DE2435074A1

DE2435074A1 - Elektrisches heizgeraet mit offener heizwendel

Info

Publication number: DE2435074A1
Application number: DE2435074A
Authority: DE
Inventors: Howard C Gebhart; Nick Tichy; Lawrence W Wightman
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1975-05-15
Also published as: CA1017786A; GB1482286A; JPS5079839A; FR2251150A1; US3846619A

Description

E 513

Dr.-Ing. HANS RL¹SJHKE Dipl.-Ing. OLAF RUSCHKE Dipl.-Ing. HANS E. RUSCHKE

1 BERLIN 33 Auguste-Viktoria-Straße 64

Emerson Electric Oo_o> StoLouis / Missouri (V_eSt.v_oAo)

Elektrisches Heizgerät mit offener Heizwendel

Die Erfindung betrifft elektrische Heizgeräte und Heizvorrichtungen mit offenen elektrischen Heizwendeln, die von einem isolierenden Rahmen gehaltert werden«

Heizmittel mit offenen Heizwendeln sind an sich bekannt. Bei Heizgeräten dieser Art sind die Heizwendel(n) im allgemeinen in einem geeigneten Metallgehäuse angeordnet. Die Heizwendel muss in einem solchenen Metallgehäuse von diesem isoliert gehaltert werden» Bisher war es allgemein üblich, einen kreisrunden oder zylindrischen Isolator zu verwenden, der von einer Abstützung getragen wird. Die Isolatoren waren ao ausgestaltet, dass die elektrischen Heizwendel durch die Isolatoren hindurchgeführt ,vurden. Da der Isolator im Gehäuse einer bestimmten Betriebsweise entsprechend zusammengesetzt; werden muss, so gehört das Einziehen der [iei-zweiidel in die Isolatoren zu den zeitraubendsten und un-

.vLrtaoiiaiblichsten FertLgungsverfahren. Obwohl derartige Heizelemente

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ihren Zweck voll und ganz erfüllen, so wiesen sie jedoch bisher nicht "beseitigte Mangel auf. Wie bereits ausgeführt, muss die offene Heizwendel bei solchen Heizelementen zuverlässig gehaltert werden sowie vom tragenden Rahmen ausreichend isoliert, so dass die Heizwendel mit dem Isoliermaterial den geringsten Eontakt hat und größtenteils der Luft ausgesetzt ist. Die bei bekannten Heizgeräten bisher allgemein verwendete zylindrische Ausführung der Isolierkörper verhindert an sich, dass der,größte Teil der Heizwendel freiliegt, da der Isolierkörper notwendigerweise eine ausreichende axiale Länge aufweisen muss, um die Heizwendel ordnungsgemäß abstützen zu können. Bei dieser Ausführungsform des Isolierkörpers muss dieser notwendigerweise langer als anscheinend notwendig bemessen werden, da nach einiger Betriebszeit die Heizwendel als Folge der Expansion sich zu verformen oder durchzuhängen sucht« Da die Heizwendel vom Isolator vollständig umgeben ist, so ist die Wärmeübertragung mangelhaft, und bekannte Heizgeräte mit offenen Heizwendeln versagen oftmals längs des Isolators.

Das Durchhängen elektrischer Heizwendeln im Gebrauch stellt eine besonders lästige Schwierigkeit dar. Die zum Haltern von Heizwendeln bisher benutzten bekannten Mittel konnten eine Bewegung der Heizwendeln nicht verhindern. Die meisten, für diesen Zweck verwendeten Isolierkörper können ein Durchhängen der Heizwendel nicht verhindern, da diese während des Zusammenbaus des Heizgerätes durch den Isolator hindurchgeführt werden müssen. Um die Schwierigkeit als Folge der Ausdehnung zu vermeiden, wurden die Gehäuse der Heizgeräte übermäßig groß bemessen. Das heißt, die Gehäuse waren so groß, dass für die Expansion Raum zur Verfügung steht. Da keine Mittel vorhanden sind, die die Bewegung dex* Heizwendeln einschränken, so waren Heizeinrichtungen nicht zulässig, bei denen die Heizwendeln senkrecht angeordnet sind, da diese physikalisch verformt oder bei einem Eontakt mit dem Gehäuse elektrisch versagen konnten.

