EP3567984B1 - Heizpatrone mit regelelement - Google Patents

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EP3567984B1
EP3567984B1 EP19172855.9A EP19172855A EP3567984B1 EP 3567984 B1 EP3567984 B1 EP 3567984B1 EP 19172855 A EP19172855 A EP 19172855A EP 3567984 B1 EP3567984 B1 EP 3567984B1
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EP
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electric heating
heating element
electrical heating
winding body
shaped metal
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Andreas Schlipf
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Tuerk and Hillinger GmbH
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Tuerk and Hillinger GmbH
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Publication date
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    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the invention relates to an electrical heating cartridge with a control element, which has the features of the preamble of claim 1.
  • Such electrical heating cartridges with a control element are from the DE 20 2015 104 723 U1 , the U.S. 4,617,455 as JP 2017-62957 already known.
  • the JP 2017-62957 the features of the preamble of claim 1 can be found.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved electrical heating cartridge with a control element, the structure of which preferably allows cost-effective production with higher process reliability. This object is achieved by an electric heating cartridge with the features of Claim 1.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • the electrical heating cartridge according to the invention has an outer tubular metal jacket, a regulating element arranged in the interior of the outer tubular metal jacket and an electrical heating element arranged in the interior of the outer tubular metal jacket.
  • the electrical heating element - typically a heating wire - is shaped in such a way that it describes a space curve which defines an interior space.
  • a coiled electrical heating element Here, all coils lie on a cylinder jacket and thus define an interior space, namely the interior of the cylinder bounded on the outside by this cylinder jacket.
  • the electrical heating element is electrically insulated from the outer tubular metal jacket, preferably with a material that conducts heat well, such as magnesium oxide powder or granulate.
  • control element is at least partially embedded in an electrically insulating, thermally conductive material and arranged parallel to the direction of extent of the interior space defined by the spatial curve described by the electrical heating element.
  • control element is at least partially embedded in an electrically insulating, thermally conductive material in the interior space defined by the spatial curve described by the electrical heating element.
  • the electrical heating element is at least partially wound onto the outer surface of a wound body - for example a molded or pressed part made of ceramic, which is arranged inside the outer tubular metal jacket, if the electrical heating element at least is electrically isolated from the outer tubular metal jacket in the radial direction to the winding axis, and when the control element is embedded in an electrically insulating, heat-conducting material and is arranged in the spatial area surrounded by the outer surface of the winding body.
  • the overall arrangement is preferably compressed in order to ensure good heat dissipation.
  • control element must be a control coil, i.e. a coiled wire section made of a material whose specific resistance has such a high temperature dependency that, with the given length of the coiled wire section, temperature fluctuations can be detected with the desired accuracy by measuring the resistance of the control coil.
  • the regulating element is arranged in the interior of a second tubular metal jacket, which is arranged in the space surrounded by the outer surface of the winding body.
  • a regulating element designed as a regulating coil can also be arranged as an assembly wound onto a second winding body in the space surrounded by the outer surface of the first winding body.
  • the electrical heating element is designed for low-voltage applications, for example operation with 24 V operating voltage, as often occurs in the automotive sector, so that high currents occur.
  • a further development of the invention is particularly preferred in which the second tubular metal jacket is arranged in a recess or bore in the winding body.
  • the positioning accuracy with which the control element can be placed can be further improved decisively, which can contribute to better control accuracy.
  • the electrical heating cartridge is closed at its connection-side end with a first cover plate, the openings for leading through either end sections or connections of the electrical heating element and an opening for leading through a section of the second tubular metal jacket in which the control element is arranged is, has.
  • Such a design of the electrical heating cartridge simplifies the assembly, since prefabricated electrical heating cartridges can be made into an electrical heating cartridge with a desired type of control by inserting and fixing the control element arranged in the second tubular metal jacket.
  • the fixing can be achieved in that the electrical heating cartridge is provided with a further second closing disk, which is arranged on the connection side next to the first closing disk, openings through which either Has end portions or terminals of both the electrical heating element and the control element.
