EP1081986A2 - Rohrheizkörper mit NTC/PTC-Absicherung - Google Patents

Rohrheizkörper mit NTC/PTC-Absicherung Download PDF

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EP1081986A2
EP1081986A2 EP00118875A EP00118875A EP1081986A2 EP 1081986 A2 EP1081986 A2 EP 1081986A2 EP 00118875 A EP00118875 A EP 00118875A EP 00118875 A EP00118875 A EP 00118875A EP 1081986 A2 EP1081986 A2 EP 1081986A2
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EP
European Patent Office
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heating element
tubular
tubular heating
element according
securing
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EP00118875A
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EP1081986B1 (de
Inventor
Gerald Muckenschnabel
Georg Stadler
Gerold Zinner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bleckmann GmbH and Co KG
Original Assignee
Bleckmann GmbH
Bleckmann GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP1081986A3 publication Critical patent/EP1081986A3/de
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    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
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    • H05B1/0283—For heating of fluids, e.g. water heaters
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    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the invention relates to a tubular heater according to the preamble of the claim 1.
  • Such tubular heaters are used for example in washing machines and serve there to heat the wash water or the wash liquor. To for this purpose they are through an opening in the wall of the wash tub arranged inside.
  • the tubular radiators In addition to the tubular radiators, there is a monitoring device in modern washing machines necessary, which is able to control the temperature of the wash water to be recorded so that a temperature control or regulation of the water is possible is.
  • the tub wall has further openings or the mounting flange the heater has an opening in the devices for detecting the Temperature of the wash liquor are used.
  • the vat Due to the need to use both the tubular heater and various Temperature monitoring elements inside the tub of the washing machine the vat has a number of openings. Apart from the associated increased manufacturing costs these breakthroughs are well sealed, which in turn increases the cost the washing machine increased. In addition, by attaching the Temperature monitoring elements require additional assembly effort.
  • a tubular heating element goes from the European patent application 0 660 644 out, in which a temperature sensor in the tubular casing end of the tubular heater is located near the inner wall.
  • This solution requires as a result of Arrangement of the temperature sensor near the inner wall of the casing enlarged diameter, which in turn the opening in the tub enlarged and thus also increases the sealing problems. Beyond that Today, an increasingly compact design is sought for tubular heating elements Solution not possible.
  • a securing element which depending on the Temperature changes its resistance value and which in the casing tube end of the Tubular radiator is housed, can with one and the same component next to the Civil protection also regulates or controls the temperature of the heating medium or the alkali can be achieved. Since the securing element in the unheated end of the jacket tube is arranged and therefore during the normal operation that coming from the heating element to the fuse element Heat is removed from the fluid to be monitored, the fuse element cooled by the fluid and thus increases the temperature of the fluid. With every temperature change also changes the resistance value of the fuse element, what is detected by the measuring circuit separate from the heating circuit becomes. From this change in the resistance value, the temperature of the fluids to be monitored are closed.
  • the fuse element is in thermal contact with the Heating element.
  • the fuse element In the event of a disaster, i.e. so if the Fuse element cooling fluid or medium, the fuse element immediately applied with the heat generated by the heating element.
  • the resistance value changes faster than in the case of normal operation, which in turn closed the disaster and shutdown the Tubular heater can be made.
  • the two functions - securing in the event of a disaster and monitoring the Alkali temperature - the fuse element that unites is in the casing tube end of the tubular heater. This will in addition to the breakthrough for the tubular heater no further openings in the wall of the Wash tub or in the flange of the heater necessary, which causes the Reduce the cost of the washing machine.
  • the proposed solution allows the securing element to be arranged towards the casing tube axis in at least approximately concentric manner, whereby a particularly compact structure of the tubular heater is achieved.
  • the diameter can be different from that of the European one Patent application 0 660 644 known tubular heater can be reduced.
  • NTC or one or more PTC elements can be provided his.
  • Two such elements can, for example, in a tubular heater be arranged on the two casing tube ends of such securing elements are installed.
  • the Securing element with a piece of pipe or a slotted sleeve Connection element is in a thermally conductive, but electrically insulated connection.
  • the Securing element can then coaxial to the inside of the pipe section Connection element may be arranged.
  • the connection element Be connecting bolts, at the end facing the casing tube end Pipe piece is pushed, in which also facing the casing tube end In turn, the securing element is inserted. This allows you to see how already noted the diameter of the tubular heater with a good one Reduce the response of the safety element in the event of a catastrophe.
  • the fuse element is electrically isolated from the pipe section, which as Connection of the heating element to the heating circuit is used, can be arranged it has proven to be advantageous if the securing element inside a Sleeve is insulated electrically insulated from the jacket of the sleeve. This can it is sufficient that the securing element only through the air surrounding it is isolated. However, since slight changes in position already result in one electrical contact to the inner peripheral wall of the sleeve, it is more advantageous if the securing element in the interior of the sleeve in one electrically insulating material is embedded.
  • the pipe section can be designed so that it immediately as electrical connection to the heating circuit.
  • the sleeve is made of a good electrically conductive material and acts as a connection to the heating circuit.
  • the security element also the disaster shutdown to perform, it is also advantageous if the jacket of the Sleeve is made of sufficient, preferably good heat-conducting material.
  • the connecting element in the to the front end of the jacket tube facing end has an outwardly open cavity in which the Fuse element is housed electrically insulated from the connecting element.
  • the securing element by means of an electrically insulating but sufficiently thermally conductive resin potting the cavity of the connecting element is housed.
  • the measuring circuit can be designed as a resistance measuring circuit the change in resistance on the fuse element by means of a Ohmmeters directly measures.
  • the Measuring circuit is a measuring circuit, the current and / or voltage changes on Securing element detected due to its change in resistance.
