DE102005019211B3

DE102005019211B3 - Rohrheizkörper mit konischer Heizleiterwendel

Info

Publication number: DE102005019211B3
Application number: DE102005019211A
Authority: DE
Inventors: Gernot Teufl; Andreas Pleschinger
Original assignee: Bleckmann GmbH and Co KG
Current assignee: Bleckmann GmbH and Co KG
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2025-04-26
Also published as: PL1718115T3; US20060249508A1; DE502006004833D1; EP1718115A1; CN1856192B; EP1718115B1; US7538301B2; ATE443423T1; CN1856192A; ES2333147T3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper (R) zum Erwärmen fließfähiger Medien, insbesondere für Haushaltsgeräte, mit einem Mantelrohr (10), in dessen Innerem mindestens eine in einem elektrischen Isolationsmaterial (20) eingebettete Heizleiterwendel (22) aus einem elektrischen Widerstands-Heizleiterdraht angeordnet ist, wobei die Heizleiterwendel (22) einen ersten sowie einen zweiten Anschlussbereich (22a), mittels der die Heizleiterwendel (22) über wenigstens jeweil ein Anschlusselement (24) mit einer Stromquelle verbunden ist, und mindestens einen Arbeitsbereich (22b) aufweist, der sich zwischen den beiden Anschlussbereichen (22a) der Heizleiterwendel (22) erstreckt. Weiterhin ist vorgegeben, dass der Durchmesser der Heizleiterwendel (22) an wenigstens einem Anschlussbereich (22a) in Richtung zu dem Arbeitsbereich (22b) zunimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper zum Erwärmen fließfähiger Medien, insbesondere einen Rohrheizkörper für Haushaltsgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Heizleiterwendel für einen Rohrheizkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Derartige Rohrheizkörper finden überall dort Verwendung, wo ein fließfähiges Medium zu erhitzen ist. Dies ist insbesondere bei verschiedenen Haushaltsgeräten der Fall, wie Wäschewaschmaschinen, Geschirrspülmaschinen, Kaffeemaschinen usw.

Bei einigen dieser Anwendungen kann die Länge des Rohrheizkörpers und der Durchmesser seiner Heizleiterwendel, wodurch seine Heizleistung mitbestimmt wird, je nach den gewünschten Leistungsmerkmalen frei festgelegt werden, da der zur Verfügung stehende Einbauraum für den Rohrheizkörper keiner Einschränkung unterliegt. Lediglich im Bereich der Anschlussenden dieser Rohrheizkörper ist eine Reduzierung der Heizleistung notwendig, da diese Bereiche nur teilweise oder überhaupt nicht von dem zu erwärmenden Medium umspült werden, so dass die dort erzeugte Wärme nicht ausreichend abgeführt wird. Würde also im Bereich der Anschlussenden die gleiche Heizleistung wie in dem übrigen Bereich des Rohrheizkörpers erzeugt werden, könnte dies zu einer Be schädigung der Heizwendel durch Überhitzung führen. Deshalb werden im Anschlussbereich des Rohrheizkörpers die Anschlusselemente, wie Anschlussbolzen usw. mit in das Innere des Mantelrohres geführt, um dort die Wärmeerzeugung zu unterbinden. Daher werden die Anschlussendenbereiche der Rohrheizkörper auch als kalte Enden bezeichnet.

Bei Anwendungsgebieten, bei denen für den Rohrheizkörper nur ein geringer Einbauraum vorhanden ist und trotzdem eine hohe Heizleistung gefordert wird, werden die vorstehend skizzierten Probleme erheblich verstärkt. Um einen guten Wärmeübergang zum Rohrmantel erzielen zu können, kann es u.a. notwendig sein, den Durchmesser der Heizleiterwendel entsprechend zu vergrößern. Dies hat aber dann im Bereich der Anschlussenden zur Folge, dass dort ebenfalls eine große Heizleistung vorhanden ist, was zu den bereits vorstehend skizzierten Problemen führen kann. Darüber hinaus kann es bei derartigen Rohrheizkörpern, d.h. Rohrheizkörpern mit kurzer Baulänge und großen Heizleistungen, häufig dazu kommen, dass im Bereich der Anschlussenden des Rohrheizkörpers dieser abgekröpft ist, um dessen Anschlusselemente für eine einfach herzustellende Verbindung mit einer Spannungsquelle verfügbar zu haben. Bei einer Abkröpfung erfährt auch die im Inneren des Mantelrohrs des Rohrheizkörpers befindliche Heizleiterwendel eine Krümmung entlang Ihrer Längsachse, was bei der Heizleiterwendel zu undefinierten Verformung führt. Weiterhin kommt es zu Verlagerungen der Wendel, welche durch ungleichmäßige Einbringung der Wärme zu lokal überhitzten Bereichen führt.

DE 1 829 093 zeigt einen Rohrheizkörper, der aus einem Mantel, einem darin befindlichen Heizleiter und einer den Heizleiter umgebenden Isolationsmasse besteht. Der Heizleiter ist mit einem Anschlussbolzen verbunden, der aus dem Rohrmantel herausragt und von einem das Innere des Rohrmantels nach außen abschießenden Isolierstücken umgeben ist. Im Inneren des Heizkörpers ist der Anschlussbolzen mit einer Spitze, die von dem Draht gebildet wird, versehen, um die der Heizleiter spiralförmig gewickelt und mit der Spitze durch Schweißen verbunden ist. Auch DE 909 487 zeigt einen Rohrheizkörper mit einem schraubenförmig gewickelten Heizleiter innerhalb eines metallenen Rohres, der an dem Ende des Rohrheizkörpers mit eingebettet Kontaktstifte verbunden ist. Ebenso zeigt DE 21 24 028 einen Rohrheizkörper mit einem Mantelrohr, welches aus Metall besteht und welches mit Magnesiumoxid gefüllt ist. In das Magnesiumoxid ist u.a. ein Heizwiderstand in Form einer Heizwendel eingebettet. Ein Anschlussbolzen besitzt einen abgesetzten Teil, auf welchen das Ende der Heizwendel aufgeschoben und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Eine Isolierperle dient zum Verschluss des Rohrheizkörperendes.

In 4 ist der Anschlussendenbereich eines beispielsweise aus der DE 1 133 483 bekannten Rohrheizkörpers wiedergegeben. Dieser Rohrheizkörper weist eine Heizleiterwendel 22' auf, die in einem Mantelrohr 10' in einem elektrisch isolierenden Material 20' eingebettet ist. Über einen Anschlussbolzen 24' ist die Heizleiterwendel 22' auf dieser Seite mit einer Stromquelle verbunden. Um zu vermeiden, dass die einzelnen Wendel der Heizleiterwendel 22' im Bereich der Abkröpfung bzw. Krümmung 18' eine undefinierte Lage einnehmen, ist der Anschlussbolzen über den Krümmungsbereich des Mantelrohres 10' hinaus weiter in das Innere des Rohrheizkörpers geführt und die Heizleiterwendel 22' erst dort mit dem Anschlussbolzen 24' verbunden.

Hierdurch wird aber die Heizleistung weiter verringert, da erst im Bereich der Heizleiterwendel 22' eine entsprechende Heizleistung vorhanden ist. Außerdem ist der Durchmesser der Heizleiterwendel 22' dem Durchmesser des Anschlussbolzens 24' angepasst. Da der Durchmesser des Bolzens 24' im Verhältnis zum Innendurchmesser des Mantelrohres 10' gering ist, kann bei gegebenen Manteloberdurchmesser auch nur eine geringe Heizleistung erzielt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rohrheizkörper bzw. eine Heizleiterwendel der eingangs genannten Art bereitzustellen, die trotz einer hohen Heizleistung eine optimale Nutzung der Rohrheizkörperlänge erlauben.

Die vorstehende Aufgabe wird hinsichtlich des Rohrheizkörpers durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 2 bis 10 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu.

Durch die Zunahme des Durchmesser der Heizleiterwendel an wenigstens einem Anschlussendenbereich in Richtung zu dem Arbeitsbereich der Heizleiterwendel besteht die Möglichkeit, in dem kritischen Anschlussbereich die Heizleistung zu verringern, ohne dass hierdurch die nutzbare Länge des Rohrheizkörpers verringert wird. Die Heizleiterwendel kann also von dem Arbeitsbereich, in dem sie einen großen Durchmesser aufweist, auf einen für den Anschlussbereich günstigen Durchmesser verringert werden. Hierdurch erhält die Heizleiterwendel zumindest in einem Anschlussendenbereich eine wenigstens annähernd konische Ausgestaltung.

Grundsätzlich kann die Zunahme im Durchmesser der Heizleiterwendel, beginnend von dem freien Ende der Heizleiterwendel, in Richtung des Arbeitsbereichs zumindest abschnittsweise stetig erfolgen. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Durchmesserzunahme der Heizleiterwendel zumindest abschnittsweise sprunghaft erfolgt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Heizleiterwendel, beginnend von deren freien Ende, zunächst einen konstanten Durchmesser aufweist, sich anschließend deren Durchmesser stetig oder sprunghaft in Richtung des Arbeitsbereichs vergrößert, um anschließend in einen konstanten Durchmesser, der sich über den gesamten Arbeitsbereich erstreckt, überzugehen. Die sprunghafte Erhöhung des Durchmessers im Anschlussendenbereich der Heizleiterwendel kann dadurch erfolgen, dass ein oder mehrere stufenartige Vergrößerungen des Durchmessers der Heizleiterwendel vorhanden sind.

Neben der Durchmesservergrößerung der Heizleiterwendel im Anschlussendenbereich kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Wendelsteigung der Heizleiterwendel in diesem Bereich konstant ist. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Wendelsteigung der Heizleiterwendel im Bereich wenigstens eines Anschlussendenbereichs zumindest abschnittsweise veränderlich ist. So kann wiederum die Steigung der Heizleiterwendel, beginnend von deren freien Ende, zunächst konstant und sehr gering gewählt werden, anschließend bei gleichzeitiger vorzugsweise kontinuierlicher Zunahme im Durchmesser einen verhältnismäßig großen Steigungswert aufweisen und im Arbeitsbereich der Heizleiterwendel bei einem konstanten Durchmesser einen ebenfalls konstanten Steigungswert besitzen.

Wie bereits vorstehend in Zusammenhang mit dem Stand der Technik dargelegt worden ist, kann es notwendig sein, den Rohrheizkörper im Bereich eines oder beider Anschlussenden abzukröpfen, um eine Kontaktierung des Anschlussendes des Rohrheizkörpers mit einer Stromquelle zu erleichtern. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eins Rohrheizkörpers mit einer Heizleiterwendel, deren Durchmesser im Anschlussendenbereich in Richtung des Arbeitsbereiches zunimmt, besteht nunmehr die Möglichkeit, auch die Heizleiterwendel im Anschlussendenbereich mit mindestens einer Krümmung in ihrer Längsachse zu versehen.

Eine besonders einfache Herstellung der Heizleiterwendel bzw. des Rohrheizkörpers wird dadurch erreicht, dass beide Anschlussendenbereiche der Heizleiterwendel gleich ausgestaltet sind.

Als Anschlusselement können ganz unterschiedliche Bauteile verwendet werden. Ein besonders günstiges Anschlusselement wird durch einen Anschlussbolzen aus einem elektrisch gut leitendem Material gebildet, wobei der Anschlussbolzen in das Innere der Heizleiterwendel einschiebbar ist und dessen Außendurchmesser zumindest im Bereich des Anschlussendes der Heizleiterwendel dem Innendurchmesser der Heizleiterwendel in diesem Bereich entspricht. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Heizleiterwendel im Bereich des Anschlusselements konstant ist.

Hinsichtlich der Heizleiterwendel wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 12 bis 18 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu. Für die Heizleiterwendel gelten die gleichen Vorteile, wie sie im Zusammenhang mit dem Rohrheizkörper bereits vorstehend diskutiert worden sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers bzw. der erfindungsgemäßen Heizleiterwendel sowie Ausführungsbeispiele hierzu werden nachstehend im Zusammenhang mit den angefügten Zeichnungsfiguren erläutert. Die in Verbindung mit der Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe "links", "rechts", "unten" und "oben" beziehen sich auf die beigefügten Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen und Figurenbezeichnungen. Hierbei ist:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rohrheizkörpers;
2 eine in einem zu 1 vergrößerten Maßstab dargestellte, schematische Teilschnittansicht eines Anschlussendes des in 1 gezeigten Rohrheizkörpers;
3 eine Teilseitenansicht einer erfindungsgemäßen Heizwendel; und
4 eine zu 2 ähnliche Teilschnittansicht eines Anschlussendes eines bekannten Rohrheizkörpers.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer elektrischer Rohrheizkörper R schematisch wiedergegeben. Dieser weist zunächst ein Mantelrohr 10 aus einem gut wärmeleitenden Material, wie Aluminium oder korrosionsbeständiger Stahl, auf. Das Mantelrohr 10, und damit der Rohrheizkörper R, kann in eine für die jeweilige Anwendung günstige Form gebracht werden. Im vorliegenden Fall ist das Mantelrohr 10 zu einem offenen Kreisring gebogen. Das Mantelrohr 10 kann unterschiedliche Querschnittsprofile aufweisen. Wie aus 1 hervorgeht, besitzt das Mantelrohr 10 hier einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt, wobei die Ecken des Quadrates abgeflacht sind.
Der Rohrheizkörper R besitzt zwei Anschlussendenbereiche 12, 14, über die der Rohrheizkörper R mit einer nicht weiter dargestellten Stromquelle verbindbar ist. Zwischen den beiden Anschlussendenbereichen 12, 14 erstreckt sich ein Hauptwärmeabgabebereich 16 des Rohrheizkörpers R. Im Bereich der beiden Anschlussenden 12, 14 ist der Rohrheizkörper R jeweils mit einer Abkröpfung 18 ausgebildet. Hierdurch lassen sich die Anschlussendenbereiche 12, 14 aus der Ebene des Hauptwärmeabgabebereichs 16 des Rohrheizkörpers R nach oben herausführen, wodurch eine Kontaktierung mit der Stromquelle erleichtert wird.
Aus 2 ist entnehmbar, dass in dem Mantelrohr 10 ein elektrisch isolierendes, aber wärmeleitendes Material 20, wie Magnesiumoxid eingefüllt ist, das gegebenenfalls durch einen Walz- und/oder Pressvorgang verdichtet sein kann. Das Isoliermaterial 20 umschließt eine Heizleiterwendel 22, die in 2 schematisch und in 3 im Detail dargestellt ist.
Wie aus 3 hervorgeht, besitzt die gewickelte Heizleiterwendel 22 einen Anschlussbereich 22a und einen Arbeitsbereich 22b, der zumindest annährend dem bereits vorstehend erwähnten Hauptwärmeabgabebereich 16 des Rohrheizkörpers R entspricht. In ihrem Anschlussbereich 22a weist die Heizwendel 22, betrachtet von ihrem freien Ende 22c aus, einen ersten Abschnitt 22d mit konstantem Durchmesser auf. Daran schließt sich, noch immer innerhalb des Anschlussbereichs 22a, ein zweiter Abschnitt 22e an, in dem der Durchmesser der Heizwendel 22 gleichmäßig von dem Durchmesser im ersten Abschnitt 22d auf einen Durchmesser zunimmt, der sich dann konstant im Arbeitsbereich 22b fortsetzt. Weiterhin weist die Heizwendel 22 in dem ersten Abschnitt 22d, in dem ihr Durchmesser konstant ist, eine Steigung auf, die kleiner ist als die Steigung in dem zweiten Abschnitt 22e des Anschlussbereichs 22a und des Arbeitsbereichs 22d. Es ist noch anzumerken, dass die Steigung der Heizwendel 22 im zweiten Abschnitt 22e des Anschlussbereichs 22a von der des Arbeitsbereichs verschieden sein kann. Weiterhin ist anzumerken, dass die Heizwendel 22 auch in ihrem Anschlussbereich 22a Wärme abgibt, jedoch ist die Wärmeabgabe in diesem Bereich im Vergleich zu dem Arbeitsbereich 22b der Heizwendel 22 verringert. Schließlich ist noch zu bemerken, dass die Heizwendel 22 an ihrem anderen Ende ebenso ausgestaltet sein kann, wie es vorstehend im Zusammenhang mit dem in 2 gezeigten Ende geschildert worden ist.
Wie weiterhin aus 2 hervorgeht, ist die Heizwendel 22 über einen Anschlussbolzen 24 mit der Außenseite des Rohrheizkörpers R verbunden. Der Anschlussbolzen 24 ist aus einem gut stromleitenden Material hergestellt und besitzt einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt mit konstantem Durchmesser. Der Anschlussbolzen 24 ist zur Lagerfixierung durch eine Isolierperle 26 aus Keramik oder einem vergleichbaren Material hindurchgeführt. Die Verbindung zwischen der Heizwendel 22 im Bereich des ersten Abschnitts 22d des Anschlussbereichs 22a und dem Anschlussbolzen 24 erfolgt durch Schweißen.
Wie schließlich aus 2 auch hervorgeht, ist die Heizwendel 22 im Anschlussendenbereich 12 des Rohrheizkörpers R entlang ihrer Längsachse L gekrümmt und folgt damit der Abkröpfung 18 des Rohrheizkörpers R.

