Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper mit einem Mantelrohr, in
dem wenigstens eine in einem Isoliermaterial eingebettete Heizwendel aus Widerstandsdraht angeordnet ist, die über Anschlußelemente mit einer elektrischen
Energieversorgungseinrichtung verbunden ist.
Derartige Rohrheizkörper werden in den verschiedenartigsten Geräten zum
Erwärmen von flüssigen und gasförmigen Medien verwendet, wie beispielsweise in Geschirrspül- oder Waschmaschinen, in Tauchsiedern usw. Um dabei die Gefahr
eines lnbrandsetzens der Maschine bzw. des Geräts infolge eines Durchbrennens
des Rohrheizkörpers bei einem Trockengehen des Rohrheizkörpers, d.h. bei einer Fortsetzung des Heizvorgangs durch den Rohrheizkörper trotz nicht mehr
vorhandenem, zu erwärmendem Medium zu vermeiden (auch als Trockenfallen bezeichnet), werden in der Praxis derartige Rohrheizkörper mit einer Überlastsicherung
versehen, die den Stromfluß durch die Heizwendel bei einem Trockenfallen des Rohrheizkörpers unterbricht. Hierbei werden sowohl Schmelzsicherungen
als auch Abschaltsicherungen verwendet. In beiden Fällen sind daher
neben den eingangs genannten Rohrheizkörper-Bestandteilen weitere Bauteile für
den Rohrheizkörper notwendig, um die Absicherung zu erreichen. Durch diese zusätzlichen
Bauteile erhöhen sich nicht nur die Herstellkosten des Rohrheizkörpers, sondern es vergrößert sich auch der Montageaufwand, der zu einer nochmaligen
Kostensteigerung bei der Fertigung eines Rohrheizkörpers beiträgt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rohrheizkörper der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem eine Absicherung des Rohrheizkörpers gegen Durchbrennen auf einfache und kostengünstig zu erzielende Weise ermöglicht wird.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
vorgeschlagene Lösung eines der Heizwendel innewohnenden bzw. inhärenten Sicherungsabschnitts vereinfacht den Aufbau eines Rohrheizkörpers deutlich, da für
die notwendige Absicherung des Rohrheizkörpers keine weiteren Bauteile vorgesehen und damit auch nicht montiert werden müssen. Die Absicherung kann
hierbei auf unterschiedliche Weisen erfolgen. So kann der Sicherungsabschnitt durch eine Änderung in der Geometrie der Heizwendel und/oder des die Heizwendel
bildenden Heizwendeldrahtes gebildet sein. Ebenso besteht ergänzend oder alternativ die Möglichkeit, daß die Heizwendel im Bereich des Sicherungsabschnittes
ganz oder teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, die bei Überschreiten einer Grenztemperatur wenigstens einen Stoff abgibt, der eine Unterbrechung des
Stromflusses der Heizwendel hervorruft, vorzugweise das Materia! der Heizwendel
zerstört. Selbstverständlich können die genannten Möglichkeiten auch mehrfach vorgesehen und/oder miteinander kombiniert bzw. an mehreren Stellen hintereinander
vorgesehen werden, so daß die Heizwendel bzw. der Sicherungsabschnitt zwei oder mehr "Absicherungen" aufweist. Es ist noch zu bemerken, daß die den
Stromfluß durch die Heizwendel bei Überschreiten einer Grenztemperatur unterbrechende Beschichtung auch abschnittsweise oder vollständig an der
Heizwendel vorgesehen sein kann.
Wird der Sicherungsabschnitt durch eine Änderung in der Geometrie der Heizwende!
gebildet, so kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Heizwendel im Bereich des Sicherungsabschnittes einen gegenüber dem Durchmesser
beidseits des Sicherungsabschnittes verringerten Durchmesser aufweist. Hierdurch wird der Wärmeabflußweg von der Heizwendel zu der Rohrmantelaußenfläche
verlängert, so daß in diesem Abschnitt ein Wärme- bzw. Hitzestau mit einer gegenüber dem übrigen Rohrheizkörper deutlich höheren Temperatur vorhanden ist.