  • the tubular heater 10 shown only partially in FIG. 1 has a jacket tube 12, which has a circular cross section.
  • the two front ends 12a of the casing tube 12 are open to the outside, it being noted that in Fig. 1 only one of the two ends 12a is shown.
  • the casing tube 1 2 of the tubular heater 10 can be bent into any desired shape be, for example in a horseshoe shape, W shape, etc.
  • a sufficiently or good heat-conducting material is used, for example stainless steel or aluminum.
  • a Heating element arranged in the form of a filament 14, which consists of a Current flow heating resistance wire material is made.
  • the heating wire coil 14 is in an electrically insulating but thermally conductive material 16 embedded, such as magnesium oxide. This insulating material 16 is preferably before the tubular heater 10 is fully assembled condensed.
  • the heating wire coil 14 is at both ends 14a with a connecting element in Form of a connecting bolt 18 electrically and thermally connected.
  • the Terminal bolt 18 has a first section 18a that leads to the filament 14 and the conically tapering in the direction of the filament 14 Tip is formed.
  • the largest diameter of this first section 18a corresponds essentially to the inside diameter of the heating wire coil 14.
  • the connecting bolt 14 also has a second section 18b, which is in the has a substantially cylindrical shape.
  • the cylinder of the second section 18b can have an outer diameter that is larger than the inner diameter of the Heating wire coil 14, but is smaller than its outer diameter.
  • the connecting pin 18 is made of sufficient or good heat-conducting material manufactured, such as copper. Basically, it can also be made from one less heat-conducting material, such as steel, as long as sufficient current conductivity is ensured.
  • the first section 18a and for the most part the second section 18b of the connecting bolt 18 are almost completely surrounded by the insulating material 16.
  • an insulating washer 20 made of a resin Around the penetration of moisture into the interior of the casing tube 12 to avoid the risk that the insulating material 16 its electrically insulating property to prevent, is in the area of the outside or from the filament 14 technological end of the second section 18a of the connecting bolt 18th an insulating washer 20 made of a resin.
  • This insulating washer 20 closes the insulating material 16 moisture-proof from the outside.
  • the insulating washer 20 can prefabricated pushed onto the connecting bolt 18 or during assembly of the tubular heater 10, preferably after compression in liquid form are poured in, then at the outwardly facing end of the Insulating material 16 cures.
  • the pipe section 22 serves as a connection of the heating wire coil 14 to the heating circuit, which is not shown in FIG. 1.
  • the pipe section 22 is for this electrically conductive connected to a terminal lug 24, which is at a right angle to the jacket tube axis at the free end of the jacket tube 12 outside of this End 12a arranged.
  • the terminal lug 24 can be axially to the casing tube axis be aligned.
  • the electrical connection between the pipe section 22 and the connecting lug 24 extends through a closure element 26 inserted into the casing tube end 12a in a level behind the displayed drawing level and is therefore not recognizable.
  • the closure element 26 is made of heat-resistant plastic, Ceramic or porcelain and the like. Made and has a first portion 26a, which points in the direction of the heating wire coil 14 and the outside diameter of which Corresponds to the inner diameter of the casing tube 12. As is apparent from Fig. 1, is the first section 26a is pushed completely into the casing tube end 12a.
  • the closure element 26 has a second, substantially cylindrical Section 26b, which points in the direction opposite the filament 14 and the can have an outer diameter that is larger than the outer diameter of the casing tube 12.
  • a stop which serves to position the closure element 26.
  • the in Direction of the filament 14 facing end of the first portion 26a of the Closure element 26 as a positioning stop with respect to the insulating disk 20 serve.
  • the two sections 26a, 26b are separate from one another, so that the closure element 26 consists of two parts consists.
  • the closure element 26 also has a continuous inner bore 26c, whose bore axis is substantially coaxial with the casing tube axis. In this Bore 26c, the pipe section 22 is arranged.
  • closure element 26 is not only a prefabricated one Element as described above can be formed, but even after assembling the remaining parts of the tubular heater 10 in the Casing tube end 12a can be poured in liquid form, it then hardens there.
  • the pipe section 22 is over the free end of the second section 18b of the connecting bolt 18 via.
  • a security and monitoring element 28 inserted in this free end.
  • the backup and Monitoring element 28 consists of a cylindrical sleeve 28a which sufficient or good heat-conducting material, for example copper, iron, steel is produced and their end pointing in the direction of the filament 14 is closed.
  • the sleeve 28a of the security and monitoring element 28 has an outer diameter which corresponds to the inner diameter of the pipe section 22 and corresponds to the inner diameter of the bore 26c of the closure element 26.
  • the securing and monitoring element 28 is so far into the pipe section 22 inserted that on the one hand a sufficiently large thermal contact area between the outer circumference of the security and monitoring element 28 and the Inner circumference of the pipe section 22 exists, but on the other hand, the securing and Monitoring element 28 is not in contact with the free end of the second Section 18b of the connecting bolt 18 arrives. In this context, too notice that by choosing the insertion depth of the security and monitoring element 28 the sensitivity to the filament temperature or the medium temperature can be controlled exactly.
  • Pipe piece 22 may be provided with spring tongues, not shown, in the case a slotted sleeve as a tube piece 22, this sleeve can have an inner diameter have, which is slightly smaller than the outer diameter of the sleeve 28a of the Security and monitoring element 28 is so that the slotted sleeve resiliently applied to the sleeve 28a of the security and monitoring element 28.
  • an NTC element 28b Inside the security and monitoring element 28 is an NTC element 28b arranged, which can also be a PTC element.
  • the NTC element 28b is in one electrically insulating, but sufficiently thermally conductive mass 28c, for example a resin, embedded.
