EP1519629B1 - Elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen vorbeiströmender Gasstoffe und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen vorbeiströmender Gasstoffe und Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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EP1519629B1
EP1519629B1 EP03021846A EP03021846A EP1519629B1 EP 1519629 B1 EP1519629 B1 EP 1519629B1 EP 03021846 A EP03021846 A EP 03021846A EP 03021846 A EP03021846 A EP 03021846A EP 1519629 B1 EP1519629 B1 EP 1519629B1
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EP
European Patent Office
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support body
connection element
heating spiral
spiral
connection
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP03021846A
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English (en)
French (fr)
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EP1519629A1 (de
Inventor
Clemens David
Rupert Jäger
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DBK David and Baader GmbH
Original Assignee
DBK David and Baader GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/16—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor the conductor being mounted on an insulating base

Definitions

  • the invention relates to an electrical heating device, can be heated by the gas flowing past, with a support body, with a heating coil held by the support body and at least one electrically conductive connecting element which is attached to the support body and electrically conductively connected in a connecting region with the heating coil, wherein the connection region is designed as a notch or groove located in the radial direction of the heating spiral on the diameter of the heating spiral, in which the heating spiral is accommodated.
  • Electric heaters of this type are individually or as a set of several heaters or heaters free in a gas stream, in particular an air stream, and heat the gas stream when flowing past, for example in a tumble dryer.
  • the heaters used in this way are often directly exposed to a flow pressure of the gas stream and should on the one hand provide as little flow resistance as possible with the largest possible heating surface, but on the other hand be made stable, so as not to vibrate. For this reason, usually a Schuleiterdraht spirally wound around a strip-shaped insulating plate to a heating coil.
  • a method and an apparatus for producing such a heating device is for example in DE 261 50 13 C3 described.
  • the according to the method of DE 261 50 13 C3 wound heating coil is then provided at both ends of the insulating plate by hand with a connecting element through which the heating coil can be connected to a voltage source.
  • a connecting element through which the heating coil can be connected to a voltage source.
  • the ends are wrapped by hand around projections on the connecting elements to fix them in a predetermined position. Thereafter, the free ends are again connected by hand to the respective connecting element cohesively and electrically conductive, for example by resistance welding.
  • a heater in which a heating resistor is helically wound around a core.
  • the heating resistor is connected at its ends in each case with a flag of a terminal, wherein each terminal is mounted axially movable at one end of the core.
  • the invention is therefore based on the object to improve the known heaters so that their production can be more automated and thus the production costs can be reduced.
  • the heating coil is formed from a standing upright wound flat wire with a rectangular cross-section and that the notch or groove in a feed direction in which the connecting element is attachable to the support body, the heating coil opens.
  • This solution according to the invention has the advantage that the heating coil in the connection region remains radially in the position in which it is located when winding the heating coil.
  • the heating coil can thereby be brought directly during the winding process in the connection area and connected to the connecting element. This allows for greater automation in the manufacture of the electric heater with economically justifiable effort.
  • the connecting element is designed in the connecting region as an example V-shaped notch or groove in which the heating coil is received.
  • the heating spiral received in the notch or groove is fixed on three sides.
  • the end of the heating coil is held even better in the connection area.
  • the heating coil is wound around the support body, whereby the heating coil is particularly well fixed by many individual bases on the support body.
  • the radial stability of the heating coil improves and its heating surface increases, since it is made of an upright flat wire having a substantially rectangular cross-section.
  • the invention opens the notch or groove of the connecting element in a feed direction in which the connecting element is attachable to the support body, the heating coil.
  • the thus improved heating device can be further developed by different, mutually independent, each for themselves advantageous developments, as they are explained below.
  • the heating coil in the connecting region can be deflected substantially elastically in the axial direction.
  • a spring force between the connecting element and the heating coil is created by the axial deflection of the resilient heating coil.
  • the spring force enhances the hold of the heating coil on the connecting element in the connecting region.
  • the heating coil can be deflected in the axial direction both by stretching and by upsetting the heating coil.
  • heating coil and connecting element in the connection region in the axial direction can also be deflected against each other, which also results in the advantageous spring force described above.
  • the connecting element and the heating coil in the connecting region, can be positively connected to each other, for example by a snap or clamp connection.
  • This is particularly advantageous because it creates a connection that is resistant to the effects of force in all directions.
  • the electrical heating device designed in this way can be stored, for example, before the final, electrically conductive connection of heating coil and connecting element, for example, due to a special manufacturing process, without the risk that dissolve heating coil and connecting element from each other.
  • the electrically conductive connection of the connecting element with the heating coil can be made cohesively. This is advantageous because cohesive connections, such as welded joints, represent reliable electrically conductive connections, which are inexpensive to carry out.
  • the connecting region can each be arranged at a predetermined distance from an end of the supporting body. This is advantageous because it creates a reference both for the position of the heating coil and for the position of the connecting element to the support body, which simplifies an automated merging of the two parts in the connection area.
  • the connecting element can be designed with a stop, with which the connecting element aligns at the respective end of the supporting body. This has a particularly advantageous in particular in an automated assembly of the electric heater.
  • the flat wire may be partially deformed, for example, in an inner diameter region of the heating coil.
  • a pre-deformation may, for example, be a corrugation, preferably in the form of an essentially wave-shaped, plastic deformation of the flat wire.
  • This has the advantage that when winding the heating coil, the deformation is limited to the inner diameter range and avoids excessive plastic deformation of the flat wire on the outer diameter of the heating coil and the risk of cracking is reduced.
