EP0038414B1

EP0038414B1 - Elektrisches Drahtheizelement

Info

Publication number: EP0038414B1
Application number: EP81101595A
Authority: EP
Inventors: Gottfried Voigt; Gerhard Hickel; Klaus Peter Lange
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1980-04-18
Filing date: 1981-03-06
Publication date: 1985-01-16
Also published as: IE810890L; DE3014935A1; ES266004U; ES266004Y; IE51043B1; HK64889A; DE3168230D1; EP0038414A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Drahtheizelement zur Erwärmung eines Luftstromes, das einen die Heizleiterwicklung aufnehmenden Heizleiterträger aufweist, der aus kreuz- oder sternartig um die Zentralachse des Luftstromes und parallel zu diesem angeordneten viereckigen Trägerplatten aus Isoliermaterial besteht, die mit ihren inneren Kanten parallel zum Luftstrom ausgerichtet sind, deren je zwei weitere Kanten rechtwinklig zum Luftstrom verlaufen und auf deren vierte, äussere Kanten ein in seinem Längsverlauf periodisch verformter - d. h. mäanderartig, zickzack- oder wellenförmig ausgebildeter - Heizleiter spiralig gewickelt ist, dessen Windungen im Luftstrom teilweise hintereinander liegen.
Es sind unterschiedliche elektrische Drahtheizelemente bekannt, deren Heizleiter auf kreuz-oder sternförmig zusammengesetzte Trägerplatten gewickelt ist. Die verwendeten Trägerplatten können rechteckig oder trapezförmig ausgebildet sein, wobei die Trapezform gegenüber der, z. B. aus der DE-B-1 540731 bekannten, rechteckigen Form den Vorteil hat, dass die darauf gewickelten Heizleiterwindungen im Luftstrom nicht genau hintereinanderliegend, sondern stufenförmig gestaffelt angeordnet sind. Hierdurch erreicht man, dass aufeinanderfolgende Heizleiterwindungen einander nicht ganz verdecken, so dass die vom Gebläse längs den Trägerplatten geförderte Luft nicht nur die erste, sondern auch die folgenden Heizleiterwindungen treffen und besser umströmen kann. Beispiele für derartige Drahtheizelemente sind z. B. in folgenden Druckschriften dargestellt und beschrieben:

US-A-1 490 088, DE-A-2 727 940, FR-A-2 056 541, GB-A-713 712 und US-A-1 467 667.

