DE3343824A1 - Electrical cartridge heater - Google Patents

Electrical cartridge heater

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DE3343824A1 DE19833343824 DE3343824A DE3343824A1 DE 3343824 A1 DE3343824 A1 DE 3343824A1 DE 19833343824 DE19833343824 DE 19833343824 DE 3343824 A DE3343824 A DE 3343824A DE 3343824 A1 DE3343824 A1 DE 3343824A1
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Abstract

In the case of an electrical cartridge heater having at least one heating element which is inserted in an electrically insulated manner into a metallic, tubular sheath, consisting especially of copper, and the insulating material being compressed by reducing the diameter of the sheath, in order to avoid even overheating caused by external heating up, the jacket (1) of the heating element (3) is surrounded by an outer jacket (6) which is closed in an annular shape, is metallic, is prefabricated, is larger in diameter than the jacket (1) of the heating element (3), and is arranged coaxially with respect to the latter, which jackets together form an annular space which has cross-sections in the form of circular rings, is closed at the ends and in which connections (8), which are passed to the exterior, of a coolant pipeline (7) are inserted, which coolant pipeline (7) is helically wound and surrounds the jacket (1) of the heating element (3). The remaining intermediate spaces (interspaces) in the annular space are furthermore filled with a substance (9) which is in the form of grains and/or powder, is highly heat-conductive, and is highly compressed by reducing the sheathing. <IMAGE>

Description

Elektrischer Patronenheizkörper Electric cartridge heater

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Patronenheizkörper mit den im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Merkmalen.The invention relates to an electric cartridge heater with the Features specified in the preamble of the claim.

Derartige Patronenheizkörper sind aus dem DE-GM 74 OO 309 bekannt. Sie werden jeweils in einer entsprechend bemessenen Bohrung eines zu beheizenden Gerätes spielfrei eingesetzt, um die vom Patronenheizkörper erzeugte Wärme auf das zu beheizende Gerät nahezu verlustlos übertragen zu können.Such cartridge heaters are known from DE-GM 74 00309. They are each to be heated in a correspondingly sized hole Device used without play to transfer the heat generated by the cartridge heater to the to be able to transfer the device to be heated with almost no loss.

Ferner ist es bekannt, derartigen Patronenheizkörpern Temperaturregler zuzuordnen, die bei Erreichen der Solltemperatur den elektrischen Patronenheizkörper abschalten und bei einer gewissen Unterschreitung der Solltemperatur den Patronenheizkörper erneut einschalten, um damit die Solltemperatur in etwa konstant zu erhalten.It is also known to provide temperature regulators for such cartridge heaters assign the electric cartridge heater when the target temperature is reached switch off and when the temperature falls below the setpoint, the cartridge heater Switch it on again in order to keep the target temperature more or less constant.

Ist aber bei dem mittels des Patronenheizkörpers partiell zu beheizenden Gerät eine zusätzliche Aufheizung, zum Beispiel durch Reibungswärme zu befürchten, kann in jenem Falle bei bereits auf Solltemperatur aufgeheiztem Gerät eine zeitweise Überhitzung dessen eintreten, die mittels des auf den Patronenheizkörper wirksamen Temperaturreglers nur äußerst träge und nur so korrigiert werden, daß der Temperaturregler den Patronenheizkörper erst nach Absinken der Gerätetemperatur unter die Solltemperatur erneut einschaltet, ohne aber die zwischenzeitliche Überhitzung verhindern zu können.But is with the means of the cartridge heater partially The device to be heated requires additional heating, for example through frictional heat This can be feared in that case if the device is already heated to the set temperature a temporary overheating can occur by means of the on the cartridge heater effective temperature controller can only be corrected extremely slowly and only in such a way that the temperature controller does not remove the cartridge heater until the device temperature has dropped switches on again below the set temperature, but without overheating in the meantime to be able to prevent.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen Patronenheizkörper der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart zu verbessern, daß mit einfachen, fertigungstechnisch günstigen Mitteln und Maßnahmen eine Überhitzung sowohl des Gerätes im Bereich des Patronenheizkörpers als auch des letzteren selbst vermeidbar ist.The object of the invention is now to provide a cartridge heater in the To improve the preamble of claim 1 specified type so that with simple, manufacturing technology favorable means and measures an overheating of both the Device in the area of the cartridge heater as well as the latter itself can be avoided is.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Heizelementes von einem ringförmig geschlossenen, metallischen, vorgefertigten, im Durchmesser gegenüber dem Mantel des Heizelementes größeren und zu letzterem koaxial angeordneten Außenmantel umfaßt ist, die gemeinsam einen kreisringförmige Querschnitte aufweisenden, stirnseitig verschlossenen Ringraum bilden, in welchen eine schraubenförmig gewundene, den Mantel des Heizelementes umfassende Kühlmittelrohrleitung mit nach außen geführten Anschlüssen eingefügt ist, und daß die verbleibenden Zwischenräume im Ringraum mit körniger und/oder pulvriger, hochwärmeleitfähiger, durch Reduzieren der Ummantelung hochverdichteter Substanz ausgefüllt sind.The solution to this problem is characterized in that the jacket of the heating element from a ring-shaped, closed, metallic, prefabricated, larger and larger in diameter than the jacket of the heating element to the latter coaxially arranged outer jacket is included, which together have a circular ring-shaped Forming cross-sections, closed at the end, annular space in which a helically wound coolant conduit encompassing the jacket of the heating element with outwardly led connections is inserted, and that the remaining spaces in the annulus with granular and / or powdery, highly thermally conductive, by reducing the casing of highly compressed substance are filled.