  • the flat wire may be wound obliquely to the heating spiral axis around the support body, so that a flat side of the flat wire having an inclination angle smaller than 45 °, preferably smaller than 20 ° to the normal of Edelspiralenachse.
  • the at least one connecting element can each be connectable to a voltage source.
  • the connecting element serves simultaneously as a contact element, which has a connection possibility z. B. by a welding contact or an example standardized connector, with which the connecting element can be connected via a cable to a voltage source.
  • the at least one connecting element can have at least one tab, by which the connecting element is designed to be compressible with the supporting body.
  • the tab may be designed to surround the support body with a game or excess. This is particularly advantageous because it ensures a slight sliding of the connecting element on the support body. This is particularly advantageous in an automated sliding of the connecting element on the support body, as it allows easy sliding. The more generous the game is performed, the less likely is an interruption of the assembly process by jamming the connecting element during the sliding onto the support body.
  • the invention relates in addition to the above-described electric heater and its embodiments, a method for producing an electric heater, are heated with the passing gas substances in which a heating coil is wound on a support body, at least one electrically conductive connection element on the support body by sliding in the Substantially mounted in a feed direction and are electrically connected at the connecting element and heating coil in a connection region.
  • the coiled heating coil is fixed in a feeding groove or groove of the connecting element which opens in the feed direction by sliding the connecting element in the feed direction.
  • the fixed heating coil and the connecting element can be joined in a form-fitting manner before the electrically conductive connection. This has the advantage that heating coil and connecting element are firmly connected to each other and that before the electrically conductive connection, for example, a storage or transport of electric heaters can be done easily.
  • an electric heating device of the above type it may be advantageous to perform the electrically conductive connection between the connecting element and heating spiral particularly resistant and with even higher quality, for example, in the transmission of large currents.
  • a special connection method such. As resistance welding, are particularly suitable.
  • connection region and in particular a contact surface between heating coil and connection element can be increased by deforming the fixed heating coil prior to connection.
  • a connection method such as resistance welding can be performed.
  • heating coil and connecting element can be biased by deflecting the heating coil in the connection region in the axial direction against each other. This is advantageous because a resulting biasing or spring force fixes the heating coil in the connection region on the connecting element even better.
  • a weakened region in order to reduce the risk of crack formation as a result of excessive plastic deformation on the outside diameter of the heating coil, a weakened region can be produced by at least partially plastic pre-forming of the heating spiral made of a flat wire.
  • the flat wire can be pre-formed by applying a corrugation substantially in an inner diameter range.
  • the at least one connecting element can be fixed on the support body by pressing.
  • fasteners whose at least one tab are designed with a game or excess over the support body and thus are particularly easily pushed onto the support body are fixed immovably by the pressing on the support body.
  • Fig. 1 shows an inventive electric heater 1, with a strip-shaped support body 2, a heating coil 3 and two connecting elements 4.
  • the heating coil 3 is a wound around the support body 2 flat wire, which is electrically connected to the connecting elements 4.
  • Fig. 2 shows an end portion of the electric heater 1 according to the invention.
  • the connecting element 4 serves as a contact element and is designed to be connected to a voltage source.
  • a welding contact 5 this illustration is only an example and the connecting element may for example also be designed with an example standardized connection plug or a crimp connection.
  • the connecting element 4 is attached to the support body 2, which in the embodiment in FIG Fig. 2 happens through tabs 6.
  • the tabs 6 can be bent around the supporting body 2 during assembly of the heating device 1 in order to attach the connecting element 4 to the supporting body 2 immovably.
  • the tabs 6 are already bent during the production of the connecting element 4 and the finished connecting element 4 is plugged in the assembly of the electric heater 1 only on the support body 2 and preferably pressed.
  • This is advantageously done in a feed direction Z, which in Fig. 2 runs for example in the radial direction of the heating coil, and brings the connecting element 4 after pressing immovably on the support body 2.
  • the connecting element 4 may be executed with a stop 7. By aligning the stop 7 against the end of the support body 2, the connecting element 4 terminates with the support body 2 and the connection region V is brought axially into a predetermined, defined position.
  • the heating coil 3 wound around the support body 2 is electrically conductively connected to the connection element 4 in a connection region V.
  • the electrically conductive connection between the heating coil 3 and connecting element 4 is a cohesive welded joint, which has been prepared for example by laser welding.
  • Fig. 3 shows the electric heater according to the invention during manufacture in a state in which the connecting element 4 is not yet electrically connected to the heating coil 3.
  • the heating coil 3 is fixed to the connecting element 4 in the connecting region V.
  • This fixation is enhanced by the fact that the heating coil 3 is elastically deflected in the direction R, whereby a spring force is created, which presses the heating coil 3 to the connecting element 4 and There even more fixed.
  • the deflection of the heating coil 3 for generating the spring force can also be done in the opposite direction, ie opposite to the direction R (not shown).
  • a spring force produced thereby acts correspondingly opposite, ie in the direction R.
  • heating coil 3 and connecting element 4 are deflected in the axial direction R against each other (not shown) to produce the above-mentioned spring force.
  • the connecting element 4 is in the connection region V in the in Fig. 3 embodiment shown with a V-shaped notch executed.
  • this V-shaped notch is the end of the heating coil 3.
  • the connecting portion V is located at a point radially on the circumference of the heating coil 3. As a result, no additional radial deflection of the heating coil 3 is necessary to merge them with the connecting element 4 in the connection region V, which can be done for example directly during the winding process of the heating coil.