  • the NTC element 28b is above the thermally conductive mass 28c, the thermally conductive sleeve 28a, the pipe section 22 and the connecting pin 18 is in thermal contact with the heating wire coil 14 however electrically insulated from the heating circuit.
  • the NTC element 28b which is designed in the shape of a ball or a pill, and possibly already can be covered with an electrical insulation layer is over two separate connecting lines 28d with a fuse and not shown Monitoring or measuring circuit connected.
  • the two connecting lines 28d are from the end facing the heating wire coil 14 from the sleeve 28a led out and with corresponding further elements of the security and Monitoring circuit connected.
  • the fuse and monitoring circuit is formed separately from the heating circuit. It can be used as a resistance measuring circuit or be designed as a measuring circuit that detects the current drop or the change in voltage across the NTC element 28b due to its change in resistance measures.
  • the sleeve 28a is slightly above the closure element 26 over and widened in diameter. This in turn becomes a Positioning stop created that when inserting the sleeve 28a in the Pipe piece 22 positioned their position. Basically, there is also Possibility that the sleeve 28a ends within the closure element 26 and only the connecting lines 28d are led out. The bore 26c can then be closed in a suitable manner.
  • the operation of the security and monitoring element is as follows:
  • the filament 14 In normal operation of the tubular heater 10, the filament 14 is over the Heating circuit current supplied so that it begins to glow.
  • the of the Heating wire filament 14 heat generated here is on the insulating material 16 to the Sheath tube 12 and from there to the fluid to be heated, mostly water.
  • There the securing and monitoring element 28 via the connecting bolts 18 and the pipe section 22 is connected to the filament 14 in a heat-conducting manner this also heats the NTC element 28b. Because of its material properties this changes its resistance value. This is from that Fuse and monitoring circuit detected.
  • the calcification of the Display tubular heater 10 on the display device if available.
  • calcification of the tubular heater 10 leads to its reduced cooling through the surrounding fluid and thus changes the temperature caused by the Security and monitoring element 28 is detected.
  • This change expresses changes essentially due to a change in the initial or underlying value, but with the increase in temperature and thus the change in resistance of the NTC element 28b compared to the uncalcified state remains. If this change in the underlying is due to the above mentioned control device, can also by means of the already above mentioned control device this can be displayed to the user so that this appropriate measures, such as decalcification.
  • FIG. 2 is a second exemplary embodiment of the tubular heater according to the invention 10 '.
  • the security and monitoring element 28 Inside the cavity 18c the security and monitoring element 28 in the form of the NTC element 28b and the heat conductive mass 28c.
  • the NTC element 28b is again via connecting lines 28d to the fuse and monitoring circuit connected.
  • the rest of this tubular heater 10 'and its Operation correspond to that described in connection with FIG. 1 first embodiment.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
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  • Fuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper zum Erhitzen von Fluiden, mit wenigstens einem Mantelrohr (12), mindestens einem Heizelement (14), das in einem elektrischen Isoliermaterial (16) eingebettet, im Inneren des Mantelrohres (12) angeordnet ist, Anschlußelemente (18), die in dem Ende (12a) des Mantelrohres (12) angeordnet sind und über die das Heizelement (14) mit einer Stromquelle verbunden ist, und mit mindestens einem Sicherungselement (28), das in dem Mantelrohrende (12a) angeordnet ist und in Wärmeleitungskontakt mit dem Heizelement (14) steht. Weiterhin ist vorgesehen, daß das Sicherungselement (28) ein in Abhängigkeit der Temperatur des Heizelements (14) seinen Widerstand änderndes Element ist, das Bestandteil eines von dem Heizstromkreis unabhängigen Meßstromkreises ist, mittels dem die Widerstandsänderung des Sicherungselementes (28) erfaßbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Rohrheizkörper werden beispielsweise bei Waschmaschinen verwendet und dienen dort dazu, das Waschwasser bzw. die Waschlauge zu erhitzen. Zu diesem Zweck sind sie über eine Durchbrechung in der Wand des Waschbottichs in dessen Innerem angeordnet.
Neben den Rohrheizkörpern ist bei modernen Waschmaschinen eine Überwachungseinrichtung notwendig, welche in der Lage ist, die Temperatur des Waschwassers zu erfassen, so daß eine Temperatursteuerung bzw. -regelung des Wassers möglich ist. Hierzu weist die Bottichwand weitere Durchbrechungen oder der Montageflansch der Heizung eine Durchbrechung auf, in die Einrichtungen zum Erfassen der Temperatur der Waschlauge eingesetzt sind. Darüber hinaus bedarf der Rohrheizkörper selbst noch einer Überwachung für den Fall eines fehlerhaften Betriebes, insbesondere für den Fall, daß der Rohrheizkörper erhitzt wird, obwohl sich kein Waschwasser im Bottich befindet (= Trockengang des Rohrheizkörpers).
Durch die Notwendigkeit, sowohl den Rohrheizkörper als auch verschiedene Temperaturüberwachungselemente im Inneren des Bottichs der Waschmaschine vorsehen zu müssen, weist der Bottich eine Reihe von Durchbrechungen auf. Abgesehen von dem damit verbundenen erhöhten Herstellungsaufwand müssen diese Durchbrechungen gut abgedichtet werden, was wiederum die Gestehungskosten der Waschmaschine erhöht. Darüber hinaus ist durch die Anbringung der Temperaturüberwachungselemente ein zusätzlicher Montageaufwand notwendig.