Daher wird im Falle eines Trockengehens des Rohrheizkörpers dieser Abschnitt als
erster durchbrennen. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß bei einem Durch-
brennen der Heizwendel aufgrund des größeren Weges vom Ort des Durchbrennens
der Heizwendel zu dem Mantelrohr kein Durchbrennen des Mantelrohres selbst erfolgen kann, so daß auch keine Bauteile der Maschine, bei der der erfindungsgemäße
Rohrheizkörper eingesetzt ist, in Brand gesetzt werden können.
Der einen verringerten Heizwendeldurchmesser aufweisende Sicherungsabschnitt
kann sowohl im Bereich des Isoüermaterials als auch im Bereich mindestens eines
Anschlußelements vorhanden sein. Ggf. können aber auch beide Anordnungsmöglichkeiten
bei einem Rohrheizkörper vorgesehen sein.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, daß die Heizwendel von ihrem beidseits
des Sicherungsabschnittes vorhandenen Durchmesser zu dem verringerten Durchmesser
im Bereich des Sicherungsabschnittes gleichmäßig konvergiert bzw. divergiert. Mit anderen Worten soll also die Heizwende! gleichmäßig von ihrem
"normalen" Durchmesser zu dem verringerten Durchmesser des Sicherungsabschnittes
im Durchmesser ab- bzw. zunehmen. Ebenso besteht aber die Möglichkeit, daß die Ab- bzw. Zunahme schlag- bzw. stufenartig erfolgt.
Wie bereits vorstehend darauf hingewiesen worden ist, kann der Sicherungsabschnitt
alternativ oder zusätzlich durch eine Änderung in der Geometrie des Heizwendeldrahtes gebildet sein. Hierbei kann insbesondere der Draht im Bereich
des Sicherungsabschitts eine verringerte Querschnittsfläche aufweisen. Die Querschnittsfläche des Heizwendeldrahtes kann dabei nach der Grenztemperatur
bestimmt werden, bei der der Heizwendeldraht durchbrennen soll. Schon bei einem geringen Überschreiten dieser Grenztemperatur erfolgt ein Durchbrennen des
Heizwendeldrahtes, so daß der Stromfluß in der Heizwendel unterbrochen wird.
Wie ebenfalls bereits vorstehend darauf hingewiesen worden ist, kann der
Sicherungsabschnitt weiterhin alternativ oder ergänzend durch eine ganz oder teilweise vorgesehene Beschichtung auf dem Draht der Heizwendel gebildet sein,
die bei Überschreiten einer Grenztemperatur wenigstens einen Stoff abgibt, der eine
Unterbrechung im Stromfluß der Heizwendel bewirkt, besonders das Material der Heizwendel zerstört.
Weiterhin besteht alternativ oder ergänzend die Möglichkeit, daß im Bereich des
Sicherungsabschnitts ein Sicherungselement in den Sicherungsabschnitt eingeschoben
und/oder auf den Sicherungsabschnitt aufgeschoben ist. Dieses Sicherungselement kann verschiedene Aufgaben erfüllen. So kann es beispielsweise zum
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Verbessern des Abschaltverhaltens des Rohrheizkörpers herangezogen werden.
Darüber hinaus kann das Sicherungselement zur Versteifung des Sicherungsabschnittes
bzw. zu dessen Stabilität beitragen:
Als Sicherungselement können die unterschiedlichsten geometrischen Formen
herangezogen werden. So besteht zum einen die Möglichkeit, daß das Sicherungselement
durch eine Halbschale oder durch einen tangential an der Heizwendel anliegenden, ebenen Materialstreifen gebildet ist. Ebenso besteht die Möglichkeit,
daß das Sicherungselement durch ein Rohrstück oder ein geschlitztes Rohr gebildet
ist. Hierbei kann das SScherungselement aus einem Materialstreifen gebildet sein
oder aber aus mindestens zwei miteinander durch Falzungen verbundene Materialstreifen.