  • the heating coil 3 and the connecting element 4 are as in Fig. 2 z. B. materially connected by laser welding.
  • heating coil 3 and connecting element 4 Before the final cohesive connection of heating coil 3 and connecting element 4, they can be positively connected to each other. This can be done by compressing the V-shaped notch on both sides, resulting in a positive clamping connection.
  • Fig. 4 shows the connecting element 4 of the electric heater 1 from Fig. 2 or 3.
  • the tabs 6 have already been bent during the production of the connecting element 4.
  • the connecting element 4 can be plugged onto the support body 2 in the feed direction Z, and the axial alignment with the end of the support body 2 is ensured by the stop 7. Thereafter, the connecting element is preferably pressed with the support body 2.
  • Fig. 5 shows a further exemplary embodiment of the electric heating device 1 according to the invention.
  • Fig. 6 shows the connecting element 4 of the embodiment of the electric heater 1 off Fig. 5 as an item before a montage.
  • the embodiment in Fig. 5 and Fig. 6 differs from the above embodiments in that the feed direction Z extends in the axial direction of the heating coil. Therefore, the tabs 6, the V-shaped notch in the connection region V and the stopper 7 are arranged in this exemplary embodiment so that the connecting element 4 in the feed direction Z can be pushed onto the support body. To facilitate the sliding, the tabs may have over the support body an excess with play. The greater the game is performed, the less likely is a jamming or snagging of the connecting element 4 during the sliding and thus a falter in an example automated assembly.
  • the feed direction Z is in the embodiment in the FIGS. 5 and 6 in about 90 ° relative to the embodiment in the Fig. 2 to 4 added.
  • An electrically conductive welded joint of heating coil 3 and connecting element 4 is in Fig. 5 not yet made.
  • the connecting element 4 may be provided with an additional recess 8. In this embodiment, on both sides of the notch plastically deformable retaining legs that can be placed around the heating coil 3.
  • Fig. 7 shows a further embodiment of the electric heater 1 according to the invention, in which the connection region V by forming the end of the heating coil 3, z. B. by bending, has been increased.
  • an electrically conductive connection of heating coil 3 and connecting element 4 is formed by resistance welding, as in Fig. 7 shown.
  • Fig. 8 shows a further exemplary embodiment of the inventive electric heater 1.
  • the heating coil 3 is made of a flat wire having a substantially rectangular cross-section.
  • the flat wire is edgewise in this embodiment, with the narrow side in the direction of the support body 2, wound around the support body 2.
  • the flat wire was pre-deformed and weakened by a corrugation before winding.
  • the corrugation is a plastic deformation of the flat wire I to wavy Bends 9 in an inner diameter range.
  • the wavy pre-deformation of the heating coil 3 in the inner diameter region I is in Fig. 9a and 9b as detail D the Fig. 8 shown, where Fig. 9a a view on the broad side and Fig.
  • the flat wire of the heating coil 3 is wound with an inclination angle ⁇ to the normal of the Schuspiralenachse A to the support body 2.
  • the inclination of the flat wire, the stability of the heating coil 3 is improved in the axial direction.
  • the inclination angle ⁇ is less than 45 °, preferably less than 20 °.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung, durch die vorbeiströmende Gasstoffe erwärmbar sind, mit einem Tragkörper, mit einer vom Tragkörper gehaltenen Heizspirale und mit mindestens einem elektrisch leitenden Verbindungselement, das an dem Tragkörper angebracht und in einem Verbindungsbereich mit der Heizspirale elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Verbindungsbereich als ein in radialer Richtung der Heizspirale sich auf dem Durchmesser der Heizspirale befindliche Kerbe oder Nut ausgeführt ist, in der die Heizspirale aufgenommen ist.
  • Elektrische Heizvorrichtungen dieser Art befinden sich einzeln oder auch als Satz von mehreren Heizvorrichtungen bzw. Heizkörpern frei in einem Gasstoffstrom, insbesondere einem Luftstrom, und erwärmen den Gasstoffstrom beim Vorbeiströmen, beispielsweise in einem Wäschetrockner. Die so eingesetzten Heizvorrichtungen sind einem Strömungsdruck des Gasstoffstroms oft direkt ausgesetzt und sollen einerseits bei möglichst großer Heizfläche möglichst wenig Strömungswiderstand bieten, aber andererseits auch stabil ausgeführt sein, um nicht zu vibrieren. Aus diesem Grunde wird üblicherweise ein Heizleiterdraht spiralförmig um eine streifenförmige Isolierplatte zu einer Heizspirale aufgewickelt.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Heizvorrichtung ist beispielsweise in der DE 261 50 13 C3 beschrieben. Die nach dem Verfahren der DE 261 50 13 C3 aufgewickelte Heizspirale wird dann an beiden Enden der Isolierplatte von Hand mit einem Verbindungselement versehen, durch die die Heizspirale an eine Spannungsquelle anschließbar ist. Um die freien Enden der Heizspirale mit den Verbindungselementen zu verbinden, werden die Enden von Hand um Vorsprünge an den Verbindungselementen geschlungen, um sie in einer vorbestimmten Position zu fixieren. Danach werden die freien Enden wiederum von Hand mit dem jeweiligen Verbindungselement stoffschlüssig und elektrisch leitend verbunden, z.B. durch Widerstandsschweißen.
