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Die Erfindung betrifft eine elektrische
Widerstandsheizvorrichtung, wie sie in einer Vielzahl technischer
Geräte
für zumeist
kurzzeitige Heizperioden Verwendung finden, wie z. B. in Fotokopiergeräten. Derartige
Widerstandsheizvorrichtungen weisen eine Tragplatte aus elektrisch
isolierendem Material auf, an der langgestreckte elektrische Heizwiderstände in paralleler
Anordnung befestigt sind. Da sich diese elektrischen Heizwiderstände bis
zur Rotglut erwärmen,
sind sie einer erheblichen thermischen Längenveränderung im Zyklus des Ein-
und Ausschaltens der elektrischen Versorgungsspannung unterworfen. Deshalb
weisen die langgestreckten elektrischen Heizwiderstände eine
in geeigneter Weise gewendelte Form auf, wie z. B. spiralig oder
wellenförmig.
Ersteres findet bei im Querschnitt eher runden oder polygonen Widerstandsdrähten Anwendung,
zweiteres bei folienartigen Streifen elektrisch leitenden Materials,
welche bei einer vergleichsweise geringen Dicke von z. B. einigen
zehntel mm eine durchaus erhebliche Breite zwischen z. B. 5 und
25 mm aufweisen können.
Bei derartigen elektrischen Widerstandsheizvorrichtungen ist es
deshalb erforderlich, die meist relativ eng nebeneinander angeordneten
langgestreckten Heizwiderstände
in geeigneter Weise auf der Tragplatte zu befestigen, so dass sie
sich nicht gegenseitig berühren,
oder von der Tragplatte entfernen oder gar mit dem zu heizenden
Gut in körperlichen
Kontakt treten können.
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Es sind in der Vergangenheit verschiedene Befestigungsmethoden
erprobt worden. Die klassische Methode besteht darin, die Tragplatte
paarweise rechts und links jedes langgestreckten elektrischen Heizwiderstandes
an mehreren Stellen entlang seiner Erstreckungsrichtung mit Bohrungen
zu versehen und dann Drahtabschnitte, die quer über den elektrischen Heizwiderstand
gelegt und mit ihren freien Enden durch die Bohrungen geführt werden, auf
der Tragplattenrückseite
durch Verrödeln
zu einem Befestigungsring zu schließen. Es versteht sich, dass
diese Arbeitsmethode sehr zeitaufwendig ist. Eine andere bekannte
Befestigungsmethode besteht darin, U-förmige Heftklammern in die Tragplatte
einzuschießen.
Dies ist zwar an sich schneller zu bewerkstelligen, aber hinsichtlich
der Verletzungsgefahr der Heizwendeln nicht unproblematisch, da
diese, wie oben erwähnt,
einen geringen Querschnitt aufweisen müssen und mechanisch entsprechend
labil sind. Es ist daher relativ schwierig, den Schussapparat für die Heftklammern
ohne Verletzungen der Heizwiderstände einzusetzen. Auch die in
der Regel kleinen und je nach Beheizungsproblem unterschiedlich
breiten Abmessungen der Heizwiderstände, sind für eine Anwendung geschossener
Heftklammer problematisch. Schließlich ist es in gewissen Fällen gebräuchlich,
elektrische Heizwiderstände,
die aus einer gewellten Metallfolie bestehen, in eine Keramikfolie
oder eine noch flüssige
Schicht aus keramischen Material einzubetten und so durch einen
Klebevorgang mit der Tragplatte zu verbinden. Diese Methode hat
wiederum den Nachteil erhöhter
thermischer Trägheit,
da die Einbettfolie oder Einbettmasse aus keramischen Material sich
zusammen mit dem elektrischen Heizwiderstand aufheizt und Wärme mehr
und länger
speichert, als das Material des Heizwiderstandes.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, die Befestigung der langgestreckten elektrischen
Heizwiderstände
auf der Tragplatte einer elektrischen Widerstandsheizvorrichtung mit
möglichst
wenig Arbeitsaufwand zu bewerkstelligen. Ferner ist es erwünscht, die
elektrischen Heizwiderstände
bei dem Befestigungsvorgang möglichst wenig
zu verformen oder zu beschädigen.
Schließlich
ist es gewünscht,
die thermische Trägheit
der elektrischen Widerstandsheizvorrichtung durch die Befestigung
der elektrischen Heizwiderstände
auf der Tragplatte nicht oder nur möglichst gering zu vergrößern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine
elektrische Widerstandsheizvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgeschlagen.