Zum Halten des Sicherungselements im Sicherungsabschnitt kann weiterhin
vorgesehen sein, daß das Sicherungselement durch ein Verbindungsmittel, vorzugsweise durch einen Kleber an dem Sicherungsabschnitt fixiert ist. Hierbei
kann das Verbindungsmittel eine solche chemische Zusammensetzung aufweisen, daß es bei Erreichen einer Grenztemperatur leitfähig, die Heizwendel dadurch
kurzgeschlossen und somit der Stromfluß in dem Rohrheizkörper unterbrochen wird. Ergänzend oder alternativ besteht hierzu die Möglichkeit, daß das Verbindungsmittel
bei Erreichen einer Grenztemperatur wenigstens einen Stoff abgibt, der die Heizwendel zerstört.
Je nach Aufgabe und/oder Funktionsprinzip des Sicherungselements, kann das
Sicherungselement aus einem elektrisch gut leitenden Material, vorzugsweise aus Stahl hergestellt sein und an seiner Innen- und/oder Außenumfangsfläche eine
elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen, die bei Überschreiten einer Grenztemperatur schmilzt, so daß die Heizwendel durch das Sicherungselement
kurzgeschlossen wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, daß das Sicherungselement
aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material, vorzugsweise aus Glas oder Email besteht, und an seiner Innen- und/oder Außenumfangsfläche eine Beschichtung
aufweist, die bei Überschreiten einer Grenztemperatur die Heizwendel zerstört, zum Beispiel dadurch, daß die Beschichtung schmilzt und dabei als Säure die
Heizwendel zerstört.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Ausführungsbeispiele werden
nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
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Figur 1 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Abschnitt eines
erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den in Figur 1 gezeigten
Abschnitt eines Rohrheizkörpers mit einem aufgeschobenen Rohrstück;
Figur 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch den in Figur 1 gezeigten
Abschnitt eines Rohrheizkörpers mit einem eingeschobenen Rohrstück;
Figur 4 einen vergrößerten Längsschnitt durch den in Figur 1 gezeigten
Abschnitt eines Rohrheizkörpers mit sowohl einem aufgeschobenen als auch einem eingeschobenen Rohrstück;
Figur 5 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Abschnitt eines
Rohrheizkörpers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Figur 6 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Abschnitt eines
Rohrheizkörpers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevor mit der Beschreibung der Ausführungsbeispiele fortgefahren wird, ist zu
bemerken, daß in den beigefügten Zeichnungsfiguren 1 bis 6 gleiche Bauteile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In den Figuren 1 bis 6 ist jeweils nur ein Abschnitt eines Rohrheizkörpers 10
gezeigt. Grundsätzlich kann der Rohrheizkörper 10 aus einem vorzugsweise einen
zylindrischen Querschnitt aufweisenden Mantelrohr 12 aus beispielsweise Stahl und
einer aus einem elektrischen Widerstandsdraht gebildeten Heizwende! 14 bestehen,
die in Isoliermaterial 16, vorzugsweise Magnesiumoxid, etwa mittig in dem Mantelrohr 12 angeordnet ist und die über Anschlußelemente 18 (vgl. Fig. 5)
elektrisch mit einer nicht weiter dargestellten Energiequelle verbunden ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers 10 ist in
Figur 1 gezeigt. Hierbei wird ein durch die Heizwendel 14 selbst gebildeter
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Sicherungsabschnitt 20 dadurch erzeugt, daß innerhalb des Sicherungsabschnittes
20 die Heizwendel 14 einen gegenüber ihren beidseits des Sicherungsabschnittes
20 vorhandenen Durchmesser bzw. Dorndurchmesser geringeren Durchmesser bzw. Dorndurchmesser aufweist. Es ist zu bemerken, daß ein derartiger, einen
geringeren Heizwendeldurchmesser aufweisender Sicherungsabschnitt 20 auch an mehreren Stellen innerhalb des Rohrheizkörpers 10 vorgesehen sein kann.