Aus der europäischen Patentanmeldung 0 086 465 geht ein Rohrheizkörper der eingangs genannten Art hervor, bei dem im Mantelrohrende ein Sicherungselement in Form einer Schmelzsicherung, eines PTC-Elementes, eines Fühlers für eine elektronische Schaltung oder eines Thermostaten als Überlastungssicherung für den Rohrheizkörper angeordnet ist. Die Überlastungssicherung dient dazu, im Falle eines Trockenganges die Stromzufuhr zu dem Rohrheizkörper abzuschalten. Hierzu ist das Sicherungselement über einen Anschlußbolzen und einem Rohrstück elektrisch in Reihe mit der Heizdrahtwendel verbunden. Das Sicherungselement ist also Bestandteil des Heizstromkreises und wird von diesem mit Strom beaufschlagt. Diese bekannte Lösung stellt einen zuverlässigen Katastrophenschutz für den Fall eines Fehlbetriebes, insbesondere für den Fall eines Trockenganges bereit. Darüber hinaus ist aber nach wie vor eine gesonderte Anordnung für ein oder mehrere Temperaturerfassungselemente für das zu erhitzende Medium mit den vorstehend geschilderten Einschränkungen notwendig.
Weiterhin geht aus der europäischen Patentanmeldung 0 660 644 ein Rohrheizkörper hervor, bei dem ein Temperaturfühler im Mantelrohrende des Rohrheizkörpers in der Nähe dessen Innenwand angeordnet ist. Diese Lösung erfordert infolge der Anordnung des Temperaturfühlers in der Nähe der Mantelrohrinnenwand einen vergrößerten Durchmesser, was wiederum die Durchbrechung in dem Bottich vergrößert und damit ebenfalls die Dichtprobleme erhöht. Darüber hinaus wird heute für für Rohrheizkörper eine immer kompaktere Bauweise angestrebt, die diese Lösung nicht ermöglicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rohrheizkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei einem kompakten Aufbau und einem zuverlässig arbeitenden Katastrophenschutz trotz vorhandener Laugentemperaturüberwachung eine Verringerung der Zahl der Durchbrechungen im Bottich ermöglicht.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 2 bis 15 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Durch die Verwendung eines Sicherungselements, welches in Abhängigkeit der Temperatur seinen Widerstandswert ändert und welches im Mantelrohrende des Rohrheizkörpers untergebracht ist, kann mit ein und demselben Bauteil neben dem Katastrophenschutz auch eine Regelung bzw. Steuerung der Temperatur des zu erhitzenden Mediums bzw. der Lauge erzielt werden. Da das Sicherungselement in dem unbeheizten Ende des Mantelrohres angeordnet ist und daher während des normalen Betriebes die von dem Heizelement an das Sicherungselement gelangende Wärme von dem zu überwachenden Fluid abgeführt wird, wird das Sicherungselement durch das Fluid gekühlt und nimmt somit die Temperatur des Fluids an. Mit jeder Temperaturänderung ändert sich auch der Widerstandswert des Sicherungselements, was durch den von dem Heizstromkreis getrennten Meßstromkreis erfaßt wird. Von dieser Änderung des Widerstandswertes kann auf die Temperatur des zu überwachenden Fluids geschlossen werden.
Darüber hinaus steht aber das Sicherungselement in Wärmeleitungskontakt mit dem Heizelement. Hierdurch wird im Katastrophenfall, d.h. also bei Wegfall des das Sicherungselement kühlenden Fluids bzw. Mediums, das Sicherungselement unmittelbar mit der von dem Heizelement erzeugten Wärme beaufschlagt. Hierdurch verändert sich der Widerstandswert schneller als im Falls des normalen Betriebes, woraus wiederum der Katastrophenfall geschlossen und eine Abschaltung des Rohrheizkörpers vorgenommen werden kann.
Das die beiden Funktionen - Sicherung im Katastrophenfall und Überwachung der Laugentemperatur - auf sich vereinigende Sicherungselement ist im Mantelrohrende des Rohrheizkörpers untergebracht. Hierdurch werden neben der Durchbrechung für den Rohrheizkörper keine weiteren Durchbrechungen in der Wand des Waschbottichs oder im Flansch der Heizung notwendig, wodurch sich die Gestehungskosten der Waschmaschine verringern.
Schließlich läßt die vorgeschlagene Lösung eine Anordnung des Sicherungselements in zumindest annähernd konzentrischer Weise zur Mantelrohrachse zu, wodurch ein besonders kompakter Aufbau des Rohrheizkörpers erzielt wird. Insbesondere kann der Durchmesser im Gegensatz zu dem aus der europäischen Patentanmeldung 0 660 644 bekannten Rohrheizkörper verringert werden.
Als sein Widerstandswert in Abhängigkeit der Temperatur veränderndes Element können ein oder mehrere NTC- bzw. ein oder mehrere PTC-Elemente vorgesehen sein. Zwei derartige Elemente können beispielsweise bei einem Rohrheizkörper angeordnet sein, an dessen beiden Mantelrohrenden derartige Sicherungselemente eingebaut sind.
Zur Erzielung eines kompakten Aufbaus kann weiterhin vorgesehen sein, daß das Sicherungselement über ein Rohrstück oder eine geschlitzte Hülse mit dem Anschlußelement in wärmeleitender, aber elektrisch isolierter Verbindung steht. Das Sicherungselement kann dann in dem Inneren des Rohrstückes koaxial zu dem Anschlußelement angeordnet sein. Hierbei kann das Anschlußelement ein Anschlußbolzen sein, an dessen zu dem Mantelrohrende weisenden Ende das Rohrstück aufgeschoben ist, in dessen ebenfalls zu dem Mantelrohrende weisenden Ende wiederum das Sicherungselement eingeschoben ist. Hierdurch läßt sich, wie bereits festgestellt, der Durchmesser des Rohrheizkörpers bei einem guten Ansprechverhalten des Sicherungselementes im Katastrohpenfall verringern.