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Demnach beruht die Erfindung auf
dem Grundgedanken, hitzebeständige
Niederhalter, die sich – wie
bekannt – quer
zur Längserstreckungsrichtung
zumindest einer Teilbreite der langgestreckten elektrischen Heizwiderstände, insbesondere
oberhalb derselben, erstrecken und von denen ein Teil seitlich über den
elektrischen Heizwiderstand hinausragt, neben dem Heizwiderstand
mittels eines hitzebeständigen
Klebstoffes oder eines hochschmelzenden Materials mit der Heizwiderstands-Tragplatte fest zu
verbinden, wobei das Verbindungsmittel elektrisch weitgehend isolierend
ist. Derartige Niederhalter, können
zwar grundsätzlich
aus jedem beliebigen hitzebeständigen
Material bestehen, bevorzugt bestehen sie jedoch aus elektrisch
nicht-leitendem Material, wie z. B. Keramik, insbesondere aus Quarzglas oder
dergleichen. Im letzteren Falle ist es möglich, dass ein Befestigungsbauteil
(Befestigungsmittel) sich über
mehrere nebeneinander liegende elektrische Heizwiderstände erstreckt.
Z. B. kann ein Stab, wie eine dünn
gezogene Glaskapillare in die Wellentäler benachbarter gewellter
Heizfolien eingelegt werden. Dies ist mit vergleichsweise einfachen Handlingeinrichtungen
möglich.
Das Verbinden des Niederhalters mit der Tragplatte für die langgestreckten
elektrischen Heizwiderstände
ist vergleichsweise einfach, weil lediglich eine bestimmte kleine
Menge des insbesondere keramischen, Klebstoffes oder hochschmelzenden
Materials zwischen benachbarten elektrischen Heizwiderständen auf
die Tragplatte im Bereich des den elektrischen Heizwiderstand seitlich überragenden
Niederhalters aufgebracht wird. Dies ist mit gut verfügbaren Handlingeinrichtungen und
geeigneten Dosiermengen automatisch möglich. Sollte die Dosiermenge
etwas zu groß sein,
oder die Befestigungsstelle nicht exakt getroffen werden, oder der
elektrische Heizwiderstand sich etwas verschoben haben, so dass
eine Teilmenge des hitzebeständigen
Klebstof fes oder hochschmelzenden Materials auf den elektrischen
Heizwiderstand gelangt, so wird dadurch die thermische Systemträgheit nicht
nennenswert beeinflusst.
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Gemäß einer anderen alternativen
Ausführungsform
besteht die Tragplatte aus Glas, insbesondere Quarzglas. Dementsprechend
werden bei dieser Ausführungsform
solche hitzebeständigen
Heizwiderstands-Niederhalters verwendet, die ebenfalls aus einem
schmelzfähigen
Material, wie Glas oder Quarzglas bestehen. In diesen Anwendungsfällen kann
als Verbindungsmittel mit der Tragplatte anstelle eines hitzebeständigen Klebstoffs
im herkömmlichen
Sinne Glas oder Quarzglas als Verbindungsmittel verwendet werden.
Unter einem „hitzebeständigen Klebstoff" oder einem hochschmelzenden
Material im Sinne der Erfindung ist also sowohl eine chemisch reagierende
und dabei aushärtende
Masse als auch eine unter Hitzeeinwirkung schmelzbare Masse zu verstehen,
die, ähnlich
wie ein Schmelzkleber, bei kurzzeitiger lokaler Hitzeanwendung einem
Schmelzvorgang unterliegt und nachfolgend wieder aushärtet, wobei übliche Temperaturen
eines Heizwiderstandes unterhalb der Schmelztemperatur des verbindenden
Werkstoffes liegen. Die Herstellung einer Verbindung zwischen den
Niederhaltern und der Tragplatte kann also auch durch eine Art Punktschweißen mittels
aus der Glastechnologie bekannten Methode erfolgen.