Wie aus Figur 1 hervorgeht, wird durch die Verringerung des Durchmessers der
Heizwendel 14 erreicht, daß sich der Wärmeabflußweg von der Heizwendel 14 zu
der Außenfläche 12a des Mantelrohres 12 gegenüber den Abschnitten der Heizwendel 14 ohne verringerten Durchmesser verlängert. Wird der Rohrheizkörper
10 in einem Zustand betrieben, wo das von ihm zu erhitzende Medium nicht mehr
vorhanden ist und somit auch den Rohrheizkörper 10 nicht mehr kühlen kann {Trockengang), wird durch den längeren Weg von der Heizwendel 16 zu der
Außenfläche 12a des Mantelrohres 12 ein gegenüber dem Bereich des Rohrheizkörper
10 beidseits des Sicherungsabschnitts 20 größerer Wärme- bzw. Hitzestau
erzeugt, der zu einem Durchbrennen der Heizwendel 14 im Bereich des Sicherungsabschnittes
20 führt. Dies geschieht bevor die Heizwendel 14 in denjenigen Bereichen des Rohrheizkörpers 10 durchbrennt, die den normalen Durchmesser
aufweisen. Da im Bereich des Sicherungsabschnittes 20 mehr Isoliermaterial 16 um
die Heizwendel 14 herum vorhanden ist, wird darüber hinaus gleichzeitig ein Durchbrennen des Mantelrohres 1 2 vermieden.
In Figur 2 ist eine Abwandlung der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers 10 gezeigt. Hierbei ist über den den Sächerungsabschnitt 20 bildenden Bereich der Heizwendel 14 ein Rohrstück 22
aufgeschoben. Dieses Rohrstück 22 kann entweder bereits bei der Herstellung der Heizwendel 14 an dem Sicherungsabschnitt 20 vorgesehen werden, oder nach
Fertigstellung des Sicherungsabschnittes 20 durch Herumschlingen eines Materialstreifens um den Sicherungsabschnitt 20. Das Rohrstück 22 kann mehrere
Aufgaben besitzen. So besteht zum einen die Möglichkeit, daß das Rohrstück 22 aus einem gut elektrisch leitenden Material hergestellt ist, wobei an der Innenumfangsfläche
des Rohrstücks 22 eine elektrisch isolierende Beschichtung aufgebracht ist. Erreicht der Rohrheizkörper 10 eine Grenztemperatur, bei der er
abgeschaltet werden soll, wird durch die dabei entstehende Hitze die an der
Innenumfangsfläche des Rohrstücks 22 vorhandene Beschichtung geschmolzen.
Durch Wegfall der Beschichtung verbindet das Rohrstück 22 die Heizwendel 14
elektrisch leitend und schließt diese somit kurz. Hierdurch kann die Heizwendel 14
im Bereich des Sächerungsabschnittes 20 durchbrennen. Ein Durchbrennen des
Rohrheizkörpers 10 in seiner Gesamtheit wird hierdurch vermieden. Weiterhin kann
das Rohrstück 22 die Heizwendel 14 im Bereich des Sicherungsabschnittes 20
stabilisieren. Die vorstehend erwähnte Beschichtung kann dabei zusätzlich eine Verbindungsfunktion, d.h. beispielsweise ein Kleber sein, durch den das Rohrstück
22 in der Heizwendel 17 fixiert wird.