Obwohl mit den trapezförmigen Trägerplatten bereits ein merklicher Fortschritt erreicht war, ergab sich bei Verwendung von in ihrem Längsverlauf periodisch verformten - d. h. mäanderartig, zickzack- oder wellenförmig ausgebildeten - Heizleitern, die aus Kostengründen besonders vorteilhaft sind, dass der durch diese Plattenform erzielte Effekt noch nicht ausreichte, um Überhitzungen der im Luftstrom weiter hinten liegenden Heizleiterwindungen und sich daraus ergebende Defekte zu vermeiden.
Insbesondere auch im Hinblick auf die bestehende Forderung nach Erhöhung der Heizleistung bzw. des Wirkungsgrades der Heizelemente ergab sich hieraus die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein in kostengünstiger Grossserienfertigung herstellbares elektrisches Drahtheizelement zu schaffen, das unter Berücksichtigung seiner Verwendung - z. B. in Haartrocknern und dergleichen - und der bei derartigen Geräten weitgehend vorgegebenen beengten Einbaumasse optimale Strömungsverhältnisse für eine effektive Lufterwärmung gewährleistete.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Heizelement der eingangs beschriebenen Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die von zwei benachbarten Trägerplatten abgestützten und begrenzten Abschnitte jeweils zweier aufeinanderfolgender Windungen der Heizleiterwicklung sich bezüglich der Anzahl ihrer periodischen Wellungen unterscheiden.
Der erfindungsgemässe Unterschied der WeIlenzahl benachbart hintereinanderliegender Heizleiterabschnitte bewirkt, dass diese einander niemals auf ihrer ganzen Länge abschatten, und zwar sogar bei Verwendung rechteckiger Trägerplatten. Dies hat zur Folge, dass der Wärmeübergang vom Heizleiter auf die strömende Luft insgesamt verbessert wird; das heisst, die Heizleistung wird erhöht bzw. man kommt mit einem kleineren Heizelement aus, falls keine höhere Heizleistung benötigt wird. Dabei ist bemerkenswert, dass der erfindungsgemässe Beitrag zur Optimierung der Heizungsausnutzung überraschend einfach und wirkungsvoll erzielt wird, und zwar ohne zusätzliche Kosten oder sogar unter Einsparung von Kosten.
Mit Vorteil sind die Trägerplatten des Heizleiterträgers als ungleichschenklig-rechtwinklige Trapeze ausgebildet, wobei die Platten in sich kreuzenden Ebenen, kreuz- oder sternförmig angeordnet sind. Dabei können die Trägerplatten bezüglich ihrer schräg verlaufenden Aussenkante sowohl alle gleichsinnig als auch abwechselnd um 180° verdreht zum Luftstrom fluchtend montiert sein.
Um die Länge der durch die Aussenkante der Trägerplatten begrenzten Abschnitte des Heizleiters den jeweiligen Erfordernissen anzupassen - beispielsweise, um durch etwa gleiche Länge aller dieser Abschnitte den elektrischen Spannungsabfall und die Heizleistung gleichmässig über das Heizelement zu verteilen - ist gemäss einer Ausführungsform der Erfindung die Möglichkeit vorgesehen, diese Aussenkanten kurvenförmig, insbesondere kreisbogenförmig, auszubilden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung findet vorteilhaft dann Anwendung, wenn der Strömungsquerschnitt an der dem Gebläse zugewandten Seite des Heizelements sich von demjenigen am entgegengesetzten Ende unterscheidet, indem er beispielsweise einerseits oval und andererseits kreisrund ist: Eine optimale Anpassung wird in diesem Fall dadurch erzielt, dass die Länge der senkrecht zur Strömungsrichtung liegenden Kanten der Trägerplatten auf der dem Gebläse zugewandten Seite unterschiedlich und am anderen Ende gleich ist oder umgekehrt.
Eine zusätzliche vorteilhafte Möglichkeit zur Beeinflussung der Wickelgeometrie des erfindungsgemässen Heizelements besteht darin, die Trägerplatten parallel zur Strömungsrichtung fortlaufend um ein geringes Stück versetzt anzuordnen. Hierdurch kann erreicht werden, dass innerhalb jeder einzelnen Heizleiterwindung der Abstützradius für den Heizleiter und die freie Spannlänge der Heizleiterabschnitte zwischen den Trägerplatten überwiegend konstant sind.
Zur gegenseitigen Fixierung der Trägerplatten wird gemäss der vorliegenden Erfindung bevorzugt, diese mit ihren zur Zentralac'lse des Luftstromes parallel verlaufenden inneren Kanten auf dem Mantel eines rohrförmigen Tragkörpers zu befestigen.
Die Zeichnung veranschaulicht die wesentlichen Merkmale der Erfindung an Ausführungsbeispielen.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemässen Heizelements.
Fig. 2 verdeutlicht, wie sich die erfindungsgemäss unterschiedliche Wellenzahl zweier hintereinanderliegender Windungen der Heizleiterwicklung, in Strömungsrichtung gesehen, auswirkt.
Fig. gibt die erwähnte bevorzugte Ausführungsform mit rohrförmigem Tragkörper wieder.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 vier kreuzförmig zusammengesetzte Trägerplatten 1, 2, 3 und 4, über deren äussere Kanten 11,21,31 und 41 ein wellenförmiger Heizleiter 5 gewickelt ist, wobei die Wellenform nur schematisch und nicht massstäblich gezeichnet und das Erfindungsmerkmal der unterschiedlichen Wellenzahlen hintereinanderliegender Heizleiterabschnitte in dieser Figur nicht erkennbar ist. Die zur Richtung L des Luftstromes senkrechten Plattenkanten 12, 22, 32 und 42 auf der dem Gebläse zugewandten Seite weisen in dem wiedergegebenen Beispiel unterschiedliche Längen auf, während die entsprechenden Kanten 13, 23, 33 und 43 am anderen Ende gleichlang sind. Damit ist dieses Heizelement in seiner Längserstreckung einer Änderung des Strömungsquerschnitts von oval zu rund angepasst. Durch gestrichelte Linien ist angedeutet, dass die Trägerplatten - insbesondere zur Erzeugung einer konstanten freien Spannungslänge a des Heizleiters 5 - kurvenförmige, z. B. kreisbogenförmige, Aussenkanten 14, 24, 34 und 44 besitzen können.
Fig. 2 zeigt anschaulich die Hälfte eines Heizleiterabschitts 51, der insgesamt sechs Wellen aufweist, und den dahinterliegenden entsprechenden Abschnitt 52 der benachbarten Windung der Heizleiterwicklung 5, der insgesamt fünf Wellen besitzt. Es ist deutlich zu erkennen, dass in diesem Beispiel bereits bei nur um eine Welle unterschiedlicher Wellenzahl der beiden Abschnitte kaum noch eine Abschattung stattfindet.
Das in Fig. 3 dargestellte Heizelement enthält einen rohrförmigen Tragkörper 6, auf dem trapezförmige Trägerplatten 1 bis 4 mit in Strömungsrichtung L radial ansteigenden Aussenkanten 11, 21, 31 und 41 befestigt sind. Dabei ist die Platte 2 zur Platte 1 in axialer Richtung um einen kleinen Betrag b-c versetzt angeordnet, ebenso die Platte 3 zur Platte 2 und die Platte 4 zur Platte 3. Die Versetzung b-c kann insbesondere so bemessen sein, dass innerhalb jeder einzelnen Heizleiterwindung, wie beispielsweise der Windung 51, die Abstützhöhe d auf allen vier Trägerplatten die gleiche ist und die freie Spannlänge a des Heizleiters zwischen den Platten überwiegend konstant bleibt.