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Soweit als Niederhalter Kapillaren
aus Glas oder ähnlichem
Material verwendet werden, können die
Kapillaren Hohlräume
zur Unterbringung von Thermoelementen verwendet werden, um die Beheizungssteuerung
der elektrischen Widerstandsheizvorrichtung zu verbessern. Derart
dicht an den Heizwiderständen
geschützt
angebrachte Thermoelemente sind unabhängig von der Verbindungsmethode
zwischen dem Niederhalter und der Tragplatte verwendbar und insoweit
von eigenständiger
erfinderischer Bedeutung.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, eine in geeigneter Weise genutete oder mit Oberflächenvertiefungen
versehene Tragplatte zu verwenden, bei der sich die Nuten oder Oberflächenvertiefungen
im Bereich des beabsichtigten seitlichen Abstandes zwischen benachbarten
elektrischen Heizwiderständen
befin den und als Aufnahmeraum für
den Verankerungsteil eines Befestigungsmittels für zumindest einen der benachbarten
elektrischen Heizwiderstände
dient. Derartige Aufnahmeräume können in
verschiedenster Weise für
die Befestigungsmittelverankerung genutzt werden, z. B. als Aufnahmeräume für eine flüssige oder
pastöse
Klebmasse, oder als Klemmsitz für
nicht flüssige
oder nicht pastöse,
also feste, gegebenenfalls aber komprimierbare und/oder elastisch
verformbare Klemmmittel, die in den Aufnahmeraum einpressbar sind und
das/die Verbindungsmittel für
die elektrischen Heizwiderstände
an der Tragplatte festlegen. Nutenförmige Aufnahmeräume haben
den Vorteil einfacherer Herstellbarkeit und größerer Variabilität im Vergleich
zum einzelnen oder gruppenweisen Oberflächenvertiefungen.
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Grundsätzlich ist es zwar bevorzugt,
als Befestigungsmittel vorgeformte Haltemittel für den elektrischen Heizwiderstand
zu verwenden, die ihrerseits durch ein Verbindungsmittel auf der
Tragplatte verankert werden. Es ist aber im Sinne der Erfindung
auch möglich,
die Niederhalter und die Verbindungsmittel aus demselben Material
und/oder im selben Arbeitsvorgang einstückig auszubilden. Bevorzugte
Niederhalter stellen ein zunächst
eigenständiges
Bauteil dar, dass insbesondere stabförmig ausgebildet ist und ein
dazu im Winkel stehenden Verankerungsbereich aufweisen kann.
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Die vorgenannten sowie die beanspruchten und
in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung,
Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung
finden können.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und
Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen – beispielhaft – mehrere
Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen elektrischen
Widerstandsheizvorrichtung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
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1A:
Eine elektrische Widerstandsheizvorrichtung in perspektivischer
Darstellung;
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1B:
von der elektrischen Widerstandsheizvorrichtung nach 1A eine vergrößerte Detaildarstellung
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2:
unterschiedliche Ausführungsformen a)
bis d) erfindungsgemäßer Niederhalter
und Verbindungsmittel, insbesondere zur Anwendung bei elektrischen
Widerstandsheizungen gemäß 1A – schematisch;
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3A – 3D: weitere Ausführungsformen
einer elektrischen Widerstandsheizung gemäß 1A im Querschnitt;
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4A:
eine weitere Ausführungsform
einer elektrischen Widerstandsheizung in perspektivischer Darstellung;
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4B:
von derselben Widerstandsheizung eine Ausschnittsvergrößerung;
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5:
eine andere Ausführungsform
der elektrischen Widerstandsheizung nach 4A im Querschnitt.
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Wie aus den Figuren ersichtlich,
weist eine elektrische Widerstandsheizvorrichtung eine Tragplatte 10 auf,
die insbesondere langgestreckte, z. B. parallel nebeneinander angeordnete
Heizwiderstände 12 trägt, welche über Befestigungsmittel 14 mit der
Tragplatte 10 dauerhaft und lagesichernd verbunden sind.
Bei dem elektrischen Heizwiderstand 12 handelt es sich
bei dem in der Zeichnung dargestellten und insoweit bevorzugten
Ausführungsbeispiel um
gewellte Folien aus elektrisch leitendem Material vorgebbarer Breite,
Dicke und Ondulation.
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Das Material der Tragplatte ist mit
der Einschränkung
frei wählbar.
Es muss ausreichend elektrisch isolierend sowie mechanisch fest
sein. Die elektrischen Anschlüs se
können
in beliebiger Form an den Enden der elektrischen Heizwiderstände vorgenommen
werden. Sie sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und
in der Zeichnung deshalb nicht dargestellt.
