DE2539201A1 - Geraet zur elektrischen beheizung der luft - Google Patents

Description

DIPL.-CHEM. JOACHIM DRESSLEF PATENTANWALT 5202 HENNEF/SIEG 1 · ALLNER, ZUM WEINGARTEN 11

den 3. September 1975 1403/75 Dr/gr

Dov. Z. Glucksman, 175 Freeman Road, BROOKLINE, Massachusetts (V.St.A.)

"Gerät zur elektrischen Beheizung der Luft"

Gegenstand der Erfindung ist ein Zentrifugalgebläse, dessen Gebläserad innerhalb eines feststehenden, zylindrischen Käfigs aus Führungsrippen eingeschlossen ist, die gleichzeitig als elektrische Widerstände zum Erhitzen der hindurchgeleiteten Luft dienen.

Die meisten Zentrifugalgebläse besitzen ein spiralförmiges Gehäuse, das dazu dient, die vom Gebläserad abgegebene Luft hauptsächlich in tangentialer Richtung zu einer gemeinsamen Austrittsöffnung zu lenken und dabei teilweise das Strömungsgefälle in ein Druckgefälle umzuwandeln, in dem die Geschwindigkeit der Luft auf dem Weg entlang der Spirale langsam vermindert wird. Bei diesem Verfahren dient zur Erniedrigung von Geschwindigkeit und Druck eine Anzahl von gebogenen Führungsrippen, die derart um das Gebläserad herum im Bereich der davon abgegebenen Luft angebracht sind, daß sie abgelenkt und dadurch ihre Geschwindigkeit vermindert wird. Durch die Verwendung von Führungsrippen ergeben sich ein besserer Wirkungsgrad und geringere Abmessungen des Spiralgehäuses. Bei kleineren Gebläsen werden solche Führungsrippen im allgemeinen nicht verwendet, da der geringe Energiegewinn die zusätzlichen Kosten nicht ausgleicht.

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Andererseits wird gewöhnlich in Haushaltsgeräten, wie beispielsweise Heizgeräten, Haartrocknern, Wäschetrocknern und anderen, das Erhitzen der Luft im allgemeinen mittels elektrischer Widestände bewirkt, die in dem vom Zentrifugalgebläse abgegebenen Luftstrom angebracht sind. Um Platz zu sparen und den Wärmeübergang durch Turbulenz zu verbessern, wurde bereits vorgeschlagen, die elektrischen Widerstände in Form von Spulen oder Rippen im Gehäuse des Gebläses selbst anzubringen, entweder entland der Spirale oder als ringförmige Elemente um das Gebläserad oder den Rotor. Offensichtlich stören und behindern diese Widerstände die sonst gleichförmige Luftströmung und verbrauchen zusätzliche Energie, und um dem entgegenzuwirken und die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu verringern, wird die Abnessung der Spirale oftmals vergrößert; dadurch wird jedoch die Gesamtabmessung des Gerätes in nachteiliger Weise vergrößert.

Im Hinblick auf diese Nachteile ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Heizelemente in solcher Form zu schaffen, daß dadurch eine Störung der Luftströmung vermieden wird und die sich weiterhin als Führungsrippen um das Gebläse anordnen lassen, um dadurch den Strömungsverlauf und den Wirkungsgrad der Anordnung zu verbessern.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Heizelement zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Erwärmen und Fördern von Luft in Form eines feststehenden zylindrischen Käfigs aus längsgerichteten Führungsrippen, deren leitende Kanten parallel zur Achse des Käfigs verlaufen, welcher so ausgerichtet ist, daß er ein mit Flügeln versehenes Gebläserad in konzentrischer Richtung umschließt, wobei jeder Rippe einen flachen oder gewölbten, bandförmigen Widerstand aus

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elektrischem Widerstandsmaterial darstellt und dazu vorgesehen ist, elektrischen Strom aufzunehmen, um dadurch die von einem Gebläserad geförderte Luft zu erhitzen und wobei jede Rippe in einem derartigen Winkel angeordnet ist, daß die Luftströmung in eine vorgegebene Richtung gelenkt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sind das Zentrifugal-Gebläserad und der Käfig mit den Führungsrippen, die das Heizelement bilden, teilweise oder vollständig in ein Gehäuse untergebracht, das mit Öffnungen zum Eintritt und Austritt von Luft versehen ist und das zumindest ein Ende des zylindrischen Käfigs konzentrisch um das Gebläserad hält und trägt.