Aufgrund dieser Faktoren wurde die Fertigung von Heiaeinheiten mit offenen Heizwendeln verhältnismäßig teuer und konnte nicht automatisiert werden. Ferner wurde die Wärmeübertragungslcapazität des Heiaelementes im Gebrauch vermindert, -o dass derartigen HeLr,--einheJtfx der gewerbliche Erfolg, bisher versagt blieb,

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement mit einer offenen Heizwendel zu schaffen, bei dem die Schwierigkeit eines Durchhängens der Heizwendel beseitigt isto

Die erfindungsgemäße Heizeinheit weist auf mindestens eine offene Heizwendel, einen Rahmen mit einem Halterungsglied und Isoliermittel, die am Halterungsglied angebracht sip.d und den Rahmen gegen die Heizwendel isolieren, welche Heizeinheit gekennzeichnet ist durch einen Heizwendelhalter, der von den Isoliermitteln vom genannten Rahmen isoliert wird, welcher Wendelhalter eine Wandung aufweist, die getrennt ist und zwei Flanschen mit einer Nut zwischen diesen bildet, welche beiden Flansche nach entgegengesetzten Richtungen abgebogen sind.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Fig_o1 eine schaubildliche Darstellung eines Heizelementes mit offenen Heizwendeln, bei dem Isolations- und Klammermittel nach der Erfindung verwendet werden,

Figo2 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines Isolators, der in der Heizeinheit nach der Fig.1 verwendet wird,

Figβ5 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform eines Isolators, der in der Heizeinheit nach der Figd verwendet wird,

Fig.4 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Anordnung, von der Linie 4-4 in der Figd aus gesehen,

Fig·5 ein Schnitt nach der Linie 5-5 in cLer Fig.4 und die

Fig_e6 eine schaubildliche Darstellung einer aus Klammer und Isolator bestehenden Kombination, die bei der Heizeinheit nach der Figd verwendet wird.

Die Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße und als Ganzes mit 1 bezeichnete Heizeinheit mit offenen Heizwendeln. Diese Heizeinheit weist auf eine Frcntplatte 2, zwei erste, entgegengesetzt angeordnete Tragglieder 3, zwei zweite, entgegengesetzt angeordnete Tragglieder 4 und mehrere ^uertragglieder 5. Der Einfachheit

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halber wurden in den Zeichnungen nur je ein Tragglied 3 und 4 dargestellt. Die nicht sichtbare Rückseite der Heizeinheit 1 gleicht im wesentlichen der dargestellten Vorderseite. An den (^uertraggliedern 5 ist eine Anzahl von Isolatormitteln 6 angebracht. An jedem Isolator 6 ist eine Klammer 7 angebracht, die sich vom Isolator aus nach oben erstreckt. Mit Hilfe der Klammern 7 ist an der Heizeinheit 1 mindestens eine elektrische Heizwendel B angebracht.

Durch die Frontplatte 2 der Heizeinheit 1 sind mehrere Regler 9 hindurchgeführt, die aus der herkömmlichen Ausführung bestehen und daher nicht weiter beschrieben werden. Die Regler 9 können mit Teilen einer oder mehreren Heizwendeln 8 elektrisch verbunden werden, so dass die Ausgangsleistung der Heizeinheit 1 verändert werden kann, wie Sachkundigen bekannt. Die Halterungsglieder 3, 4- und 5 sowie die Frontplatte 2 werden geeigneterweise aus Metallblech angefertigt. Diese Bauteile können auf geeignete Weise mit einander verbunden werden·