  • In der FR 1 318 547 A ist eine Heizeinrichtung beschrieben, bei der ein Heizwiderstand schraubenförmig um einen Kern gewickelt ist. Der Heizwiderstand ist an seinen Enden jeweils mit einer Fahne einer Anschlussklemme verbunden, wobei jede Anschlussklemme an einem Ende des Kerns axial beweglich angebracht ist.
  • Da das Anbringen der Verbindungselemente an die Heizvorrichtung im derzeitigen Stand der Technik mit großem Aufwand manuell ausgeführt werden muss, ist der Automatisierungsgrad bei der Herstellung der elektrischen Heizvorrichtung gering. Durch den geringen Automatisierungsgrad sind die Herstellkosten durch die Produktion der beschriebenen Heizvorrichtung sehr hoch, was sich gerade bei der Herstellung in großen Stückzahlen nachteilig auswirkt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Heizvorrichtungen so zu verbessern, dass ihre Herstellung stärker automatisiert und dadurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Heizspirale aus einem hochkant stehend gewickelten Flachdraht mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet ist und dass sich die Kerbe oder Nut in einer Zuführrichtung, in der das Verbindungselement auf dem Tragkörper anbringbar ist, der Heizspirale öffnet.
  • Diese erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die Heizspirale in dem Verbindungsbereich radial in der Position bleibt, in der sie sich beim Wickeln der Heizspirale befindet. Die Heizspirale kann hierdurch direkt während des Wickelvorgangs in den Verbindungsbereich gebracht und mit dem Verbindungselement verbunden werden. Dies ermöglicht eine stärkere Automatisierung beim Herstellen der elektrischen Heizvorrichtung mit ökonomisch vertretbarem Aufwand.
  • Weiterhin ist das Verbindungselement im Verbindungsbereich als eine beispielsweise V-förmige Kerbe oder Nut ausgeführt, in der die Heizspirale aufgenommen ist. Dadurch ist die in der Kerbe oder Nut aufgenommene Heizspirale zu drei Seiten fixiert. Hierdurch wird das Ende der Heizspirale noch besser in dem Verbindungsbereich gehalten.
  • Die Heizspirale ist um den Tragkörper gewickelt, wodurch sich die Heizspirale durch viele einzelne Stützpunkte besonders gut an dem Tragkörper fixiert.
  • Die radiale Stabilität der Heizspirale verbessert sich und ihre Heizfläche vergrößert sich, da sie aus einem hochkant stehenden Flachdraht mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausgeführt ist.
  • Erfindungsgemäß öffnet sich die Kerbe oder Nut des Verbindungselementes in einer Zuführrichtung, in der das Verbindungselement auf dem Tragkörper anbringbar ist, der Heizspirale. Dies hat den Vorteil, dass das Verbindungselement bei einem Aufschieben auf den Tragkörper sich gleichzeitig auf die Heizspirale in dem vorbestimmten Verbindungsbereich aufschiebt bzw. diese fixiert. Hierdurch eignet sich die Erfindung besonders gut für eine automatisierte Anbringung des Verbindungselementes an dem Tragkörper.
  • Die solchermaßen verbesserte Heizvorrichtung kann durch verschiedene, voneinander unabhängige, jeweils für sich vorteilhafte Weiterbildungen weiterentwickelt werden, wie sie im Folgenden erläutert sind.
  • Durch eine V-förmige Ausgestaltung der Kerbe oder Nut ist ein sicheres Finden von Kerbe und Heizspirale, auch bei automatisiertem Aufschieben, und deren selbstständige Zentrierung gewährleistet.
  • Ferner kann die Heizspirale in dem Verbindungsbereich in einer vorteilhaften Weiterbildung in axialer Richtung im Wesentlichen elastisch ausgelenkt sein. Dies ist besonders vorteilhaft, weil durch die axiale Auslenkung der federnden Heizspirale eine Federkraft zwischen dem Verbindungselement und der Heizspirale entsteht. Die Federkraft verstärkt den Halt der Heizspirale an dem Verbindungselement in dem Verbindungsbereich. Hierbei kann die Heizspirale in axialer Richtung sowohl durch Dehnen als auch durch Stauchen der Heizspirale ausgelenkt werden. Ferner können Heizspirale und Verbindungselement in dem Verbindungsbereich in axialer Richtung auch gegeneinander ausgelenkt sein, wodurch ebenfalls die zuvor beschriebene vorteilhafte Federkraft entsteht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können in dem Verbindungsbereich das Verbindungselement und die Heizspirale formschlüssig miteinander verbunden sein, beispielsweise durch eine Schnapp- oder Klemmverbindung. Dies ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch eine Verbindung geschaffen wird, die gegen Krafteinwirkungen in allen Richtungen widerstandsfähig ist. Die so ausgeführte elektrische Heizvorrichtung kann beispielsweise vor dem endgültigen, elektrisch leitenden Verbinden von Heizspirale und Verbindungselement, beispielsweise bedingt durch einen speziellen Fertigungsablauf, zwischengelagert werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich Heizspirale und Verbindungselement voneinander lösen.
  • In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann die elektrisch leitende Verbindung des Verbindungselementes mit der Heizspirale stoffschlüssig ausgeführt sein. Dies ist von Vorteil, weil stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Schweißverbindungen, zuverlässige elektrisch leitende Verbindungen darstellen, die kostengünstig durchführbar sind.