Damit das Sicherungselement elektrisch isoliert von dem Rohrstück, welches als Anschluß des Heizelementes anden Heizstromkreis dient, angeordnet werden kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Sicherungselement im Inneren einer Hülse elektrisch isoliert zu dem Mantel der Hülse aufgenommen ist. Hierbei kann es genügen, daß das Sicherungselement lediglich durch die es umgebende Luft isoliert wird. Da jedoch hierbei geringe Lageveränderungen bereits zu einem elektrischen Kontakt zu der Innenumfangswand der Hülse führen kann, ist es vorteilhafter, wenn das Sicherungselement in dem Inneren der Hülse in einem elektrisch isolierenden Material eingebettet ist.
Grundsätzlich kann das Rohrstück so ausgebildet sein, daß es unmittelbar als elektrischer Anschluß an den Heizstromkreis dient. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, daß die Hülse aus einem gut elektrisch leitenden Material hergestellt ist und die Funktion als Anschluß an den Heizstromkreis übernimmt. Da, wie dies bereits eingangs festgestellt worden ist, das Sicherungselement auch die Katastrophenabschaltung durchführen soll, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Mantel der Hülse aus ausreichend, vorzugsweise gut wärmeleitenden Material hergestellt ist.
Um die Montage des Sicherungselements zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn das Anschlußelement in dem zu dem stirnseitigen Ende des Mantelrohres weisenden Ende einen nach außen hin offenen Hohlraum aufweist, in dem das Sicherungselement elektrisch isoliert zu dem Anschlußelement untergebracht ist. Um auch hier wiederum das Sicherungselement elektrisch von dem Anschlußelement zu isolieren, kann weiterhin vorgesehen sein, daß das Sicherungselement mittels elektrisch isolierendem, aber ausreichend wärmeleitendem Harzverguß in dem Hohlraum des Anschlußelements untergebracht ist. Alternativ kann das Sicherungselement mittels einer elektrisch isolierenden, aber ausreichend bzw. gut wärmeleitenden Hülse in dem Hohlraum des Anschlußelementes untergebracht sein.
Der Meßstromkreis kann einmal als ein Widerstandsmeßkreis ausgestaltet sein, der die Veränderung des Widerstandes an dem Sicherungselement mittels eines Ohmmeters direkt mißt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, daß der Meßstromkreis ein Meßkreis ist, der Strom- und/oder Spannungsänderungen am Sicherungselement infolge seiner Widerstandsänderung erfaßt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungsfiguren erläutert. Hierbei ist:
Fig. 1
ein Teillängsschnitt im vergrößerten Maßstab durch ein Ende eines erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform; und
Fig. 2
ein Teillängsschnitt im vergrößerten Maßstab durch ein Ende des erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Der in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Rohrheizkörper 10 besitzt ein Mantelrohr 12, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die beide stirnseitigen Enden 12a des Mantelrohres 12 sind nach außen hin offen, wobei zu bemerken ist, daß in Fig. 1 nur eines der beiden stirnseitigen Enden 12a gezeigt ist.
Das Mantelrohr 1 2 des Rohrheizkörpers 10 kann in jede gewünschte Form gebogen werden, beispielsweise in eine Hufeisenform, W-Form usw. Als Werkstoff für das Mantelrohr 12 wird ein ausreichend oder gut wärmeleitendes Material verwendet, beispielsweise Edelstahl oder Aluminium.
Wie aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, ist im Inneren des Mantelrohres 12 ein Heizelement in Form einer Heizdrahtwendel 14 angeordnet, die aus einem bei Stromfluß sich erwärmenden Widerstandsdrahtmaterial gefertigt ist. Die Heizdrahtwendel 14 ist in ein elektrisch isolierendes, aber wärmeleitendes Material 16 eingebettet, wie zum Beispiel Magnesiumoxid. Dieses Isoliermaterial 16 wird vorzugsweise vor dem vollständigen Zusammenbau des Rohrheizkörpers 10 verdichtet.
Die Heizdrahtwendel 14 ist an beiden Enden 14a mit einem Anschlußelement in Form eines Anschlußbolzens 18 elektrisch- und wärmeleitend verbunden. Der Anschlußbolzen 18 besitzt einen ersten Abschnitt 18a, der zu der Heizdrahtwendel 14 weist und der als sich in Richtung der Heizdrahtwendel 14 konisch verjüngende Spitze ausgebildet ist. Der größte Durchmesser dieses ersten Abschnitts 18a entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser der Heizdrahtwendel 14.
Mehrere Windungen der Heizdrahtwendel 14, die sich unmittelbar an das freie Drahtende des Heizwendeldrahtes anschließen, sind so dicht aufeinander geschoben, daß sie sich berühren. Diese Windungen sind auf dem Anschlußbolzen 18 durch ein geeignetes Verfahren, wie zum Beispiel Schweißen und dgl. befestigt.
Der Anschlußbolzen 14 besitzt weiterhin einen zweiten Abschnitt 18b, der eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist. Der Zylinder des zweiten Abschnitts 18b kann einen Außendurchmesser aufweisen, der größer als der Innendurchmesser der Heizdrahtwendel 14, aber kleiner als deren Außendurchmesser ist. Durch den gegenüber dem Innendurchmesser der Heizdrahtwendel 14 größeren Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 18b des Anschlußbolzens 18 zusammen mit dem dem Innendurchmesser der Heizdrahtwendel 18 entsprechenden größten Außendurchmesser des ersten Abschnitts 18a des Anschlußbolzens 18 wird ein Positionieranschlag für die Heizdrahtwendel 14 gebildet.
Da sich die Heizdrahtwendel 14 lediglich bis zu dem Anschlußbolzen 18 und nicht über die volle Länge des Mantelrohres 12 erstreckt, wird ein unbeheiztes Ende des Rohrheizkörpers 10 ausgebildet. Die Funktion dieses unbeheizten Endes wird nachstehend im Zusammenhang mit der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers 10 erläutert.
