DE573451C - Elektrische Heizeinheit mit von einem Rohr umgebenen Heizdraehten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 1. APRIL 1933.

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M573451 KLASSE 21h GRUPPE 2

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. Dezember 1930 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft elektrische Heizeinheiten mit von einem Rohr umgebenen Heizdrähten, und zwar insbesondere jene Bauart, bei der die Heizdrähte in einem Metallmantel angeordnet und in pulverförmiges, durch Verringerung des lichten Mantelquerschnittes verdichtetes Isolationsmaterial eingebettet sind. Als Heizelement wurde bisher je nach dem Widerstandsmaterial und der Heizleistung pro Flächeneinheit entweder ein schraubenförmiger oder geradegestreckter Widerstandsdraht verwendet. In Fällen, in denen ein Heizelement mit geradem Widerstandsdraht zweckmäßig ist, war man bisher auf kleine Längen beschränkt, da sich herausstellte, daß bei dem zum Verdichten des Isolationsmaterials erforderlichen Walzen oder Schmieden der Heizeinheit der Metallmantel sich unverhältnismäßig mehr dehnt als der Widerstandsdraht, was sich bei Heizeinheiten von großer Länge mehr auswirkt als bei kurzen Heizelementen. Das hat zur Folge, daß während des Walzprozesses der Widerstandsdraht zerreißt oder an einzelnen- Stellen unzu- lässige Querschnittsschwächungen erleidet. Die geschwächten Stellen wenden nun infolge des erhöhten Widerstandes im Betrieb außerordentlich stark beansprucht, was die Lebensdauer einer solchen Heizeinheit sehr verkürzt.

Um auch einwandfreie Heizeinheiten mit. geradem Wideirstandsdraht in allen praktisch vorkommenden Längen herstellen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, als Heizelement zwei oder mehrere Heizdrähte zu verwenden, die miteinander verflochten oder · verdrillt sind. Derartig miteinander vereinigte Drähte sind ohne Aufwendung großer Zugkräfte in hohem Maße dehnungsfähig, können sich also der Längenzunahme des Mantels während des Walzprozesses ohne nennenswerte Steigerung der Zugbeanspruchung angleichen.

In Isoliermasse eingebettete, verdrillte Heizdrähte sind zwar an sich bekannt, jedoch spielt die Längsdehnbarkeit bei diesen Bauarten keine Rolle.

Bei der Herstellung einer Heizeinheit gemäß der' Erfindung wird wie folgt verfahren: Zunächst spannt man die Widerstandsdrähte mittels besonderer Anschlußstücke, die in an sich bekannter Weise eine zentrische Lage gewährleisten, in den Metallmantel ein. Dann wird der Mantel so deformiert, daß das Heizelement auch zwischen den Abschlußstücken in Abständen in einer zentrischen oder annähernd, zentrischen Lage gehalten wird. Darauf wind der Mantel mit pulverförmigem Isolationsmaterial gefüllt, dieses durch Erschüttern gleichmäßigverteilt und etwas verdichtet und schließ-

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lieh durch Walzen, Schmieden o. dgl. der ganzen Heizeinheit zu einer festen Masse dichtgepackt. Das Deformieren des Metallmantels kann z. B. dadurch erfolgen, daß man ihn in Abständen mit einander gegenüberliegenden Abflachungen oder Eindrückungen versieht, wobei zu beachten ist, daß die in der Längsachse aufeinanderfolgenden Abflachungen gegeneinander verdreht angeordnet werden. ίο In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt darin

Abb. ι einen Längsschnitt der Heizeinheit, bevor der Mantel mit Eindrückungen versehen ist,

Abb. 2 ein Stück des Metallmantels, nachdem er mit Eindrückungen versehen ist,

Abb. 3 einen Querschnitt der Heizeinheit nach der Linie 3-3 in Abb. 2, Abb. 4 ein Widerstandselement vor dem Zusammenbau mit dem Anschluß stück, Abb. 5 eine teilweise im Schnitt gezeigte

Längsansicht des Anschluß Stückes vor dem Zusammenbau mit dem Widerstandselement, Abb. 6 einen Längsschnitt der Heizeinheit, bevor sie gewalzt wird,

Abb. 7 eine Unterlegscheibe, die beim Füllen des Metallmantels mit Isolationsmasse verwendet wird,

Abb. 8 eine Teilansicht der fertigen Heizeinheit.

