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Ka! tverbi ndungsel ement
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Die Erfindung betrifft ein Kaltverbindungselement zur Verbindung zweier
Bauteile aus unter Druckanwendung kal tfl i eßfähi gem Material, mit einem Träger
und mit mit dem Träger verbundenen und durch das Material der Bauteile unter Druckanwendung
umfl i eßbaren Vorsprüngen aus hartem Material.
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Derartige Kaltverbindungselemente werden bei sog. Kaltverbindungen
verwendet, die in verschiedenen Bereichen der Technik angewandt werden, beispielsweise
zur Befestigung von elektrischen oder durch ein Wärmeträgermedium durchflossenen
Rohrhei zkörpern auf Trägerplatten, zur Herstellung von Heizeinrichtungen, Konvektoren,
Kaffeemaschinen" wärmpl at ten, Bügel mulden usw., zur Befestigung von Rohrheizkörpern
an Töpfen beispielsweise für Eierkocher, Fonduetöpfe, Wasserkocher usw., zur Befestigung
von Wärmeträgerrohren bei Sonnenkol lektoren, Wärmetauschern und dgl. mehr. Wesentlich
ist dabei, daß durch Kaltverbindung in technisch einfacher Weise eine sehr innige
Verbindung
der zusammenzufügenden Bauteile erreicht werden kann.
Die Kaltverbindung beruht darauf, daß bei entsprechender Druckanwendung das verhältnismäßig
weiche Material (meistens Aluminium oder Aluminium-Legierungen) der zusammenzufügenden
Bauteile die Vorsprünge des zwischen die Bauteile eingelegten Kaltverbindungselements
kalt umfließt, so daß die Bauteile durch das Kaltverbindungselement zusammengehalten
sind. Dieses besteht dabei selbstverständlich aus einem Material solcher Härte,
daß die Vorsprünge der Druckanwendung beim Zusammenfügen widerstehen.
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Es ist (aus der Praxis) bekannt, beispielsweise Rohrhei zkörper und
Rohre mit einer Drahtwendel aus hartem Material zu umgeben, und auf eine Trägerplatte
aus weichem Material, insbesondere Aluminium, aufzupressen. Die Windungen der Wendel
graben sich dabei in das weiche Aluminium ein und bewirken eine mehr oder minder
feste Verbindung. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann zusätzlich die Wendel
auf das Rohr aufgelötet werden. Im Rahmen dieser Maßnahmen ist es auch bekannt,
ein mit einer Drahtwendel aus hartem Material bewickeltes Rundmaterial (Rohr oder
Stab) als Kaltverbindungselement der eingangs beschriebenen Gattung einzusetzen
und zwischen zu verbindende Bauteile einzubringen, wobei unter Druckanwendung die
Wendel sich in die Bauteile aus kaltfließfähigem Material eingräbt und gleichzeitig
der Träger in der Verbindungsfuge mehr oder minder breitgedrückt wird.
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Mit diesem bekannten Kaltverbindungselement läßt sich nur eine Festigkeit
der Verbindung erreichen, die in vielen Fällen nicht befriedigt. Das liegt daran,
daß von den Windungen der Wendel aus hartem Draht jeweils nur ein verhältnismäßig
flaches Segment von dem Material der zusammenzufügenden Bauteile umflossen wird,
die die Vorsprünge
darstellenden Windungen nur bis zu geringer
Tiefe in die Bauteile eindringen. Nachteilig ist weiter, daß beim Einsatz dieser
bekannten Kaltverbindungselemente nicht nur das Material der zusammenzufügenden
Bauteile sondern auch die Wendel in ihrer Gesamtheit verformt, nämlich mehr oder
minder flach-gedrückt wird.
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Das führt wegen der elastischen Eigenschaften des harten Materials
zu materialtechnologischen Schwierigkeiten und macht außerdem eine genaue und reproduzierbare
Zusammenfügung schwierig. Es kommt hinzu, daß auch die Herstellung dieser bekannten
Kaltverbindungsel emente verhältnismäßig aufwendig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kaltverbindungselement
der vorstehend beschriebenen Gattung anzugeben, das sich in kostengünstiger Weise
herillen läßt und die genaue und reproduzierbare Herstellung von Verbindungen verbesserter
Festigkeit ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger
aus einem flachen Band aus hartem bzw. härtbarem Material besteht und die Vorsprünge
an das Band einstückig angeformt sind. Das erfindungsgemäße Kaltverbindungselement
ist damit einstückig ausgeführt und besteht aus einem in besonderer Weise bearbeiteten
flachen Band, dessen Abmessungen selbstverständlich dem jeweiligen Einsatzzweck
anzupassen sind. Das Material des Bandes weist entweder ohne weiteres die für die
Ausführung der Kaltverbindung erforder ich Härte auf, oder es wird nach dem Anformen
der Vorsprünge eine Härtung des Bandes, mindestens aber der Vorsprünge vorgenommen.