Der Anschlußbolzen 18 ist aus ausreichend oder gut wärmeleitenden Material hergestellt, wie beispielsweise Kupfer. Grundsätzlich kann er aber auch aus einem weniger gut wärmeleitenden Material, wie zum Beispiel Stahl, gefertigt sein, solange eine ausreichende Stromleitfähigkeit sichergestellt ist.
Der erste Abschnitt 18a sowie größtenteils der zweite Abschnitt 18b des Anschlußbolzens 18 sind nahezu vollständig von dem Isoliermaterial 16 umgeben. Um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Mantelrohres 12 zur Vermeidung der Gefahr, daß das Isoliermaterial 16 seine elektrisch isolierende Eigenschaft verliert, zu verhindern, ist im Bereich des nach außen bzw. von der Heizdrahtwendel 14 wegweisenden Ende des zweiten Abschnitts 18a des Anschlußbolzens 18 eine Isolierscheibe 20 aus einem Harz angeordnet. Diese Isolierscheibe 20 schließt das Isoliermaterial 16 feuchtigkeitsdicht nach außen ab. Die Isolierscheibe 20 kann vorgefertigt auf den Anschlußbolzen 18 aufgeschoben oder bei dem Zusammenbau des Rohrheizkörpers 10, vorzugsweise nach dem Verdichten in flüssiger Form eingegossen werden, wobei sie dann am nach außen weisenden Ende des Isoliermaterials 16 aushärtet.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, steht ein Teil des zweiten Abschnitts 18b des Anschlußbolzens 18 über die Isolierscheibe 20 in Richtung des offenen Endes des Rohrheizkörpers 10 über. Auf diesen überstehenden Teil ist ein Rohrstück 22 oder eine geschlitzte Hülse aus einem ausreichend oder gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer aufgeschoben. Das in Richtung der Heizdrahtwendel 14 weisende Ende des Rohrstückes 22 kann dabei in Anlage zu der Isolierscheibe 20 gelangen. Das Rohrstück 22 ist soweit auf den Anschlußbolzen 18 aufgeschoben, daß eine ausreichende Strom- und Wärmeübergangsfläche vorhanden ist.
Das Rohrstück 22 dient als Anschluß der Heizdrahtwendel 14 an den Heizstromkreis, der in der Fig. 1 nicht weiter dargestellt ist. Das Rohrstück 22 ist hierzu elektrisch leitenden mit einer Anschlußfahne 24 verbunden, die im rechten Winkel zu der Mantelrohrachse an dem freien Ende des Mantelrohres 12 außerhalb dieses Endes 12a angeordnet. Ebenso kann die Anschlußfahne 24 axial zur Mantelrohrachse ausgerichtet sein.
Die elektrische Verbindung zwischen dem Rohrstück 22 und der Anschlußfahne 24 verläuft durch ein in das Mantelrohrende 12a eingeschobenes Verschlußelement 26 in einer hinter der dargestellten Zeichenebene liegenden Ebene und ist daher nicht erkennbar. Das Verschlußelement 26 ist aus wärmebeständigen Kunststoff, Keramik oder Porzellan und dgl. hergestellt und besitzt einen ersten Abschnitt 26a, der in Richtung der Heizdrahtwendel 14 weist und dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Mantelrohres 12 entspricht. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist der erste Abschnitt 26a vollständig in das Mantelrohrende 12a eingeschoben.
Das Verschlußelement 26 besitzt einen zweiten, im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 26b, der in Richtung entgegen der Heizdrahtwendel 14 weist und der einen Außendurchmesser aufweisen kann, der größer als der Außendurchmesser des Mantelrohres 12 ist. Durch den Übergang von dem ersten zu dem zweiten Abschnitt 26a, 26b des Verschlußelements 26 wird ein Anschlag ausgebildet, der zum Positionieren des Verschlußelements 26 dient. Ebenso kann auch das in Richtung der Heizdrahtwendel 14 weisende Ende des ersten Abschnitts 26a des Verschlußelements 26 als Positionieranschlag gegenüber der Isolierscheibe 20 dienen. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, daß die beiden Abschnitte 26a, 26b getrennt voneinander sind, so daß das Verschlußelement 26 aus zwei Teilen besteht.
Das Verschlußelement 26 besitzt weiterhin eine durchgehende Innenbohrung 26c, deren Bohrungsachse im wesentlichen koaxial zu der Mantelrohrachse ist. In dieser Bohrung 26c ist das Rohrstück 22 angeordnet.
Es ist noch zu bemerken, daß das Verschlußelement 26 nicht nur als vorgefertigtes Element, wie es vorstehend beschrieben worden ist, ausgebildet sein kann, sondern auch nach dem Zusammenbau der übrigen Teile des Rohrheizkörpers 10 in das Mantelrohrende 12a in flüssiger Form eingegossen werden kann, wobei es dann dort aushärtet.
Wie aus Fig. 1 ebenfalls hervorgeht, steht das Rohrstück 22 über das freie Ende des zweiten Abschnitts 18b des Anschlußbolzens 18 über. In dieses freie Ende ist ein Sicherungs- und Überwachungselement 28 eingeschoben. Das Sicherungs- und Überwachungselement 28 besteht aus einer zylindrischen Hülse 28a, die aus ausreichend oder gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer, Eisen, Stahl hergestellt ist und deren in Richtung der Heizdrahtwendel 14 weisendes Ende verschlossen ist. Die Hülse 28a des Sicherungs- und Überwachungselement 28 besitzt einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Rohrstückes 22 und dem Innendurchmesser der Bohrung 26c des Verschlußelements 26 entspricht.