  • the cover plates can each be made of ceramic, PTFE, Teflon, plastic or a silicone rubber, for example. It is particularly preferred if the two cover plates are made of different materials.
  • the Figures 1 and 2a show an embodiment of an electrical heating cartridge 100 with an outer tubular metal jacket 110 with a bottom 111, a winding body 120 with an opening 122, an electrical heating element 130 wound on the outer surface 121 of the winding body 120 and a control element arranged in a second tubular metal jacket 141.
  • the electrical heating element 130 is connected via connecting bolts 131, which are welded to end sections of the electrical heating element 130 in this example. In Figure 2a these connecting bolts 131 were not shown.
  • openings 161a, 161b for passing through end sections of the electrical heating element 130 and the opening 161c for passing through a section of the second tubular metal jacket 141 of the regulating element.
  • openings 162a, 162b for passing through end sections of the electrical heating element 130 and openings 162c, 162d for passing through connecting wires of the control element.
  • the winding body 120 with the bifilar electrical heating element 130 wound onto its outer surface 121 is arranged in the interior or in the interior of the outer tubular metal jacket 110 and is supported on the base 111.
  • the inner surface of the outer tubular metal jacket 110 is filled with electrically insulating material 170 that conducts heat well, such as MgO powder, so that electrical insulation of the electrical heating element 130 from the tubular metal jacket 110 is achieved in the radial direction to the winding axis W.
  • the arrows indicating the second tubular metal jacket 141 in Figure 2a with the Figures 2b, 2c or 2d should be illustrated that in the interior of this second tubular metal jacket 141 in electrically insulating material 142, for example magnesium oxide, embedded in particular in the Figures 2b, 2c and 2d
  • the illustrated control elements 140 '- as a Pt100 element -, 140 "- as a self-supporting control helix or 140 ′′′ - can be a U-shaped bent helix, but also other control elements, not shown.
  • control elements 40 ', 140 ", 140"' have in common that they are each arranged inside a second tubular metal jacket 141 in an electrically insulating material 142, for example magnesium oxide, from which their connections 143 protrude on one side .
  • electrically insulating material 142 for example magnesium oxide
  • the Figures 3 shows an exploded view of another embodiment of an electrical heating cartridge 200 with an outer tubular metal jacket 210, winding body 220 with openings 222,223,224, an electrical heating element 230 wound on the outer surface 221 of winding body 220 and a control element arranged in a second tubular metal jacket 241.
  • the electrical heating element 230 is connected via a press contact with connection wires 231.
  • a control element for example as in FIG. 1, is embedded in the interior of this second tubular metal jacket 241 in an electrically insulating material, for example magnesium oxide Figures 2b, 2c and 2d can be constructed shown.
  • an electrically insulating material for example magnesium oxide Figures 2b, 2c and 2d can be constructed shown.
  • the Figures 4a to 4f each show, by way of example, three variants of bobbins 310,320,330 with openings 311,312,313; 321,322,323; 331,332,333, which can be used for electrical heating cartridges according to the invention, each in a cross-sectional representation and a view of an end section of the respective winding body 310,320,330 with outer surface 314,324,334. It can be seen that the design and geometric arrangement of the openings 311, 312, 313; 321,322,323; 331,332,333, a large number of variations, in particular also with regard to the arrangement of the control element, can be implemented.
  • the Figure 5 shows a third embodiment of an electrical heating cartridge 400 with an outer tubular metal jacket 410 with bottom 411, winding body 420 with opening 422, on the outer surface 421 of the winding body 420 wound electrical heating element 430, which is through electrically insulating material 470, which conducts heat well, such as MgO powder, is electrically insulated from the tubular metal jacket 410 in the radial direction to the winding axis W.
  • electrically insulating material 470 which conducts heat well, such as MgO powder
  • the electric heating cartridge 400 differs from the electric heating cartridge 100, for example as shown in FIG Figure 2a is shown, on the one hand with regard to the control element used:
  • the control element is formed by a control coil 451 which is wound on a second winding body 452 and provided with connecting wires 453.
