigen Metallmantel 110 mit ovalem Querschnitt, der jeweils stirnseitig durch Abschlussstücke 111, 112 verschlossen ist, die von jeweils drei Anschlussbolzen 114–119 durchsetzt werden. Wie die Schnittdarstellung gemäß 1b zeigt, sind im Innenraum 140 des Metallmantels 110 zwei als gewendelte Heizdrähte realisierte elektrische Heizelemente 120, 121, bevorzugt unter mechanischer Spannung, zwischen den Anschlussbolzen 114 und 115 bzw. 118 und 119 angeordnet, während zwischen den Anschlussbolzen 116 und 117, bevorzugt unter mechanischer Spannung, ein Mittel zur Temperaturüberwachung 130 in Form eines gewendelten Drahts aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material angeordnet ist, das zur Verdeutlichung, dass es sich nicht um ein drittes elektrisches Heizelement handelt und ein anderes Material den Draht bildet, dünner dargestellt ist als die elektrischen Heizelemente 120, 121, was aber hier wie in allen anderen Figuren nicht als Hinweis auf einen notwendigen Unterschied im Hinblick auf die notwendige Dimensionierung, insbesondere im Hinblick auf den Querschnitt, verstanden werden soll.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser wie auch in allen anderen Figuren nicht eingezeichnet ist das eigentlich jeweils den Innenraum 140 des jeweiligen Metallmantels 110 ausfüllende, vorzugsweise verpresste Isoliermaterial, das z.B. aus MgO-Pulver oder -Granulat bestehen kann.
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2a zeigt eine zweite elektrische Heizpatrone 200 mit einem in diesem Beispiel rohrförmigen Metallmantel 210 mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken, der einseitig stirnseitig durch einen Boden 211 verschlossen ist. Auf der anderen Stirnseite führen vier Anschlussbolzen 214–217 in den Innenraum 240 des Metallmantels 210 hinein. Wie die Schnittdarstellung gemäß 2b zeigt, ist im Innenraum 240 des Metallmantels 210 ein als gewendelter Heizdraht realisiertes elektrisches Heizelement 220, das in etwa U-förmig durch den Innenraum 240 des Metallmantels 210 verläuft, zwischen den Anschlussbolzen 214 und 215 angeordnet, während zwischen den Anschlussbolzen 216 und 217 ein Mittel zur Temperaturüberwachung 230 in Form eines gewendelten Drahts, aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material angeordnet ist, das zur Verdeutlichung, dass es sich nicht um ein zweites elektrisches Heizelement handelt und ein anderes Material den Draht bildet, dünner dargestellt ist als das elektrische Heizelement 220 und ebenfalls in etwa U-förmig verläuft.
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Im Gegensatz zur in den 1a und 1b dargestellten beidseitig anzuschließenden elektrischen Heizpatrone 100 handelt es sich bei der elektrischen Heizpatrone 200 gemäß 2a und 2b also um eine einseitig anzuschließende Heizpatrone 200; ferner unterscheiden sich die elektrischen Heizpatronen 100, 200 um Hinblick auf ihren Querschnitt.
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Die in 3 in einer Schnittdarstellung gezeigte elektrische Heizpatrone 300 mit rohrförmigem Metallmantel 310, Abschlussstücken 311, 312, als gewendelter, bevorzugt selbsttragender Heizdraht realisiertem, im Innenraum 340 des Metallmantels 310 angeordnetem, elektrischen Heizelement 320, das zwischen Anschlussbolzen 314 und 315 angeordnet ist und im Innenraum 340 des Metallmantels 310 angeordnetem Mittel zur Temperaturüberwachung 330 in Form eines gewendelten Drahts aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material, dessen Enden direkt aus dem rohrförmigen Metallmantel 310 herausgeführt und somit nicht mit Anschlussbolzen versehen sind. Die Besonderheit der Ausführungsform gemäß 3 liegt darin, dass das Mittel zur Temperaturüberwachung 330 koaxial innerhalb der Wendeln des elektrischen Heizelements 320 angeordnet ist, was eine sehr hohe Sensitivität und besonders schnelle Reaktion des Mittels zur Temperaturüberwachung 330 auf ein lokales Versagen des elektrischen Heizelements 320 ermöglicht.
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Bei der in 4a und 4b dargestellten vierten elektrischen Heizpatrone 400 ist der rohrförmige Metallmantel 410 zylinderförmig und mit einem einstückig angeformten Boden 411 sowie einem Abschlussstück 412 verschlossen. Das im Innenraum 440 des rohrförmigen Metallmantels 410 angeordnete, als gewendelter, auf einen Wickelkörper 450 aufgewickelter Heizdraht realisierte elektrische Heizelement 420, ist mit seinen Enden 420a, 420b durch das Abschlussstück 412 hindurchgeführt. Ebenfalls durch das Abschlussstück 412 hindurchgeführt ist sind die Enden 430a, 430b des Mittels zur Temperaturüberwachung 430, das hier in Form eines U-förmigen, in einer Mittelebene des Wickelkörpers 450 liegenden gewendelten Drahts aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material realisiert ist.