Auf diese Weise erhält man einen elektrischen Patronenheizkörper der wahlweise auch als Kühler einsetzbar ist, um erstmalig Überhitzungen des zu erwärmenden Gegenstand a priori auszuschließen.In this way an electric cartridge heater is obtained can optionally also be used as a cooler to prevent overheating of the to be heated for the first time To exclude the subject a priori.

Dabei zeichnet sich ein derartiger Patronenheizkörper auch durch eine einfache und zugleich auch kompakte Raumform aus, die zudem geeignet ist, die von der Heizung erzeugte Wärme bzw. die vom Kühlmittel ausgeübte Kühlung schnell und gleichmäßig auf die gesamte Oberfläche des Patronenheizkörpers zu übertragen.Such a cartridge heater stands out even through a simple and at the same time compact spatial shape, which is also suitable is the heat generated by the heater or the cooling exerted by the coolant to transfer quickly and evenly to the entire surface of the cartridge heater.

Dabei ist es im Sinne der Aufgabe förderlich, wenn die schraubenförmig gewundene Kühlmittelrohrleitung an mindest einem der Mäntel unmittelbar anliegend angeordnet ist.It is beneficial in the sense of the task if the helical winding coolant pipeline directly adjacent to at least one of the jackets is arranged.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen zur Verbesserung des Wärmeaustausches bestehen darin, daß der Außenmantel und die körnige und/oder pulvrige Substanz aus hochwärmeleitfähigem Metall, insbesondere aus Kupfer,bestehen, und daß außerdem zum stirnseitigen Verschließen des Ring raumes in die Ringraummündungen mindestens mit Haftsitz eingefügte Ringe, insbesondere aus Kupfer, vorgesehen sind.Further advantageous refinements to improve the heat exchange consist in that the outer jacket and the granular and / or powdery substance highly thermally conductive metal, in particular made of copper, and that also for closing the end of the annulus in the annulus mouths at least rings inserted with a tight fit, in particular made of copper, are provided.

Zur weiteren Verbesserung des Wärmeaustausches und auch zur Verminderung des Raumbedarfes für den vorbeschriebenen Patronenheizkörper ist es vorteilhaft, wenn die Kühlmittelrohrleitung so polygonal profiliert ist, daß diese unter Flächenberührung an mindestens einem der Mäntel anliegt.To further improve the heat exchange and also to reduce it the space required for the cartridge heater described above, it is advantageous to if the coolant pipeline is profiled polygonally so that it comes into contact with the surface rests against at least one of the coats.

Hierzu kennzeichnet sich eine bevorzugte Ausgestaltung dadurch, daß die Kühlmittelrohrleitung mindestens annähernd rechteckig profiliert ist und daß die Kühlmittelrohrleitung mit den langen Profilseiten zur Längserstreckung der Mäntel gleichgerichtet angeordnet ist.For this purpose, a preferred embodiment is characterized in that the coolant pipeline is profiled at least approximately rectangular and that the coolant pipeline with the long profile sides for the longitudinal extension of the jackets is arranged rectified.

Dabei kann die Kühlmittelrohrleitung hintereinander angeordnete Zonen mit zueinander unterschiedlichen Windungssteigungen aufweisen, um die Kühlung an vorbestimmbaren Stellen des Patronenheizkörpers zu verstärken bzw. zu mindern.The coolant pipeline can thereby have zones arranged one behind the other with mutually different pitch pitches to the cooling to strengthen or reduce predeterminable points of the cartridge heater.