  • this regulating element is arranged within the space delimited by the outer surface 421 of the winding body 420 and in the opening 422 of the winding body 420. Embedding in electrically insulating material is ensured by the winding body 420 surrounding this control element.
  • the electrical contacting of the regulating coil 451 can be implemented in that end sections of the regulating coil and / or sections of the connecting wires 453 are received in bores that penetrate the second winding body 452 and brought into contact with one another, in particular press-contacted.
  • the electrical heating element 430 can also be contacted in an analogous manner, which then leads to an electrical heating device in which two electrical heating elements are each wound on a bobbin and contacted by conductor sections inserted into bores in the bobbin.
  • a second difference is that the in Figure 5 shown electrical heating cartridge 400 only a cover plate 462 with openings 462a, 462b, 462c, 462d is used for the connection-side closure of the electrical heating cartridge 400, which is by an annular spacer element 463 in a defined distance to the connection-side end face of the winding body 420 is maintained.

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  • Resistance Heating (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrische Heizpatrone mit Regelelement, die die Merkmale des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1 aufweist.
  • Elektrische Heizpatronen mit einem Regelelement, das geeignet ist, aktuelle Betriebsparameter, insbesondere die Temperaturbelastung der Heizpatrone, zu überwachen, sind seit vielen Jahre bekannt und weit verbreitet. Eine besondere Rolle spielen sie aktuell in Anwendungen im Automotive-Bereich.
  • Ein notorisch auftauchendes Problem bei solchen elektrischen Heizpatronen mit Regelelement besteht darin, sie prozesssicher zu fertigen. Eine wichtige Fehlerquelle in der Fertigung liegt insbesondere einerseits daran, dass es auf eine genaue Positionierung des Regelelements ankommt und andererseits in der Tatsache, dass der elektrische Kontakt zwischen den typischerweise dünnen Anschlussdrähten solcher Regelelemente und dickeren Drähten, mit denen diese verbunden werden müssen, im Verlauf des Herstellungsprozesses versagt. Dies führt zu einer nicht akzeptablen Ausschussquote bei der Herstellung der elektrischen Heizpatronen.
  • Derartige elektrische Heizpatronen mit einem Regelelement sind aus der DE 20 2015 104 723 U1 , der US 4,617,455 sowie JP 2017-62957 bereits bekannt. Insbesondere sind der JP 2017-62957 die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu entnehmen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte elektrische Heizpatrone mit Regelelement bereitzustellen, deren Aufbau bevorzugt eine kostengünstige Herstellung mit höherer Prozesssicherheit erlaubt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizpatrone mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche.
  • Die erfindungsgemäße elektrische Heizpatrone weist einen äußeren rohrförmigem Metallmantel, ein im Inneren des äußeren rohrförmigen Metallmantels angeordnetes Regelelement und ein im Inneren des äußeren rohrförmigen Metallmantels angeordnetes elektrischen Heizelement auf. Dabei ist das elektrische Heizelement -typischerweise ein Heizdraht- derart geformt, dass es eine Raumkurve beschreibt, welche einen Innenraum definiert. Beispielsweise ist dies für ein gewendelt verlaufendes elektrisches Heizelement der Fall: Hier liegen alle Wendeln auf einem Zylindermantel, und definieren so einen Innenraum, nämlich den von diesem Zylindermantel nach außen hin begrenzten Innenraum des Zylinders. Ferner ist das elektrische Heizelement vom äußeren rohrförmigen Metallmantel elektrisch isoliert, vorzugsweise mit einem gut wärmeleitenden Material, wie z.B. Magnesiumoxidpulver oder -granulat.
  • Erfindungswesentlich ist, dass das Regelelement zumindest abschnittsweise in ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material eingebettet parallel zur Erstreckungsrichtung des von der durch das elektrische Heizelement beschriebenen Raumkurve definierten Innenraums angeordnet ist.