  • Ferner kann der Verbindungsbereich jeweils in einem vorbestimmten Abstand zu einem Ende des Tragkörpers angeordnet sein. Dies ist vorteilhaft, weil dadurch eine Referenz sowohl für die Position der Heizspirale als auch für die Position des Verbindungselementes zu dem Tragkörper geschaffen ist, was ein automatisiertes Zusammenführen der beiden Teile im Verbindungsbereich vereinfacht. Insbesondere kann das Verbindungselement mit einem Anschlag ausgeführt sein, mit dem sich das Verbindungselement an dem jeweiligen Ende des Tragkörpers ausrichtet. Dies wirkt sich insbesondere bei einer automatisierten Montage der elektrischen Heizvorrichtung besonders vorteilhaft aus.
  • Der Flachdraht kann bereichsweise, zum Beispiel in einem Innendurchmesserbereich der Heizspirale vorverformt sein. Eine solche Vorverformung kann beispielsweise eine Riffelung sein vorzugsweise in Form einer im Wesentlichen wellenförmigen, plastischen Verformung des Flachdrahtes. Dies hat den Vorteil, dass beim Aufwickeln der Heizspirale die Verformung auf den Innendurchmesserbereich beschränkt ist und eine zu große plastische Verformung des Flachdrahts am Außendurchmesser der Heizspirale vermieden und die Gefahr einer Rissbildung reduziert wird. Ferner kann zur axialen Stabilisierung der Heizspirale der Flachdraht schräg zur Heizspiralenachse um den Tragkörper gewickelt werden, so dass eine flache Seite des Flachdrahtes mit einem Neigungswinkel kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 20° zur Normalen der Heizspiralenachse verläuft.
  • Ferner kann das mindestens eine Verbindungselement in einer vorteilhaften Weiterbildung jeweils an eine Spannungsquelle anschließbar sein. Hierdurch dient das Verbindungselement gleichzeitig als ein Kontaktelement, das eine Anschlussmöglichkeit z. B. durch einen Schweißkontakt oder einen beispielsweise genormten Stecker hat, mit dem das Verbindungselement über ein Kabel an eine Spannungsquelle anschließbar ist.
  • Zum Herstellen einer unverschiebbaren Verbindung des mindestens einen Verbindungselementes mit dem Tragkörper kann das mindestens eine Verbindungselement mindestens eine Lasche aufweisen, durch die das Verbindungselement mit dem Tragkörper verpressbar ausgestaltet ist. Ferner kann die Lasche den Tragkörper mit einem Spiel oder Übermaß umschließend ausgestaltet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil hierdurch ein leichtes Aufschieben des Verbindungselementes auf den Tragkörper gewährleistet wird. Dies ist besonders bei einem automatisierten Aufschieben des Verbindungselementes auf den Tragkörper von Vorteil, da es ein leichtes Aufschieben ermöglicht. Desto großzügiger das Spiel ausgeführt ist, desto unwahrscheinlicher ist eine Unterbrechung des Montageprozesses durch ein Verklemmen des Verbindungselementes während des Aufschiebens auf den Tragkörper.
  • Die Erfindung betrifft neben der oben erläuterten elektrischen Heizvorrichtung und deren Ausgestaltungen auch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Heizvorrichtung, mit dem vorbeiströmende Gasstoffe erwärmbar sind, bei dem eine Heizspirale auf einen Tragkörper aufwickelt wird, mindestens ein elektrisch leitendes Verbindungselement auf dem Tragkörper durch ein Aufschieben im Wesentlichen in einer Zuführrichtung angebracht wird und bei dem Verbindungselement und Heizspirale in einem Verbindungsbereich elektrisch leitend verbunden werden. Um ein solches Verfahren stärker automatisiert als bisher durchführen zu können, wird die aufgewickelte Heizspirale durch das Aufschieben des Verbindungselements in der Zuführrichtung in einer sich in der Zuführrichtung öffnenden Kerbe oder Nut des Verbindungselementes fixiert.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die fixierte Heizspirale und das Verbindungselement vor dem elektrisch leitenden Verbinden formschlüssig gefügt werden. Dies hat den Vorteil, dass Heizspirale und Verbindungselement fest miteinander verbunden sind und dass vor dem elektrisch leitenden Verbinden beispielsweise eine Lagerung oder ein Transport der elektrischen Heizvorrichtungen problemlos geschehen kann.
  • Für einige Anwendungen einer elektrischen Heizvorrichtung der oben genannten Art kann es von Vorteil sein, die elektrisch leitende Verbindung zwischen Verbindungselement und Heizspirale besonders widerstandsfähig und mit noch höherer Qualität auszuführen, beispielsweise bei der Übertragung großer Ströme. Hierfür kann sich ein besonderes Verbindungsverfahren, wie z. B. Widerstandsschweißen, besonders gut eignen.
  • Um die Vorraussetzungen für ein solches Verbindungsverfahren zu schaffen, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung der Verbindungsbereich und insbesondere eine Kontaktfläche zwischen Heizspirale und Verbindungselement durch ein Verformen der fixierten Heizspirale vor dem Verbinden vergrößert werden. Durch das Vergrößern des Verbindungsbereichs und insbesondere der Kontaktfläche kann ein Verbindungsverfahren wie z.B. Widerstandsschweißen durchgeführt werden.
  • In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können Heizspirale und Verbindungselement durch Auslenken der Heizspirale in dem Verbindungsbereich in axialer Richtung gegeneinander vorgespannt werden. Dies ist von Vorteil, weil eine hierdurch entstandene Vorspann- oder Federkraft die Heizspirale in dem Verbindungsbereich an dem Verbindungselement noch besser fixiert.