Die Führungsrippen des Käfigs, die vorzugsweise aus elektrischem Widerstandsmaterial in Plattenform hergestellt sind, haben die Form von flachen oder gewölbten Streifen in einer Länge, die vergleichbar ist mit der Breite des Gebläserades; sie werden in einem bestimmten Abstand voneinander durch leitfähige Verbindungsstücke gehalten, die die wechselseitigen Enden von jeweils zwei benachbarten Rippen des Käfigs verbinden, wodurch ein im Zickzack verlaufender Widerstandsstromkreis gebildet wird, in den durch wenigstens zwei elektrische Anschlüsse, die an dem genannten Käfig angebracht sind, der elektrische Strom geleitet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung wird der Käfig aus einem rechtwinkligen Plattenmaterial von einer Dicke, die der der flachen oder gebogenen Streifen entspricht, die die Rippen bilden, und von einer Länge

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entsprechend der gesamten Breite aller Rippen und aller Verbindungsstücke, die im Käfig untergebracht sind, gebildet, indem zunächst aus der Platte in gestaffelter paralleler Richtung enge Rechtecke derart ausgeschnitten werden, daß das stehengebliebene Material parallele Rippen bildet, die an den wechselseitigen Enden durch Verbindungsstücke verbunden sind; dann wird die ausgeschnittene Platte entlang der Linien, die den Rand zwischen Rippen und Verbindungsstücken bilden, in wechselnder Richtung so gefaltet, daß jede Rippe unter dem gleichen festgelegten Winkel in eine Richtung mit der Plattenebene gebracht wird; schließlich wird die Platte so gebogen, daß sie einen zylindrischen Käfig bildet und endlich wird dieser Käfig in einem geeigneten Abstand in das Gehäuse des Gebläses hineingesteckt.

In einem Käfig, der aus einer rechtwinkligen Platte geschnitten worden ist, ist die Breite der Verbindungsstücke parallel zu den Kanten der Rippen gemessen, vorzugsweise größer als die Breite der Rippen, so daß dem elektrischen Strom ein größerer Querschnitt geboten und weniger Wärme in diesen Abschnitten erzeugt wird.

Um die Breite des Gebläsegehäuses möglichst gering zu halten, kann die Dicke des Verbindungsmaterials vergrößert und seine Breite im Vergleich zu den Rippen verringert werden; das läßt sich erreichen, indem einzelne Rippen aus geraden oder gebogenen Streifen hergestellt und ihre wechselseitigen Enden durch separate, rechtwinklige geeignete Verbindungsstücke aus einem dickeren Plattenmaterial verbunden werden; dabei kann der Anschluß zwischen jedem Verbindungsstücke und der zugehörigen Rippe durch bekannte Verfahren, wie beispielsweise Weichlöten, Hartlöten, Punkt-

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schweißen oder andere eine Stromverbindung ergebende Methoden durchgeführt werden.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen als Beispiele drei Ausfuhrungsformen eines Widerstandskäfigs und zwei Anwendung sarten der Erfindung:

Abb. 1 ist ein Grundriß einer Platte aus Widerstandsmaterial nach dem Schneiden, aber vor dem Falten;

Abb. 2 ist eine isometrische Ansicht der in Abb. 1 dargestellten, geschnittenen Platte nach dem Falten;

Abb. 3 ist eine isometrische Ansicht eines Käfigteils, hergestellt durch Schweißen;

Abb. 4 ist ein Grundriß eines Plattenteils aus Widerstandsmaterial, ähnlich dem in Abb. 1, aber mit abgerundeten Ecken;

Abb. 5 zeigt einen Teil einer anderen Ausfuhrungsart des Widerstandskäfigs, hergestellt aus einer rechtwinkligen Materialplatte;

Abb. 6 zeigt den Teil des in Abb. 5 dargestellten Käfigs, vor dem Biegen der Rippen;

Abb. 7 ist ein Querschnitt durch ein motorgetriebenes Zentrifugalgebläse in einem Käfig aus Führungsrippen, die den Widerstand bilden;

Abb. 8 ist ein Querschnitt durch einen Haartrockner, ausgerüstet mit einem Widerstandskäfig gemäß der Erfindung und

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Abb. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Abb. 8.

