-
ELEKTRISCHE WIDERSTANDSHEIZEINRICHTUNG
-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung,
mit einem Grundkörper und mit mindestens einem in einem Aufnahmekanal des Grundkörpers
angeordneten Widerstandsheizelement.
-
Widerstandsheizeinrichtungen des vorstehend beschriebenen grundsätzlichen
Aufbaus sind in der Praxis in verschiedensten Ausführungsformen bekannt und werden
für verschiedenste Anwendungszwecke eingesetzt. Der Grundkörper kann dabei sowohl
aus einem Isoliermaterial geeigneter Wärmebeständigkeit als auch - bei entsprechender
Isolation der Widerstandsheizelemente - aus elektrisch leitendem Material bestehen.
-
In jedem Fall weist der Grundkörper einen oder mehrere Aufnahmekanäle
auf, in denen je ein Widerstandsheizelement untergebracht ist, das üblicherweise
aus einer Wendel aus Widerstandsdraht besteht und in eine in den Aufnahmekanal eingebrachte
Einbettmasse eingebettet ist.
-
Üblicherweise sind die Widerstandsheizelemente zum Anschluß - in Parallel-
oder in Reihenschaltung - an ein und dieselbe Speisespannung, beispielsweise Netzspannung
eingerichtet. Dies bereitet etwa bei üblichen Haushaltsgeräten auch keine Schwierigkeiten.
Es kommt jedoch vor, daß ein Betrieb der Widerstandsheizeinrichtung mit unterschiedlichen
Speisespannungen gewünscht wird, wobei selbstverständlich bei jeder Betriebsweise
die erforderliche volle Heizleistung zur Verfüung stehen soll.
-
Dies gilt beispielsweise für einen Anwendungsfall, auf den die Erfindung
sich insbesondere bezieht, nämlich bei Widerstandsheizeinrichtungen für Camping-Kühlschränke,
die nach dem Verdampferprinzip arbeiten. Solche Camping-Kühlschränke müssen, um
ein Abtauen zu verhindern, ständig betrieben werden und werden daher während der
Fahrt aus der Kraftfahrzeugbatterie gespeist, während sie bei stationärer Aufstellung,
etwa auf einem entsprechend ausgerüsteten Campingplatz, zur Schonung der Fahrzeugbatterie
an das Stromversorgungsnetz angeschlossen, das jedoch gegenüber der Fahrzeugbatterie
eine wesentlich höhere Speisespannung bietet.
-
Die Umsetzung einer bestimmten, erforderlichen elektrischen Leistung
mit ein und demselben Widerstandsheizelement bei unterschiedlichen Speisespannungen
ist - zumindest bei vernünf tiger Anpassung an die elektrischen und thermischen
Verhältnisse - unmöglich. Folglich müssen entsprechend der Zahl unterschiedlicher
Speisespannungen, mit denen ein Betrieb möglich sein soll, mehrere Widerstandsheizelemente
vorgesehen werden. Dabei ergeben sich jedoch Probleme. Soweit bisher überhaupt Versuche
unternommen worden sind, im Rahmen einer einzigen elektrischen Widerstandsheizeinrichtung
mehrere,
mit erheblich verschiedenen Speisespannungen betreibbare Widerstandsheizelemente
vorzusehen, haben diese Versuche nicht zum Erfolg geführt. Der Grund dafür liegt
darin, daß es mit derartigen Anordnungen bisher nicht gelungen ist, die einschlägigen
Sicherheitsvorschriften (des VDE oder entsprechender ausländischer Elektrotechnischer
Kommisionen) einzuhalten. Nach diesen Sicherheitsvorschriften wird für Geräte die
getrennte Heizelemente od. dgl für Kleinspannung und für Netzspannung aufweisen,
verlangt, daß auch bei einem Bruch der Betriebsisolierung, etwa des Grundkörpers,
auf keinen Fall Netzspannung an die Kleinspannungsklemmen gelangen kann. Diese Forderung
hat bisher nur dadurch erfüllt werden können, daß selbständige und völlig getrennte
Widerstandsheizeinrichtungen einerseits für Kleinspannung und andererseits für Netzspannung
vorgesehen worden sind, die durch einen sog. Umlegungsschalter verbunden sind, der
bei einem Bruch der Betriebsisolierung verhindert, daß Netzspannung an die Kleinspannungsseite
gelangt.