Claims

Rohrheizkörper (R) zum Erwärmen fließfähiger Medien, insbesondere für Haushaltsgeräte, mit einem Mantelrohr (10), in dessen Innerem mindestens eine in einem elektrischen Isolationsmaterial (20) eingebettete Heizleiterwendel (22) aus einem elektrischen Widerstands-Heizleiterdraht angeordnet ist, wobei die Heizleiterwendel (22) einen ersten sowie einen zweiten Anschlussbereich (22a), mittels der die Heizleiterwendel (22) über wenigstens jeweils ein Anschlusselement (24) mit einer Stromquelle verbunden ist, und mindestens einen Arbeitsbereich (22b) aufweist, der sich zwischen den beiden Anschlussbereichen (22a) der Heizleiterwendel (22) erstreckt, wobei der Durchmesser der Heizleiterwendel (22) an wenigstens einem Anschlussbereich (22a) in Richtung zu dem Arbeitsbereich (22b) zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiterwendel (22) und das Mantelrohr im Anschlussbereich (22a) mindestens eine Krümmung in ihrer Längsachse aufweisen.
Rohrheizkörper (R) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserzunahme der Heizleiterwendel (22) zumindest abschnittsweise stetig erfolgt.
Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserzunahme der Heizleiterwendel (22) zumindest abschnittsweise sprunghaft erfolgt.
Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Heizleiterwendel (22) im Arbeitsbereich (22b) zumindest annährend konstant ist.
Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelsteigung der Heizleiterwendel (22) im Bereich wenigstens eines Anschlussbereichs (22a) konstant ist.
Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelsteigung der Heizleiterwendel (22) im Bereich wenigstens eines Anschlussbereichs (22a) zumindest abschnittsweise veränderlich ist.
Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beide Anschlussendenbereiche (12, 14) gleich ausgestaltet sind.
Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement aus einem Anschlussbolzen (24) gebildet ist, der in das Innere der Heizleiterwendel (22) einschiebbar ist und dessen Außendurchmesser zumindest im Bereich des Anschlussendes (22a) der Heizleiterwendel (22) dem Innendurchmesser der Heizleiterwendel (22) in diesem Bereich entspricht.
Rohrheizkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Heizleiterwendel (22) im Bereich des Anschlusselements (24) konstant ist.
Heizleiterwendel für einen Rohrheizkörper (R) zum Erwärmen fließfähiger Medien, insbesondere für Haushaltsgeräte, die aus einem elektrischen Widerstands-Heizleiterdraht gewickelt ist und die einen ersten sowie einen zweiten Anschlussbereich (22a), mittels der sie über wenigstens jeweils ein Anschlusselement (24) mit einer Stromquelle verbindbar ist, und mindestens einen Arbeitsbereich (22b) aufweist, der sich zwischen den beiden Anschlussbereichen (22a) der Heizleiterwendel (22) erstreckt, wobei der Durchmesser der Heizleiterwendel (22) an wenigstens einem Anschlussendenbereich (12, 14) in Richtung zu dem Arbeitsbereich (22b) zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiterwendel (22) im Anschlussbereich (22a) mindestens eine Krümmung in ihrer Längsachse aufweist.
Heizleiterwendel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserzunahme der Heizleiterwendel (22) zumindest abschnittsweise stetig erfolgt.
Heizleiterwendel nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserzunahme der Heizleiterwendel (22) zumindest abschnittsweise sprunghaft erfolgt.
Heizleiterwendel nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Heizleiterwendel (22) im Arbeitsbereich (22b) zumindest annährend konstant ist.
Heizleiterwendel nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Heizleiterwendel (22) im Bereich wenigstens eines Anschlussbereichs (22a) konstant ist.
Heizleiterwendel nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Heizleiterwendel (22) im Bereich wenigstens eines Anschlussbereichs (22a) zumindest abschnittsweise veränderlich ist.
Heizleiterwendel nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beide Anschlussbereiche (22a) gleich ausgestaltet sind.