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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Anschluss einer Glüh- bzw.
Heizwendel in einer Heizvorrichtung. Die Erfindung betrifft im Besonderen ein
neuartiges Verbindungselement zum Verbinden der Glüh- bzw.
Heizwendel an einer Anschlussbaugruppe eines Rohrheizkörpers ohne
einen Schweiß- oder
Lötvorgang
zu erfordern.
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Aus
der
DE 1 156 906 A ist
ein Stromanschlussglied für
elektrische Rohrheizkörper
bekannt, bei welchem ein Ende des Heizdrahtes in einer Überbrückungshülse aus
leicht biegbarem Leitermaterial, vorzugsweise Flußeisen,
eingesteckt ist und dass beide Teile durch Verquetschen miteinander
verbunden sind.
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Aus
der
DE 18 41 985 U ist
eine Anordnung zur Verbindung eines Heizwendelendes mit einer Anschlußschraube
bekannt, wobei die Schraube eine axiale Bohrung aufweist und das
Heizwendelende in diese Bohrung eingesteckt und darin verpresst
ist.
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Aus
der
DE 103 51 811
A1 ist eine Heizbaugruppe für elektrische Widerstandsheizeinrichtungen mit
wenigstens einem Widerstandsheizdraht bekannt, wobei das Ende des
Widerstandsheizdrahtes mit einem Anschlusselement vercrimpt ist
und verschiedene räumliche
Konstellationen zwischen Anschlusselement und Widerstandsheizdraht
vorgeschlagen werden.
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Aus
der
DE 10 2006
005 322 A1 ist eine Heizvorrichtung bekannt, bei welcher
die Enden des Heizdrahtes beispielsweise durch eine Schweißung mit
jeweils einer Anschlussbaugruppe verbunden sind. Dabei ist ein Anschlussdraht
einer thermischen Überlastsiche rung
mit dem Ende eines Anschlussbolzens durch einen Crimp- oder Kerbvorgang
verbunden.
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Auch
aus der
DE 100 62
539 A1 ist eine Anschlussbaugruppe für eine elektrische Heizvorrichtung
bekannt.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 005 322 A1 ist
eine gattungsgemäße Heizvorrichtung
bekannt.
1 zeigt als wesentliche Bauteile
bzw. Baugruppen der bekannten Heizvorrichtung: ein Mantelrohr
10,
in dem eine über
eine Anschlussbaugruppe
30 kontaktierte Heizwendel
20 mittels
einer Isoliermasse
40 gegenüber dem Mantelrohr elektrisch
isoliert aber thermisch leitend angeordnet ist. Die Anschlussbaugruppe
ist an ihrem einen Ende über
einen Anschlussbolzen
32 mit der Heizwendel
20 verbunden.
Diese einzelnen Bauteile bzw. Baugruppen werden nachstehend kurz
erläutert.
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Die
Heizwendel 20, die im Inneren des Mantelrohrs 10 angeordnet
ist, ist aus einem zu einer Wendel gewickelten bei Stromfluss sich
erhitzenden elektrischen Widerstandsmaterial gefertigt. An den beiden
freien Verbindungsenden 21 ist die Heizwendel 20 mit
der jeweils dort angeordneten Anschlussbaugruppe 30 über den
Anschlussbolzen 32 verbunden. Um die Anbringung der Heizwendel 20 am
Anschlussbolzen 32 zu erleichtern, besitzt dieser an seinem
zur Heizwendel 20 weisenden Ende einen kegelförmigen Abschnitt 32a.
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An
den kegelförmigen
Abschnitt 32a des Anschlussbolzen 32 schließt sich
ein kreiszylindrischer Abschnitt 32b des Anschlussbolzens 32 an.
Letzterer ist mit einer ebenfalls zumindest annährend koaxial zur Mittellängslinie
des Mantelrohrs 10 angeordneten thermischen Überlastsicherung 34 in
der Weise verbunden, dass ein Anschlussdraht 34a der thermischen Überlastsicherung 34 in
einem Sackloch im rechten stirnseitigen Ende des Anschlussbolzens 32 durch
eine Quetschung 32c verbunden ist. Am kegelförmig ausgebildeten,
rechten Ende 34b der thermischen Überlastsicherung 34,
die ansonsten einen im wesentlichen kreiszylindrischen Querschnitt
besitzt, ist ein weiterer Anschlussdraht 34c der thermischen Überlastsicherung 34 in
einem Sackloch in einem linken stirnseitigen Ende eines Anschlussstücks 36 mit der
thermischen Überlastsicherung 34 wiederum durch
eine Quetschung 36a verbunden. Das Anschlussstück 36 ist
aus dem Mantelrohr 10 nach außen herausgeführt und
dient zur Verbindung der bekannten Heizvorrichtung mit einer (nicht
dargestellten) elektrischen Energiequelle.
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Am
rechten stirnseitigen Ende 10a des Mantelrohres 10 befindet
sich eine Verschlussperle 38. Die Verschlussperle 38 ist
aus einem thermisch verformbaren Kunststoff hergestellt und besitzt
vier in Umfangsrichtung der Verschlussperle 38 in gleichmäßiger Teilung
verteilte Füllschlitze 38a.
Diese Füllschlitze 38a erstrecken
sich axial entlang der Verschlussperle 38. Zwischen den
einzelnen Füllschlitzen 38a sind
Stege 38b vorgesehen, deren Außendurchmesser zumindest annährend dem
Innendurchmesser des Mantelrohrs 10 entspricht. An ihrem
nach außen
weisenden Ende sind an den Stegen 38a Nasen 38c vorgesehen,
die nach Befüllen
des Mantelrohres 10 mit einer Isoliermasse 40 durch
einen thermischen Verformungsvorgang die Füllschlitze 38a verschließen. Wie
aus 1 ersichtlich steht die Verschlussperle 38 über das
rechte stirnseitige Ende 10a des Mantelrohres 10 über und
ist dort mittels zweier Kerbungen im Mantelrohr 10 an dem
Anschlussstück 36 fixiert.
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Der
Anschlussbolzen 32 wird bevorzugt aus einem gut elektrischen
Strom leitenden Material hergestellt, um u. a. eine Erhitzung der
Anschlussbaugruppe bei Stromfluss durch ohmsche Verluste zu vermeiden.
Daher wäre
Kupfer als Material für
den Anschlussbolzen 32 besonders geeignet. Hierbei besteht
jedoch das Problem, dass Kupfer eine schlechte Wärmefestigkeit aufweist, d.
h. nicht „warmfest” ist, und
daher im bestimmungsgemäßen Gebrauch
der Heizvorrichtung zum Fließen
neigt. Aus diesem Grund ist eine rein kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
Anschlussbolzen 32 und der Heizwendel 20 nicht
geeignet, eine dauerhafte mechanische, insbesondere elektrisch zuverlässige Verbindung
zu gewährleisten.
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Unter
einer kraftschlüssigen
Verbindung wird hier eine solche verstanden, die durch die Anwendung
von Druck entsteht, der durch eine geeignete Vorspannung erzeugt
werden kann, z. B. Druckkräfte oder
Reibungskräfte,
wobei der Zusammenhalt der mittels der kraftschlüssigen Verbindung verbunden Teile
allein mittels dieser Kräfte
gewährleistet
wird. Typischerweise treten zu übertragende
Kräfte
bei einer rein kraftschlüssigen
Verbindung tangential zu den beteiligten Flächen der Verbindungspartner
auf.
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Demnach
können
bei der bekannten Verbindung zwischen der Heizwendel 20 und
dem Anschlussbolzen 32 die auftretenden Zugkräfte mittels einer
kraftschlüssigen
Verbindung nur zuverlässig übertragen
werden, solange die mittels Vorspannung eingestellte Haftkraft zwischen
Anschlussbolzen 32 und Heizwendel 20 größer oder
gleich der auftretenden Zugkraft, die durch die im Rohrheizkörper unter Zugspannung
eingespannte Heizwendel ausgeübt wird,
ist. Da aber im Betrieb das oben angesprochene Verhalten von Kupfer
zu einer Verringerung dieser Haftkräfte führt, besteht die Gefahr, dass
sich die im Rohrheizkörper
zwischen den Anschlussbaugruppen eingespannte Heizwendel vom Anschlussbolzen
ablöst,
der Rohrheizkörper
somit ausfällt
und dann ausgewechselt werden muss.
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Daher
wird bei der bekannten Heizvorrichtung der Anschlussbolzen bevorzugt
aus Messing oder einem anderen warmfesten Material hergestellt und
die Heizwendel zusätzlich
materialschlüssig
am Anschlussbolzen festgelegt.
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Unter
einer materialschlüssigen
bzw. stoffschlüssigen
Verbindung seien hier Verbindungen verstanden, bei denen die Verbindungspartner
durch atomare oder molekulare Kräfte
zusammengehalten werden, im vorliegenden Fall kann eine materialschlüssige Verbindung
zwischen Heizwendel und Anschlussbolzen mittels des Schweißpunktes
oder durch Hartlöten
oder Hochtemperaturlöten
hergestellt werden. Eine derartige Verbindung kann nur noch durch
Zerstörung
der Verbindung getrennt werden, ist jedoch hinsichtlich ihrer Herstellung
aufwendig, insbesondere zeitintensiv und erfordert vor allem eine
laufende Qualitätsprüfung im
Herstellungsprozess, um Ausschuss zu vermeiden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Verbindung
zwischen der Heizwendel und der Anschlussbaugruppe sowie ein entsprechendes
Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindung vorzuschlagen,
welche die notwendigen mechanischen sowie elektrischen Eigenschaften
aufweist und ohne zusätzliche
materialschlüssige
Verbindungsmaßnahmen
auskommt.
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Die
vorstehende Aufgabe wird durch ein Verbindungselement mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und durch eine Heizvorrichtung mit einem solchen Verbindungselement
mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. In den sich jeweils anschließenden Unteransprüchen finden
sich vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen hierzu.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verbindungselement, insbesondere
in einer Heizvorrichtung, insbesondere für Haushaltsgeräte, zum
Erhitzen eines Fluides, zum Verbinden einer Heizwendel mit eine
Anschlussbaugruppe der Heizvorrichtung. Das erfindungsgemäße Verbindungselement weist
im Wesentlichen folgende Merkmale auf:
An einem ersten Anschlussende
ein Halteelement zum elektrischen Verbinden mit und zum Halten,
insbesondere eines Verbindungsendes der Heizwendel, mindestens ein
Fixierelement zum, insbesondere formschlüssigen, Fixieren der Heizwendel
an bzw. auf dem Halteelement. Das mindestens eine Fixierelement
ist so ausgestaltet, dass es durch plastische Verformung bzw. plastisches
Umformen bei der Herstellung der Verbindung mit dem Verbindungsende der
Heizwendel dieses an bzw. auf dem Halteelement form schlüssig fixieren
und gleichzeitig zwischen diesen Verbindungspartnern einen zuverlässig elektrischen
Strom leitendenden Kontakt herstellen kann.
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In
bevorzugten Ausführungen
besitzt das Verbindungselement ein zweites Anschlussende zum Verbinden
mit einem Bauteil der Anschlussbaugruppe. Hierfür kann am zweiten Anschlussende mindestens
ein Klemmelement vorgesehen sein, welches, insbesondere durch plastisches
Verformen, an die Form eines Bauteils der Anschlussbaugruppe derart
mit Vorspannung angepasst ist, sodass dieses zweite Anschlussende
beim Zusammenfügen,
insbesondere durch Zusammenstecken, mit dem Bauteil der Anschlussbaugruppe
kraftschlüssig
sowie elektrisch leitend verbindbar ist.
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Um
ein Lösen
dieser Verbindung auszuschließen,
können
in dem Klemmelement Ausklinkungen und/oder Vertiefungen vorgesehen
sein, in die entsprechende Vorsprünge bzw. Rastelemente, die
entsprechend am Bauteil der Anschlussbaugruppe vorgesehen sind,
beim Verbinden eingreifen können,
sodass neben der bereits genannten kraftschlüssigen zusätzlich auch eine formschlüssige Verbindung
hergestellt werden kann.
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Zur
Klarstellung sei angemerkt, dass hier unter einer formschlüssigen Verbindung
verstanden werden soll, dass die Verbindung durch ein Ineinandergreifen
der zwei Verbindungspartnern, entsteht, wobei Kräfte, die durch Betriebsbelastung
verursacht werden, im Wesentlichen normal, d. h. rechtwinklig zu
den Flächen
der beiden Verbindungspartnern übertragen
werden können.
Bei einer derartig mechanischen Verbindung können sich die Verbindungspartner
auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht lösen. Des
weitern entstehen durch die Normalkräfte in den Verbindungspunkten keine
verschiebenden Querkräfte.
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In
bestimmten Ausführungen
des Verbindungselements ist ein Wärmeleitmittel, insbesondere einer
Wärmeleitzunge
oder einem Wärmeleitkonus zusätzlich am
Halteelement vorgesehen. Das Wärmeleitmittel
ist derart ausgestaltet, dass es im montierten Zustand mit einer
vorbestimmten Länge
im Wesentlichen konzentrisch in eine verbundene Heizwendel hineinragt,
um von der Heizwendel Wärme
zu dem Verbindungselement und somit zu der sich am zweiten Anschlussende
bevorzugt angeschlossenen thermischen Überlastsicherung zu leiten,
um ein zuverlässiges,
insbesondere schnelles Ansprechen der Überlastsicherung sicher zu
stelle. In bestimmten Ausführungen
des Verbindungselements kann dieses Wärmeleitmittel auch bei der
Herstellung der Verbindung mit der Heizwendel als eine „Fädelhilfe” dienen.
Die Zweitfunktion „Fädelhilfe” erleichtert
die, insbesondere automatisierte, Herstellung der Verbindung mit
der Heizwendel, indem das Ende der Heizwendel durch die Fädelhilfe
derart geführt
wird, dass die Heizwendel, insbesondere das Verbindungsende der
Heizwendel, eine vorbestimmte Lage zum Halteelement einnimmt, um
so mit dem Halteelement in einen vorbestimmten Eingriff zu gelangen.