  • Erfindungsgemäß ist das Regelelement zumindest abschnittsweise in ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material eingebettet im von der durch das elektrische Heizelement beschriebenen Raumkurve definierten Innenraum angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist es dabei, wenn das elektrische Heizelement zumindest abschnittsweise auf die Außenfläche eines Wickelkörpers -beispielsweise eines Form- oder Pressteils aus Keramikgewickelt ist, der im Inneren des äußeren rohrförmigen Metallmantels angeordnet ist, wenn das elektrische Heizelement zumindest in zur Wicklungsachse radialer Richtung vom äußeren rohrförmigen Metallmantel elektrisch isoliert ist, und wenn das Regelelement in ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material eingebettet im von der Außenfläche des Wickelkörpers umgebenen Raumbereich angeordnet ist.
  • Die Gesamtanordnung ist vorzugsweise verdichtet, um eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten.
  • Das Regelelement muss erfindungsgemäß eine Regelwendel sein, d.h. ein gewendelter Drahtabschnitt aus einem Material, dessen spezifischer Widerstand eine so hohe Temperaturabhängigkeit aufweist, dass mit der gegebenen Länge des gewendelten Drahtabschnitts Temperaturschwankungen mit der gewünschten Genauigkeit durch Messung des Widerstands der Regelwendel nachweisbar sind.
  • Erfindungsgemäß ist es, wenn das Regelelement im Inneren eines zweiten rohrförmigen Metallmantels angeordnet ist, der im von der Außenfläche des Wickelkörpers umgebenen Raum angeordnet ist. Insbesondere ein als Regelwendel ausgeführtes Regelelement kann auch als auf einen zweiten Wickelkörper gewickelte Baugruppe im von der Außenfläche des ersten Wickelkörpers umgebenen Raum angeordnet sein. In beiden Fällen erhält man ein als leicht konfektionierbare, vorgefertigte und separat prüfbare und relativ robuste Baugruppe ausgestaltetes Regelelement, bei dem etwaig im späteren Produktionsprozess eingeleitete Kräfte durch den zweiten rohrförmigen Metallmantel bzw. den zweiten Wickelkörper zumindest partiell aufgenommen werden. Dies ist besonders dann wichtig, wenn das elektrische Heizelement für Niederspannungsanwendungen, z.B. Betrieb mit 24V Betriebsspannung, wie sie im Automotive-Bereich oft vorkommen, ausgelegt ist, so dass hohe Ströme auftreten. Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei der der zweite rohrförmige Metallmantel in einer Ausnehmung oder Bohrung des Wickelkörpers angeordnet. Auf diese Weise kann die Positioniergenauigkeit, mit der das Regelelement platziert werden kann, weiter entscheidend verbessert werden, was zu einer besseren Regelungsgenauigkeit beitragen kann. Dies gilt sowohl im Hinblick auf die radiale Positioniergenauigkeit, da die Position durch die Position der Ausnehmung vorgegeben ist, also auch im Hinblick auf die axiale Positioniergenauigkeit, welche insbesondere durch die Tiefe der Bohrung oder Ausnehmung oder durch eine Begrenzung der Einführtiefe durch einen Anschlag vorgegeben werden kann.
  • Besonders ist dabei bevorzugt, wenn die elektrische Heizpatrone an ihrem anschlussseitigen Ende mit einer ersten Abschlussscheibe verschlossen ist, die Öffnungen zur Durchführung entweder von Endabschnitten oder von Anschlüssen des elektrischen Heizelements und eine Öffnung zur Durchführung eines Abschnitts des zweiten rohrförmigen Metallmantels, in dem das Regelelement angeordnet ist, aufweist. Eine solche Gestaltung der elektrischen Heizpatrone vereinfacht die Konfektionierung, da vorgefertigte elektrischen Heizpatronen nachträglich durch Einschieben und Fixieren des im zweiten rohrförmigen Metallmantel angeordneten Regelelements zu einer elektrischen Heizpatrone mit einer gewünschten Art von Regelung gemacht werden können.