In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform des in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen
Rohrheizkörpers 10 gezeigt. Hierbei ist ein Rohrstück 24 im Bereich des
Sicherungsabschnittes 20 in die Heizwendel 14 eingeschoben. Auch hier kann das
Rohrstück 24 verschiedene Funktionen haben. So besteht, ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2, die Möglichkeit, daß das Rohrstück 24 aus gut
elektrisch leitendem Material hergestellt ist und an seiner Außenumfangsfläche mit
einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist. Bei Überschreiten einer
Grenztemperatur wird diese Beschichtung geschmolzen, so daß das Rohrstück 24 die Heizwendel 14 kurzschließt und somit einen weiteren Stromfluß durch die
Heizwendel 14 unterbindet. Weiterhin kann das Rohrstück 24 die Heizwendel 14
im Bereich des Sicherungsabschnittes 20 versteifen. Auch hier kann die Beschichtung
eine Verbindungsfunktion zum Beispiel in Form eines Klebers aufweisen.
In der Figur 4 ist eine Kombination der beiden Ausführungsbeispiele der Figuren 2
und 3 gezeigt, d.h., daß sowohl ein Rohrstück 22 als auch ein Rohrstück 24 an dem Sicherungsabschnitt 20 vorgesehen sind. Die Aufgaben dieser beiden
Rohrstücke 22, 24 entsprechen denen, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 erläutert worden sind.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers
10 gezeigt. Hierbei ist der Sicherungsabschnitt 20 nicht im Verlauf der Heizwendel 14 innerhalb des Rohrheizkörpers 10 vorgesehen, sondern im Bereich
eines Anschlußelementes 18. Im übrigen besitzt aber diese Ausführungsform die
gleiche Funktionsweise wie sie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der
Figur 1 erläutert worden ist.
Schließlich zeigt die Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Rohrheizkörpers 10. Hierbei wird der Sicherungsabschnitt 20 durch eine
Verringerung der Querschnittsfläche des die Heizwendel 14 bildenden Drahtes erzeugt. Geht hierbei der Rohrheizkörper 10 trocken, so wird aufgrund der dann
erhöhten Temperatur und des geringen Querschnittes des Drahtes im Bereich des
Sicherungsabschnittes 20 der Draht der Heizwendel 14 durchbrennen bzw.
durchschmelzen, so daß der Stromfluß durch die Heizwendel 14 unterbrochen wird
und ein weiteres Durchbrennen des Rohrheizkörpers 10, insbesondere ein Durchbrennen nach außen verhindert wird.
Es ist noch zu bemerken, daß der Übergang der Heizwendel 14 von ihrem
Durchmesser beidseits des Sicherungsabschnittes 20 zu dem Sicherungsabschnitt 20 abrupt oder konvergierend bzw. divergierend, wie es in den Figuren 1 bis 6
gezeigt ist, ausgestaltet sein kann.
Abschließend ist noch zu bemerken, daß der Sicherungsabschnitt 20 auch dadurch
gebildet sein kann, daß die Heizwendel 14 im Bereich des Sicherungsabschnittes
20 mit einer Beschichtung versehen ist, die bei Erreichen einer Grenztemperatur wenigstens einen Stoff abgibt, der den Stromfluß in der Heizwendel unterbricht,
insbesondere die Heizwendel zerstört. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen,
daß die Beschichtung bei Überschreiten der Grenztemperatur eine Säure abgibt, die
den Heizwendeldraht zerstört. Des weiteren ist zu bemerken, daß, wie dies bereits
vorstehend erwähnt wurde, das Rohrstück 22, 24 an dem Sicherungsabschnitt 20 mittels eines Verbindungsmittels, vorzugsweise eines Klebers fixiert sein kann, der
bei Erreichen einer Grenztemperatur wenigstens einen Stoff abgibt, der die Heizwendel zerstört oder der bei Erreichen einer Grenztemperatur leitfähig wird, so
daß die Heizwendel kurzgeschlossen und damit zerstört wird. Hierbei kann je nach
Auswahl des Verbindungsmittels das Rohrstück aus einem elektrisch gut leitenden Material, vorzugsweise Stahl oder einem elektrisch nicht leitfähigen Material,
vorzugsweise Glas oder Email hergestellt sein. Schließlich ist noch zu bemerken,
daß anstelle eines Rohrstücks auch eine Halbschale und dgl. vorgesehen sein kann.