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Das
Halteelement des erfindungsgemäßen Verbindungselements
weist einen im Wesentlichen ebenflächigen Wendelauflagebereich
auf, in dem bzw. an dem sich ein Vorsprung befindet. Der im Wesentlichen
parallel zum Wendelauflagebereich liegende Querschnitt des Vorsprungs
besitzt in besonderen Ausführungen
eine Form, welche an die Form des Innenquerschnitts des Verbindungsendes
der Heizwendel angepasst ist bzw. dieser Form gleicht. D. h. die
Form der Umfangfläche
des Vorsprungs orientiert sich an der Form des Verbindungsendes
der Heizwendel.
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Das
Verbindungsende der Heizwendel kann in bestimmten Ausführungen
der erfindungsgemäßen Verbindung
eine Ausgestaltung aus der folgenden Gruppe aufweisen: eines Hakens,
einer Öse,
einer zylindrischen Windung oder einer Schlinge. Mit anderen Worten
sind der Vorsprung des Halteelements und das Verbindungsende der
Heizwendel derart aneinander angepasst, sodass zwischen diesen als
Verbindungspartnern eine formschlüssige Verbindung ähnlich der
Verbindung zwischen einem Haken und einer Öse bzw. einer Schlinge und
einem Pfosten hergestellt werden kann.
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Der
Vorsprung am Wendelauflagebereich kann als ein umlaufender, hochgezogener
Rand im Wendelauflagebereich durch Umformen, insbesondere als Rand
eines Topfes durch Tiefziehen oder dergleichen oder alternativ als
rohrförmiger,
insbesondere ringförmiger,
Rand an einem Durchgangsloch durch Stanzen und/oder Dornen oder
dergleichen hergestellt sein.
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Bei
einer ersten Ausführung
des erfindungsgemäßen Verbindungselements
ist der Vorsprung durch einen an einem im Wesentlichen kreisrunden Durchgangsloch
im Wendelauflagebereich tiefgezogenen Rand gebildet. Bei einer zweiten
Ausführung des
erfindungsgemäßen Verbindungselements
ist der Vorsprung durch einen an einem im Wesentlichen kreisrunden
Durchgangsloch im Wendelauflagebereich, insbesondere durch Nieten,
eingefügtes Materialstück, beispielsweise
einen Bolzen oder ein Drahtstück
gebildet.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass in bestimmten Ausführungen
der Vorsprung so ausgestaltet sein kann, diesen ebenfalls durch
plastische Verformung bzw. plastisches Umformen bei der Herstellung
der Verbindung mit dem Verbindungsende der Heizwendel dieses nach
Art eines Niets formschlüssig
zu verpressen bzw. zu fixieren und dabei bereits zwischen Vorsprung
und Wendelauflagebereich sowie dem Verbindungsende der Heizwendel
einen zuverlässig
elektrischen Strom leitendenden Kontakt herstellen kann.
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Bei
der zweiten Ausführung
des Verbindungselements kann der Wendelauflagebereich derart gegenüber dem
zweiten Anschlussende im Wesentlichen rechtwinklig abgewinkelt bzw.
abgekantet sein, sodass der Vorsprung im Wesentlichen in axialer
Richtung des Verbindungselements, insbesondere in Richtung der Fortsetzung
der durch den radialen Querschnitt des Klemmelements laufenden axialen Mittellängslinie,
vom zweiten Anschlussende weg orientiert ausgerichtet ist.
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Für eine radial
konzentrische Ausrichtung des Bauteils der Anschlussbaugruppe und
der Heizwendel kann idealerweise zwischen dem ersten und zweiten
Anschlussende des Verbindungselements ein Versatzabschnitt vorgesehen
sein. Der Versatzabschnitt ist derart geformt, dass eine Mittellängsachse
einer mit dem Halteelement verbundenen Heizwendel und eine Mittellängsachse
eines am zweiten Anschlussende mit dem Klemmelement verbundenen
Bauteils der Anschlussbaugruppe aufeinander ausgerichtet sind. Mit
anderen Worten der Versatzabschnitt ist bevorzugt so geformt, dass
eine Mittellängslinie
einer mit dem Halteelement in Eingriff gebrachten Heizwendel im
Wesentlichen mit einer virtuellen Achse zusammenfällt, die
der Fortsetzung der axialen durch den Querschnitt des mit dem Klemmelement
kontaktierten Bauteils einer Anschlussbaugruppe laufenden Mittellängslinie
entspricht.
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Um
eine unbeabsichtigte Verformung des Versatzabschnitts, insbesondere
bei der Montage der Einheit aus Heizwendel und Anschlussbaugruppen
in ein Mantelrohr zu verhindern, kann im Versatzabschnitt eine,
insbesondere mittels wenigstens einer Kerbung erzeugten, Materialversteifung
vorgesehen sein.
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Das
mindestens eine Fixierelement an dem Halteelement ist bevorzugt
in Form wenigstens eines laschenartigen Abschnitts, der sich an
den Wendelauflagebereich anschließt, ausgestaltet. Das mindestens
eine Fixierelement ist weiter so gestaltet, dass es durch plastisches
Verformen derart umformbar ist, um ein um den Vorsprung gelegtes
Verbindungsende der Heizwendel an bzw. auf dem Vorsprung des Halteelements
neben kraftschlüssig
auch formschlüssig
zu fixieren und gleichzeitig mit diesem den elektrischen Strom gut
leitend, d. h. im besten Fall ohne Übergangswiderstand, zu kontaktieren.
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Hinsichtlich
der Herstellung des Verbindungselements sei angemerkt, dass ein
Ausgangselement hierfür
besonders vorteilhaft aus einem Blech, besonders bevorzugt aus Kupfer,
durch Ausstanzen hergestellt werden kann. D. h., eine Zwischenform des
Verbin dungselements ist ein aus einem Blech ausgestanztes Halbzeug.
In einer ersten Ausführung ist
das Verbindungselement im Wesentlichen aus nur einem einzigen Blechstück, d. h.
einstückig,
herstellbar, in der vorstehend beschriebenen alternativen zweiten
Ausführung
ist als ein weiterer Bestandteil für das Verbindungselement der
Vorsprung als zusätzliches
Teil hinzugefügt
bzw. angesetzt.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Heizvorrichtung, insbesondere einen
Rohrheizkörper,
mit einem Mantelrohr, wenigstens einer im Inneren des Mantelrohrs
angeordneten Heizwendel aus einem elektrischen Widerstandsheizdraht,
der in einer elektrisch isolierenden, Wärme leitenden Isoliermasse
im Mantelrohr eingebettet ist, mindestens einer Anschlussbaugruppe,
die im Inneren des Mantelrohres angeordnet ist und ein zur Verbindung
der Heizwendel mit einer außerhalb
des Mantelrohrs befindlichen elektrischen Energiequelle aus dem
Mantelrohr nach außen
geführte
Anschlussende, und wenigstens eine im Bereich der Öffnung des
Mantelrohrs angeordnete, bevorzugt integrale, Halteeinrichtung.
Schließlich ist
die Anschlussbaugruppe mittels eines erfindungsgemäßen Verbindungselements
mit der Heizwendel verbunden.
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Die
Anschlussbaugruppen der Heizvorrichtung enthalten in bevorzugten
Ausführungen
mindestens eine, insbesondere thermische, Überlastsicherung, d. h. bevorzugt
handelt es sich um eine Übertemperatursicherung,
die bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur anspricht. Diese
vorbestimmte Temperatur ist insbesondere eine für den Weiterbetrieb der Heizvorrichtung
kritische Temperatur, die auf einen abnormalen Betriebszustand der
Heizvorrichtung hindeutet.
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Die
erfindungsgemäße integrale
Halteeinrichtung ist so ausgestaltet, dass sie die Bauteile der Anschlussbaugruppe
formschlüssig
aufnehmen und deren exakte Anordnung innerhalb des Mantelrohrs sicherstellen
kann. Neben einer leichteren Montage der Einheit aus Heizwendel
und Anschlussbaugruppen in ein Mantelrohr bringt die erfindungsgemäße integrale
Halteeinrichtung weitere Vorteile mit.
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Durch
die formschlüssige
Aufnahme der Bauteile der Anschlussbaugruppe werden die mechanischen
Verbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen der Anschlussbaugruppe
von Zugkräften entlastet.
Da die einzelnen Bestandteile der Anschlussbaugruppe, d. h. der
Anschlussbolzen, ggf. die thermische Überlastsicherung sowie das
erfindungsgemäßes Verbindungselement
verschiedene Formen aufweisen, werde durch die formschlüssige Aufnahme
bzw. Einfügung
der Bauteile der Anschlussbaugruppe in die, bevorzugt integrale,
Halteeinrichtung am Verbindungselement bzw. am Anschlussbolzen eingeleitete
Kräfte über die
Halteeinrichtung direkt in das Mantelrohr eingeleitet. Somit müssen die sowohl
mechanischen als auch elektrischen Verbindungen zwischen Verbindungselement und Überlastsicherung
sowie zwischen Überlastsicherung
und Anschlussbolzen keine Kräfte übertragen,
wodurch das Risiko eines Ausfalls dieser Verbindungen deutlich reduziert
wird.