Die Isolatoren 6 sind in den Figuren 2 und 3 ausführlich dargestellt. Die Fig«2 zeigt einen Doppelisolator 10, während die Pig.3 einen Einzelisolator 11 zeigte Wie aus der Fig.3 zu ersehen ist, kann der Einzelisolator aus ungefähr der Hälfte des in der i"ig,2 dargestellten Doppelisolators bestehen. Wie ferner aus der Fig.1 zu ersehen ist, können mehrere Gruppen von Isolatoren senkrecht zusammengestapelt und am Halterungsglied 5 angebracht werden, so dass die Heizwendeln 8 in einem besonderen Heizelement 1 verschiedenartig angeordnet werden können. Da sowohl Doppel- als auch Einzelisolatoren zur Verfügung stehen, so können geradzahlige oder ungeradzahlige Heizwendelgruppen zum Erzielen der Heizleistung herkömmlicher Heizgeräte vorgesehen werden.

Sowohl der Doppelisolator 10 als auch der Einzelisolator 11 weist einen Körper 12 mit einem oberen Teil 13 auf. Der in der Fig.2 dargestellte Isolator weist jedoch noch einen unteren Teil 14 auf, der mit dem oberen Teil 13 einstückig hergestellt ist. Der Einfachheit halber wird nur der Doppelisolator 10 ausführlich beschrieben, der im übrigen dem Isolator 11 gleicht mit Ausnahme des angesetzten unteren Teiles 14.

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Der Körper 12 "besteht aus einem geeigneten Isoliermaterial und ist in der Mitte mit einer öffnung 15 versehen, die, wie später noch beschrieben wird, zum Anbringen des Isolators an der Halterung 5 vorgesehen ist.

Ein erster Endteil 16 des Isolators 10 ist mit einem !I-förmigen Ausschnitt 17 versehen« In der Nähe dieses Ausschnittes sind am Körper 12 zwei Nuten 18 vorgesehen, die zum Anbringen des Wendelhalters oder der Klammer 7 an den Isolatoren 10 und 11 benutzt werden, wie später noch beschrieben wird_o

Ein zweiter Endteil 19 des Isolators 10 ist mit einem Ausschnitt 20 und mit zwei Nuten 21 versehen. Der Endteil 19 ist im wesentlichen in der gleichen Weise ausgestaltet wie die Enden 16 der Isolatoren 10 und 11 und dient denselben Zwecken.

Die Querträger 5 weisen einen U-förmigen Querschnitt mit einer ersten Seitenwandung 22, einer zweiten Seitenwandung 23 und mit einer Deckwandung 24- auf» Δη der Deckwandung 24 ist eine Öffnung 25 vorgesehen, in' die das Ende 16 des Körpers 12 der Isolatoren 10 und 11 eingesetzt wird. Die eine der Seitenwandungen 22 und 23 ist mit einem Ansatz 26 versehen, der sich nach oben und über die Deckwandung hinaus erstreckt. Dieder Ansatz wird in die Öffnung 15 des Körpers 15 hineingepresst und hält die Isolatoren 10 und 11 am Querträgerglied 5 fest, wie am besten aus der Fig.5 zu ersehen ist.

Die Klammer' 7 weist einen rechteckigen Querschnitt auf sowie eine Vorderseite 27_s eine erste Seite 28, eine zweite Seite 29 und eine unterbrochene Rückseite, die von einem eine Fortsetzung der Seite 28 bildenden Teil 30 und von einem eine Fortsetzung der Seite 29 bildenden Teil gebildet wird.

.an der Vorderseite 27 ist eine Nute 32 vorgesehen, die von einer ersten Kante 50 der Klammer 7 aus senkrecht nach unten verläuft. An der Seite 27 ist ferner ein Kanal 33 vorgesehen, der waagerecht über die Seite 27 hinweg verläuft und mit der Nute oder Rille 32 in Verbindung steht. Der an den Kanal 33 angrenzende Teil der Vorderseite 27 bildet beiderseits der Rille 32 zwei Flanschen 34- und 35· Der Flansch 34- weist ein erstes Ende 36 und ein zweites Ende 37 auf₉ während der Flansch 35 ein erstes