-
Diese bekannten Maßnahmen sind aufwendig wegen der Notwendigkeit,
mehrere selbständige Widerstandsheizeinrichtungen in Verbindung mit einem verhältnismäßig
komplizierten und aufwendigen Schalter vorzusehen. Es kommt hinzu, daß die Anordnung
mehrerer selbständiger Widerstandsheizelemente auch in konstruktiver Hinsicht, etwa
bei der Auslegung des Kühlschrank-Verdampfers, Schwierigkeiten mit sich bringt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Widerstandsheizeinrichtung
der vorstehend erläuterten Gattung zu schaffen, die einen Betrieb mit unterschiedlichen
Speisespannungen, insbesondere sowohl mit Klein- als auch mit Netzspannung
erlaubt,
dabei den einschlägigen Sicherheitsvorschriften genügt und sich in einfacher und
kostengünstiger Weise herstellen läßt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer elektSischen Widerstandsheizeinrichtung
der vorstehend beschriebenen Gattung gelöst, die gekennzeichnet ist durch mindestens
zwei an unterschiedliche Speisespannungen anschließbare Widerstandsheizelemente,
wobei die Widerstandsheizelemente in voneinander getrennten Aufnahmekanälen angeordnet
sind und wobei zwischen den Aufnahmekanälen von Widerstandsheizelementen unterschiedlicher
Speisespannung ein an eine Erdung anschließbares elektrisch leitendes Trennblech
angeordnet ist.
-
Im Rahmen der Erfindung können zu jeder Speisespannung auch mehrere,
parallel oder in Reihe geschaltete Widerstandsheizelemente vorgesehen sein, wobei
vorzugsweise Widerstandsheizelemente gleicher Speisespannung gruppenweise nebeneinander
liegen. In jedem Fall wird dabei die Anordnung so getroffen, daß Widerstandsheizelemente
unterschiedlicher Speisespannung voneinander durch das Trennblech getrennt sind.
-
Kommt es dabei zu einem Bruch der Betriebsisolierung, etwa durch Bruch
des Grundkörpers oder dadurch, daß eine Spannungszuführung sich durch Leiterbruch
od. dgl. löst, so kommt es allenfall zu einem leitenden Kontakt eines spannungsführenden
Teils mit dem Trennbiech mit der Folge eines Kurzschlußes, durch den das Gerät außer
Betrieb gesetzt wird. Die Möglichkeit der Verschleppung von Netzspannung zur Kleinspannungsseite
ist dabei ruder allen Umständen ausgeschlossen. Im einzelnen bestehen zahlreiche
vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten. Der Grundkörper ist vorzug 5 weise prismen-
oder zylinderförmig ausgebildet, wobei die Aufnahmekanäle den Grundkörper über seine
ganze Länge und im wesentlichen parallel zur Prismen- bzw. Zylinderlängs
achse
durchsetzen. Der Grundkörper besteht üblicherweise aus Isoliermaterial, etwa aus
geeignetem Kunststoff oder vorzugsweise aus Keramik und läßt sich bei dieser Ausführungsform
in kostengünstiger Weise als Strangmaterial herstellen.
-
Hinsichtlich der Anordnung des Trennblechs bestehen verschiedene Möglichkeiten.
So kann bei einer ersten Ausführungsform der Grundkörper aus mindestens zwei Segmenten
zusammengesetzt sein, wobei in jedem Segment nur Widerstandsheizelemente gleicher
Spezespannung vorgesehen sind und das Trennblech zwist en den Segmenten angeordnet
ist.
-
Die ganze Anordnung von Segmenten und Trennblech kann durch einen
umgebenden Mantel, durch Schellen od. dgl.
-
miteinander verbunden bzw. verspannt und ggfls. außerdem verkittet
sein. Eine andere Möglichkeit ist dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper einen
zu seiner Längsachse im wesentlichen parallelen Aufnahmeschlitz aufweist und das
Trennblech in den Aufnahmeschlitz eingesetzt ist.
-
Dabei empfiehlt es sich, daß der Aufnahmeschlitz gleichfalls den Grundkörper
über dessen ganze Länge durchsetzt.