Die Abb. 1 zeigt ein Wideirstandselement 11, das aus zwei verdrillten Drähten n^a und ii^ft besteht und in einer zum Mantel 10 zenirischen Lage angeordnet ist. Zur Befestigung des Widerstandselementes 11, das z.B. aus einer Nickel-Chrom-Legierung oder einem anderen Material hohen spezifischen Widerstandes bestehen möge, dienen die Anschlußstücke 14 und 15. Das Widerstandselemen-t ist in fertigem Zustande in eine feste, wärmebeständige Isoliermasse 13, z. B. aus Magnesiumoxyd, eingebettet.

In Abb. 5 ist ein Anschlußstück teilweise im Schnitt wiedergegeben. Es besitzt eine abgestufte, in Achsrichtung liegende Bohrung 16, die zur Aufnahme des Endes 17 (vgl. Abb. 4) des verdrillten Widerstandselementes dient. Das Widerstandselement ist an seinem Ende i7^a stärker verdrillt als in den übrigen Teilen. Das Ende 17* eines Leiters ragt aus dem stärker verdrillten Teil 17° hervor und liegt derart, daß seine Achse mit der Achse des Widerstandselementes zusammenfällt. Die Abstufung der Bohrung 16 entspricht den Endteilen 17° und 17* des Widerstandselementes, besitzt also eine weite, nach außen liegende Bohrung i6^a zur Aufnahme des stark verdrillten Teiles 17° und eine nach rückwärts liegende kleinere und konzentrisch liegende Bohrung x6^b zur Aufnahme des Drahtendes I7^&. Die Befestigung erfolgt dadurch, daß, nachdem das Ende 17 in die Bohrung ,16 hineingeschoben ist, die Wandungen der Bohrung 16 so stark zusammengepreßt werden, 6g daß ihr Material die durch die" Drähte gebildeten Rillen ausfüllt. Auf diese Weise wird zwischen beiden Teilen eine absolut feste Verbindung geschaffen. Das Zusammenpressen kann durch eine besondere Preßmaschine oder auch durch Schmieden o. dgl. erfolgen. Zweckmäßig wird dabei zugleich der Querschnitt des Anschluß Stückes quadratisch geformt.

Es wurde bereits erwähnt, daß der Metallmantel bei der Herstellung derart zu deformieren ist, daß auch zwischen den Anschlußstücken das Widerstandselement in Abständen in einer konzentrischen Lage gehalten wird. Abb. 2 und 3 zeigen ein Beispiel hierfür. Der Metallmantel 12 wird mit einer größeren Anzahl von Eindrückungen oder Abflachungen I2^a versehen, die so tief sind, daß das Widerstandselement 11 nur einen geringen Spielraum zwischen den eingedrückten Wänden besitzt. Da das Anschlußstück in 'diesem Zustande nicht mehr durch das Metallrohr geführt werden kann, ist es notwendig, daß das Widerstandselement mit den Anschlußstücken vorher in das Metallrohr eingebaut wird.

Zum Einbau des Widerstandselementes dienen dieUnterlegscheiben2i, dieAbstandhalter 22 und die Schraubenmuttern 23. Die Unterlegscheiben 21 liegen in Gegenbohrungen 20 des Metallmantels und besitzen eine zentrisehe Bohrung für die Anschhißstücke 14 und 15· Nachdem die hohlzylinderförmigen Abstandhalter 22 aufgesetzt sind, werden die Schraubenmuttern 23 aufgebracht und derart angezogen, daß das Widerstands element leicht gespannt und demzufolge in einer gestreckten Lage gehalten wird. Auf diese Weise wird vermieden, daß das Widerstandselement während des darauffolgenden Eindrückens der abgeflachten Stellen sich an dem Mantel reibt. Selbstverständlich muß der Metallmantel vor dem Einbau des Widerstandselementes innen gereinigt werden.

Der MetallmanteTlnrd nun mit den Eindrückungen oder Abflaebungen I2^a versehen« Zweckmäßig ordnet man diese Eindrückungen derart an, daß zwei Tn Achsrichtung des Metallmantels aufeinanderfolgende Abflachungen im rechten Winkel zueinander stehen (Abb. 3). Derartig verschobene Abflachungen weiden vorteilhaft in gleichen Abständen auf der ganzen Länge des Metallmantel eingedrückt. Das Widerstandselement kann sich dann nur in kleinen Grenzen verschieben, wird also im wesentlichen in der gewünschten zentrischen Lage gehalten. Es ist vorteilhaft, wenn je zwei aufeinanderfolgendePaarevon abgeflach-

ten Stellen gegeneinander noch um 45 ° verschoben angeordnet werden, wobei die das Paar bildenden einzelnen abgeflachten Stellen unter sich, wie beschrieben, um 90 ° verdreht liegen. Das in Abb. 2 dargestellte Paar besitzt also die gezeichnete Lage, das darauffolgende nicht gezeichnete Paar ist unter sich ebenfalls um 90° verschoben, liegt jedoch zu dem erstgenannten in einem Winkel von 45°.