  • Insbesondere kann in einer Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung das Fixieren dadurch erreicht werden, dass die elektrische Heizpatrone eine weitere, anschlussseitig neben der ersten Abschlussscheibe angeordnete zweite Abschlussscheibe vorhanden ist, Öffnungen zur Durchführung entweder von Endabschnitten oder von Anschlüssen sowohl des elektrischen Heizelements als auch des Regelements aufweist.
  • Die Abschlussscheiben können jeweils beispielsweise aus Keramik, PTFE, Teflon, Kunststoff oder einem Silikonkautschuk gefertigt sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn die beiden Abschlussscheiben aus unterschiedlichem Material bestehen.
  • Eine solche Materialkombination kann auch durch Kombination einer Abschlussscheibe und einer Vergussmasse erreicht werden. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele zeige, näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1:
    Eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizpatrone mit Regelelement,
    Fig. 2a:
    einen partiellen Querschnitt durch die elektrische Heizpatrone mit Regelelement aus Figur 1 längs der Erstreckungsrichtung ihres Wickelkörpers mit Regelelement,
    Fig. 2b:
    einen Querschnitt durch eine erste Variante eines Regelelements, die in Figur 2a verwendbar ist, aber die nicht Teil der Erfindung ist,
    Fig. 2c:
    einen Querschnitt durch eine zweite Variante eines Regelelements, die in Figur 2a verwendbar ist,
    Fig. 2d:
    einen Querschnitt durch eine dritte Variante eines Regelelements, die in Figur 2a verwendbar ist,
    Fig. 3:
    eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizpatrone mit Regelelement,
    Fig. 4a:
    einen Querschnitt durch eine erste Variante eines Wickelkörpers, der für erfindungsgemäße elektrische Heizpatronen verwendbar ist,
    Fig. 4b:
    einen Endabschnitt des Wickelkörpers aus Figur 4a,
    Fig. 4c:
    einen Querschnitt durch eine zweite Variante eines Wickelkörpers, der für erfindungsgemäße elektrische Heizpatronen verwendbar ist,
    Fig. 4d:
    einen Endabschnitt des Wickelkörpers aus Figur 4c,
    Fig. 4e:
    einen Querschnitt durch eine dritte Variante eines Wickelkörpers, der für erfindungsgemäße elektrische Heizpatronen verwendbar ist,
    Fig. 4f:
    einen Endabschnitt des Wickelkörpers aus Figur 4e, und
    Fig. 5:
    einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizpatrone mit Regelelement, das nicht Teil der Erfindung ist.
  • Gleiche Komponenten gleicher Ausführungsformen sind mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes angegeben ist. Allerdings sind zur Steigerung der Übersichtlichkeit der Figuren nicht alle Bezugszeichen in jeder Figur eingetragen.
  • Die Figuren 1 und 2a zeigen ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizpatrone 100 mit äußerem rohrförmigem Metallmantel 110 mit Boden 111, Wickelkörper 120 mit Öffnung 122, auf der Außenfläche 121 des Wickelkörpers 120 gewickeltem elektrischem Heizelement 130 und einem in einem zweiten rohrförmigen Metallmantel 141 angeordneten Regelelement. Der Anschluss des elektrischen Heizelements 130 erfolgt dabei über Anschlussbolzen 131, die mit Endabschnitten des elektrischen Heizelements 130 in diesem Beispiel verschweißt sind. In Figur 2a wurden diese Anschlussbolzen 131 nicht dargestellt.
  • Selbstverständlich sind auch Varianten mit beidseitig aus der elektrischen Heizpatrone hinausgeführten Anschlüssen möglich.
  • Ferner erkennt man in der Figur 1 Abschlussscheiben 161,162 mit Öffnungen 161a,161b,161c,162a, 162b,162c,162d zum anschlussseitigen Verschluss der elektrischen Heizpatrone 100.