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Weiter
kann über
das Material der Halteeinrichtung sowie dessen Form der thermische Übergangswiderstand
zwischen der Überlastsicherung
in der Anschlussbaugruppe und dem Mantelrohr eingestellt werden,
wodurch das Ansprechverhalten der Überlastsicherung besser eingestellt
werden kann. Der angesprochen thermische Übergangswiderstand setzt sich
dabei aus dem Verhältnis
von Material der Halteeinrichtung zur Isolationsmasse, die sich
zwischen Mantelrohr und Überlastsicherung
befinden zusammen und ist daher gut bestimmbar. Im Betrieb wird
die Überlastsicherung
im Wesentlichen mit Wärme
beaufschlagt, die sich von der Heizwendel über das Verbindungselement
zur Überlastsicherung
geleitet wird. Daher ist auch Kupfer als hervorragender Wärmeleiter
aufgrund dieser Überlegungen
besonders als Material für
das Verbindungselement geeignet. Des Weiteren ist gerade die Ausgestaltung
des zweiten Anschlussendes des erfindungsgemäßen Verbindungselements für den Aspekt
der Wärmeleitung
und Wärmeübertragung
gegenüber
der bekannten Verbindung von besonderem Vorteil.
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Die
integrale Halteeinrichtung weist hierzu, insbesondere im Bereich
der Überlastsicherung, Ausnehmungen
auf, sodass die Überlastsicherung zumindest
teilweise zwischen dem Mantelrohr derart von der Isoliermasse umgeben
ist, dass über
die Isoliermasse eine vorbestimmte Wärmemenge pro Zeiteinheit von
der Überlastsicherung
an das Mantelrohr abgeführt
werden kann, die im Wesentlichen einer Wärmemenge entspricht, die im
ordnungsgemäßen Betrieb
der Heizvorrichtung über
das zweiten Anschlussende des Verbindungselements der Überlastsicherung
zugeführt
wird. Damit kann das Ansprechverhalten der Überlastsicherung besonders
genau eingestellt werden.
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Zur
Festlegung der Anschlussbaugruppen im Mantelrohr, kann dieses im
Bereich der Anschlussbaugruppe, insbesondere in einem Bereich der
Halteeinrichtung, in dem sich nicht die Überlastsicherung befindet,
bevorzugt im Bereich der Halteeinrichtung, in dem der Anschlussbolzen
verläuft, durch
einen Quetsch- oder Pressvorgang eingekerbt, d. h. punktuell oder
entlang einer Linie der Innendurchmesser des Mantelrohres verringert
werden.
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Das
Verbindungsende der Heizwendel besitzt zum Verbinden an einem Verbindungselement gemäß der ersten
Ausführung
die Form eines Hakens, einer Öse
oder einer Schlinge, wobei der Innenquerschnitt dieser Form im Wesentlichen
dem Außenquer schnitt
des Vorsprungs an dem Halteelement des Verbindungselements entspricht.
In einer bestimmten Ausführung
ist das Anschlussende der Heizwendel, insbesondere durch Umformung
des die Heizwendel bildenden elektrischen Widerstands-Heizdrahts,
so ausgestaltet, dass das haken-, ösen- oder schlingenförmig ausgeführte Anschlussende
der Heizwendel aufgespannte Ebene im Wesentlichen senkrecht zur
vom Querschnitt einer Windung der Heizwendel aufgespannten Ebene
liegt.
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Hingegen
ist das Verbindungsende der Heizwendel zum Verbinden an einem Verbindungselement
gemäß der zweiten
Ausführung
gegenüber der
bekannten in der 1 dargestellten Heizwendel unverändert.
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Da
eine Heizvorrichtung gemäß der Erfindung
ohne Kristallisationsglühen
hergestellt werden kann, ist es möglich als Isoliermasse eine
silikonisierte Isoliermasse, insbesondere silikonisiertes Magnesiumoxid,
zur Anwendung gelangen. Da silikonisiertes Magnesiumoxid hydrophob
ist, kann eine aufwendige hermetische Versiegelung der Heizeinrichtung entfallen.
Natürlich
kann die Isoliermasse auch herkömmliches
Magnesiumoxid sein, wobei die Heizvorrichtung dann nach Außen mit
beispielsweise einer thermoplastisch Verschlussperle, die das Mantelrohr mediumsdicht
abschließt,
abgedichtet ist.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Heizvorrichtung kann während der
Montage der Heizvorrichtung die gesamte vormontierte Einheit bestehend aus
der Heizwendel, die an ihren jeweiligen Enden jeweils mit einer
Anschlussbaugruppe verbunden ist, wobei eine Anschlussbaugruppe
wiederum aus dem einerseits mittels des erfindungsgemäßen Verbindungselements
mit der Heizwendel und andererseits mit der thermischen Überlastsicherung
verbundenen Anschlussbolzen, der thermischen Überlastsicherung selbst und
der Halteeinrichtung, in welche die Bestandteilen der Anschlussbaugruppe
formschlüssig
eingesetzt sind, vor dem Einfüllen
der Isoliermasse in das Mantelrohr eingefügt werden.