Hierdurch wird erreicht, daß der lichte Querschnitt nicht, wie in Abb. 3 gezeigt, viereckig, sondern achteckig ist, wodurch die Bewegungsfreiheit des Widerstandselementes weiter herabgesetzt wird. Wie bereits erwähnt, werden die Abnachungen in einem gewissen Abstand in den Metallmantel eingebracht, der jedoch groß genug sein muß, damit beim darauffolgenden Füllen des Mantels ein genügend großer Durchgang für das Isolationsmaterial vorhanden ist. Auch die Enden des Metallmantel werden mit Eindrückungen versehen, damit auch die Anschlußstücke in der gewünschten zentrdschen Lage festgelegt sind (vgl. Abb, 6).

Nachdem die Metallhülse 10 in dieser Weise behandelt ist, werden die Schraubenmuttern 23, die Abstandhalter 22 und die Unterlegscheiben 21 entfernt und das Innere des Metallmantels einer gründlichen Reinigung unterzogen, damit alle Teile, die bei der Bearbei-.tung von dem Mantel abgesprungen sind, entfernt werden. Die Reinigung kann dadurch erfolgen, daß ζ. B. Luft durch den Metallmantel gesaugt oder geblasen wind.

Nun folgt als nächster Arbeitsgang das Füllen des Heizelementes mit pulverförmiger Isolationsmasse. Zu diesem Zwecke wird vorher das eine Ende des Metallmantels (in Abb. 6 das linke Ende) mittels zweier Unter-Iegscheiben2i, welche das Anschlußstück 14 in einer zentrischen Lage halten, abgeschlossen. Um die Unterlegscheiben zu sichern, wird der Rand des Metallmantels umgebördelt, darauffolgend der Abstandhalter 22 aufgesetzt und die Mutter 23 aufgeschraubt. In ähnlicher Weise wird das Anschlußstück 15 auf der rechten Seite der Abb. 6 befestigt, jedoch verwendet man hier eine dreieckförmige Unterlegscheibe 26 (vgl. auch Abb. 7) oder auch eine durchbrochene Unterlegscheibe, damit an dieser Stelle das Füllmaterial eingefüllt werden kann. Durch leichtes Anziehen der Mutter 23 wird die gewünschte Spannung des Widerstandselementes 11 herbeigeführt. Bei dem nun folgenden Füllen der Heizeinheit mit pulverförmiger Isoliermasse 13 (vgl. Abb. 6) wird der Metallmantel in einer nicht gezeichneten Schüttelmaschine in senkrechter Lage gehalten. Durch die Schüttelfoewegungen wird das Isolationsmaterial im Innern des Metallmantels und um die Anschlußstücke gleichmäßig verteilt und etwas verdichtet. Darauffolgend wird die Schraubenmutter 23 und die Abstandhülse 22 von dem Anschlußstück 15 abgenommen und eine volle Unterlegscheibe 27 aufgesetzt, die das Innere des Metallmantels nach außen abschließt, so daß also das Isolationsmaterial allseitig eingeschlossen ist. Der Abstandhalter 22 und die Mutter 23 werden wieder aufgebracht und das Widerstandselement 11 durch Anziehen der Schraube 23 unter leichte Spannung gesetzt. Durch Umbördeln des Randes des Metallmantels werden die Unterlagscheiben 26 und 27 gesichert.

Als nächster Arbeitsgang folgt das Dichtpacken des Isolationsmaterials an den zwischen den Abflachungen i2^a liegenden Teilen, wodurch eine weitere Sicherung der zentrischen Lage des Widerstandselementes herbeigeführt wird. Zu diesem Zwecke wird der Metallmantel an diesen Stellen zusammengepreßt oder gehämmert. Nach Beendigung dieser Arbeit werden die Schraubenmuttern 23 und die Abstandhalter 22 entfernt.