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Bei der in 5a und 5b dargestellten fünften elektrischen Heizpatrone 500 ist der rohrförmige Metallmantel 510 ebenfalls zylinderförmig und mit einem Boden 511 sowie einem Abschlussstück 512 verschlossen, wobei der Boden 511 eine Vertiefung 511a als Positionierhilfe für einen Wickelkörper 550 aufweist. Wie bei der elektrischen Heizpatrone 400 gemäß 4a, b ist das im Innenraum 540 des rohrförmigen Metallmantels 510 angeordnete, als gewendelter, auf einen Wickelkörper 550 aufgewickelter Heizdraht realisierte elektrische Heizelement 520 mit seinen Enden 520a, 520b durch das Abschlussstück 512 hindurchgeführt. Ebenfalls durch das Abschlussstück 512 hindurchgeführt ist sind die Enden 530a, 530b des Mittels zur Temperaturüberwachung 530, das hier in Form eines U-förmigen, in einer Mittelebene des Wickelkörpers 550 liegenden gewendelten Drahts aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material realisiert ist, wobei die die beiden Schenkel des U bildenden Abschnitte 530c, 530d des Mittels zur Temperaturüberwachung 530 durch Bohrungen im Wickelkörper geführt und somit radial innerhalb der Windungen oder Wendeln des auf den Wickelkörper 550 aufgewickelten elektrischen Heizelements 520 angeordnet.
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Die 6a bis 6d zeigen ein sechstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizpatrone 100. Wie man besonders gut in der Explosionsdarstellung der 6b erkennt, weist die elektrische Heizpatrone 600 ein elektrisches Heizelement 620 auf, das zwischen einem äußeren Metallmantel 610 und einem inneren Metallmantel 660 angeordnet ist, die mittels einer in 6a vom Betrachter abgewandten und daher nicht sichtbaren Bodenfläche 661 miteinander verbunden sind. Wie in 6a gut zu sehen ist, ist das elektrische Heizelement 620 im Innenraum 640 des äußeren Metallmantels 610 zwischen einem äußeren Keramikformteil 670, das zugleich eine elektrische Isolierung zum äußeren Metallmantel 610 gewährleistet, und einem mittleren Keramikformteil 671 angeordnet und optional zusätzlich in einem nicht dargestellten elektrisch isolierendem Material, z.B. MgO-Granulat, eingebettet, das aber in den 6a bis 6c aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Zusätzlich ist zwischen dem mittleren Keramikformteil 671 und einem inneren Keramikformteil 672 ein Mittel zur Temperaturüberwachung 630, das in Form eines Drahts aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material realisiert ist, wobei der Draht ebenfalls eine Raumkurve beschreibt, die durch Rollen einer mäanderförmigen Grundform erhalten werden kann. Bevorzugt ist dabei, wenn die Raumkurve, die das Mittel zur Temperaturüberwachung 630 beschreibt, durch Skalieren in radialer Richtung in die Raumkurve, die das elektrische Heizelement 620 beschreibt überführbar ist. Ferner ist bevorzugt, wenn eine Ausrichtung vorliegt, bei der einander entsprechende Punkte in gleicher Richtung gekrümmter Bögen 628, 629 bzw. 638, 639 der Mäanderstrukturen des Mittels zur Temperaturüberwachung 630 bzw. des elektrischen Heizelements 620 jeweils auf einem gemeinsamen Radius r liegen, wie es beispielhaft in 6d gezeigt ist. Auf diese Weise ist jedem Abschnitt des elektrischen Heizelements 620 unmittelbar ein Abschnitt des Mittels zur Temperaturüberwachung 630 zugeordnet, was zu besonders sicherer Erkennung von Temperaturabweichungen führt.
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Die in 6a für den Betrachter erkennbare Stirnfläche der elektrischen Heizpatrone 600 ist in zusammengesetztem Zustand mit einem kreisringförmigen Deckel 662 verschlossen. Der äußere Metallmantel 610 und der innere Metallmantel 660 sind jeweils als Zylinderrohr ausgeführt und konzentrisch zueinander angeordnet. Die Erstreckungsrichtung des äußeren Metallmantels 610 bzw. des inneren Metallmantels 660 ist somit durch die Zylinderachse vorgegeben.
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Wie man in 6c, die das elektrische Heizelement 620 in abgerolltem oder nicht gerolltem Zustand, also nicht in dem Zustand, in dem es eingebaut wird, zeigt, besonders gut erkennt, hat das elektrische Heizelement eine mäanderförmige Form mit Mäanderschlingen. An beiden Enden des elektrischen Heizelements 620 ist jeweils ein Anschlussbolzen 614, 615 mit einer in 6c nicht erkennbaren Bohrung, in die ein Endabschnitt des elektrischen Heizelements 620 aufgenommen und elektrisch kontaktiert ist.
