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Elektrischer Heizkörper für fluide Medien
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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizkörper für fluide, insbesondere
gasförmige Medien, mit einer Trägerplatte aus Isoliermaterial und mit einem die
Trägerplatte mit Abstandfimgebendem Heizleiter aus Widerstandsdraht, wobei der Heizleiter
als Wendel mit Windungen von ovalem oder kreisförmigem Windungsquerschnitt ausgebildet
und in Randeinschnitten der Trägerplatte fixiert ist.
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Derartige Heizkörper werden in verschiedenen Ausführungsformen vor
allem in elektrischen Warmluftgeräten(Haarföne, Heizlüfter usw.) eingesetzt. Der
Widerstandsdraht hat je nach Leistungsaufnahme angestrebter Temperatur usw. runden
oder rechteckigen Querschnitt und ist als Wendel um die Trågerplatte gewickelt,
die ihrerseits im Gerätegehäuse montiert wird. Die Trägerplatte ist häufig eben
ausgebildet kann aber auch kreuzförmig aus zwei ineinander gesteckten Platten aufgebaut
sein. Zur Lagesicherung der Windungen der Wendel ist die Trägerplatte mit Randeinschnitten
versehen in denen der Heizleiter fixiert ist. Die Querschnittsform der Windungen
ist weitgehend beliebig, in der Regel jedoch längs- oder queroval bzw. kreisförmig
und in jedem Fall so ausgebildet, daß die Windungen frei im hindurchströmenden Medium
liegen.
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Bei einem bekannten elektrischen Heizkörper der beschriebenen Gattung
(vgl.DT-AS 25 30 o75) sind die Windungen des Heizleiters über die ganze Länge des
Heizkörpers nach Querschnittsgröße und - formgleich ausgebildet, so daß sie auf
dem Mantel eines Zylinders liegen. Bei der üblichen Anordnung, bei der die Längsachse
des Heizkörpers parallel zur Strömungsrichtung liegt, hat das zur Folge, daß stromabwärts
liegende Windungen von bereits erwärmtem Medium umströmt werden und daß innerhalb
und außerhalb des durch die Windungen gebildeten Zylinders strömendes Medium nur
unzureichend erwärmt wird. Im Ergebnis findet daher bei dieser bekannten Ausführungsform
ein unbefriedigender Wärmeaustausch zwischen Heizleiter und Medium statt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen
Heizkörper der eingangs beschriebenen Gattung so weiter zubilden, daß ein verbesserter
Wärmeaustausch gewährleistet ist. Dabei wird insbesondere angestrebt, daß der erfindungsgemäße
Heizkörper sich kostengünstig und in einfacher, störungsunanfälliger Weise herstellen
läßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß vor allem dadurch gelöst, daß die
Windungsdurchmesser entlang der Wendel längsachse in einer Hauptebene zunehmen und
einer dazu senkrechten Hauptebene abnehmen.
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Für den Begriff der Hauptebene ist darauf hinzuweisen, daß eine Ellipse
oder ein Oval stets einen größten und einen kleinsten Durchmesser besitzt, die in
zueinander orthogonalen Richtungen gemessen werden. Im Rahmen der Erfindung werden
unter Hauptebenen der Wendel diejenigen Ebenen verstanden, in denen entweder ein
größter oder ein kleinster Durchmesser jedes Windungsquerschnitts liegt. Damit wird
zugleich vorausgesetzt, daß diese Hauptdurchmesser der Windungsquerschnitte in Ebenen
liegen, die Wendel also nicht
verwunden ist. Im Grenzfall eines
kreisförmigen Querschnitts fallen größter und kleinster Durchmesser selbstverständlich
zusammen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Zu-Abnahme der Windungsdurchmesser bedeutet,
daß die Querschnittsform der Windungen sich entlang der Wendellängsachse ändert,
beispielsweise aus einem Kreis in ein Oval oder auch aus einem Oval in ein anderes
übergeht, wobei in diesem letzteren Fall an einem Wendel ende der größte Durchmesser
in einer anderen Hauptebene liegt als am anderen Wendelende. Diese Deformation des
Windungsquerschnitts entlang der Wendellängsachse hat zur- Folge, daß - in Projektion
auf eine zur Wendellängsachse senkrechte Ebene - die einzelnen Windungen nicht auf
einem achsparallelen Zylinder liegen sondern radial gestaffelt und damit über einen
ausgedehnten Querschnittsbereich verteilt sind. Damit wird erreicht, daß jede Windung
ohne Abdeckung durch in Strömungsrichtung vorhergehende Windungen von dem Medium
umströmt wird. Das Ergebnis ist ein intensiver und über den Querschnitt gleichmäßiger
Wärmeaustausch zwischen Heizleiter und Medium.
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Grundsätzlich würde es bereits genügen, wenn die Windungsdurchmesser
nur in einer der beiden Hauptebenen zu- bzw.