Mit Bezug auf Abb. 1 wird ein Widerstandskäfig aus einer rechteckigen Platte hergestellt, die aus jedem bekannten Widerstandsmaterial bestehen kann. Ihre Länge ist so groß, daß sich eine geeignete Anzahl von Rippen 1 ergibt, die an den wechselseitigen Enden durch rechteckige kurze Verbindungsstücke 2 verbunden sind, die von größerer Breite als die Rippen 1 sind, so daß sie dem elektrischen Strom einen geringeren Widerstand bieten. Diese Platten werden industriell hergestellt, indem eine Rolle mit Bandmaterial einer automatischen Stanze zugeführt und die ausgestanzten Platten anschließend in Stücke von gewünschter Länge zerschnitten werden. Zwei Anschlüsse 3 und 3' werden an den Enden der zwei äußeren Rippen angebracht.

Abb. 2 zeigt das gleiche Band, nachdem es entlang der Linien 4 und 4·, die gestrichelt in Abb. 1 angezeigt sind, gefaltet worden ist. Die Rippen bilden jetzt einen Winkel A mit der Ebene der Platte, bevor diese zu einem zylindrischen Käfig gebogen wird; sie befinden sich dabei in einem Abstand voneinander, der durch die Länge der Verbindungsstücke gegeben ist.

Eine andere Herstellungsart zeigt Abb. 3, wo der Käfig - vor dem Biegen - aus gewölbten Rippen 1' besteht, die untereinander durch vorgebogene Verbindungsteile 2' mittels Punktschweißungen 5 angeschlossen sind. Das Material, aus dem die Verbindungsstücke gefertigt sind, ist erheblich dicker als das Material der Rippen; dadurch ist die Verwendung kurzer Verbindungsstücke mit großem Querschnitt und entsprechend geringem elektrischem Widerstand möglich. Wie zu

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sehen ist, sind die Enden 6 und 6' der Verbindungsstücke unter einem Winkel zu den Rippen herumgebogen vor dem Anschließen durch Punktschweißen, jedoch kann das Falten auch nach dem Schweißen in einem Spezialgesenk durchgeführt werden.

Abb. 4 zeigt eine Abart der gestanzten Platte aus Abb. 1, bei der alle Ecken abgerundet sind. Diese Form ist vorteilhaft im Hinblick auf innere Spannungen und ergibt eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen Stromes; außerdem unterliegen Stanzen und Gesenke mit abgerundeten Ecken einer geringeren Abnutzung.

Abb. 5 und 6 zeigen eine andere Ausgestaltung des Widerstandskäfigs in noch gestreckter Form vor dem Zusammenrollen zum Zylinder. Er ist hergestellt (Abb. 6) aus einer rechteckigen Platte aus Widerstandsmaterial, indem abwechselnd querverlaufende Einschnitte 7 und 7' ausgeführt werden, die von einer Längsseite der Platte zur Gegenseite reichen, bis auf einen Abstand, der gleich der Breite der Verbindungsstücke 2 ist. Die so gebildeten Rippen 1 werden in eine gewölbte Form gebogen, die sich von ihrem freien Ende bis zum Ende der Schnitte 7 und 7' erstreckt, wobei die zuvor benachbarten Kanten von jedem Schnitt voneinander getrennt werden; dabei wird ein zickzackförmiger Widerstand gebildet, ähnlich dem in den Abb. 1 bis 3 gezeigten. Es ist klar zu erkennen, daß die Breite der Verbindungsstücke größer ist als die Breite der Rippen, was zu einer geringeren Stromdichte und zu einer niedrigeren Temperatur in diesen Teilen führt. Ein Anschluß 3 ist in der linken Ecke der Platte befestigt, der zweite Anschluß befindet sich in der entgegengesetzten Ecke der Platte, die in dieser Abbildung nicht dargestellt ist.

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Abb. 7 zeigt die Kombination von einem Widerstandskäfig 15 mit einem motorgetriebenen Zentrifugal-Gebläserad 13, angebracht an der Grundplatte 10 einer Apparatur. Dabei ist das Zentrifugal-Gebläserad auf der Welle eines Elektromotors 14 angebracht, der an der Grundplatte 10 mittels eines zylindrischen Vorsprungs 20 befestigt ist. Die Grundplatte 10 ist von Lufteinlaßöffnungen 17 durchbrochen, die um den Vorsprung 20 herum angeordnet sind, und an der dem Elektromotor zugekehrten Seite sind Vertiefungen 16 vorgesehen, die dazu dienen, das untere Ende des Käfigs 15 aufzunehmen und zu halten, koaxial und in gleichmäßigem Abstand zum Gebläserad 13. Das obere Ende des Käfigs wird in kreisförmiger Lage gehalten in den Vertiefungen 16', die in einem flachen Ring angebracht sind, der zusätzlich an der Grundplatte in üblicher Weise befestigt sein kann. Die Luft tritt in das Gebläserad durch die Einlaßöffnungen 17 ein und wird in Richtung der Pfeile V nach außen befördert, wobei sie zwischen den Rippen 1 des Käfigs hindurchgeleitet wird, die die Luft aufheizen und die Strömung in eine vorgegebene radiale oder tangentiale Richtung leiten. Eine Vergrößerung der Grundplatte zur Form eines Gehäuses kann dazu dienen, dazwischen den Rippen herauskommende Luft zu sammeln und sie zu einer Austrittsöffnung zu leiten.