Nun wird das ganze Heizelement, um das Isolationsmaterial zu einer harten Masse zu verdichten, mehrere Male durch eine Walzmaschine getrieben. Dabei verringert sich der Durchmesser des Metallrohres, während seine Länge zunimmt. Bei jedem Durchgang durch die Walzmaschine werden die Unebenheiten des Metallmantels immer mehr ausgeglichen, bis en: SCh)HeBIiCh₁ eine zylindrische Form annimmt. Während der ersten zwei oder drei Walzgänge nimmt die Länge des Metallmantel« etwas mehrzu als dieLänge des Widerstandselementes. Dadurch werden die Anschlußstücke so weit nach innen gezogen, bis die Unterlegscheiben dicht an den Gegenlagern anliegen. Bei den weiteren Walzgängen dehnt sich dann auch das Widerstandselement in demselben Maße wie dear Metallmantel, wobei die ursprünglich" kleine Steigung der schraubenförmig miteinander verdrillten Drähte n^a und ΐΐ^δ vergrößert wird. Bei der Herstellung einer derartigen Heizeinheit hat sich ergeben, daß die Ganghöhe von 4,7 mm auf ungefähr 17 mm zugenommen hat. Auch die Anschlußstücke 14, 15 werden bei dem Walzprozeß stufenweise reduziert.

Um zu verhindern, daß durch zu starkes Walzen die Heizeinheit zu hart und brüchig wird, muß dieselbe nach jedem Arbeitsgang in dieser Hinsicht geprüft werden. "

Nachdem die Heizeinheit in dieser Weise behandelt wurde, werden die Unterlegscheiben an jedem Ende entfernt und die Enden eingebördelt (vgl. Abb. 8).

Es sei noch erwähnt, daß natürlich auch die Anschlußstücke 14 und 15 durch das Verfahren fest in die Isolationsmasse eingebettet wer-

den. Die Enden wenden zweckmäßig mit einem Schutzring, wie er in Abb. 8 dargestellt ist, versehen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrische Heizeinheit mit von einem Rohr umgebenen Heizdrähten, insbesondere jener Bauart, bei der die Heizdrähte in einem Metallmantel angeordnet und in pulverförmiges, durch Verringerung des lichten Mantelquerschnittes verdichtetes Isolationsmaterial eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Heizdrähte (n^ff, ii⁶) miteinander verflochten oder in an sich bekannter Weise verdrillt sind.

2. Elektrische Heizeinheit nach An-■■ spruch ι mit Anschhißstücken, die eine

zentrische Lage des Heizdrahtes zum Mantel gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der zur Aufnahme der besonders stark verdrillten Enden der Heizdrähte dienenden Bohrun-

•25 gen in für unverdrillte Heizdrähte an sich bekannter Weise derart zusammengepreßt sind, daß sich die Innenflächen der Bohrungen an die Enden der Heizdrähte anschmiegen.

3. Elektrische Heizeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (i6) abgestuft sind, wobei die weitere Bohrung (j6^a) zur Aufnahme des stärker verdrillten Endes (i7^a) des Heizelementes (11) und die engere Bohrung (i6⁶) zur Aufnahme des Endes (i7⁶) eines über den verdrillten Teil hinausgeführten Drahtes dient.

4. Verfahren zur Herstellung einer elekirischen Heizeinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrillten Heizdrähte (n)> an Anschlußstücken .(14, 15) in den Mantel (10) in zentrischer Lage eingespannt werden und dann der Mantel (10) derart deformiert wird, daß die Heizdrähte (11) auch zwischen den Anschlußstucken in Abständen in einer zentrischen Lage gehalten werden, worauf der Mantel mit pulverförmiger Isolationsmasse (13) gefüllt, diese durch Erschüttern der Heizeinheit gleichmäßig verteilt und etwas verdichtet und schließlich durch Walzen, Schmieden o. dgl. der ganzen Heizeinheit zu einer festen Masse dichtgepackt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mit einander gegenüberliegenden Eindrückungen oder Abflacbungen (i2^a) versehen wird, die in Richtung der Achse des Heizelementes in Abständen voneinander liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, ■ dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (i2^B) gegeneinander verdreht angeordnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die. benachbarten Abflachungen gegeneinander um 90 ° verdreht !angeordnet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Abflachungen teils um 45 °, teils um 90 ° gegeneinander verdreht angeordnet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem die Heizeinheit mit pulverförmiger Isolationsmasse (13) gefüllt ist, die zwischen den Abflachungen (i2^a) liegenden Stellen gehämmert oder gepreßt werden, so daß sich das Isolationsmaterial zuerst an diesen Stellen verdichtet, worauf die ganze Heizeinheit in bekannter Weise mehrmals durch eine Walzmaschine getrieben wird, um dadurch die Isolationsmasse stufenweise dichtzupacken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen