WO2007085415A1 - Heizelement für eine heisslufteinrichtung - Google Patents

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WO2007085415A1
WO2007085415A1 PCT/EP2007/000542 EP2007000542W WO2007085415A1 WO 2007085415 A1 WO2007085415 A1 WO 2007085415A1 EP 2007000542 W EP2007000542 W EP 2007000542W WO 2007085415 A1 WO2007085415 A1 WO 2007085415A1
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Jie-Wei Chen
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Leister Process Technologies
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/04—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element
    • F24H3/0405—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0423—Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between hand-held air guns
    • 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
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • 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
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible

Definitions

  • the present invention relates to a heating element for a hot air device, comprising a heating element arranged in an air flow, comprising at least one heating conductor for converting electrical energy into heat and a carrier part made of temperature-resistant material for the heating conductor, having the features of the preamble of claim 1.
  • Such heating elements are known from hot air devices which are available on the market as hot air devices, modules or systems in multiple embodiments, for example as air heaters or hot air welding devices.
  • the body of such arranged in an air or gas flow heating element is usually made of ceramic or other suitable heat-resistant material and is located in a heating tube, at one end, for example, air or gas is blown.
  • the heating element becomes, for example, a central one. Pin held on a bracket arranged on the Beereir.story ⁇ ite. About this holder is also the electrical connection of a recorded from a support member of the body heating resistor.
  • On the air outlet side of the heating element is usually still in addition a ceramic cover, which has substantially air channels.
  • the protective screen is movable and separated from the carrier part and also sits on the pin-shaped holder.
  • a heating conductor for the heating resistor usually helical heating wires are used, in the support part spaced from each other and are isolated from each other.
  • the heating wires can be arranged in air channels of the carrier part, which extend from the air inlet side to the air outlet side, or on the outer jacket of the carrier part. They heat the air and the support part when applying an electrical voltage.
  • GB 1 564 630 A discloses a high-load electrical heating element for a hot air device which has at least three adjacent layers of ceramic material lying parallel to one another. The electrical resistance of one of the layers is lowered by doping with conventional material elements compared to that of undoped layers.
  • ceramic material is understood as meaning the known oxidic, carbidic, nidritic, boridic or silicidic compounds.
  • the electrical properties of the heating element are determined by the doped layer, wherein between this and an undoped layer, a barrier layer of high-purity ceramic material is arranged.
  • the present invention is therefore based on the object to propose an improved heating element, which has a higher reliability of the Schuwidertandes, in particular a better heat transfer from the heating element to the air and thus a better efficiency.
  • This object is achieved by a heating element with the features of claim 1. Further advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
  • the heating resistor has at least two heating elements arranged coaxially with one another, the tubular carrier parts of which are spaced apart from one another in the radial direction and delimit coaxially aligned air ducts. Due to the number of tubes having the heating conductors, the electrical path can be varied and thus the electrical resistance can be influenced. For example, several tubes with thinner wall thicknesses can be used instead of two thick wall thickness tubes. This is a particular advantage over heating elements with a conventional structure, which in principle can also be provided with a conductive ceramic layer. The tubes form between them coaxially arranged air ducts for carrying out the air flow and act as a support member for the heating element.
  • the tubular air ducts have by their large cross-sectional areas a favorable flow resistance to the air flow, so that the air can flow through the carrier part almost unhindered.
  • the air sweeps past the heated inner and outer sides of the tubes of the heating resistor, heats up and dissipates the heat through the outlet of the heating element.
  • the carrier part of the heating resistor has an electrically insulating ceramic material and the heating conductor has an electrically conductive ceramic material, wherein the ceramic materials of the carrier part and of the heating conductor are connected to one another in a material-locking manner.
  • the heating resistor of the heating element according to the invention is based 100 percent on ceramic.
  • the new construction concept simplifies the entire manufacturing process, in particular shortening the production chain, resulting in lower unit costs.
  • the invention makes possible a novel heating element which uses the latest ceramic technology and in the production process of which a "one-piece" heating resistor is produced in which the heating conductor has a material fit, that is to say with a good heat resistance. Transition, is arranged on the support member.
  • the heat can be transferred over a large area of the heating resistor to the air flow. On the one hand, this reduces the risk of burning through of the heating conductor and on the other hand still favors the required air flow, which minimizes the mechanical load on the fan drive.
  • ceramic materials such as SiC or MoSi 2 -AI 2 O 3 are used for the heating element, which not only have excellent properties in terms of corrosion resistance, wear resistance and thermal conductivity, but above all, have a high electrical conductivity.
  • adjusting the electrical resistance of the known electrically conductive ceramic is required. This can be done either by reducing the electrical conductivity of the ceramic material itself or by a correspondingly selected geometry factor for the heating element.
  • the conductivity of the ceramic can be influenced by varying their conductive and non-conductive substance shares. An increase in the resistance value for the current flow can additionally be achieved by a trained, effective cross-sectional constriction of the heating conductor.
  • the heating resistor may comprise a plurality of disc-shaped adjoining carrier parts for the heating conductor according to the conventional manner or a plurality of mutually arranged elongate carrier parts.
  • the support members are provided with trained air ducts for the air flow or form these, according to their arrangement, between them.
  • a more or less complex mechanical fastening and / or electrical connection technology may be necessary, which may be particularly simple with only one carrier part.
  • the support part of the Schuwidertande s a tube made of an insulating ceramic material to which the heating element is applied as a conductive ceramic layer on an inner and / or outer side.
  • the tube acts as a carrier for the heating conductor and the tube Interior at the same time as an air duct for the passage of the air flow.
  • the conductive ceramic layer of the heat conductor is applied over a large area and with a small cross-sectional area on the tube. Due to its large surface area and its cohesive connection, it allows good heat transfer to the carrier part and to the air flow passing by. By varying the layer thickness of the conductive ceramic layer, the electrical resistance of the heating conductor for the heating resistor is easily adjustable during manufacture.
  • a preferred embodiment of the invention provides that an inner and an outer conductive ceramic layer of the tube embrace an end face of the carrier part on an air outlet side of the heating resistor of the hot air device, wherein the ceramic layers abut each other and establish an electrical connection with each other.
  • the ceramic layers abut each other and establish an electrical connection with each other.
  • the conductive ceramic layers of mutually opposite outer and inner sides of the at least two tubes of the heating resistor are electrically conductively connected to one another by means of a contacting element on the air inlet side.
  • the contacting elements are introduced into the tubular air ducts and electrically connect the mutually facing, electrically conductive ceramic layers with each other. They can be made, for example, from a metal sheet as a stamped and bent part and designed to be resilient. The contact is then made by spring force, which allows a particularly simple installation and a permanently reliable electrical connection.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the innermost and the outermost electrically conductive ceramic layer of the support member on the air inlet side electrodes for supplying the heating resistor with electrical Energy has.
  • electrically conductive connection of the electrodes to the conductive ceramic layers of the heating conductors all connection techniques known to those skilled in the art can be used.
  • the heating current from the inner electrode can flow back to the outer electrode via the heating conductor applied flat on the inside of the tube to the air outlet opening and from there via the front-side conductive ceramic layer to the outer electrode via the heating conductor applied flat on the outside of the tube.
  • the inner electrode is provided on the inner side of the inner tube and the outer electrode on the outer side of the outer tube and electrically contacts the respective heating conductor, the two tubes being connected in series with one another by the contacting element described above. Accordingly, the heating current flows through the two inner and outer sides of the tubes of the heating resistor of the heating element.
  • the electrically conductive ceramic layers of the heating conductor of the heating resistor are composed of electrically conductive and electrically insulating substances, and the conductivity for the heating conductor is set by the mixing content of the insulating substance.
  • known and commercially available ceramic materials can be used for the heating resistor and applied as a layer to the carrier part.
  • the conductivity of the ceramic material may be varied until the appropriate resistance value is obtained.
  • the conductive ceramic layer (s) has several, at least two ceramic layers arranged one above the other.
  • the conductive ceramic layer of the heating element of the heating resistor is applied by one or more immersions of the support member in a present in a liquid phase ceramic material and the ceramic layer of the heating element by a sintering process with the ceramic material of the support part of Schuwidertandes materially connected.
  • the electrically conductive ceramic material for the heating conductor of the heating resistor is prepared in a liquid phase, in which the carrier part of the insulating ceramic material is immersed one or more times.
  • the inner sides, the outer sides and on the air outlet opening associated end faces of the heating resistor are coated with conductive ceramic, which is connected by a subsequent sintering process cohesively with the support member.
  • the speed of immersion and extraction of the liquid conductive ceramic support member may affect the thickness of the conductive ceramic layer. Essentially, however, the layer thickness, and hence the resistance of the conductive ceramic layer, is varied over the adjustable viscosity of the liquid phase ceramic, which may be cumulated by repeated dipping if necessary, with the dipping and exchange rates being constant.
  • the thermal expansion of the carrier part and the ceramic layers of the heating conductor of the heating resistor when heating is approximately identical.
  • the ceramic materials for the carrier part and the heating conductor are selected so that they have an approximately identical coefficient of expansion, whereby a permanent adhesion is ensured within the entire operating temperature range.
  • thereby cracking of the heating element is counteracted and thus largely prevents a change in the resistance value.
  • This destruction of the heating element with proper use of the hot air device is almost impossible.
  • the heating element according to the invention is particularly suitable for installation in a hot air device, which is provided with an internal or external device for generating an air flow through its tubular structure.
  • the housing with an air outlet opening has a cylindrical area for receiving the heating element, an adjoining area with, for example, a fan, and subsequently a handle part, in which a control unit for the heating element and / or the motor together with a motor for driving are arranged of the blower.
  • hot-air device can also be operated with external air and then only additionally contains a module with electronics without motor and blower.
  • Such a configured hot air device is characterized by a particularly reliable and durable heating element.
  • Figure 1 is a perspective view of a heating element according to the invention
  • Figure 2 is an axial sectional view of a tube of the heating resistor of Figure 1 without electrical connections;
  • FIG. 3 is an enlarged detail of the heating element of Figure 2;
  • FIG. 4 shows an alternative layer construction of the heating conductor according to FIG. 3;
  • Figure 5 is an axial sectional view of a heating element with two coaxially arranged tubes and electrical contacting;
  • Figure 6 is a perspective view of a hot air welding device with a heating element representing cold cuts.
  • Figure 1 shows an embodiment of the heating element 1 according to the invention with heating resistors 3, 3 'facing the air inlet side 10 for an air flow L.
  • the two heating resistors 3, 3' which are substantially tubular, are nested in a receiving tube 2 and arranged have coaxially nested support members 5, 5 'with heating conductors 4, 4'.
  • the heating conductors 4, 4 1 are as well as the receiving tube 2 and the support members 5, 5 'made entirely of ceramic material, wherein the receiving tube 2 and the support members 5, 5' an insulating ceramic material and resistance layers 6, 6 'of the heating conductors 4, 4' comprise an electrically conductive ceramic material.
  • the resistance layers 6, 6 ' have a small cross-sectional area and extend over inner sides 7, 7', outer sides 8, 8 'and over end faces 9, 9' of an air outlet side 11 of the heating resistors 3, 3 'of the heating element 1.
  • the heating resistor 3, 3 'electrodes 12, 12' are mounted for applying an electrical voltage, as well as a contacting element 13, which connects the heating resistors 3, 3 'in series with each other electrically.
  • the electrodes 12, 12 'and the contacting element 13 are arranged on the air damper side 10 of the heating element 1. They allow a flow of current from the electrode 12 of the inner heating resistor 3 via the resistor layers 6, 6 'on the inner support member 5, via the contacting element 13 to the resistor layers 6, 6' of the outer heating resistor 3 'to its electrode 12' and vice versa.
  • the heating resistors 3, 3 ' which are serially coupled to one another in an electrically conductive manner, are uniformly heated on their inner sides 7, T and on their outer sides 8, 8'.
  • the heating resistors 3, 3 ' are spaced from one another and from the receiving tube 2. They form air ducts 14, 14 ', 14 "which are arranged coaxially with one another and extend axially from the air inlet side 10 to the air outlet side 11 of the heating element 1. The air flow 11 flows through the heating element 1 in the direction indicated and heats up continuously.
  • the support part 5 has an inner resistance layer 6 and an outer resistance layer 6 ', which overlap the end face 9 of the support member 5 U-shaped and are electrically connected to each other on the air outlet side 11 ,
  • the resistance layers 6, 6 ' show on the air inlet side 10 a small distance from the end face 23 of the carrier part 5, so that they are safely electrically separated from one another on the air inlet side 10 of the Schuwidertandes 3. This allows for electrical contacting of the resistive layers 6, 6 'in this area a corresponding current flow, whereby the support member 5 is uniformly heated via its inner side 7 and its outer side 8.
  • the resistance layers 6, 6 ' are formed in a single layer.
  • a stronger resistance layer 6, 6 ' which, for example, as shown in FIG. 4, consists of three individual layers 20, 20' applied in succession.
  • FIG. 6 shows, by way of example, an embodiment of a hot-air welding device 15 with a cylindrical grip part 16 with adjoining blower part 17 and the cylindrical heating area 18.
  • the heating element 1 according to the invention is arranged, to which the blower 19 follows the drive motor 22.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizelement (1) für eine Heißlufteinrichtung, mit einem in einem Luftstrom (L) angeordneten Heizwiderstand (3, 3'), der mindestens einen Luftkanal (14, 14', 14") für den Luftstrom (L) aufweist, mit einem Heizleiter (4, 4') zum Umwandeln elektrischer Energie in Wärme und mit einem Trägerteil (5, 5') aus temperaturbeständigem Material für den Heizleiter (4, 4'). Der Heizwiderstand (1) ist im Wesentlichen vollständig aus Keramik hergestellt. Das Trägerteil (5, 5') weist ein elektrisch isolierendes Keramikmaterial und der Heizleiter (4, 4') ein elektrisch leitendes Keramikmaterial auf. Die Keramikmaterialien des Trägerteils (5, 5') und des Heizleiters (4, 4') sind stoffschlüssig miteinander verbunden.

Description

Heizelement für eine Heißlufteinrichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement für eine Heißlufteinrichtung, mit einem in einem Luftstrom angeordneten Heizwiderstand, umfassend mindestens einen Heizleiter zum Umwandeln elektrischer Energie in Wärme und ein Trägerteil aus temperaturbeständigem Material für den Heizleiter, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Heizelemente sind aus Heißlufteinrichtungen bekannt, die als Heißluftgeräte, -module oder -Systeme in vielfachen Ausführungsformen, beispielsweise als Lufterhitzer oder Heißluftschweißgeräte, auf dem Markt erhältlich sind. Der Körper eines solchen in einem Luft- oder Gasstrom angeordneten Heizelements besteht üblicherweise aus Keramik oder aus einem anderen geeigneten hitzebeständigen Material und befindet sich in einem Heizrohr, an dessen einem Ende beispielsweise Luft oder Gas eingeblasen wird. Das Heizelement wird beispielsweise ϊiüer einen zentraler. Stift an einer auf der Lufteir.trittεεεite an- geordneten Halterung gehalten. Über diese Halterung erfolgt auch der elektrische Anschluss eines von einem Trägerteil des Körpers aufgenommenen Heizwiderstandes. Auf der Luftaustrittsseite des Heizelements befindet sich in der Regel noch zusätzlich eine Keramikschutzscheibe, die im Wesentlichen Luftkanäle aufweist. Die Schutzscheibe ist beweglich und vom Trägerteil getrennt und sitzt ebenfalls auf der stiftförmigen Halterung. Als Heizleiter für den Heizwiderstand werden üblicherweise spiralförmige Heizdrähte verwendet, die in dem Trägerteil voneinander beabstandet und gegeneinander isoliert festgelegt sind. Die Heizdrähte können dabei in Luftkanälen des Trägerteils, die sich von der Lufteintrittsseite zur Luftaustrittsseite erstrecken, oder am Außenmantel des Trägerteils angeordnet sein. Sie erwärmen die Luft und das Trägerteil beim Anlegen einer elektrischen Spannung.
Aus der DE 198 39 044 A1 ist eine derartige Einrichtung bekannt, bei der die Heizdrähte spiralfömig in Luftkanälen in einem Trägerteil angeordnet sind. Derartige Heizelemente sind nur aufwändig herstellbar und verursachen hohe Stückkosten. Des weiteren kann unsachgemäße Handhabung beispielsweise eine Reduzierung des Luftstromes durch Verengung des Lufteintrittes oder des Luftaustrittes bewirken, was in der Regel eine Zerstörung des Heizelementes durch Durchbrennen des Heizdrahtes zur Folge hat. Aus diesem Grund weisen auf dem Markt erhältliche Heißluftgeräte zusätzliche Sensoren auf, um diese unerwünschte Überhitzung zu verhindern.
Aus der GB 1 564 630 A ist ein elektrisches Heizelement hoher Belastbarkeit für eine Heißlufteinrichtung bekannt, das mindestens drei aneinander grenzende, parallel an Spannung liegende Schichten aus keramischen Material aufweist. Der elektrische Widerstand von einer der Schichten ist mittels Dotierung mit üblichen Stoffelementen gegenüber demjenigen von undotierten Schichten erniedrigt. Unter keramischen Material werden in diesem Zusammenhang die bekannten oxidischen, karbidischen, nidritischen, boridischen oder silizidischen Verbindungen verstanden. Die elektrischen Eigenschaften des Heizelementes werden durch die dotierte Schicht bestimmt, wobei zwischen dieser und einer undotierten Schicht eine Sperrschicht aus hochreinem Keramikmaterial ange- ordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Heizelement vorzuschlagen, das eine höhere Funktionssicherheit des Heizwidertandes, insbesondere einen besseren Wärmeübergang vom Heizleiter zur Luft und damit einen besseren Wirkungsgrad aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Heizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß der Erfindung weist der Heizwiderstand mindestens zwei koaxial zu- einander angeordnete Heizelemente auf, deren rohrförmige Trägerteile in radialer Richtung voneinander beabstandet sind und koaxial zueinander ausgerichtete Luftkanäle begrenzen. Durch die Anzahl der die Heizleiter aufweisenden Rohre kann der elektrische Weg variiert und damit der elektrische Widerstand be- einflusst werden. Es können beispielsweise mehrere Rohre mit dünneren Wand- stärken anstatt von zwei Rohren mit dicker Wandstärke eingesetzt werden. Dies ist ein besonderer Vorteil gegenüber Heizelementen mit einem herkömmlichen Aufbau, die grundsätzlich auch mit einer leitfähigen Keramikschicht versehen werden können. Die Rohre bilden zwischen sich koaxial zueinander angeordnete Luftkanäle zur Durchführung des Luftstromes und wirken als Trägerteil für den Heizleiter. Sie weisen, wie vorangehend beschrieben, auf den Innen- und den Außenseiten eine leitfähige Keramikschichten als Heizleiter auf. Die röhrenartigen Luftkanäle besitzen durch ihre großen Querschnittsflächen einen günstigen Strömungswiderstand gegenüber der Luftströmung, so dass die Luft beinahe unbehindert durch das Trägerteil strömen kann. Die Luft streicht an den beheizten Innen- und Außenseiten der Rohre des Heizwiderstandes vorbei, erwärmt sich dabei und führt die Wärme durch die Austrittsöffnung des Heizelementes ab.
Das Trägerteil des Heizwiderstandes weist ein elektrisch isolierendes Keramikmaterial und der Heizleiter ein elektrisch leitendes Keramikmaterial auf, wobei die Keramikmaterialien des Trägerteils und des Heizleiters stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Der Heizwiderstand des erfindungsgemäßen Heizelementes basiert zu 100 Prozent auf Keramik. Durch das neue Baukonzept wird der gesamte Herstellungsprozess vereinfacht, insbesondere die Herstellungskette verkürzt, was eine Senkung der Stückkosten zur Folge hat. Die Erfindung ermöglicht ein neuartiges Heizelement, das die neueste Keramiktechnologie an- wendet und in dessen Herstellungsprozess ein „einstückiger" Heizwiderstand entsteht, bei dem der Heizleiter stoffschlüssig, also mit einem guten Wärme- Übergang, auf dem Trägerteil angeordnet ist. Durch die damit verbundene effektive, insbesondere schnelle und gleichmäßige Wärmeübertragung der erzeugten Wärme von dem Heizleiter zu dem Trägerteil kann die Wärme großflächig von dem Heizwiderstand auf den Luftstrom übertragen werden. Dies mindert einerseits die Gefahr des Durchbrennens des Heizleiters und begünstigt andererseits noch den erforderlichen Luftstrom, was die mechanische Belastung des Gebläseantriebes minimiert.
Dabei werden für den Heizleiter Keramikmaterialien wie beispielsweise SiC oder MoSi2-AI2O3 verwendet, die nicht nur exzellente Eigenschaften bezüglich der Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit besitzen, sondern vor allem auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Zur Verwendung solcher Keramikmaterialien für einen Heizwiderstand ist ein Einstellen des elektrischen Widerstandswertes der bekannten elektrisch leitfähigen Keramik erforderlich. Dies kann entweder durch Minderung der elektrischen Leitfähigkeit des Keramikmaterials selbst oder durch einen entsprechend ausgewählten Geometriefaktor für den Heizleiter erfolgen. Die Leitfähigkeit der Keramik kann dabei durch Variation ihrer leit- und nicht leitfähigen Stoffanteile beeinflusst werden. Eine Erhöhung des Widerstandswertes für den Stromfluss kann zusätzlich durch eine ausgebildete, effektive Querschnittsverengung des Heizleiters erreicht werden.
Der Heizwiderstand kann nach konventioneller Art mehrere scheibenförmige aneinander anschließende Trägerteile für den Heizleiter aufweisen oder mehrere ineinander angeordnete längliche Trägerteile. Die Trägerteile sind mit ausgebildeten Luftkanälen für den Luftstrom versehen oder bilden diese, entsprechend ihrer Anordnung, zwischen sich. Abhängig von der Anzahl der Trägerteile kann eine mehr oder weniger aufwändige mechanische Befestigungs- und/oder elektrische Verbindungstechnik notwendig sein, die bei nur einem Trägerteil besonders einfach ausgebildet sein kann. Vorteilhafterweise ist das Trägerteil des Heizwidertandes ein Rohr aus einem isolierenden Keramikmaterial, auf das der Heizleiter als leitfähige Keramikschicht auf einer Innen- und/oder Außenseite aufgebracht ist. Das Rohr wirkt dabei als Träger für den Heizleiter und der Rohr- innenraum gleichzeitig als Luftkanal zur Durchleitung des Luftstromes. Die leitfähige Keramikschicht des Heizleiters ist großflächig und mit einer geringen Querschnittsfläche auf das Rohr aufgebracht. Sie ermöglicht durch ihre große Oberfläche und ihre stoffschlüssige Verbindung einen guten Wärmeübergang zu dem Trägerteil und zu dem vorbei geführten Luftstrom. Durch Variation der Schichtdicke der leitfähigen Keramikschicht ist der elektrische Widerstandswert des Heizleiters für den Heizwiderstand einfach bei der Herstellung einstellbar.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine innere und eine äußere leitfähige Keramikschicht des Rohres eine Stirnseite des Trägerteils an einer Luftaustrittsseite des Heizwiderstandes der Heißlufteinrichtung umgreifen, wobei die Keramikschichten aneinander stoßen und miteinander eine elektrische Verbindung herstellen. So kann auf spezielle Kontaktierungsein- richtungen auf der Luftaustrittsseite an der Stirnseite des Heizwiderstandes verzichtet werden, welche die innere und die äußere leitfähige Keramikschicht elektrisch leitend miteinander verbinden. Durch die einstückige Herstellung des inneren mit dem äußeren Heizleiter reduziert sich der Montageaufwand, was sich positiv auf die Höhe der Stückkosten auswirkt.
Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Heizelements sind die leitfähigen Keramikschichten einander gegenüber liegender Außen- und Innenseiten der mindestens zwei Rohre des Heizwiderstandes mittels einem Kontaktierelement an der Lufteintrittsseite elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Kontaktierelemente sind in die röhrenförmigen Luftkanäle eingebracht und verbinden die einander zugewandten, elektrisch leitenden Keramikschichten elektrisch miteinander. Sie können beispielsweise aus einem Blech als Stanz-Biege-Teil her- gestellt und federnd ausgeführt sein. Die Kontaktierung erfolgt dann durch Federkraft, was eine besonders einfache Montage und eine dauerhaft zuverlässige elektrische Verbindung ermöglicht.
Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die innerste und die äußerste elektrisch leitfähige Keramikschicht des Trägerteils auf der Luft- eintrittsseite Elektroden zur Versorgung des Heizwiderstandes mit elektrischer Energie aufweist. Zur elektrisch leitenden Verbindung der Elektroden mit den leitfähigen Keramikschichten der Heizleiter sind alle dem Fachmann bekannten Verbindungstechniken einsetzbar.
Bei einem einzelnen Rohr kann der Heizstrom von der inneren Elektrode über den auf der Innenseite des Rohres flächig aufgebrachten Heizleiter zur Luftaustrittsöffnung hin und von dort über die stirnseitige leitfähige Keramikschicht über den auf der Außenseite des Rohres flächig aufgebrachten Heizleiters zu der äußeren Elektrode zurück fließen. Bei beispielsweise zwei koaxial ineinander angeordneten Rohren ist die innere Elektrode an der Innenseite des inneren Rohres und die äußere Elektrode an der Außenseite des äußeren Rohres vorgesehen und kontaktiert den jeweiligen Heizleiter elektrisch, wobei die beiden Röhren durch das vorangehend beschriebene Kontaktierelement seriell stromleitend miteinander verbunden sind. Dementsprechend fließt der Heizstrom über die beiden Innen- und Außenseiten der Rohre des Heizwiderstandes des Heizelementes.
Vorteilhafterweise sind die elektrisch leitfähigen Keramikschichten des Heizleiters des Heizwiderstandes aus elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Substanzen zusammengesetzt und die Leitfähigkeit für den Heizleiter durch den Einmischungsgehalt der isolierenden Substanz eingestellt. Auf diese Weise können bekannte und auf dem Markt verfügbare Keramikmaterialien für den Heizwider- stand verwendet und als Schicht auf das Trägerteil aufgebracht werden. So kann, wenn der Widerstandswert des Heizwiderstandes nicht allein durch dessen Geometriefaktor einstellbar ist, die Leitfähigkeit des Keramikmaterials variiert werden, bis der geeignete Widerstandswert vorliegt.
Abhängig von der Aufbringungsart kann es vorkommen, dass der elektrische Widerstandswert nicht durch Aufbringen einer einzelnen leitfähigen Keramikschicht erreicht wird. Daher sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die leitfähige Keramikschicht(en) mehrere, mindestens zwei übereinander angeordnete Keramikschichten aufweist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die leitfähige Keramikschicht des Heizleiters des Heizwiderstandes durch ein- oder mehrmaliges Eintauchen des Trägerteils in ein in einer flüssigen Phase vorliegendes Keramikmaterial aufgebracht und die Keramikschicht des Heizleiters durch einen Sinterprozess mit dem Keramikmaterial des Trägerteils des Heizwidertandes stoffschlüssig verbunden.
Dazu wird das elektrisch leitfähige Keramikmaterial für den Heizleiter des Heizwiderstandes in eine flüssige Phase präpariert, in die das Trägerteil aus dem isolierenden Keramikmaterial ein- oder mehrfach eingetaucht wird. Dabei werden die Innenseiten, die Außenseiten und auf die der Luftaustrittsöffnung zugeordneten Stirnseiten des Heizwiderstandes mit leitfähiger Keramik überzogen, die durch einen anschließenden Sinterprozess stoffschlüssig mit dem Trägerteil verbunden wird. Durch die Geschwindigkeit des Eintauchens und des Herausziehens des Trägerteils aus der flüssigen leitfähigen Keramik kann die Dicke der leit- fähigen Keramikschicht beeinflusst werden. Im Wesentlichen werden die Schichtdicke und damit der Widerstandswert der leitfähigen Keramikschicht jedoch über die einstellbare Viskosität der in der flüssigen Phase vorliegenden Keramik variiert, die wenn notwendig durch mehrmaliges Eintauchen kumulierbar sind, wobei die Eintauch- und die Austauchgeschwindigkeit konstant sein muss .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Wärmeausdehnung des Trägerteils und der Keramikschichten des Heizleiters des Heizwiderstandes beim Erhitzen in etwa identisch. Dazu werden die Keramikmaterialien für das Trägerteil und den Heizleiter so ausgewählt, dass sie einen in etwa identischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wodurch eine dauerhafte Haftung innerhalb des gesamten Betriebstemperaturbereiches gewährleistet ist. Zudem wird dadurch einer Rissbildung des Heizleiters entgegen gewirkt und somit eine Änderung des Widerstandswertes weitgehend verhindert. Damit ist eine Zerstörung des Heizelements bei sachgemäßem Gebrauch der Heißlufteinrichtung nahezu ausgeschlossen. Das erfindungsgemäße Heizelement eignet sich durch seinen röhrenförmigen Aufbau besonders zum Einbau in eine Heißlufteinrichtung, die mit einer internen oder externen Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes versehen ist. Das Gehäuse mit einer Luftaustrittsöffnung, weist einen zylindrischen Bereich zur Auf- nähme des Heizelementes auf, einen daran anschließenden Bereich mit beispielsweise einem Gebläse und daran anschließend ein Griffteil, in dem eine Regeleinheit für das Heizelement und/ oder des Motors zusammen mit einem Motor zum Antrieb des Gebläses angeordnet sind. Entsprechend kann auch Heißlufteinrichtung mit Fremdluft betrieben werden und enthält dann nur noch zu- sätzlich ein Modul mit Elektronik ohne Motor und Gebläse. Ein derart ausgestaltetes Heißluftgerät zeichnet sich durch ein besonders funktionssicheres und langlebiges Heizelement aus.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der begleitenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es stellen dar:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizelements;
Figur 2 eine Achsschnittdarstellung eines Rohres des Heizwiderstandes aus Figur 1 ohne elektrische Anschlüsse;
Figur 3 eine Ausschnittsvergrößerung des Heizleiters aus Figur 2;
Figur 4 einen alternativen Schichtaufbau des Heizleiters gemäß Figur 3;
Figur 5 eine Achsschnittdarstellung eines Heizelementes mit zwei koaxial ineinander angeordneten Rohren und mit elektrischer Kontaktierung; und
Figur 6 eine perspektivische Darstellung eines Heißluftschweißgerätes mit einem das Heizelement darstellenden Aufschnitt. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizelementes 1 mit Heizwiderständen 3, 3' mit Blickrichtung auf die Lufteintrittsseite 10 für einen Luftstrom L. Die zwei Heizwiderstände 3, 3', die im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet sind, sind ineinander verschachtelt in einem Aufnahmerohr 2 angeordnet und weisen koaxial ineinander angeordneten Trägerteile 5, 5' mit Heizleitern 4, 4' auf.
Die Heizleiter 4, 41 sind ebenso wie das Aufnahmerohr 2 und die Trägerteile 5, 5' vollständig aus Keramikmaterial hergestellt, wobei das Aufnahmerohr 2 und die Trägerteile 5, 5' ein isolierendes Keramikmaterial und Widerstandsschichten 6, 6' der Heizleiter 4, 4' ein elektrisch leitfähiges Keramikmaterial aufweisen. Die Widerstandsschichten 6, 6' weisen eine geringe Querschnittsfläche auf und erstrecken sich über Innenseiten 7, 7', Außenseiten 8, 8' und über Stirnseiten 9, 9' einer Luftaustrittsseite 11 der Heizwiderstände 3, 3' des Heizelementes 1.
An dem Heizwiderstand 3, 3' sind Elektroden 12, 12' zum Anlegen einer elektrischen Spannung angebracht, sowie ein Kontaktierelement 13, das die Heizwiderstände 3, 3' seriell miteinander elektrisch verbindet. Wie der Figur 5 deutlicher zu entnehmen ist, sind die Elektroden 12, 12' und das Kontaktierelement 13 auf der Lufteinthttsseite 10 des Heizelements 1 angeordnet. Sie ermöglichen einen Stromfluss von der Elektrode 12 des inneren Heizwiderstandes 3 über dessen Widerstandsschichten 6, 6' auf dem inneren Trägerteil 5, über das Kontaktierelement 13 zu den Widerstandsschichten 6, 6' des äußeren Heizwiderstandes 3' bis zu dessen Elektrode 12' und umgekehrt. Dabei werden die Heizwiderstände 3, 3', die seriell elektrisch leitend miteinander gekoppelt sind, auf ihren Innenseiten 7, T und auf ihren Außenseiten 8, 8' gleichmäßig erwärmt.
Die Heizwiderstände 3, 3' sind zueinander und zum Aufnahmerohr 2 beabstandet. Sie bilden koaxial zueinander angeordnete Luftkanäle 14, 14', 14", die sich von der Lufteintrittsseite 10 axial zur Luftaustrittsseite 11 des Heizelements 1 erstrecken. Der Luftstrom 11 durchströmt das Heizelement 1 in der angegebenen Richtung und erwärmt sich dabei stetig. Die Figur 2 stellt den inneren Heizwiderstand 3 in nicht montiertem Zustand dar. Dessen Trägerteil 5 weist eine innere Widerstandsschicht 6 und eine äußere Widerstandsschicht 6' auf, die die Stirnseite 9 des Trägerteils 5 U-förmig übergreifen und auf der Luftaustrittsseite 11 elektrisch miteinander verbunden sind. Die Widerstandsschichten 6, 6' zeigen auf der Lufteintrittsseite 10 einen geringen Abstand zu der Stirnfläche 23 des Trägerteils 5, so dass sie auf der Lufteintrittsseite 10 des Heizwidertandes 3 sicher elektrisch voneinander getrennt sind. Dies ermöglicht bei elektrischer Kontaktierung der Widerstandsschichten 6, 6' in diesem Bereich einen entsprechenden Stromfluss, wodurch das Trägerteil 5 über seine Innenseite 7 und seine Außenseite 8 gleichmäßig erwärmt wird.
Wie auf der vergrößernden Darstellung in Figur 3 zu erkennen ist, sind die Widerstandsschichten 6, 6' einschichtig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, wenn notwendig, ein stärkere Widerstandsschichten 6, 6' vorzusehen, die bei- spielsweise wie in Figur 4 dargestellt aus drei in Folge aufgebrachten Einzelschichten 20, 20' besteht.
Figur 6 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung eines Heißluftschweißgerätes 15 mit einem zylindrischen Griffteil 16 mit daran anschließendem Gebläseteil 17 und dem zylindrischen Heizbereich 18. In dem Heizbereich 18 ist das er- findungsgemäße Heizelement 1 angeordnet, auf das das Gebläse 19 mit dem Antriebsmotor 22 folgt.

Claims

Patentansprüche
1. Heizelement (1 ) für eine Heißlufteinrichtung, mit einem in einem Luft- ström (L) angeordneten Heizwiderstand (3, 3'), der mindestens einen Luftkanal (14, 14', 14") für den Luftstrom (L) aufweist, umfassend mindestens einen Heizleiter (4, 4') zum Umwandeln elektrischer Energie in Wärme und ein Trägerteil (5, 5') aus temperaturbeständigem Material für den Heizleiter (4, 4'), wobei das Trägerteil (5, 5') ein elektrisch isolierendes Keramikmaterial und der Heizleiter (4, 4') ein elektrisch leitendes
Keramikmaterial aufweist und die Keramikmaterialien des Trägerteils (5, 5') und des Heizleiters (4, 4') stoffschlüssig miteinander verbunden sind, und wobei das Trägerteil (5, 5') des Heizwiderstandes (3, 3') ein Rohr aus einem isolierenden Keramikmaterial ist, auf das der Heizleiter (4, 4') als leitfähige Keramikschicht auf einer Innenseite (7, T) und/oder auf einer Außenseite (8, 8') des Rohres aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (1 ) mindestens zwei koaxial zueinander angeordnete Heizwiderstände (3, 3') aufweist, deren rohrförmige Trägerteile (5, 5') radial voneinander beabstandet sind und koaxial zueinander ausgerichtete röhrenförmige Luftkanäle (14, 14' 14") begrenzen.
2. Heizelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine innere und eine äußere leitfähige Keramikschicht (6, 6') des Rohres eine Stirnseite (9, 9') des Trägerteils (5, 5') an einer Luftaustrittsseite (11 ) des Heizwiderstandes (3,3') des Heizelementes (1 ) umgreifen, wobei die Keramikschichten (6, 6') aneinander stoßen und miteinander eine elektrische Verbindung herstellen.
3. Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Keramikschichten (6, 6') der einander gegenüber liegenden Außen- und Innenseiten (7, 7', 8, 8') der mindestens zwei Rohre mittels einem Kontaktierelement (13) an der Lufteintrittsseite (10) elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
4. Heizelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innerste und die äußerste elektrisch leitfähige Keramikschicht (6, 6') auf dem Trägerteil (5, 5') des Heizwiderstandes (3, 3') auf der Lufteintrittsseite (10) Elektroden (12, 12') zur Versorgung der
Heizwiderstandes (3, 3') des Heizelementes (1 ) mit elektrischer Energie aufweist.
5. Heizelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Keramikschichten (6, 6') des Heizleiters (4, 4') aus elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden
Substanzen zusammengesetzt sind und die Leitfähigkeit für den Heizleiter (4, 4') des Heizwiderstandes (3, 3') durch den Einmischungs- yfcM iάit uci iSOiiβrcπvjθri oüdSiάπZ SmQGSiSn L ioi.
6. Heizelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die leitfähigen Keramikschichten (6, 6') des
Heizleiters (3, 3") mehrere, mindestens zwei übereinander angeordnete Keramikschichten (20, 20', 20") umfasst.
7. Heizelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Keramikschichten (6, 6') des Heizleiters (4, 4') von dem Heizwiderstand (3, 3') durch ein- oder mehrmaliges Eintauchen des Trägerteils (5, 5') in ein in einer flüssigen Phase vorliegendes Keramikmaterial aufgebracht sind und die Keramikschichten (6, 6') des Heizleiters (4, 4') durch einen Sinterprozess mit dem Keramikmaterial des Trägerteils (5, 51) stoffschlüssig verbunden sind.
8. Heizelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeausdehnungen des Trägerteils (5, 5') und der Keramikschichten (6, 6') des Heizleiters (4, 4') beim Erhitzen in etwa identisch sind.
9. Heißlufteinrichtung (15) mit einem Gehäuse (21 ), in dem zumindest ein Heizelement (1 ) mit einem Heizwiderstand (3, 3') angeordnet ist, und die eine interne oder externe Lufterzeugungseinrichtung (19, 22) aufweist, gekennzeichnet durch ein Heizelement (1) mit einem Heizwiderstand (3, 3') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
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