-
Mit einer weiteren Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß der
Grundkörper an mindestens einer Stirnseite Einsenkungen aufweist, daß die Aufnahmekanäle
von Widerstandsheizelementen gleicher Speisespannung in je eine gemeinsame Einsekung
münden und daß die elektrischen Anschlüsse bzw. Verbindungen der Widerstandheizelemente
in den Einsenkungen angeordnet sind. Damit wird eine weitere Sicherung dagegen erreicht,
daß bei einem Leiterbruch im Bereich der Heizelementanschlüsse eine Spannungsverschleppung
eintritt. Unterschiedlichen Speisespannungen sind dabei jeweils getrennte Einsenkungen
zugeordnet. Vorzugsweise werden die Anschlüsse bzw. Verbindungen der Widerstandsheizelemente
an beiden Seiten des Grundkörpers in dieser Weise versenkt angeordnet.
-
Das erfindungsgemäß vorgesehene Trennblech weist vorzugsweise eine
derartige Länge auf, daß es die Anschlußenden der Widerstandsheizelemente überragt.
Dabei empfiehlt es sich weiter, denGrundkörper überragende Endabschnitte des Trennbelchs
zur Stirnseite hin umzubiegen, so daß diese jeweils eine Einsenkung überdecken.
Das führt zu einer weiteren Sicherung gegen eine Spannungsverschleppung im Fall
eines Leiterbruchs im Bereich der Anschlüsse und bewirkt zugleich eine Fixierung
des Trennblechs im Aufnahmeschlitz.
-
Weiter besteht die bereits angedeutete Möglichkeit, in jedem Fall
den Grundkörper mit einem elektrisch leitenden Mantel zu umgeben. Vorzugsweise wird
der Grundkörper mit einem wärmeleitenden Kitt, beispielsweise entsprechend eingestelltem
Silikonkautschuk, in den Mantel eingekittet. Dabei kann der Mantel mit endseitig
angeformten Lappen versehen werden und können die Lappen zur Stirnseite des Grundkörpers
hin umgebogen werden und jeweils eine Einsenkung überdecken0 Der damit bewirkte
Abschluß der Einsenkungen bewirkt - entsprechend den umgebogenen Endabschnitten
des Trennblechs -eine weitere Sicherung gegen Spannungsverschleppung und führt zugleich
zu einer Fixierung des Mantels gegenüber dem Grundkörper.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert.
-
Es zeigen: Figur 1 eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung im
Längs schnitt, Figur 2 den Gegenstand der Figur 1 im Querschnitt,
Figur
3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 2.
-
Die in der Fig. 1 dargestellte elektrische Widerstandsheizeinrichtung
ist für den Verdampfer eines Camping-Kühlschranks vorgesehen und besteht im wesentlichen
aus einem Grundkörper 1, der mit Aufnahmekanälen 2 versehen ist, und in den Aufnahmekanälen
2 angeordneten Widerstandheizelementen 3. Damit ein Betrieb einerseits mit einer
Kleinspannung, etwa von 12 V, wie sie mit einer Kraftfahrzeugbatterie zur Verfügung
steht, und andererseits mit Netzspannung-von beispielsweise 220 V möglich ist, sind
an entsprechend unterschiedliche Speisespannungen anschließbare Widerstandsheizelemente
vorgesehen, nämlich Kleinspannungsheizelenente 3 a und Netzspannungsheizelemente
3b. Zur Anpassung hinsichtlich des elektrischen Widerstandes und der erforderlichen
umgesetzten Leistung sind jeweils mehrere einzelne Heizelemente 3 in Reihe geschaltet.
Die Widerstandheizelemente 3 sind als Wendeln aus Widerstandsdraht ausgeführt und
an Verbindungen 4 untereinander bzw. Anschlüssen 5 mit elektrischen Zuleitungen
verbunden.