Eine Anordnung dieser Art zeigen Abb. 8 und 9, die einen Haartrockner darstellen, bestehend aus einem Spiralgehäuse 10, einer Austrittsöffnung in Form einer Düse 11 und einem Handgriff 12. Ein Flügelrad 13 ist an der Welle eines Elektromotors 14 befestigt, der an der Seitenwand des Gebläsegehäuses angebracht ist. Ein feststehender Widerstandskäfig 15, bestehend aus Rippen 1 und Verbindungsstücken 2 ist in zwei gegenüberliegende Vertiefungen 16 eingesetzt,

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die in den Seitenwänden des Gehäuses vorgesehen sind, das zweiteilig ist und entlang der Linie B-B zusammengesetzt ist. Die Luft tritt durch die Öffnungen 17 in den Seitenwänden in das Gehäuse und durch die Öffnungen in das Gebläserad ein, sie wird durch das rotierende Rad beschleunigt und in hauptsächlich tangentialer Richtung in den Widerstandskäfig gedrückt, wo die Rippen die Luftgeschwindigkeit vermindern und sie teilweise in Druck verwandeln. Ein elektrischer Strom, der durch den Thermostat 19 geregelt wird, fließt zwischen den Anschlüssen 3 und 3' durch den Käfig, wobei die Rippen erhitzt werden und die Wärme auf die hindurchströmende Luft übertragen wird.

Form und Größe der Führungsrippen, der Käfig, der Winkel zwischen den Rippen und der elektrische Widerstand werden in Übereinstimmung mit der Anwendung der Vorrichtung gewählt. Ihre Herstellung und ihre Form kann von Fachleuten vielseitig variiert werden, ohne daß damit der Erfindungsgedanke und der Schutzumfang der Patentansprüche verlassen wird.

So läßt sich beispielsweise vorschlagen, den in Abb. 3 gezeigten Käfig aus einer gestanzten Platte, ähnlich der in Abb. 1 gezeigten, herzustellen, indem in geeigneter Weise mit Hilfe einer kombinierten Stanze und einem Gesenk die Rippen in eine gewölbte Form gebogen und gleichzeitig die Platte gefaltet wird.

Die Herstellung des in den Abb. 1 und 2 gezeigten Käfigs kann auch in einer kontinuierlichen Arbeitsweise vorgenommen werden mit Hilfe einer mehrfachen Loch- und Gesenkstanze,

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   oder durch Ätzen. Die Befestigung des Käfigs in dem Gehäuse muß nicht unbedingt mittels ringförmiger Vertiefungen erfolgen; sie kann auch durch Einstecken der Rippen in die freien Zwischenräume zwischen hervorragende Stifte im Innern der Wandungen des Gebläsegehäuses bewirkt werden, wodurch ein genauerer Abstand der Rippen erreicht wird.

   Die Außenfläche des Käfigs kann in geeigneter Weise nach einer dem Fachmann bekannten Methode elektrisch isoliert werden, jedoch in vielen Fällen kann sie auh blank bleiben, ähnlich wie die Widerstandsdrähte, die gegenwärtig als Heizelemente in Haushaltsgeräten angewendet werden, wo sie gegen direkte Berührung geschützt sind.

   Es sind bisher immer nur zwei Stromanschlüsse (3, 3·) in Verbindung mit dem Widerstandskäfig gezeigt und beschrieben worden. Es ist jedoch vorgesehen, vier oder mehr Anschlüsse entlang dem Umfang des Käfigs anzubringen, um den Widerstand des Käfigs und damit die Wärmeentwicklung der Vorrichtung zu verändern, indem verschiedene der Anschlüsse mit der Stromquelle verbunden werden.