  • Um die Gefahr einer Rissbildung resultierend aus einer zu großen plastischen Verformung am Außendurchmesser der Heizspirale zu reduzieren kann in einer anderen Ausführungsform ein Schwächungsbereich durch zumindest bereichsweise plastisches Vorverformen der aus einem Flachdraht ausgeführten Heizspirale erzeugt werden. Der Flachdraht kann dabei durch Aufbringen einer Riffelung im wesentlichen in einem Innendurchmesserbereich vorverformt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das mindestens eine Verbindungselement auf dem Tragkörper durch Verpressen fixiert werden. Dies hat den Vorteil, dass durch das Verpressen das Verbindungselement auf dem Tragkörper unverschiebbar befestigt wird. Auch Verbindungselemente deren mindestens eine Lasche mit einem Spiel oder Übermaß gegenüber dem Tragkörper ausgeführt sind und dadurch besonders leicht auf den Tragkörper aufschiebbar sind werden durch das Verpressen auf dem Tragkörper unverschiebbar fixiert.
  • Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand verschiedener Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei können, entsprechend den oben beschriebenen, jeweils für sich als vorteilhaft zu betrachtenden Ausgestaltungen, einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen weggelassen und/oder beliebig miteinander kombiniert werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung schematisch in einer Draufsicht;
    Fig. 2
    einen Endabschnitt einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung;
    Fig. 3.
    den Endabschnitt der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung der Fig. 2 während der Montage;
    Fig. 4
    ein Verbindungselement der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung der Fig. 2 oder 3;
    Fig. 5
    einen Endabschnitt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung;
    Fig. 6
    eine schematische Darstellung des Verbindungselementes der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung der Fig. 5;
    Fig. 7
    einen Endabschnitt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung;
    Fig. 8
    einen Heizspiralenabschnitt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung;
    Fig. 9
    ein Detail der elektrischen Heizvorrichtung der Fig. 8.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung 1, mit einem streifenförmigen Tragkörper 2, einer Heizspirale 3 und mit zwei Verbindungselementen 4. Die Heizspirale 3 ist ein um den Tragkörper 2 gewickelter Flachdraht, der mit den Verbindungselementen 4 elektrisch leitend verbunden ist.
  • Fig. 2 zeigt einen Endabschnitt der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung 1. Das Verbindungselement 4 dient gleichzeitig als Kontaktelement und ist an eine Spannungsquelle anschließbar ausgeführt. Zu diesem Zweck hat es, wie in Fig. 2 dargestellt, einen Schweißkontakt 5, wobei diese Darstellung nur beispielhaft ist und das Verbindungselement beispielsweise auch mit einem beispielsweise genormten Anschluss-Stecker oder einer Crimpverbindung ausgeführt sein kann. Des Weiteren ist das Verbindungselement 4 an dem Tragkörper 2 angebracht, was in der Ausführungsform in Fig. 2 durch Laschen 6 geschieht. Die Laschen 6 können bei der Montage der Heizvorrichtung 1 um den Tragkörper 2 herum gebogen werden, um das Verbindungselement 4 an dem Tragkörper 2 unverschiebbar anzubringen. Im Gegensatz dazu ist es jedoch ebenfalls möglich, dass die Laschen 6 bereits bei der Fertigung des Verbindungselementes 4 umgebogen werden und das fertige Verbindungselement 4 bei der Montage der elektrischen Heizvorrichtung 1 nur noch auf den Tragkörper 2 aufgesteckt und vorzugsweise verpresst wird. Dies geschieht vorteilhafterweise in einer Zuführrichtung Z, die in Fig. 2 beispielhaft in radialer Richtung der Heizspirale verläuft, und bringt das Verbindungselement 4 nach einem Verpressen unverschiebbar an dem Tragkörper 2 an. Zur Hilfe bei der Ausrichtung von Verbindungselement 4 zu dem Tragkörper 2 kann das Verbindungselement 4 mit einem Anschlag 7 ausgeführt sein. Durch ein Ausrichten des Anschlags 7 gegen das Ende des Tragkörpers 2 schließt das Verbindungselement 4 mit dem Tragkörper 2 ab und der Verbindungsbereich V wird axial in eine vorbestimmte, definierte Position gebracht.
  • Die um den Tragkörper 2 gewickelte Heizspirale 3 ist mit dem Verbindungselement 4 in einem Verbindungsbereich V elektrisch leitend verbunden. In der in Fig. 2 beispielhaft dargestellten Ausführungsform ist die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Heizspirale 3 und Verbindungselement 4 eine stoffschlüssige Schweißverbindung, die beispielsweise durch Laserschweißen hergestellt worden ist.
  • Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung während der Herstellung in einem Zustand, in dem das Verbindungselement 4 mit der Heizspirale 3 noch nicht elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei ist zu sehen, dass die Heizspirale 3 an dem Verbindungselement 4 in dem Verbindungsbereich V fixiert ist. Diese Fixierung wird dadurch verstärkt, dass die Heizspirale 3 elastisch in Richtung R ausgelenkt ist, wodurch eine Federkraft entsteht, die die Heizspirale 3 an das Verbindungselement 4 drückt und dort noch stärker fixiert. Die Auslenkung der Heizspirale 3 zum Erzeugen der Federkraft kann auch in der entgegengesetzten Richtung geschehen, also entgegen der Richtung R (nicht dargestellt). Eine hierdurch erzeugte Federkraft wirkt entsprechend entgegengesetzt, also in der Richtung R. Es ist auch möglich, dass Heizspirale 3 und Verbindungselement 4 in axialer Richtung R gegeneinander ausgelenkt sind (nicht dargestellt), um die oben genannte Federkraft zu erzeugen.