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Die Befestigungsmittel 14 bestehen
aus hitzebeständigem
Material und weisen ein als Niederhalter 14A dienendes
Haltemittel und ein der Verankerung auf der Tragplatte dienendes
Verbindungsmittel 14B auf. Denkbare Ausführungsformen
sind beispielhaft, aber keinesfalls erschöpfend in den Varianten nach 1 bis 5 ersichtlich.
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Bei dem Ausführungbeispiel nach 1A/1B trägt
eine Tragplatte 10 aus elektrisch hinreichen isolierendem
Material, insbesondere aus keramischen Material, oder Glas, parallele
Reihen von langgestreckten Heizwiderständen 12 in Form gewellter
Metallfolien, deren Wellentäler
auf der Unterseite in der Regel auf der Tragplatte 10 ganz
oder teilweise aufliegen. Quer zur Erstreckungsrichtung der Heizwiderstände 12 sind
Befestigungsmittel 14 vorgesehen. Diese bestehen aus Niederhaltern 14A und Verbindungsmitteln 14B zu
deren festen Verbindung mit der Tragplatte 10. Bei den
Niederhaltern 14A kann es sich um langgestreckte Stäbe handeln,
welche bevorzugt in mindestens ein Wellental einer, oder mehrerer
gewellter Heizfolien eingreifen und z. B. als Glaskörper, insbesondere
in Kapillarform verwirklicht sein können.
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Zwischen den seitlich voneinander
beabstandeten Heizwiderständen 12 sind
die Niederhalter mittels eines hitzebeständigen Verbindungsmittels 14B mit
der Tragplatte 10 fest verbunden. Dieses Verbindungsmittel 14B kann
ein hitzebeständiger Klebstoff,
insbesondere aus keramischen Bestandteilen sein. Alternativ kann
das Verbindungsmittel 14B ein hochschmelzendes Material,
wie Glas, insbesondere Quarzglas, sein und insbesondere aus demselben
Material wie die Niederhalter 14A bestehen.
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Zwischen benachbarten langgestreckten elektrischen
Heizwiderständen 12 erstrecken
sich Nuten 16 in der Tragplatte 10, welche als
Verankerungszone der Nieder halter 14A dienen. Diese Verankerungszonen
können
in vielfacher Weise genutzt werden. Zum einen sind sie in der Lage,
eine vergleichsweise klare und deutliche Trennung zwischen der Befestigungszone,
insbesondere dem Befestigungsmaterial und den elektrischen Heizwiderständen 12 zu
schaffen. Die für
eine gute Verbindung zwischen den Niederhaltern 14A und
der Tragplatte 10 notwendigen Materialmengen, finden in
der Nut 16 problemlos Platz. Es ist vergleichsweise einfach,
einen direkten Kontakt zwischen den elektrischen Heizwiderständen 12 und
dem Verbindungsmittel 14B zu vermeiden. Durch die Nuten 16 liegen
die Verbindungsmittel 14A in einem vergleichsweise gut geschütztem Bereich,
dies auch thermischer Hinsicht, so dass die Wirkung der Wärmeabstrahlung der
elektrischen Heizwiderstände
in gewissem Maße abgeschwächt ist.
Ebenso wird die thermische Systemträgheit durch Versenkung der
Verbindungsmittel 14B in die Nuten 16 verringert.
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An die Stelle chemischer, oder thermischer Verbindungsverfahren
zwischen dem Verbindungsmittel 14B und der Tragplatte 10 können grundsätzlich auch
mechanische Verbindungsmittel treten, die in den Nuten 16,
z. B. durch Einklemmen, festlegbar sind und dabei die über die
elektrischen Heizwiderstände 12 seitlich
hinausragenden Teil der Niederhalter 14A bzw. deren Verankerungsbereich 14A fixieren.