  • Im Fall der Abschlussscheibe 161 sind Öffnungen 161a,161b zur Durchführung von Endabschnitten des elektrischen Heizelements 130 vorhanden und die Öffnung 161c zur Durchführung eines Abschnitts zweiten rohrförmigen Metallmantels 141 des Regelements. Im Fall der Abschlussscheibe 162 sind Öffnungen 162a,162b zur Durchführung von Endabschnitten des elektrischen Heizelements 130 und Öffnungen 162c,162d zur Durchführung von Anschlussdrähten des Regelements vorhanden.
  • Wie man besonders gut in der Schnittdarstellung gemäß Figur 2a erkennt, ist der Wickelkörper 120 mit dem bifilar auf seine Außenfläche 121 gewickelten elektrischen Heizelement 130 im Inneren bzw. im Innenraum des äußeren rohrförmigen Metallmantels 110 angeordnet und am Boden 111 abgestützt. Das verbelibende Volumen zwischen dem elektrische Heizelement 130 und der Innenfläche des äußeren rohrförmigen Metallmantels 110 ist mit elektrisch isolierendem Material 170 gefüllt, das gut die Wärme leitet, wie z.B. MgO-Pulver, so dass in radialer Richtung zur Wicklungsachse W eine elektrische Isolation des elektrischen Heizelements 130 vom rohrförmigen Metallmantel 110 erreicht wird.
  • Durch die Pfeile, die den zweiten rohrförmigen Metallmantel 141 in Figur 2a mit den Figuren 2b, 2c bzw. 2d verbinden soll veranschaulicht werden, dass im Inneren dieses zweiten rohrförmigen Metallmantels 141 in elektrisch isolierendes Material 142, z.B. Magnesiumoxid, eingebettet insbesondere die in den Figuren 2b,2c und 2d dargestellten Regelelemente 140' -also ein Pt100-Element-,140" -also eine freitragende Regelwendel- oder 140‴ -also eine u-förmig umgebogene Wendel- sein können, aber auch andere, nicht dargestellte Regelelemente.
  • Dabei ist den Regelelementen 40',140'',140''' gemein, dass sie jeweils im Inneren eines zweiten rohrförmigen Metallmantels 141 in einem elektrisch isolierenden Material 142, z.B. Magnesiumoxid, angeordnet sind, aus dem jeweils ihre Anschlüsse 143 an einer Seite herausragen.
  • Die Figuren 3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizpatrone 200 mit äußerem rohrförmigem Metallmantel 210, Wickelkörper 220 mit Öffnungen 222,223,224, auf der Außenfläche 221 des Wickelkörpers 220 gewickeltem elektrischem Heizelement 230 und einem in einem zweiten rohrförmigen Metallmantel 241 angeordneten Regelelement. Der Anschluss des elektrischen Heizelements 230 erfolgt dabei in diesem Ausführungsbeispiel über eine Presskontaktierung mit Anschlussdrähten 231.
  • Wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels befindet sich im Inneren dieses zweiten rohrförmigen Metallmantels 241 in elektrisch isolierendes Material, z.B. Magnesiumoxid, eingebettet ein Regelelement beispielsweise wie in Figuren 2b,2c und 2d dargestellt aufgebaut sein kann.
  • Ferner erkennt man in der Figur 3 Abschlussscheiben 261,262 mit Öffnungen 261a,261b,261c,262a,262b,262c,262d zum anschlussseitigen Verschluss der elektrischen Heizpatrone 200, die auf dieselbe Weise verwendet werden wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Nicht dargestellt ist allerdings das MgO-Pulver, das auch hier die elektrische Isolierung zwischen dem elektrischen Heizelement 230 und der Innenseite des äußeren rohrförmigen Metallmantels sicherstellt.