-
Der Grundkörper 1 ist, wie die Figuren deutlich zeigen, zylinderförmig
ausgebildet und besteht aus einem Keramikmaterial. Die Aufnahmekanäle 2, die entsprechend
dem Querschnitt der Widerstandsheizelemente 3 kreisförmigen Querschnitt aufweisen,
verlaufen im wensetlichen parallel zur Zylinderlängsachse 6 und erstrecken sich
über die ganze Länge des Grundkörpers 1. Die Aufnahmekanäle 2 für die Kleinspannungsheizelemente
3a einerseits und die Netzspannungsheizelemente 3b andererseits sind jeweils gruppenweise
angeordnet, und zwischen den Gruppen von Aufnahmekanälen 2 für Widerstandsheizelemente
3 von unterschiedlicher Speisespannung ist ein Trennblech 7 angeordnet, das geerdet
bzw.
-
mit dem Masseanschluß einer Kraftfahrzeugs verbunden werden kann.
Das Trennblech 7 erstreckt sich im wesentlichen
über den ganzen
Durchmesser des Grundkörpers 1, sodaß selbst bei einem Bruch des Grundkörpers ein
ein unmittelbarer Kontakt zwischen Kleinspannung und Netzspannung führenden Leitern
unmöglich ist.
-
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbaspiel ist der Grundkörper
einstückig ausgeführt und mit einem Aufnahmeschlitz 8 versehen, in den das Trennblech
7 eingesetzt ist. Der Grundkörper 1 ist mit wärmeleitendem Silikonkautschuk 9 in
einen umfangsseitig geschlossenen Mantel lo aus elektrisch leitendem Blech eingekittet,
der einen mechanischen Schutz bewirkt und gleichfalls an eine Erdung angeschlossen
werden kann.
-
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der-Grundkörper
1 aus zwei Segmenten von im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt zusammengesetzt,
von denen ein Segment 1a nur Aufnahmekanäle 2 für Kleinspannungsheizelemente 3a
und das andere Segment Ib nur Aufnahmekanäle 2 für Netzspannungsheizelemente 3b
aufweisen. Zwischen die Segmente 1 a, b ist das Trennblech 7 eingelegt, und die
ganze Anordnung ist mittels wärmeleitenden Silikonkautschuk 9 in einen umgebenden
metallischen Mantel 1o eingekittet und dadurch zusammengehalten.
-
Bei beiden dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Grundkörper
1 an seinen Stirnseiten mit Einsenkungen 11 in Form von bogenförmig verlaufenden
Nuten versehen, in denen die Aufnahmekanäle 2 münden. Dabei ist die Anordnung so
getroffen, daß in jeweils eine Einsenkung 11 nur Aufnahmekanäle 2 von Widerstandsheizelementen
3 gleicher Speisespannung münden. Die Verbindungen 4 und Anschlüsse 5 der Widerstandsheizelemente
3 sind in den Einsenkungen 11 untergebracht.
-
Anhand der Fig. 1 ist zu erkennen, daß das Trennblech 7 die Anschlußenden
der Widerstandsheizelemente 3 sowie den Grundkörper 1 überragt. Die den Grundkörper
1 überragenden Endabschnitte 12 des Trennblechs 7 sind jeweils zur Stirnseite des
Grundkörpers 1 umgebogen, und zwar so, daß sie jeweils eine der Einsenkungen 11
mit den darin liegenden Verbindungen 4 bzw. Anschlüssen 5 überdecken.
-
Dabei ist selbstverständlich dafür gesorgt, daß die Anschlußleitungen
14 störungsfrei aus den Einsenkungen 11 herausgeführt sind.
-
Wie die Fig. 1 weiter zeigt, sind an die Stirnseiten des Mantels 10
Lappen 13 angeformt, die im zusammengebauten Zustand gleichfalls zu den Stirnseiten
des Grundkörpers 1 umgebogen sind und gleichfalls je eine der Einsenkungen 11 überdecken.
Die umgebogenen Endabschnitte 12 bzw. Lappen 13 verhindern einen Kontakt zwischen
Netzspannung bzw.
-
Kleinspannung führenden Leitern und bewirken zugleich eine Fixierung
von Trennblech 7 bzw. Mantel 10 gegenüber dem Grundkörper 1.
-
Vorstehend ist der Fall behandelt worden, daß Widerstandsheizelemente
3 für nur zwei verschiedene Speisespannungen vorgesehen sind. Selbstverständlich
besteht auch die Möglichkeit, Widerstandsheizelemente 3 für eine größere Zahl unterschiedlicher
Speisespannungen vorzusehen.