  • Das Verbindungselement 4 ist im Verbindungsbereich V in der in Fig. 3 beispielhaft dargestellten Ausführungsform mit einer V-förmigen Kerbe ausgeführt. In dieser V-förmigen Kerbe befindet sich das Ende der Heizspirale 3. Bei dem Aufstecken des Verbindungselementes 4 auf den Tragkörper 2 in Zuführrichtung Z kann die Heizspirale 3 durch die V-förmige Kerbe im Verbindungsbereich V selbsttätig zentriert werden.
  • Der Verbindungsbereich V befindet sich an einem Punkt, der radial auf dem Umfang der Heizspirale 3 liegt. Hierdurch ist keine zusätzliche radiale Auslenkung der Heizspirale 3 nötig, um sie mit dem Verbindungselement 4 in dem Verbindungsbereich V zusammenzuführen, was z.B. direkt während des Wickelvorgangs der Heizspirale geschehen kann. In diesem Bereich sind die Heizspirale 3 und das Verbindungselement 4 wie in Fig. 2 z. B. durch Laserschweißen stoffschlüssig verbunden.
  • Vor der endgültigen stoffschlüssigen Verbindung von Heizspirale 3 und Verbindungselement 4 können sie formschlüssig miteinander verbunden werden. Dies kann durch beidseitiges Zusammenpressen der V-förmigen Kerbe geschehen, wodurch eine formschlüssige Klemmverbindung entsteht.
  • Fig. 4 zeigt das Verbindungselement 4 der elektrischen Heizvorrichtung 1 aus Fig. 2 bzw. 3. Bei dieser beispielhaften Darstellung sind die Laschen 6 bereits bei der Fertigung des Verbindungselementes 4 umgebogen worden. Das Verbindungselement 4 kann in der Zuführrichtung Z auf den Tragkörper 2 aufgesteckt werden und durch den Anschlag 7 ist die axiale Ausrichtung zum Ende des Tragkörpers 2 gewährleistet. Danach wird das Verbindungselement vorzugsweise mit dem Tragkörper 2 verpresst.
  • Fig. 5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung 1. Fig. 6 zeigt das Verbindungselement 4 der Ausführungsform der elektrischen Heizvorrichtung 1 aus Fig. 5 als Einzelteil vor einer Montage. Die Ausführungsform in Fig. 5 und Fig. 6 unterscheidet sich von den oben genannten Ausführungsformen dadurch, dass die Zuführrichtung Z in axialer Richtung der Heizspirale verläuft. Deshalb sind die Laschen 6, die V-förmige Kerbe im Verbindungsbereich V und der Anschlag 7 in dieser beispielhaften Ausführungsform so angeordnet, dass das Verbindungselement 4 in der Zuführrichtung Z auf den Tragkörper aufschiebbar ist. Um das Aufschieben zu erleichtern, können die Laschen gegenüber dem Tragkörper ein Übermaß mit Spiel aufweisen. Je größer das Spiel ausgeführt ist, um so unwahrscheinlicher ist ein Verklemmen oder Verhaken des Verbindungselementes 4 während des Aufschiebens und damit ein Stocken in einer beispielsweise automatisierten Montage.
  • Nach dem Aufschieben werden die Laschen 6 verpresst, um eine ausreichende Fixierung gegenüber dem Tragkörper 2 zu erreichen. Die Zuführrichtung Z ist in der Ausführungsform in den Fig. 5 und 6 um in etwa 90° gegenüber der Ausführungsform in den Fig. 2 bis 4 versetzt. Eine elektrisch leitende Schweißverbindung von Heizspirale 3 und Verbindungselement 4 ist in Fig. 5 noch nicht hergestellt. Um ein beidseitiges Zusammenpressen der V-förmigen Kerbe, beispielsweise durch eine Zange, zu erleichtern, kann das Verbindungselement 4 mit einer zusätzlichen Aussparung 8 versehen sein. Bei dieser Ausgestaltung entstehen zu beiden Seiten der Kerbe plastisch verformbare Halteschenkel, die um die Heizspirale 3 gelegt werden können.
  • Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung 1, in der der Verbindungsbereich V durch Umformen des Endes der Heizspirale 3, z. B. durch Umbiegen, vergrößert wurde. Durch diese Vergrößerung ist ein elektrisch leitende Verbindung von Heizspirale 3 und Verbindungselement 4 durch Widerstandsschweißen entstanden, wie in Fig. 7 dargestellt.