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Ende 38 und ein zweites Ende 39 aufweist» Die Flanschen 34 und 35 sind in bezug auf einander so verdreht, dass deren entsprechende Enden 37» 39 und 36, 38 in entgegengesetzten Ebenen gelegen sind. Das heißt, das Ende 36 des Flansches 34 ist aus der senkrechten Ebene der Seite 27 nach außen herausgedreht, während das Ende 37 cLes Flansches 34 aus der senkrechten Ebene der Seite 27 nach innen herausgedreht ist. In der gleichen Weise ist das Ende 38 des Flansches 35 aus der senkrechten Ebene der Seite 27 nach innen herausgedreht, während das Ende 39 des Flansches 35 aus der senkrechten Ebene der Seite 27 nach außen herausgedreht ist. Natürlich kann die Orientierung der Flansche auch umgekehrt werden. Bei gewissen Ausführungsformen der Erfindung kann die Drehung an einer Spitze ^ eines jeden Endes 37 und 39 d.er Flansche 34 und 35 stärker ausgeprägt werden. Die Hute oder Rille 32 ist so ausgestaltet, dass bei einer Drehung der Flansche 34 und 35 die Rille 32 größer wird als der Durchmesser des Heizdrahtes der Heizwendel 8 an der Kante 50 der Klammer 7 beträgt, während die Enden 37 und 39 und insbesondere deren Spitzen 55 ci-ie Rille kleiner machen als der Drehtdurchmesser beträgt. Infolgedessen dringt eine Drahtwindung 51 in die Rille 32 an der Kante 50 leicht ein; jedoch müssen die Flansche 34 und 35 an den Enden 37 und 39 auseinandergezwängt werden, damit die Drehtwindung in den Kanal 33 eindringen kann« Die Flansche 34- und 35 kehren in bezug auf einander in die Ausgangsstellung zurück, nachdem die Drahtwindung 51 in aen Kanal 33 eingedrungen ist. Diese Konstruktion wirkt als ein Labyrinthverschluss, so dass die Klammer 7 einzelne Drahtwindungen 51 oLer Heizwendel 8 festhalten kann, nachdem diese Windungen in den Kanal 33 durch die Rille 32 eingeführt worden sind.

Jede der Seiten 28 und 29 ist mit zwei Zungen 40 ausgestaltet, die zusammen mit den Hüten 18 und 21 der Isolatoren 10 und 11 zum Anbringen der Klammern 7 an den Isolatoren benutzt werden» Diese Zungen 40 sind von der senkrechten Ebene der Wandungen 28 und 29 aus nach innen gerichtet und rasten zwischen den luten 18 und den Außenenden des Ausschnittes 17 ei&. Das Anbringen der Klammer 7 an den unteren Teil 14 des Isolators 10 wird in derselber Ws ise durchgeführt.

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Die Heizwendel 8 besteht im allgemeinen aus zahlreichen Windungen 51 eines elektrischen Widerstandsdrahtes, der tun eine Achse 56 herumgewunden ist. Wie bereits beschrieben und aus der Fig«4 zu ersehen ist, wird eine einzelne Drahtwindung 51 der Heizwendel 8 durch die Rille 32 in den Kanal 33 eingeführt, wonach die Wendel 8 zwischen dem Umfang des Kanals 33 und dem Ausschnitt 17 festgehalten wird. Die beschriebene Drehung der Flansche 34 und 35 verhindert ein Loslösen der einzelnen Drahtwindungen 51 aus den Klammern 7» da die Geometrie der Wendel 8 und die Drehung der Plansche ausreicht, um ein Entfernen der Wendel 8 zu verhindern. Ferner wird eine Bewegung der Wendel 8 nach beiden Richtungen längs der Achse 56 von der Seite 27 verhindert, da die Flansche 34 und 35 an aufeinander folgenden Windungen der Wendel 8 anliegen und innerhalb der Strecke zwischen auf einander folgenden Windungen eine solche Bewegung verhindern.