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Wie die Ausführungsbeispiele nach 2 zeigen, sind sehr unterschiedliche
Formen von Niederhaltern 14A möglich. Bei der Ausführungsform
a.) bestehen der Niederhalter 14A und das Verbindungsmittel 14B aus
demselben Werkstoff, wie einem hitzebeständigen Klebstoff, insbesondere
einer keramischen aushärtbaren
Masse, die an den Seiten- und Bodenwänden einer Nut 16 verankert
ist und oberhalb der Nut eine seitliche Verbreiterung aufweist,
welch die beidseitig an die Nut angrenzenden Heizwiderstände 12 punktweise
und auf einem Teil ihrer Breite geringfügig überdeckt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel b.) wird als Niederhalter
ein etwa rechtwinklig geformtes Element geringen Querschnitts verwendet,
dessen horizontaler, als Nie derhalter 14A dienender Schenkel
in das Wellental 12A eines Heizwiderstandes 12 von dessen
Seitenrand her eingreift und den Heizwiderstand 12 so mit
geringem Spiel in seiner Solllage auf der Oberfläche der Tragplatte 10 hält. Etwa
vertikale Schenkel (14A')
des gewinkelten Bauteils dient als Verankerungselement und greift
in eine vorzugsweise nutförmige
Vertiefung 16 oder Ausnehmung in der Auflagefläche 10A der
Tragplatte 10 ein und wird dort mittels eines Verbindungsmittels 14B,
wie eines hitzebeständigen
Klebstoffs oder eines Klemmepfropfens in Position gehalten und befestigt.
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Das Ausführungsbeispiel c.) unterscheidet sich
hiervon lediglich dadurch, dass ein T-förmiges Element verwendet wird,
dessen horizontale Schenkel als Niederhalter 14A für beidseits
einer Oberflächenaussparung
oder Nut 16 angeordnete Heizwiderstände 12 dienen und
deren in der Zeichnung etwa vertikal sich erstreckender Verankerungsbereich 14A' von einem Verbindungsmittel 14B gehalten
wird. Demgegenüber
unterscheidet das Ausführungsbeispiel
d.) dadurch, dass ein Niederhalter 14A sich über die
gesamte Breite eines Heizwiderstandes 12 erstreckt, wie
z. B. in einem Wellental desselben, wobei seitliche Abwinkungen
als Verankerungsbereich 14A' in
Oberflächennuten
oder -aussparungen eingreifen, wo das Verbindungsmittel 14B die
Lagefixierung bewerkstelligt.
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Die 3 zeigt
Abwandlungen der Ausführungsformen
nach 2, wobei 3A verdeutlicht, dass die
klammerähnlichen
Niederhalter 14A sich sowohl über eine als auch über mehrere
Heizwiderstände 12 erstrecken
können.
Aus 3C ist ersichtlich,
dass anstelle von T-förmigen
Niederhaltern 14A auch winkelförmige Niederhalter für beidseits
einer Oberflächenaussparung
oder Oberflächennut
gelegene Heizwiderstände
verwendbar sind.
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3D zeigt
einen längeren
stabförmigen Niederhalter 14A,
der im Bereich von seitlich neben den Heizwiderständen 12 angeordneten
Oberflächennuten
oder Vertiefungsreihen von einem Verbindungsmittel 14B gehalten
wird, welches sich über
die Nutenmündung
hinaus erstreckt und den niederhaltenden Stab auf einer Teillänge ganz
oder teilweise umschließt
und ihn somit festhält.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4A/B wurde auf Nuten oder Vertiefungen in
der Tragplatte 10 völlig
verzichtet. Längliche
Stababschnitte aus hitzebeständigem
nicht gleitendem Material erstrecken sich über einen oder mehrere Heizwiderstände 12 quer
zu deren Längserstreckungsrichtung,
vorzugsweise in deren Wellentäler
und sind seitlich im Bereich der Abstandsspalte zwischen den länglichen Heizwiderständen über Verbindungsmittel 14B mit der
Plattenoberfläche 10A,
z. B. durch Verkleben oder einen Schmelzverbund verbunden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist dargestellt, wie stabförmige Niederhalter 14A mit
ihren Verankerungsbereichen 14A' im Schmelzverfahren mit der Tragplatte 10 auf
deren Oberfläche 10A verbindbar
sind. Die elektrisch nicht leitende Tragplatte 10 besteht
bevorzugt aus Glas, insbesondere Quarzglas. Ebenso wie die z. B.
als Glaskapillaren vorgesehenen langgestreckten Niederhalter 14A, welche
in ihren Verankerungsbereichen 14A', z. B. durch eine leichte Wellung,
so verformt sein können, dass
sie in Kontakt zur Oberfläche 10A der
Tragplatte 10 gelangen, bevor sie mittels einer Schweissflamme 18 punktuell
erhitzt und mit der Tragplatte 10 verschmolzen werden.