Das Sicherungs- und Überwachungselement 28 ist so weit in das Rohrstück 22 eingeschoben, daß einerseits eine ausreichend große Wärmekontaktfläche zwischen dem Außenumfang des Sicherungs- und Überwachungselement 28 und dem Innenumfang des Rohrstückes 22 besteht, aber andererseits das Sicherungs- und Überwachungselement 28 nicht in Kontakt mit dem freien Ende des zweiten Abschnitts 18b des Anschlußbolzens 18 gelangt. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß durch die Wahl der Einschubtiefe des Sicherungs- und Überwachungselements 28 die Empfindlichkeit gegenüber der Heizdrahtwendeltemperatur bzw. der Mediumstemperatur exakt geregelt werden kann.
Damit zwischen dem Rohrstück 22 und der Hülse 28a des Sicherungs- und Überwachungselement 28 ein gut wärmeleitender Kontakt besteht, kann das Rohrstück 22 mit nicht weiter dargestellten Federzungen versehen sein, Im Falle einer geschlitzten Hülse als Rohrstück 22 kann diese Hülse einen Innendurchmesser aufweisen, der geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Hülse 28a des Sicherungs- und Überwachungselement 28 ist, so daß sich die geschlitzte Hülse federnd an die Hülse 28a des Sicherungs- und Überwachungselement 28 anlegt.
Im Inneren des Sicherungs- und Überwachungselement 28 ist ein NTC-Element 28b angeordnet, das auch ein PTC-Element sein kann. Das NTC-Element 28b ist in einer elektrisch isolierenden, aber ausreichend wärmeleitenden Masse 28c, beispielsweise einem Harz, eingebettet. Hierdurch steht das NTC-Element 28b über die wärmeleitende Masse 28c, die wärmeleitende Hülse 28a, das Rohrstück 22 und den Anschlußbolzen 18 in Wärmeleitungskontakt mit der Heizdrahtwendel 14, ist jedoch elektrisch gegenüber dem Heizstromkreis isoliert.
Das NTC-Element 28b, das in Kugel- oder Pillenform ausgebildet und ggf. bereits mit einer elektrischen Isolationsschicht überzogen sein kann, ist über zwei getrennte Anschlußleitungen 28d mit einem nicht weiter dargestellten Sicherungs- und Überwachungs- bzw. Meßstromkreis verbunden. Die beiden Anschlußleitungen 28d sind aus dem entgegen der Heizdrahtwendel 14 weisenden Ende aus der Hülse 28a herausgeführt und mit entsprechenden weiteren Elementen des Sicherungs- und Überwachungsstromkreis verbunden. Der Sicherungs- und Überwachungsstromkreis ist getrennt von dem Heizstromkreis ausgebildet. Er kann als Widerstandsmeßkreis oder als ein Meßkreis ausgebildet sein, der den Stromabfall bzw. die Spannungsänderung an dem NTC-Element 28b infolge seiner Widerstandsänderung mißt.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, steht die Hülse 28a etwas über das Verschlußelement 26 über und ist dabei im Durchmesser aufgeweitet. Hierdurch wird wiederum ein Positionieranschlag geschaffen, der beim Einschieben der Hülse 28a in das Rohrstück 22 deren Lage positioniert. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Hülse 28a innerhalb des Verschlußelementes 26 endet und lediglich die Anschlußleitungen 28d herausgeführt sind. Die Bohrung 26c kann dann auf geeignete Weise verschlossen werden.
Die Arbeitsweise des Sicherungs- und Überwachungselement ist wie folgt:
Im normalen Betrieb des Rohrheizkörpers 10 wird der Heizdrahtwendel 14 über den Heizstromkreis Strom zugeführt, so daß diese zu glühen beginnt. Die von der Heizdrahtwendel 14 hierbei erzeugte Wärme wird über das Isoliermaterial 16 an das Mantelrohr 12 und von dort an das zu erhitzende Fluid, meist Wasser abgeben. Da das Sicherungs- und Überwachungselement 28 über den Anschlußbolzen 18 und dem Rohrstück 22 mit der Heizdrahtwendel 14 wärmeleitend verbunden ist, wird hierdurch das NTC-Element 28b ebenfalls erwärmt. Auf Grund seiner Materialeigenschaften verändert es hierdurch seinen Widerstandswert. Dies wird von dem Sicherungs- und Überwachungsstromkreis erfaßt.
Während dieses normalen Betriebes wird das unbeheizte Mantelrohrende 12a von dem zu erhitzenden Fluid umgeben und von diesem gekühlt. Da das Fluid das unbeheizte Ende 12a kühlt, nimmt das Sicherungs- und Überwachungselement 28 zumindest annähernd die Temperatur des zu erhitzenden Fluids an. Die durch die Wärmeleitung von der Heizdrahtwendel 14 an das Sicherungs- und Überwachungselement 28 geführte Wärme wird durch das kühlende Fluid abgeführt, so daß das Sicherungs- und Überwachungselement 28 zumindest annähernd die Temperatur des Fluids aufweist und damit diese erfaßt. Da sich der Widerstandswert des NTC-Elements 28b in Abhängigkeit der Temperatur definiert ändert (meist proportional), kann also somit der Sicherungs- und Überwachungsstromkreis die Temperatur des Fluids über das ganze Betriebsspektrum erfassen. Durch eine entsprechende Programmierung einer nicht weiter dargestellten Steuereinrichtung kann dann darauf geschlossen werden, daß ein fehlerfreier Betrieb vorliegt. Darüber hinaus läßt sich hierdurch die Fluidtemperatur steuern bzw. regeln. Ggf. kann dies auch durch eine entsprechende Anzeigeeinrichtung für das Wartungs- und/oder Bedienpersonal angezeigt werden.