Hierzu ist es auch möglich, die Kühlmittelrohrleitung nur über einen Teil der Länge der Heizung sich erstreckend auszubilden und anzuordnen.For this purpose it is also possible to have the coolant pipeline only via one To form part of the length of the heater extending and to arrange.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorbeschriebenen Patronenheizkörpers kennzeichnet sich durch eine U-förmig gebogene Kühlmittelrohrleitung mit nebeneinander und zueinander gleichgerichteten Schenkeln, die zudem niveaugleich zueinander und mit zueinander gleichem Windungsdurchmesser schraubenförmig gewickelt sind und daß außerdem beide Endteile an einem gemeinsamen Ende des Wickels aus dem Ring raum nach außen geführt sind.An advantageous development of the cartridge heater described above characterized by a U-shaped bent coolant pipe with side by side and Legs aligned with one another, which are also level with one another and with are wound helically to each other with the same winding diameter and that in addition both end parts at a common end of the coil from the annulus to the outside are led.

Dabei können die Endteile der Kühlmittelrohrleitung etwa radial gerichtet durch entsprechende Durchbrüche im Außenmantel hindurchgeführt werden.The end parts of the coolant pipeline can be directed approximately radially be passed through appropriate openings in the outer jacket.

Eine unter Umständen bevorzugte Ausgestaltung ist hierzu dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile der Kühlmittelrohrleitungen etwa achsparallel gerichtet durch diesen entsprechende Durchbrüche in den stirnseitig angeordneten Ringen nach außen hindurchgeführt sind.A configuration that may be preferred under certain circumstances is characterized in that that the end parts of the coolant pipes directed approximately axially parallel through this Corresponding breakthroughs in the rings arranged on the end face are passed through to the outside are.

Ein bevorzugtes, einfaches und zugleich preiswertes Verfahren zur Herstellung des vorbeschriebenen Patronenheizkörpers besteht darin, daß die ursprünglich rund profilierte Kühlmittelrohrleitung beim Reduzieren des Durchmessers der Ummantelung über diese im Querschnitt polygonal profiliert und unter Flächenberührung an die Mäntel angelegt wird.A preferred, simple and at the same time inexpensive method for Manufacture of the cartridge heater described above is that the originally round profiled coolant pipeline when reducing the diameter of the jacket profiled polygonally over this in cross-section and with surface contact to the Coats being put on.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigen: Fig. 1 einen elektrischen Patronenheizkörper im Längsschnitt, Fig. 2 eine vorfabrizierte Einzelheit desselben in der Vorderansicht.1 shows an electric cartridge heater in longitudinal section, Fig. 2 shows a prefabricated detail of the same in front view.

Gemäß Figur 1 ist in einen zylindrischen Mantel 1 aus Kupfer, der an einer Stirnseite mit einer kupfernen Stirnwand 2 verschlossen ist, ein elektrischer, wendelförmiger Heizleiter 3 elektrisch isoliert eingefügt, wobei das Isoliermaterial durch Reduzieren des Mantels 1 im Durchmesser verdichtet worden ist.According to Figure 1 is in a cylindrical shell 1 made of copper, the is closed at one end with a copper end wall 2, an electrical, helical heating conductor 3 inserted in an electrically insulated manner, the insulating material has been compressed by reducing the jacket 1 in diameter.

Die elektrischen Zuleitungen 5 des Heizleiters 3 sind achsparallel gerichtet aus dem Mantel 1 herausgeführt.The electrical leads 5 of the heating conductor 3 are axially parallel directed out of the jacket 1.

Ferner ist der Mantel 1 von einem zweiten, im Durchmesser gegenüber dem Mantel 1 größeren und zu diesem koaxial angeordneten zylindrischen Mantel 6 ebenfalls aus Kupfer umfaßt, die gemeinsam einen kreisringförmig profilierten Ringraum bildet.Furthermore, the jacket 1 is from a second, im diameter compared to the jacket 1 larger and coaxially arranged to this cylindrical Sheath 6 also made of copper, which together profiled a circular ring Annular space forms.

In letzteren ist eine schraubenförmig gewundene Kühlmittelrohrleitung 7 eingefügt, deren Anschlüsse 8, wie aus Fig. 2 ersichtlich, achsparallel gerichtet sind.In the latter is a helically wound coolant tubing 7 inserted, the connections 8, as can be seen from Fig. 2, directed axially parallel are.

Die verbleibenden Zwischenräume im Ringraum sind mit körniger und/oder pulvriger Substanz 9 aus Kupfer ausgefüllt.The remaining spaces in the annulus are granular and / or filled with powdery substance 9 made of copper.