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Bei der in den 7a bis 7c dargestellten elektrischen Heizpatrone 700 ist, wie besonders gut in der Detaildarstellung der 7b zu erkennen ist, das elektrische Heizelement 720 in Gestalt eines Heizdrahts zentral im Inneren eines als Rohr aus einem kaltleitenden Material oder aus einem heißleitenden Material realisierten Mittels zur Temperaturüberwachung 730 angeordnet und mit Magnesiumoxidpulver 735 von diesem elektrisch isoliert. Somit bilden elektrisches Heizelement 720 und Mittel zur Temperaturüberwachung zusammen eine Rohrwendelpatrone, die abschnittsweise gewendelt im Innenraum 740 eines becherförmigen äußeren Metallmantels 710 angeordnet ist. Das diesen Innenraum füllende, die Wärmeleitung zum becherförmigen Metallmantel 710 sicher stellende Füllung aus einem gut wärmeleitenden, bevorzugt elektrisch nicht leitenden Material, insbesondere MgO-Pulver oder -Granulat ist aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen worden. Zur Kontaktierung des elektrischen Heizelements 720 sind Kontaktplatten 713, 714 und Anschlussbolzen 721, 722 vorgesehen. Die Kontaktierung des Mittels zur Temperaturüberwachung 730 erfolgt über Kontaktplatten 715, 716 und Anschlussdrähte 717, 718, wie besonders gut in 7c zu erkennen ist.
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Die in 8 gezeigte elektrische Heizung 1000 weist neben einer elektrischen Heizpatrone 200, wie sie bereits oben anhand der 2a, b beschrieben wurde und die daher in 8 mit denselben Bezugszeichen wie in 2a, b gekennzeichnet wurde, eine Stromversorgung 1010 zur Bestromung des mindestens einen elektrischen Heizelements 220 und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands 1020 des als Mittel zur Temperaturüberwachung 230 vorhandenen Drahts und zur Zuordnung eines Temperaturwerts zu dem bestimmten Widerstand des Mittels zur Temperaturüberwachung 230 auf, die in diesem Beispiel beide in einer Steuerung 1030 zusammengefasst sind. Dementsprechend sind durch elektrische Leitungen 1011, 1012 die Stromversorgung 1010 und das elektrische Heizelement 220 über die Anschlussbolzen 214, 215 miteinander verbunden, sowie durch elektrische Leitungen 1021, 1022 die Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands 1020 und das Mittel zur Temperaturüberwachung 230 über die Anschlussbolzen 216, 217 miteinander verbunden.
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Zudem steht die Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands 1020 des Mittels zur Temperaturüberwachung 230 über eine Signalleitung 1023 in Signalkommunikation mit der Stromversorgung 1010, so dass die Bestromung des mindestens einen elektrischen Heizelements 220 in Abhängigkeit von dem durch die Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands 1020 dem Widerstandswert zugeordneten Temperaturwerts veränderbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700
- elektrische Heizpatrone
- 110, 210, 310, 410, 510, 610,710
- äußerer Metallmantel
- 111, 112, 311, 312, 412, 512
- Abschlussstücke
- 114, 115, 116, 117, 118, 119, 214, 215, 216, 217, 314, 315, 721, 722
- Anschlussbolzen
- 120, 121, 220, 320, 420, 520, 620, 720
- elektrisches Heizelement
- 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730
- Mittel zur Temperaturüberwachung
- 140, 240, 340, 440, 540, 640, 740
- Innenraum
- 211, 411, 511
- Boden
- 420a, 420b, 520a, 520b
- Ende
- 430a, 430b, 530a, 530b
- Ende
- 450, 550
- Wickelkörper
- 511a
- Vertiefung
- 530c, 530d
- Abschnitt
- 628, 629
- Bogen
- 638, 639
- Bogen
- 660
- innerer Metallmantel
- 661
- Bodenfläche
- 670
- äußeres Keramikformteil
- 671
- mittleres Keramikformteil
- 672
- inneres Keramikformteil
- 713, 714, 715, 716
- Kontaktplatte
- 717, 718
- Anschlussdraht
- 735
- Magnesiumoxidpulver
- 1000
- elektrische Heizung
- 1010
- Stromversorgung
- 1011, 1012, 1021, 1022
- elektrische Leitung
- 1020
- Vorrichtung zur Bestimmung des Widerstands
- 1023
- Signalleitung
- 1030
- Steuerung
- r
- Radius
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008014050 U1 [0003]
- DE 202007010865 U1 [0003]
- DE 20321257 U1 [0004]