Darüber hinaus läßt sich durch die erfindungsgemäße Lösung die Verkalkung des Rohrheizkörpers 10 an der ggf. vorhandenen Anzeigeeinrichtung anzeigen. Im Falle einer Verkalkung des Rohrheizkörpers 10 führt dies zu seiner verminderten Kühlung durch das ihn umgebende Fluid und verändert damit die Temperatur, die durch das Sicherung- und Überwachungselement 28 erfaßt wird. Diese Veränderung äußert sich im wesentlichen durch eine Veränderung des Ausgangs- bzw. Basiswertes, wobei aber der Anstieg der Temperatur und damit die Veränderung des Widerstandswertes des NTC-Elementes 28b gegenüber dem unverkalkten Zustand gleich bleibt. Wird diese Veränderung des Basiswertes durch die bereits vorstehend erwähnte Steuereinrichtung erfaßt, so kann mittels der ebenfalls bereits vorstehend erwähnten Steuereinrichtung dies dem Benutzer angezeigt werden, so daß dieser entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise die Entkalkung veranlassen kann.
Im Falle eines Fehlers, beispielsweise im Falle eines Trockenganges (d.h. der Rohrheizkörper 10 ist in Betrieb, obwohl kein zu erhitzendes Fluid vorhanden ist) steigt die Temperatur im Inneren des Mantelrohres 12 schnell stark an, da kein kühlendes, die erzeugte Wärme abtransportierendes Fluid vorhanden ist. Diesen schnellen und starken Temperaturanstieg folgt der Widerstandswert des NTC-Elements 28b ebenfalls und kann dadurch durch den Sicherungs- und Überwachungsstromkreis ebenfalls erfaßt werden. Hierdurch kann dann eine Abschaltung des Heizstromkreises erfolgen.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeipiel des erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers 10' gezeigt. Dieser unterscheidet sich von dem ersten im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel dadurch, daß anstelle des Rohrstücks 22 und der Hülse 28a der Anschlußbolzen 18' verlängert ist und in seinem zweiten Abschnitt 18b' einen Hohlraum 18c aufweist, der in Richtung entgegen der Heizdrahtwendel 14 nach außen hin offen ist. Im Inneren des Hohlraumes 18c ist das Sicherungs- und Überwachungselement 28 in Form des NTC-Elementes 28b und der wärmeleitenden Masse 28c angeordnet. Das NTC-Element 28b ist wiederum über Anschlußleitungen 28d mit dem Sicherungs- und Überwachungsstromkreis verbunden. Der übrige Aufbau dieses Rohrheizkörpers 10' und seine Betriebsweise entsprechen dem im Zusammenhang mit der Fig. 1 geschilderten ersten Ausführungsbeispiel.

Claims (16)

  1. Rohrheizkörper zum Erhitzen von Fluiden, mit wenigstens einem Mantelrohr (12), mindestens einem Heizelement (14), das in einem elektrischen Isoliermaterial (16) eingebettet, im Inneren des Mantelrohres (12) angeordnet ist, Anschlußelemente (18), die in dem Ende (12a) des Mantelrohres (12) angeordnet sind und über die das Heizelement (14) mit einer Stromquelle verbunden ist, und mit mindestens einem Sicherungselement (28), das in dem Mantelrohrende (12a) angeordnet ist und in Wärmeleitungskontakt mit dem Heizelement (14) steht,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (28) ein in Abhängigkeit der Temperatur des Heizelements (14) seinen Widerstand änderndes Element ist, das Bestandteil eines von dem Heizstromkreis unabhängigen Meßstromkreises ist, mittels dem die Widerstandsänderung des Sicherungselementes (28) erfaßbar ist.
  2. Rohrheizkörper nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement ein PTC-Element ist.
  3. Rohrheizkörper nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement ein NTC-Element (28) ist.
  4. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (28) über ein Rohrstück (22) mit dem Anschlußelement (18) in wärmeleitender, aber elektrisch isolierter Verbindung steht.
  5. Rohrheizkörper nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement ein Anschlußbolzen (18) ist, an dessen zu dem Mantelrohrende (12a) weisenden Ende (18b) das Rohrstück (22) aufgeschoben ist, in dessen ebenfalls zu dem Mantelrohrende (12a) weisenden Ende das Sicherungselement (28) eingeschoben ist.
  6. Rohrheizkörper nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (28) im Inneren einer Hülse (28a) elektrisch isoliert zu dem Mantel der Hülse (28a) aufgenommen ist.
  7. Rohrheizkörper nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (28) in dem Inneren der Hülse (28a) in ein elektrisch isolierendes Material (28c) eingebettet ist.
  8. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Hülse (28a) aus ausreichend wärmeleitenden Material ist.
  9. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel der Hülse (28a) Teil des Anschlusses des Heizelements an die Heizstromquelle ist.
  10. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (18) in dem zu dem stirnseitigen Ende (12a) des Mantelrohres (12) weisenden Ende einen nach außen hin offenen Hohlraum (18c) aufweist, in dem das Sicherungselement (28) elektrisch isoliert zu dem Anschlußelement (18) untergebracht ist.
  11. Rohrheizkörper nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (28) mittels elektrisch isolierenden, aber wärmeleitenden Harzverguß (28c) in dem Hohlraum (18c) des Anschlußelementes (18) untergebracht ist.
  12. Rohrheizkörper nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (28) mittels einer elektrisch isolierenden, aber wärmeleitenden Hülse in dem Hohlraum (18c) des Anschlußelementes (18) untergebracht ist.
  13. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement ein Anschlußbolzen (18) ist.
  14. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstromkreis ein Widerstandsmeßkreis ist.
  15. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstromkreis ein Meßkreis zum Messen des Stromabfalles ist.
  16. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstromkreis ein Meßkreis zum Messen der Spannungsänderung ist.
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