Stirnseitig des Ringraumes sind Ringe 10 dichtschließend eingefügt und die Substanz 9 ist durch Reduzieren des Mantels 6 im Durchmesser verdichtet worden, wobei die Isoliermasse 4 erneut verdichtet werden kann.Rings 10 are inserted tightly on the face of the annular space and the substance 9 is compressed by reducing the shell 6 in diameter been, wherein the insulating compound 4 can be compressed again.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kühlmittelrohrleitung 7 ursprünglich kreisringförmige Querschnitte aufweist, die dann beim Reduzieren des Manteldurchmessers zu im wesentlichen rechteckigen Rohrquerschnitten umgeformt und dabei an die Mäntel 1 und 6 unter Flächenberührung angelegt werden.It is advantageous if the coolant pipe 7 originally Has circular cross-sections, which then when reducing the jacket diameter formed into substantially rectangular tube cross-sections and thereby at the coats 1 and 6 are applied with surface contact.

Um beide Anschlüsse 8 der Kühlmittelrohrleitung 7 aus einem gemeinsamen Ende des Patronenheizkörpers herausführen zu können, ist die Kühlmittelrohrleitung 7, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zunächst mittig ihrer Längserstreckung U-förmig so gebogen worden, daß beide Schenkel zueinander gleichgerichtet verlaufen.To both connections 8 of the coolant pipe 7 from a common To be able to lead out the end of the cartridge heater is the coolant pipe 7, as can be seen from FIG. 2, initially in the middle of its longitudinal extension in a U-shape been bent so that both legs run in the same direction.

Anschließend daran sind dann beide Schenkel gemeinsam mit zueinander gleichem Windungsdurchmesser schraubenförmig gewickelt worden, wonach dann die die Anschlüsse 8 bildenden Schenkelendteile achsparallel abgebogen worden sind, um sie durch entsprechend profilierte Durchbrüche in einem der Ringe 10 nach außen führen zu können.Then both legs are then together with each other has been wound helically with the same winding diameter, after which the the Connections 8 forming leg end parts have been bent axially parallel to them lead through appropriately profiled openings in one of the rings 10 to the outside to be able to.

In Figur 1 hat die Kühlmittelrohrleitung 7 eine Zone mit kleiner Windungssteigung und eine zweite Zone mit großer Windungssteigung, um in diesen Bereichen die Kühlung zu verstärken bzw. zu mindern.In Figure 1, the coolant pipeline 7 has a zone with a small pitch and a second zone with a steep spiral pitch for cooling in these areas to increase or decrease.

In der dem Boden 2 abgewandten Mündung des Mantels 1 ist noch ein Verschlußstopfen 11 herkömmlicher Art dichtschließend angeordnet, den die elektrischen Zuleitungen 5 durchdringen.In the mouth of the shell 1 facing away from the bottom 2 there is still a Sealing plug 11 of conventional type arranged tightly, the electrical Penetrate feed lines 5.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.All new items disclosed in the description and / or drawing and combination features are considered essential to the invention.

Claims (13)