  • Fig. 8 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung 1. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Heizspirale 3 aus einem Flachdraht ausgeführt, der einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat. Der Flachdraht ist bei dieser Ausführungsform hochkant, mit der Schmalseite in Richtung des Tragkörpers 2, um den Tragkörper 2 gewickelt. Am Innendurchmesser der Heizspirale 3 wurde der Flachdraht vor dem Aufwickeln durch eine Riffelung vorverformt und geschwächt. Die Riffelung ist eine plastische Verformung des Flachdrahtes I zu wellenförmigen Bögen 9 in einem Innendurchmesserbereich. Die wellenförmige Vorverformung der Heizspirale 3 im Innendurchmesserbereich I ist in Fig. 9a und 9b als Detail D der Fig. 8 dargestellt, wobei Fig. 9a eine Ansicht auf die breite Seite und Fig. 9b eine Ansicht auf die schmale Seite des Flachdrahtes darstellt. Durch die wellenförmige Vorverformung und die daraus resultierende Schwächung des Flachdrahtes entsteht beim Aufwickeln und Stauchen der Heizspirale 3 eine Sollverformung im Innendurchmesserbereich I durch eine Verformung der wellenförmigen Bögen 9. Durch die Konzentration der Verformung auf den Innendurchmesserbereich verringert sich die plastische Verformung am Außendurchmesser der Heizspirale 3, wodurch die Gefahr einer Rissbildung am Außendurchmesser der Heizspirale 3 reduziert wird.
  • Bei der in Fig. 8 beispielhaft dargestellten Ausführungsform der elektrischen Heizvorrichtung ist der Flachdraht der Heizspirale 3 mit einem Neigungswinkel α zur Normalen der Heizspiralenachse A um den Tragkörper 2 gewickelt. Durch die Schrägstellung des Flachdrahtes wird die Stabilität der Heizspirale 3 in axialer Richtung verbessert. Der Neigungswinkel α ist dabei kleiner als 45°, vorzugsweise kleiner als 20°.

Claims (18)

  1. Elektrische Heizvorrichtung (1), durch die vorbeiströmende Gasstoffe erwärmbar sind, mit einem Tragkörper (2), mit einer vom Tragkörper (2) gehaltenen Heizspirale (3) und mit mindestens einem elektrisch leitenden Verbindungselement (4), das an dem Tragkörper (2) angebracht und in einem Verbindungsbereich (V) mit der Heizspirale (3) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Verbindungsbereich (V) als ein in radialer Richtung der Heizspirale sich auf dem Durchmesser der Heizspirale (3) befindliche Kerbe oder Nut ausgeführt ist, in der die Heizspirale (3) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizspirale aus einem hochkant stehend gewickelten Flachdraht mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet ist und dass sich die Kerbe oder Nut in einer Zuführrichtung (Z), in der das Verbindungselement (4) auf dem Tragkörper (2) anbringbar ist, der Heizspirale öffnet.
  2. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizspirale (3) in dem Verbindungsbereich (V) in axialer Richtung (R) elastisch ausgelenkt ist.
  3. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizspirale (3) und das Verbindungselement (4) in dem Verbindungsbereich (V) in axialer Richtung (R) elastisch gegeneinander ausgelenkt sind.
  4. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungsbereich (V) das Verbindungselement (4) und die Heizspirale (3) formschlüssig miteinander verbindbar sind.
  5. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Verbindung des Verbindungselementes (4) und der Heizspirale (3) stoffschlüssig ausgeführt ist.
  6. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (V) in einem vorbestimmten Abstand zu einem Ende des Tragkörpers (2) angeordnet ist.
  7. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachdraht mit einer auf einen Innendurchmesserbereich (I) begrenzten Riffelung versehen ist.
  8. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachdraht schräg zur Heizspiralenachse um den Tragkörper (2) gewickelt ist.
  9. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (4) jeweils an eine Spannungsquelle anschließbar ist.
  10. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungselement (4) mindestens eine Lasche (6) aufweist, durch die das Verbindungselement (4) mit dem Tragkörper (2) verpressbar ausgestaltet ist.
  11. Elektrische Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Lasche (6) den Tragkörper (2) mit einem Spiel umschließend ausgestaltet ist.
  12. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung (1), mit der vorbeiströmende Gasströme erwärmbar sind, umfassend folgende Verfahrensschritte:
    - Aufwickeln einer Heizspirale (3) auf einem Tragkörper (2),
    - Anbringen mindestens eines elektrisch leitenden Verbindungselementes (4) auf dem Tragkörper (2) durch ein Aufschieben im Wesentlichen in einer Zuführrichtung (Z),
    - elektrisch leitendes Verbinden von Verbindungselement (4) und Heizspirale (3) in einem Verbindungsbereich (V),
    gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
    - Fixieren der aufgewickelten Heizspirale (3) in einer Kerbe oder Nut des Verbindungselementes (4) durch das Aufschieben des Verbindungselements (4) in der Zuführrichtung (Z), in der sich die Kerbe oder Nut öffnet.
  13. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
    - formschlüssiges Fügen der fixierten Heizspirale (3) und dem Verbindungselement (4) vor dem elektrisch leitenden Verbinden.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
    - Vergrößern des Verbindungsbereichs (V) durch Verformen der fixierten Heizspirale (3) vor dem Verbinden.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
    - Vorspannen von Heizspirale (3) und Verbindungselement (4) in dem Verbindungsbereich (V) gegeneinander, durch Auslenken der Heizspirale (3) in axialer Richtung (R).
  16. Verfahren nach Anspruch 13 bis 16, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
    - Erzeugen eines Schwächungsbereichs durch zumindest bereichsweise plastisches Vorverformen der Heizspirale (3).
  17. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
    - Vorverformen durch Aufbringen einer Riffelung in einem Innendurchmesserbereich (I) der Heizspirale (3).
  18. Verfahren nach Anspruch 13 bis 18, gekennzeichnet durch folgenden Verfahrensschritt:
    - Fixieren des mindestens einen Verbindungselementes (4) auf dem Tragkörper (2) durch Verpressen.
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