Mit der Erfindung wurde daher eine außerordentlich wirksame Isolations- und Verriegelungsvorrichtung zum Haltern einer offenen Heizwendel in einer Heizeinheit geschaffen. Die Wendel wird hierbei von den aus Metall bestehenden Bauteilen der Heizeinheit 1 vollständig isoliert. Da die Wendel 8 mit der Klammer in Berührung steht, so wirkt diese als Strahlungsrippe für die Heizwendel 8 und vergrößert die für die Warmeabstrahlung zur Verfügung stehende Fläche, wodurch der Wirkungsgrad der Heizeinheit 1 erhöht wird. Außerdem liegt ein höherer Prozentsatz der Heizwendel 8 für die Wärmeübertragung frei, da die Heizwendel 8 von den Klammern jeweils nur an einer Drahtwindung 51 festgehalten wird, welcher Umstand weiterhin zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades beiträgt. Die beschriebenen erfindungsgemäßen Bau- und Halterungselemente führen zu einer wesentlichen Vereinfachung der Fertigung der Heizeinheit 1. Im besonderen ermöglichen die Isolatoren und die Klammern nach der Erfindung ein gleichzeitiges und automatisches Einsetzen einer Heizwendel in alle Klammern einer einzelnen Heizwendellage, wie aus der Fig»1 zu ersehen ist, im Gegensatz zu dem bisher angewendeten Verfahren, nach dem die Heizwendel durch mehrere zylindrische Körper hindurch eingezogen werden musste.

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Aufgrund der vorstehenden Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen können von Sachkundigen im Rahmen der Patentansprüche zahlreiche änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann das Verfahren bei dem Anbringen der Isolatoren an den Querverbindungsgliedern 5 abgeändert werden, und ebenso das Verfahren bei dem Anbringen der Klammern 7 an öLi© Isolatoren» Im besonderen kann auch der äußere Umriss der Isolatoren und der Klammern bei anderen Ausführungsformen der'Erfindung verändert werden, die lediglich Ausführungsbeispiele für die Erfindung darstellen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Heizeinheit mit mindestens einer offenen Heizwendel, mit einem Rahmen, der ein Halterungsglied und an diesem angebrachte Isoliermittel aufweist, die den Rahmen von der Heizwendel isolieren, gekennzeichnet durch einen, von den Isoliermitteln vom Bahnen isolierten Wendelhalter mit einer Wandung, die getrennt ist und zwei Plansche mit einer Rille zwischen diesen bildet, wobei jeder der flansch» in bezug auf den anderen Flansch nach einer entgegengesetzten Richtung verdreht ist β

2« Heizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wendelhalter aus Metall besteht und als Wärmeübertragungsrippe für die Wendel wirkt.

3· Heizeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierungsmittel aus mindestens einem Isolator bestehen, der einen Körperteil und einen U-förmigen oberen Teil aufweistβ·

¹V, Heizeinheit nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Wendelhalter mit einem Kanal ausgestaltet ist, der mit der von den genannten Flanschen gebildeten Rille in Verbindung steht und allgemein senkrecht zur genannten Rille verläuft·

5β Heizeinheit nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator einen unteren U-förmigen Körperteil aufweist, der einstückig mit dem genannten Körperteil und mit dem oberen U-förmigen Körperteil hergestellt ist·

6· Heizeinheit nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch einen zweiten Wendelhalter, der am genannten unteren U-förmigen Körperteil des Isolators angebracht ist, welcher zweite

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Wendelhalter eine getrennte Wandung aufweist, die zwei Flansche bildet, von denen Jeder Flansch in bezug auf den anderen Flansch nach der entgegengesetzten Richtung verdreht ist.

Heizeinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halterungsglied mit einer öffnung und mit einer Zunge an der öffnung ausgestaltet ist, durch welche öffnung sich der Isolator hindurcherstreckt, dass der Isolator eine öffnung mit einem Hand aufweist, die nach dem Einsetzen des Isolators an der genannten Zunge gelegen ist, und dass der Isolator am Halterungsglied dadurch angebracht wird, dass die Zunge in die öffnung am Isolator hineingedrückt wird und in den Hand der öffnung eingreift.

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