  • Die Figuren 4a bis 4f zeigen exemplarisch jeweils drei Varianten von Wickelkörpern 310,320,330 mit Öffnungen 311,312,313; 321,322,323; 331,332,333, die für erfindungsgemäße elektrische Heizpatronen verwendbar sind, jeweils in einer Querschnittsdarstellung und einer Ansicht eines Endabschnitts des jeweiligen Wickelkörpers 310,320,330 mit Außenfläche 314,324,334. Man erkennt, dass durch die Ausgestaltung und geometrische Anordnung der Öffnungen 311, 312,313; 321,322,323; 331,332,333, eine Vielzahl von Variationen, insbesondere auch hinsichtlich der Anordnung des Regelelements, realisierbar sind.
  • Die Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizpatrone 400 mit äußerem rohrförmigem Metallmantel 410 mit Boden 411, Wickelkörper 420 mit Öffnung 422, auf der Außenfläche 421 des Wickelkörpers 420 gewickeltem elektrischem Heizelement 430, das durch elektrisch isolierendes Material 470, das gut die Wärme leitet, wie z.B. MgO-Pulver, in radialer Richtung zur Wicklungsachse W elektrisch isoliert vom rohrförmigen Metallmantel 410 ist.
  • Die elektrische Heizpatrone 400 unterscheidet sich von der elektrischen Heizpatrone 100, wie sie z.B. in Figur 2a dargestellt ist, einerseits hinsichtlich des verwendeten Regelelements: Bei der in Figur 5 dargestellten elektrischen Heizpatrone 400 wird das Regelelement durch eine Regelwendel 451, die auf einem zweiten Wickelkörper 452 gewickelt und mit Anschlussdrähten 453 versehen ist, gebildet wird. Offenkundig ist dieses Regelelement innerhalb des von der Außenfläche 421 des Wickelkörpers 420 begrenzten Raums und in der Öffnung 422 des Wickelkörpers 420 angeordnet. Die Einbettung in elektrisch isolierendes Material ist durch den dieses Regelelement umgebenden Wickelkörper 420 gewährleistet.
  • Konkret kann dabei die elektrisch Kontaktierung der Regelwendel 451 dadurch realisiert sein, dass Endabschnitte der Regelwendel und/oder Abschnitte der Anschlussdrähte 453 in Bohrungen, die den zweiten Wickelkörper 452 durchsetzen, aufgenommen und miteinander in Kontakt gebracht, insbesondere presskontaktiert sind. Natürlich kann auch die Kontaktierung des elektrischen Heizelements 430 auf analoge Weise erfolgen, was dann zu einer elektrischen Heizvorrichtung führt, bei der zwei elektrische Heizelemente jeweils auf einen Wickelkörper gewickelt und durch in Bohrungen des Wickelkörpers eingeführte Leiterabschnitte kontaktiert werden.
  • Ein zweiter Unterschied besteht darin, dass bei der in Figur 5 gezeigten elektrischen Heizpatrone 400 nur eine Abschlussscheiben 462 mit Öffnungen 462a,462b,462c,462d zum anschlussseitigen Verschluss der elektrischen Heizpatrone 400 verwendet wird, die durch ein ringförmiges Abstandselement 463 in einer definierten Entfernung zur anschlussseitigen Stirnseite des Wickelkörpers 420 gehalten wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 100,200,400
    Elektrische Heizpatrone
    110,210,410
    äußerer rohrförmiger Metallmantel
    111,411
    Boden
    120,220,310,320,330,420
    Wickelkörper
    121,221,314,324,334,421
    Außenfläche
    122,222,223,224,311,312, 313,321,322,323,331,332, 333,422
    Öffnung
    130,230,430
    elektrisches Heizelement
    131
    Anschlussbolzen
    140,140',140'',140'''
    Regelelement
    141,241
    zweiter rohrförmiger Metallmantel
    142
    elektrisch isolierendes Material
    143
    Anschluss
    161,162,261,262,462
    Abschlussscheibe
    161a,161b,161c,162a,162b, 162c,162d,261a,261b,261c, 262a,262b,262c,262d,462a, 462b,462c,462d
    Öffnung
    170,470
    elektrisch isolierendes Material
    451
    Regelwendel
    452
    zweiter Wickelkörper
    453
    Anschlussdraht
    463
    Abstandselement
    W
    Wicklungsachse