Claims

1. Elektrisches Drahtheizelement zur Erwärmung eines Luftstromes, das einen die Heizleiterwicklung aufnehmenden Heizleiterträger aufweist, der aus kreuz- oder sternartig um die Zentralachse des Luftstromes und parallel zu diesem angeordneten viereckigen Trägerplatten aus Isoliermaterial besteht, die mit ihren inneren Kanten parallel zum Luftstrom ausgerichtet sind, deren je zwei weitere Kanten rechtwinklig zum Luftstrom verlaufen und auf deren vierte, äussere Kanten ein in seinem Längsverlauf periodisch verformter - d. h. mäanderartig, zickzack- oder wellenförmig ausgebildeter - Heizleiter spiralig gewickelt ist, dessen Windungen im Luftstrom teilweise hintereinander liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die von zwei benachbarten Trägerplatten (1, 2; 2, 3; 3, 4; 4, 1) abgestützten und begrenzten Abschnitte (51, 52) jeweils zweier aufeinanderfolgender Windungen der Heizleiterwicklung sich bezüglich der Anzahl ihrer periodischen Wellungen unterscheiden.

2. Elektrisches Drahtheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (1, 2, 3, 4) als ungleichschenklig-rechtwinklige Trapeze ausgebildet sind.

3. Elektrisches Drahtheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vierten, äusseren Kanten (14, 24, 34, 44) der Trägerplatten kurvenförmig, insbesondere kreisbogenförmig, ausgebildet sind.

4. Elektrisches Drahtheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Gebläse zugewandten Kanten (12, 22, 32, 42) der Trägerplatten verschiedene Längen aufweisen, während die dem Gebläse abgewandten Kanten (13, 23, 33, 43) gleichlang sind oder umgekehrt.

5. Elektrisches Drahtheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (1 und 2, 2 und 3, 3 und 4) in axialer Richtung um eine geringe Strecke (b minus c) zueinander versetzt angeordnet sind.

6. Elektrisches Drahtheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten mit ihren zur Zentralachse des Luftstroms L parallel verlaufenden inneren Kanten auf dem Mantel eines rohrförmigen Körpers (6) befestigt sind.