In jedem Fall werden die Vorsprünge einstückig an das Band angeformt. Das kann,
wie nachfolgend noch erläutert wird, in fertigungstechnisch einfacher und unproblematischer
Weise erfolgen, zudem besteht dabei die Möglichkeit, die Vorsprünge in Anpassung
an
den jeweiligen Einsatzzweck hinsichtlich Form und Abmessungen
so zu gestalten, daß sie gegenüber bekannten Ausführungsformen eine in ihrer Festigkeit
wesentlich verbesserte Kaltverbindung gewährleisten. Dabei ist von Bedeutung, daß
das erfindungsgemäße Kaltverbindungselement bei der Herstellung der Verbindung keine
Verformung erleidet, so daß eine genau reproduzierbare Verbindung erreicht wird,
die auch über lange Zeit keine Beeinträchtigung erfährt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Kaltverbindungsel ement bestehen die Vorsprünge
vorzugsweise aus aus der Ebene des Bandes beidseitig herausragenden Spitzen. Dabei
kann es sich sowohl um Spitzen im engeren Sinne als auch um schneidenartig ausgedehnte
vorstehende Materialbereiche handeln. Bei einer erfindungsgemäß vorgesehenen Ausführungsform
werden die Spitzen durch Aufdornen erzeugt. Dazu werden von beiden Seiten des Bandes
her mit einem Dorn Löcher in das Band gedrückt, so daß auf der jeweils anderen Seite
ein umlaufender Grat gebildet wird, der unter Umständen mehr oder minder weitgehend
in Umfangsabschnitte aufreißen kann.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Spitzen an den Rändern
des Bandes angeformt und aus der Ebene des Bandes heraus nach beiden Seiten, d.h.
teils nach der einen und teils nach der anderen Seite umgebogen sind. Die vor dem
Umbiegen seitlich vorstehenden Spitzen können beispielsweise dadurch angeformt werden,
daß das Band entsprechend gestanzt wird. Es besteht auch die Möglichkeit, die Spitzen
dadurch anzuformen, daß das Material des ursprünglich mit glattem Rand vorliegenden
Bandes durch Prägen, Schmieden usw. zur Bildung der Spitzen bereichsweise seitlich
ausgebreitet wird. In jedem Fall werden die angeformten Spitzen anschließend aus
der Ebene des Bandes heraus nach beiden Seiten
umgebogen, und zwar
vorzugsweise so, daß sie im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Bandes stehen und
leicht von dem Material der zusammenzufügenden Bauteile umflossen werden.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verbesserung des Wärmeübergangs
von einem Rohrheizkörper zu einer Wärmedurchgangsfl äche bei elektrischen Hei zei
nri chtungen, beispielsweise Heißwasserbereitern, Ei erkochern, Kaffeemaschinen-Hei
zpl atten usw. Dabei sind einerseits die eingangs beschriebenen Maßnahmen bekannt,
bei denen eine Kaltverbindung mit einer Wendel aus hartem Material erfolgt. Ferner
ist es in diesem Zusammenhang bekannt (vgl. DE-GM 77 26 267), die ebene Wärmeabgabefläche
des Rohrheizkörpers mit warzenartigen Vorsprüngen zu versehen und durch Widerstandsschweißung
im Bereich dieser Vorsprünge mit der Wärmedurchgangsfläche zu verbinden. Beide Maßnahmen
sind aufwendig und führen zu Verbindungen, die hinsichtlich Festigkeit und/oder
Wärmeübergang nicht völlig befriedigen. Gegenstand der Erfindung ist daher insbesondere
eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Rohrheizkörper mit ebener Wärmeabgabefläche,
der mit einer Wärmedurchgangsfl äche wärmeleitend verbunden ist, wobei der Rohrheizkörper
und die Wärmedurchgangsfläche durch ein vorstehend beschriebenes erfi ndungsgemäßes
Kal tverbi ndungsel ement verbunden sind. Dabei zeigt sich, daß das weiche Material
des Rohrheizkörpers bzw. der Wärmeabgabefläche nicht nur die Vorsprünge des Kaltverbindungsel
ements umfl i essen sondern aufgrund ihrer Fließfähigkeit sich zugleich von beiden
Seiten so an das Band anschmiegen, daß ein überraschend guter Wärmeübergang erreicht
wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Kaltverbindungselement
in Aufsicht, Längsschnitt und Querschnitt, Figur 2 eine andere Ausführungsform eines
Kaltverbindungselements in Aufsicht, Längsschnitt und Querschnitt, Figur 3 einen
Ausschnitt aus einer elektrischen Heizeinrichtung im Querschnitt.
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Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kaltverbindungselemente sind
dazu vorgesehen, zwischen je zwei Bauelemente aus verhältnismäßig weichem Material,
beispielsweise einer Aluminium-Legierung, eingelegt zu werden, um diese nach Druckanwendung
zu verbinden.
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Dazu besteht das Kal tverbindungselement im wesentlichen aus einem
Träger in Form eines flachen Bandes 1, an welches nachfolgend näher zu erläuternde
Vorsprünge einstückig angeformt sind. Diese Vorsprünge werden bei Druckanwendung
vom Material der zusammenzufügenden Bauteile umflossen. Das Material des Bandes
ist daher hinsichtlich Härte, Zähigkeit usw. so gewählt, daß es den dabei auftretenden
Beanspruchungen stand hält.
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Wie die Figuren zeigen, sind auf beiden Seiten des Bandes 1 Vorsprünge
vorhanden, die sich entsprechend in die Verbindungsflächen der beiden zusammenzufügenden
(nicht dargestellte) Bauteile eingraben. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
bestehen die Vorsprünge aus ringförmigen Graten 2, die durch Aufdornen
von
beiden Seiten des Bandes 1 her erzeugt und dabei mehr oder minder weitgehend in
einzelne Umfangsabschnitte aufgerissen sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind zunächst an den Rändern
des Bandes 1 Spitzen 3 angeformt beispielsweise angeprägt und anschließend abwechselnd
nach beiden Seiten aus der Ebene des Bandes 1 in eine zum Band im wesentlichen senkrechte
Stellung umgebogen. Die Figur 2 zeigt weiter eine vorstehend noch nicht behandelte
Möglichkeit, bei der aus der Fläche des Bandes 1 Spitzen 4 ausgestanzt und abwechselnd
nach beiden Seiten des Bandes 1 aufgebogen werden.
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Die Figur 3 zeigt als Anwendungsbeispiel der beschriebenen Kaltverbindungselemente
eine elektrische Heizeinrichtung, nämlich eine Wärmplatte für eine Kaffeemaschine,
bei der ein mit ebener Wärmeabgabefläche 5 ausgeführter Rohrheizkörper 6 mit der
Wärmedurchgangsfläche 7 einer Heizplatte 8 verbunden ist. Der Rohrheizkörper 6 besteht
in üblicherweise aus einem rohrförmigen Mantel 9, in dem ein Heizleiter 10 angeordnet
und in eine geeignete wärmeleitende Einbettmasse 11 eingebettet ist. Der Mantel
9 des Rohrheizkörpers 6 und die Heizplatte 8 bestehen aus einer Aluminium-Legierung.
Zwischen ihnen ist ein Kaltverbindungselement 12 angeordnet, das im wesentlichen
aus einem flachen Band 1 mit nach dessen beiden Seiten vorstehenden, durch Aufdornen
erzeugten ringgratförmigen Vorsprüngen 2 besteht. Zur Herstellung der Verbindung
ist das Kaltverbindungselement 12 zwischen Rohrheizkörper 6 und Heizplatte 8 angeordnet
worden. Die Vorsprünge 2 haben sich unter Druckanwendung sowohl in den Mantel 9
als auch in die Heizplatte 8 eingegraben und sind dabei vom Material dieser Bauteile
kalt umflossen worden, wobei eine Verbindung von hoher mechanischer Festigkeit mit
vorzüglichen Wärmeleitungseigenschaften entstanden ist. Die Abmessungen des Bandes
1 sind an die Abmessungen der ebenen Wärmeabgabefläche 5 des Rohrheizkörpers 6 angepaßt.
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