Patentansprüche: Elektrischer Patronenheizkörper mit mindestens einem Heizelement, das in eine metallische, rohrförmige Ummantelung, insbesondere aus Kupfer, elektrisch isoliert eingesetzt ist, und wobei das Isoliermaterial durch Reduzieren der Ummantelung verdichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (1) des Heizelementes (3) von einem ringförmig geschlossenen, metallischen, vorgefertigten, im Durchmesser gegenüber dem Mantel (1) des Heizelementes (3) größeren und zu letzterem koaxial angeordneten Außenmantel (6) umfaßt ist, die gemeinsam einen kreisringförmige Querschnitte aufweisenden, stirnseitig verschlossenen Ringraum bilden, in welchen eine schraubenförmig gewundene, den Mantel (1) des Heizelementes (3) umfassende Kühlmittelrohrleitung (7) mit nach außen geführten Anschlüssen (8) eingefügt ist, und daß die verbleibenden Zwischenräume im Ringraum mit körniger und/ oder pulvriger, hochwärmeleitfähiger, durch Reduzieren der Ummantelung hochverdichteter Substanz (9) ausgefüllt sind. Claims: Electric cartridge heater with at least one Heating element in a metallic, tubular casing, in particular made of Copper, electrically insulated is used, and wherein the insulating material through Reducing the jacket is compacted, characterized in that the jacket (1) of the heating element (3) from a ring-shaped, closed, metallic, prefabricated, in diameter compared to the jacket (1) of the heating element (3) larger and to the latter coaxially arranged outer jacket (6) is comprised, which together have an annular shape Forming cross-sections, closed at the end, annular space in which a helically wound one encompassing the jacket (1) of the heating element (3) Coolant pipeline (7) with external connections (8) is inserted, and that the remaining spaces in the annulus with granular and / or powdery, highly thermally conductive, more highly compressed by reducing the sheath Substance (9) are filled out. 2. Patronenheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmig gewundene Kühlmittelrohrleitung (7) an mindest einem der Mäntel (1,6) unmittelbar anliegend angeordnet ist.2. cartridge heater according to claim 1, characterized in that the helically wound coolant pipe (7) on at least one of the jackets (1,6) is arranged directly adjacent. 3. Patronenheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (6) aus hochwärmeleitfähigem Metall, insbesondere aus Kupfer besteht.3. cartridge heater according to claim 1 or 2, characterized in that that the outer jacket (6) made of highly thermally conductive metal, in particular made of copper consists. 4. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die körnige und/ oder pulvrige Substanz (9) zumindest vorwiegend aus Kupfer besteht.4. cartridge heater according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the granular and / or powdery substance (9) at least predominantly is made of copper. 5. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum stirnseitigen Verschließen des Ringraumes in die Ringraummündungen mindestens mit Haftsitz eingefügte Ringe (10), insbesondere aus Kupfer vorgesehen sind.5. cartridge heater according to one of claims 1 to 4, characterized in that that for the frontal closing of the annular space in the annular space mouths at least rings (10), in particular made of copper, are provided with a tight fit. 6. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohrleitung (7) so polygonal profiliert ist, daß diese unter Flächenberührung an mindestens einem der Mäntel (1,6) anliegt.6. cartridge heater according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the coolant pipe (7) is profiled polygonally so that it comes into contact with the surface rests against at least one of the jackets (1,6). 7. Patronenheizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohrleitung (7) mindestens annähernd rechteckig profiliert ist und daß die Kühlmittelrohrleitung (7) mit den langen Profilseiten zur Längserstreckung der Mäntel (1,6) gleichgerichtet angeordnet ist.7. cartridge heater according to claim 6, characterized in that the coolant pipe (7) Profiled at least approximately rectangular is and that the coolant pipe (7) with the long profile sides to the longitudinal extent the jackets (1,6) are arranged in the same direction. 8. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohrleitung (7) hintereinander angeordnete Zonen mit zueinander unterschiedlichen Windungs-Steigungen aufweist.8. cartridge heater according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the coolant pipeline (7) successively arranged zones with one another has different winding gradients. 9. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohrleitung (7) nur über einen Teil der Länge des elektrischen Heizelementes (3) sich erstreckend ausgebildet und angeordnet ist. 9. cartridge heater according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the coolant pipe (7) only over part of the length of the electrical Heating element (3) is designed and arranged to extend. 10. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine U-förmig gebogene Kühlmittelrohrleitung (7) mit nebeneinander und zueinander gleichgerichteten Schenkeln, die zudem niveaugleich zueinander und mit zueinander gleichem Windungsdurchmesser schraubenförmig gewickelt sind und daß außerdem beide Endteile an einem gemeinsamen Ende des Wickels aus dem Ringraum nach außen geführt sind.10. cartridge heater according to one of claims 1 to 9, characterized by a U-shaped bent coolant pipe (7) with one another and next to one another rectified Legs that are also at the same level to each other and are helically wound with the same winding diameter and that in addition, both end parts at a common end of the coil out of the annulus are led outside. 11. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile der Kühlmittelrohrleitungen (7) etwa radial gerichtet durch entsprechende Durchbrüche im Außenmantel (6) hindurchgeführt sind.11. cartridge heater according to one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the end parts of the coolant pipes (7) directed approximately radially are passed through corresponding openings in the outer jacket (6). 12. Patronenheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Endteile der Kühlmittelrohrleitungen (7) etwa achsparallel gerichtet durch diesen entsprechende Durchbrüche in den stirnseitig angeordneten Ringen (10) nach außen hindurchgeführt sind.12. cartridge heater according to one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the end parts of the coolant pipes (7) are approximately axially parallel directed through this corresponding breakthroughs in the frontally arranged Rings (10) are passed to the outside. 13. Verfahren zur Herstellung des vorbeschriebenen Patronenheizkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprünglich rund profilierte Kühlmittelrohrleitung (7) beim Reduzieren des Durchmessers der Ummantelung über diese im Querschnitt polygonal profiliert und unter Flächenberührung an die Mäntel (1,6) angelegt wird.13. Process for the production of the cartridge heater described above, characterized in that the originally round profiled coolant pipe (7) when reducing the diameter of the jacket over this polygonal in cross-section profiled and applied to the jackets (1,6) with surface contact.
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