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abnehmen. Dabei wäre jedoch nicht zu vermeiden, daß der Windungsumfang,
mit anderen Worten die Drahtlänge je Windung, sich in Wendellängsrichtung ändert.
Mit Rücksicht auf gleichmäßigen Wärmeaustausch und auf die spezifische Belastung
des Heizleiters strebt man aber nach konstanter Windungslänge.
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Um dies zu erreichen, sieht die Erfindung die gegenläufige Änderung
der Windungsdurchmesser in beiden Hauptebenen vor.
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Demgemäß lehrt die Erfindung bei einer zubevorzugenden Ausführungsform,
daß der Windungsumfang über die Länge des Heizelements im wesentlichen konstant
ist.
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Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß eine der Hauptebenen
der Wendel zur Trägerplatte parallel verläuft.
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Dabei empfiehlt es sich weiter, daß die in den Randeinschnitten gemessene
BreitqEer Trägerplatte entsprechend dem Windungsdurchmesser in der zur Trägerplatte
parallelen Hauptebene zu- bzw. abnimmt. Damit werden für Herstellung und Montage
besonders einfache und stabile Verhältnisse geschaffen. In herstellungstechnischer
Hinsicht ist es weiter zu bevorzugen, wenn der Windungsdurchmesser zumindest in
der zur Trägerplatte parallelen Hauptebene linear zu- bzw. abnimmt, so daß die inneren
Begrenzungen der Randeinschnitte auf geraden Linien liegen. Im Hinblick auf die
Strömungsverhältnisse im Bereich des Heizkörpers hat es sich als besonders vorteilhaft
erwiesen, wenn der Windungsdurchmesser am Anströmende des Heizkörpers in der zur
Trägerplatte senkrechten Hauptebene höchstens gleich dem Windungsdurchmesser in
der zur/rrägerplatte parallelen Hauptebene ist und in Strömungsrichtung des Mediums
abnimmt. Die Strömungsrichtung verläuft dabei selbstverständlich im wesentlichen
parallel zur Wendellängsachse.
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Bei der zuletzt beschriebenen Ausführungsform weist die Wendel einen
Aufbau auf, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Windungen auf der ganzen Länge
des Heizelements ihren größten Windungsdurchmesser in einer zur Trägerplatte parallelen
Hauptebene aufweisen, also bezüglich der Trägerplatte flachoval oder höchstens kreisförmig
ausgebildet sind.
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Bei diesem Aufbau ist die Trägerplatte ohne weiteres in der Wendel
eindeutig festgehalten, sodaß es besonderer Maßnahmen zur Fixierung nicht bedarf.
In diesem und in anderen Fällen empfiehlt sich jedoch besonders eine Ausführungsform,
bei der der Heizleiter aus mänderförmig gebogenem Widerstandsdraht besteht und die
Trägerplatte im Bereich der Randeinschnitte in je einen Mäanderbogen einfaßt. Damit
läßt sich einerseits ein wesentlich intensiverer Wärmeaustausch erreichen, andererseits
ist damit eine optimale Fixierung des Heizleiters
an der Trägerplatte
gewährleistet.
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Der erfindungsgemäß in Wendel längsrichtung variierende Windungsquerschnitt
erweist sich als besonders vorteilhaft beim Einsatz eines solchen Heizkörpers in
Verbindung mit einem Warmluftgerät, das in üblicher Weise mit Gebläse und Auslaßstutzen
ausgerüstet ist und bei dem der Heizkörper im Auslaßstutzen mit zu dessen Längsachse
paralleler Wendellängs achse angeordnet ist. Hierfür wird erfindungsgemäß vorgesehen,
daß der lichte Querschnitt des Auslaßstutzens entlang seiner Längsachse an die Umhüllende
der Wendel des Heizkörpers angepaßt ist. Dies empfiehlt sich insbesondere dann,
wenn - wie erläutert - die Wendel in Strömungsrichtung abgeflacht ist. Die'damit
verbundene Querschnittsveringerung der Wendel ermöglicht es, den Auslaßstutzen mit
einem entsprechend abgeflachten und verengten Auslaßquerschnitt zu versehen, so
daß eine hohe Austrittsgeschwindigkeit des Mediums bei optimalem Wärmeaustausch
erreicht wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen Figur 1 einen elektrischen Heizkörper in Seitenansicht,
Figur 2 den Gegenstand der Figur 1 in Draufsicht, Figur 3 den Gegenstand der Figur
in Stirnansicht in Richtung III, Figur 4 den Gegenstand der Figuren 1 bis 3 in Anwendung
bei einem Haarfön.