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Insbesondere
durch die Ausgestaltung der die jeweilige Anschlussbaugruppe aufnehmenden
integralen Halteeinrichtung an ihrer Außenseite mit wenigstens einem
sich über
die gesamte axiale Länge der
Halteeinrichtung sich erstreckenden Füllschlitz, besteht die Möglichkeit, über diesen
wenigstens einen Füllschlitz
die Isoliermasse in das derart vorbestückte Mantelrohr einzufüllen. Wenn
die Halteeinrichtung an ihrer Außenseite mehrere, vorzugsweise in
Umfangsrichtung in gleichmäßiger Teilung
verteilte Füllschlitze
aufweist, kann der Füllvorgang
schneller durchgeführt
werden.
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Es
besteht auch die Möglichkeit,
an einem stirnseitigen Ende der Heizvorrichtung bzw. des Mantelrohres
die Halteeinrichtung ohne Füllschlitze
bzw. zusätzlich
eine sogenannte Verschlussperle vorzusehen, die keinen Füllschlitz
aufweist. Folglich ist dieses Mantelrohrende dann dicht gegenüber einem Austreten
der Isoliermasse aus dem Mantelrohr beim Befüllen durch das andere Mantelrohrende.
Eine Halteeinrichtung mit wenigstens einem Füllschlitz ist dann an dem anderen
stirnseitigen Ende des Mantelrohrs vorgesehen.
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Nachdem
Einfüllen
der Isoliermasse über
die Füllschlitze
in das Innere des Mantelrohres wird der wenigstens eine Füllschlitz
verschlossen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass an
der Halteeinrichtung benachbart zu einem Füllschlitz, an ihrer von dem
Mantelrohrinneren wegweisenden Seite, mindestens eine verformbare
Verschlussnase vorgesehen ist. Diese verformbare Verschlussnase
kann nach dem Füllvorgang
verformt werden, um den Füllschlitz
mediumsdicht zuverschließen.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die zumindest eine
Verschlussnase der Halteeinrichtung aus einem thermisch verformbaren
Kunststoff besteht, sodass mit einem Heißprägewerkzeug dieser Verschlussvorgang
vorgenommen werden kann. Weist die Halteeinrichtung mehrere Füllschlitze
auf, so ist entsprechend für
jeden dieser Füllschlitze
eine derartige Verschlussnase vorgesehen.
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Eine
Alternative zum Verschließen
des oder der Füllschlitze
an der Halteeinrichtung besteht darin, dass sich an die Halteeinrichtung
in Richtung der Außenseite
des Mantelrohres, d. h. in Richtung der Mantelrohröffnung eine
Abdichtperle anschließt,
die das Mantelrohr mediumsdicht abschließt. Als weitere Alternative
kann der wenigstens eine Füllschlitz
an der Halteeinrichtung auch mittels Einspritzen eines Abdichtmittels
wie eines Kunstharzes oder eines Kunststoffes erreicht werden.
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Wie
bereits erwähnt,
kann bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
bereits ein Mantelrohr verwendet werden, das den gewünschten
Enddurchmesser aufweist, der für
entsprechende Flanschbaugruppen und dergleichen verwendet werden
kann. Zur Verdichtung der Isoliermasse wird das Mantelrohr lediglich
in Teilabschnitten bzw. über
die gesamte axiale Länge
einem Pressvorgang unterzogen, um die benötigte Verdichtung der Isoliermasse zu
erreichen. Dieser Pressvorgang kann gleichzeitig mit einem Umformen
des Mantelrohres bzw. danach erfolgen. In vorteilhafter Weise ist
es nicht mehr notwendig, das Mantelrohr in seinem Durchmesser durch
Walzen zu reduzieren, wodurch das anschließende Rekristallisationsglühen in Wegfall
gelangt.
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Durch
den Wegfall der Notwendigkeit, ein Rekristallisationsglühen vornehmen
zu müssen,
ergibt sich gerade die Möglichkeit,
anstelle der bisher üblicherweise
verwendeten Isoliermasse, nämlich Magnesiumoxid,
ein silikonisiertes Magnesiumoxid sowie für die integrale Halteeinrichtung
einen thermisch verformbaren Kunststoff zu verwenden. Auch kann
eine Versiegelung bzw. Abdichtung des Rohrheizkörpers z. B. durch Duroplast
(Kunstharz) entfallen.