Claims (5)

  1. Elektrische Heizpatrone (100,200,400) mit einem äußeren rohrförmigem Metallmantel (110,210,410), mit einem innerhalb des äußeren rohrförmigen Metallmantels (110,210,410) angeordneten Regelelement (140'',140''') und mit einem zumindest abschnittsweise innerhalb des äußeren rohrförmigen Metallmantels (110,210,410) angeordneten elektrischen Heizelement (130,230,430), wobei das elektrische Heizelement (130,230,430) derart geformt ist, dass es eine Raumkurve beschreibt, welche einen Innenraum definiert, und wobei das elektrische Heizelement (130,230,430) vom äußeren rohrförmigen Metallmantel (110,210,410) elektrisch isoliert ist, wobei das Regelelement (140'',140''') zumindest abschnittsweise in ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material (142) eingebettet parallel zur Erstreckungsrichtung des von der durch das elektrische Heizelement (130,230,430) beschriebenen Raumkurve definierten Innenraums angeordnet ist, das Regelelement (140'',140''') zumindest abschnittsweise in ein elektrisch isolierendes, wärmeleitendes Material (142) eingebettet innerhalb des durch das elektrische Heizelement (130,230,430) beschriebenen Raumkurve definierten Innenraums angeordnet ist, das elektrische Heizelement (130,230,430)zumindest abschnittsweise auf die Außenfläche (121,221,314,324,334,421) eines Wickelkörpers (120,220,310,320,330,420) gewickelt ist, der im Inneren des äußeren rohrförmigen Metallmantels (110, 210,410) an geordnet ist, das elektrische Heizelement (130,230,430) zumindest in zur Wicklungsachse (W) radialer Richtung vom äußeren rohrförmigen Metallmantel (110,210, 410) elektrisch isoliert ist, das Regelelement (140'',140''') in ein elektrisch isolierendes, wärme leitendes Material (142) eingebettet im von der Außenfläche (121,221,314,324,334,421) des Wickelkörpers (120,220,310, 320,330,420) umgebenen Raum angeordnet ist und das Regelelement (140'',140''') im Inneren eines zweiten rohrförmigen Metallmantels (141,241) angeordnet ist, der im von der Außenfläche (121,221,314,324,334) des Wickelkörpers (120,220,310,320,330) umgebenen Raum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelelement (140", 140‴ eine Regelwendel ist.
  2. Elektrische Heizpatrone (100,200,400) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelelement (140'',140''') in einer Öffnung (122,222, 312,322,332,422), insbesondere einer Ausnehmung oder Bohrung, des Wickelkörpers (120,220,310,320,330,420) angeordnet ist.
  3. Elektrische Heizpatrone (100,200) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizpatrone (100,200) an ihrem anschlussseitigen Ende mit einer ersten Abschlussscheibe (161,261) verschlossen ist, die Öffnungen (161a,161b;261a,261b) zur Durchführung entweder von Endabschnitten oder von Anschlüssen des elektrischen Heizelements (130,230) und eine Öffnung (161c,261c) zur Durchführung eines Abschnitts zweiten rohrförmigen Metallmantels (141,241), in dem das Regelelement (140'',140''') angeordnet ist, aufweist.
  4. Elektrische Heizpatrone (100,200) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizpatrone (100,200) eine weitere, anschlusseitig neben der ersten Abschlussscheibe (161,261) angeordnete zweite Abschlussscheibe (162,262) vorhanden ist, die Öffnungen (162a,162b,162c,162d,262a,262b,262c, 262d) zur Durchführung entweder von Endabschnitten oder von Anschlüssen sowohl des elektrischen Heizelements (130,230) als auch des Regelements (140'',140''') aufweist.
  5. Elektrische Heizpatrone (100,200) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abschlussscheibe (161,261) aus einem anderen Material gefertigt ist als die zweite Abschlussscheibe (162,262).
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