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Der in den Figuren dargestellte elektrische Heizkörper ist
zur
Erwärmung von fluiden, insbesondere gasförmigen Medien vorgesehen und besteht in
seinem grundsätzlichen Aufbau aus einer Trägerplatte a aus Isoliermaterial und einem
Heizleiter 2 aus Widerstandsdraht. Der Heizleiter 2 ist in Form einer Wendel um
die Trägerplatte 1 herumgewickelt und an Anschlußösen 3 festgelegt. Die-Trägerplatte
1 ist an hrem Rand mit Randeinschnitten 4 versehen, in denen der Heizleiter 2 fixiert
ist. Der Heizleiter 2bseEeht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem mEanderförmig
gebogenen Widerstandsdraht. Die Fixierung an der Trägerplatte 1 erfolgt dadurch,
daß diese im Bereich der Randeinschnitte 4 in je einen Mäanderbogen 5 des Heizleiters
2 einfaßt(vgl.vergrößerter Ausschnitt Figur 3).
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Die Windungen 6 des Heizleiters 2 weisen einen Windungsquerschnitt
auf, der sich über die Länge der Wendel ändert und im dargestellten Ausführungsbeispiel
am in Figur 1 linken Wendelende annähernd kreisförmig und am rechten Ende flachoval
ist. Der Heizleiter 2 umgibt somit die Trägerplatte 1 mit Abstand. In Figur 3 sind
die Hauptebenen 7a,b der Wendel angedeutet. In der horizontalen, d.h. zur Trägerplatte
1 parallelen Hauptebene 7a weisen im Ausführungsbeispiel sämtliche Windungen 6 ihren
größten Windungsdurchmesser, in der dazu senkrechten Haupt ebene 7b ihren kleinsten
Windungsdurchmesser auf. Die Figuren zeigen deutlich, wie entlang der Wendellängsachse
von links nach rechts die Windun9sdurchmesser in der horizontalen Hauptebene 7a
zunehmen und in der dazu senkrechten Haupt ebene 7 b abnehmen, so daß der Querschnitt
von links nach rechts aus einer annähernd kreisförmigen in einer flachovale Form
übergeht(vgl. Figur 3).
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Die Änderung der Windungsdurchmesser entlang der Wendellängsachse
ist so abgestimmt, daß der Windungsumfang (d.h. die Drahtlänge
je
Windung) über die Länge des Heizkörpers im wesentlichen konstant ist. Das äußert
sich darin, daß über die ganze Wendel länge zwischen den Fixierungsstellen der Windungen
6 an der Trägerplatte 1 eine gleichbleibende Zahl von Mäanderbögen 5 liegt. Das
führt zu einer in Figur 3 angedeuteten, in Längsrichtung der Wendel verlaufenden
gleichmäßigen Wellung der Wendel, die sich in strömungsmäßiger Hinscht günstig auswirkt.
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Anhand der Figur 2 ist zu erkennen, daß die in den Randeinschnitten
4 gemessene Breite der Trägerplatte 1 sich entsprechend dem Windungsdurchmesser
in der horizontalen Hauptebene 7 a entlang der Wendel längsachse ändert und zwar
linear, so daß an beiden Seiten der Trägerplatte 1 die inneren Begrenzungen der
Randeinschnitte 4 jeweils auf einer Geraden liegen.
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Die Windungen 6 weisen auf der ganzen Wendel länge in der zur Trägerplatte
1 parallelen Hauptebene 7a ihren größten Windungsdurchmesser auf, so daß bereits
dadurch die Trägerplatte 1 in der Wendel eindeutig festgelegt ist. Eine zusätzliche
und sehr wirkungsvolle Fixierung ergibt sich dadurch, daß wie erläutert die Trägerplatte
1 in die Mäanderbögen 5 des Heizleiters 2 einfaßt.
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In Figur 4 ist ein elektrischer Heizkörper der beschriebenen Ausführung
in Verbindung mit einem Warmluftgerät, nämlich einem Haarfön dargestellt, von dem
einfachheitshalber nur das Gehäuse 9 eines Gebläses und der Auslaßstutzen 1o angedeutet
sind. In dem teilweise aufgebrochen dargestellten Auslaßstutzen lo ist der elektrische
Heizkörper 11 angeordnet, und zwar in üblicher Weise so, daß die Wendellängsachse
8 zur Längsachse des Auslaßstutzens 10 und damit zur Strömungsrichtung 12 des Mediums
parallel verläuft. Man erkennt, wie der lichte Querschnitt des Auslaßstutzens 1o
entlang seiner Längsachse
an die Umhüllende der Wendel des Heizkörpers
11 (in Figur 3 gestrichelt angedeutet) angepaßt ist und somit gleichfall in Strömungsrichtung
12 aus einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt in einen flachovalen Auslaßquerschnitt
übergeht. Damit resultiert eine Anordnung des Heizkörpers 11 derart, daß der Windungsdurchmesser
in der zur Trägerplatte 1 senkrechten Hauptebene 7b in Strömungsrichtung 12 abnimmt.
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L e e r s e i t e