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   Patentansprüche

   ί l.j Elektrisches Heizelement zur Verwendung in Verbindung \' mit einer Vorrichtung zum Erwärmen und Fördern von Luft in Form eines feststehenden zylindrischen Käfigs aus längsgerichteten Führungsrippen, deren Kanten parallel zu der Achse des Käfigs verlaufen, der so ausgerichtet ist, daß er ein mit Flügeln versehenes Zentrifugal-Gebläserad in konzentrischer Richtung umschließt, wobei jede Rippe einen flachen oder gewölbten bandförmigen Widerstand aus elektrischem Widerstandsmaterial darstellt, der dazu dient, elektrischen Strom aufzunehmen und die so eine Vorrichtung bilden, um die von einem Gebläserad geförderte Luft zu erwärmen und die in einem derartigen Winkel angebracht sind, daß sie die Luftströmung in eine vorherbestimmte Richtung lenken.
2. 2. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 1 in Form eines zylindrischen Käfigs, der, zusammen mit einem von ihm kreisförmig umschlossenen Gebläserad, teilweise oder völlig in ein Gehäuse eingeschlossen ist, das mit Öffnungen zum Eintritt und zum Austritt von Luft versehen ist und das zumindest ein Ende des zylindrischen Käfigs in konzentrischer Richtung mit dem Gebläserad hält und trägt.
3. 3. Elektrisches Heizelement in Form eines feststehenden Käfigs aus parallelen Führungsrippen nach Ansprüchen 1 und 2, das innerhalb eines Zentrifugal-Gebläses so angebracht und befestigt ist, daß das Gebläserad kreisförmig umschlossen wird, wobei die Führungsrippen aus plattenför-

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   migem elektrischem Widerstandsmaterial hergestellt sind, mit der Form von flachen oder gewölbten Streifen in einer Länge, die vergleichbar ist mit der Breite des Gebläserades und die in einem bestimmten Abstand und einem vorgegebenen Winkel zueinander durch leitfähige Verbindungsstücke gehalten werden, die die wechselseitigen Enden von jeweils zwei benachbarten Rippen des Käfigs verbinden, wodurch ein im Zickzack verlaufender Widerstandsstromkreis gebildet wird, indem durch wenigstens zwei elektrische Anschlüsse, die an dem genannten Käfig angebracht sind, der elektrische Strom geleitet wird.
4. 4. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 3, bei dem der Käfig aus einem vollständig rechteckigen Plattenmaterial besteht, das, bevor es zu einer zylindrischen Form gerollt wird, in Querrichtung eingeschnitten wird, um Rippen und Verbindungsstücke zu bilden und das dann entlang der Linien, die die Grenzen zwischen den Rippen und den Verbindungsstücken darstellen, so gefaltet wird, daß alle Rippen den gleichen Einfallwinkel miteinander bilden.
5. 5. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 4, bei dem die rechteckige Platte eine Länge hat, die gleich der Summe der Breiten aller Rippen und aller Verbindungsstücke ist, die der Käfig enthält, und die quergerichtete, rechteckige Ausschnitte in gestaffelter paralleler Richtung aufweist, so daß das stehengebliebene Material ein zickzackförmiges Muster von parallelen Rippen bildet, die an den wechselseitigen Enden durch Verbindungsstücke verbunden sind.

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6. 6. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 3, bei dem der Käfig aus einer rechteckigen Platte besteht, in einer Länge, die im wesentlichen gleich dem Umfang des Käfigs ist, die mit wechselseitigen, abstandsgleichen querverlaufenden Einschnitten versehen ist, die bis zu einer Tiefe reichen, daß die Breite der Verbindungsstücke stehenbleibt; die Rippenteile zwischen den sotjebildeten Verbindungsstücken werden nach außen gebogen oder gefaltet in einen vorgegebenen Einfallwinkel.
7. 7. Elektrisches Heizelement nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Käfig in gegenüberliegende ringförmige Vertiefungen in den Seitenwänden des Gebläsegehäuses eingesetzt wird.
8. 8. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 3, bei dem wenigstens vier elektrische Anschlüsse über den Umfang des Käfigs verteilt angebracht sind.
9. 9. Elektrisches Heizelement nach Anspruch 3, bei dem der Käfig aus einer Anzahl von einzelnen gewölbten oder flachen Rippen besteht, die zu einem zickzackförmigen Stromkreis verbunden sind mit Hilfe von Verbindungsstücken, die an den wechselseitigen Enden der benachbarten Rippen durch ein bekanntes stromleitendes Mittel angeschlossen sind.

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