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In
diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass es natürlich grundsätzlich weiter
möglich
ist, als Isoliermasse eine übliche
Isoliermasse wie Magnesiumoxid zu verwenden und die Heizvorrichtung
abschließend
nach Außen
mit einer thermoelastischen Verschlussperle oder Abdichtperle, die
das Mantelrohr hermetisch, jedenfalls mediumsdicht bzw. fluiddicht,
abschließt,
abzudichten bzw. zu versiegeln. Dabei kann die Heizvorrichtung zusätzlich nach
Außen
mit einem Abdeckharz abgedichtet sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
werden nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungsfiguren erläutert. Die
bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels
verwendeten Begriffe „links”, „rechts”, „oben” und „unten” beziehen sich
auf die Zeichnungsfiguren in einer Ausrichtung mit normalen lesbaren
Bezugszeichen und Figurenbezeichnungen. Hierbei ist:
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1 eine
perspektivische Teilschnittansicht einer bekannten Heizvorrichtung;
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2a eine
perspektivische Ansicht eines Verbindungselements gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2b eine
perspektivische Ansicht eines Verbindungselements der 2a mit
angefügter Heizwendel
vor deren mechanischen Verbindung;
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2c eine
perspektivische Ansicht eines Verbindungselement der 2a mit
angefügter Heizwendel
nach deren mechanischen Verbindung;
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2d eine
perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
insbesondere ein Ende eines Mantelrohres mit einer integrierten
Anschlussbaugruppe und einem Verbindungselement gemäß 2a mit
angefügter Heizwendel
nach deren mechanischen Verbindung;
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3a eine
perspektivische Ansicht eines Verbindungselements gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3b eine
perspektivische Ansicht eines Verbindungselements der 3a mit
angefügter Heizwendel
vor deren mechanischen Verbindung;
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3c eine
perspektivische Ansicht eines Verbindungselement der 3a mit
angefügter Heizwendel
nach deren mechanischen Verbindung;
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4 eine
perspektivische Ansicht auf einer integralen Halteeinrichtung für eine Anschlussbaugruppe
einer Heizvorrichtung der Erfindung.
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Nun
mit Bezug auf die 2a, 2b, und 2c,
in denen ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verbinndungselements 32-1 in
perspektivischer Ansicht dargestellt ist, wird neben dem Verbindungselement
selbst auch die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen einer
Heizwendel und diesem Verbindungselement erläutert.
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Hinsichtlich
des zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 32-2,
welches in den 3a, 3b und 3c in
perspektivischer Ansicht dargestellt ist, sei angemerkt, dass dieses
jeweils unter Herausstellung der ggf. Unterschiede zusammen mit
dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wird. Hierdurch werden unnötige Wiederholungen vermieden,
aber auch Zusammenhänge
zum Verständnis
des allgemeinen erfindungsgemäßen Verbindungsprinzips besser
verständlich.
Es versteht sich von selbst, dass neben den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen
für den
Fachmann alternative Ausführungen
erkennbar sind, die bei verständiger
Würdigung
von dem in dieser Beschreibung erläuterten Prinzip der Erfindung
Gebrauch machen.
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2a zeigt
das erste Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Verbindungselements 32-1,
dass im Wesentlichen einstückig
aus einem Blech durch Stanzen und anschließendes Umformen, wie beispielsweise
Kaltschmieden, hergestellt werden kann. Das Verbindungselement 32-1 besitzt zwei
Anschlussenden, nämlich
ein erstes Anschlussende 50-1 zum Verbinden mit einer Heizwendel
(20, vgl. 2b, 2c und 2d)
und ein zweites Anschlussende 60 zum Verbinden mit einer
Anschlussbaugruppe, insbesondere zum Verbinden mit einer in die
Anschlussbaugruppe integrierten thermischen Überlastsicherung (34,
vgl. 2b, 2c und 2d) bzw. Übertemperatursicherung.
Dieses zweite Anschlussende 60 wird genauer für beide
hier erläuterten
Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verbinndungselements 32-1 und 32-2 weiter unten
beschrieben.
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Das
erste Anschlussende 50-1 des Verbindungselements 32-1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
hat einen im Wesentlichen ebenflächigen
Wendelauflagebereich 54-1. In oder an diesem Wendelauflagebereich 54-1 befindet
sich ein Vorsprung 55-1, der beispielsweise als Rand an
einem Loch 53-1 mittels Dornen beim Umformen eines gestanzten
Ausgangsblechstücks
hergestellt werden. Der Vorsprung 55-1 hat hier die Form
eines rohrförmigen
Rands, der sich an das Loch 53-1 im Wendelauflagebereich 54-1 anschließt. Selbstverständlich kann
der Vorsprung 55-1 auch durch Tiefziehen in den ebenflächigen Wendelauflagebereich
gedrückt worden
sein, wobei der Wendelauflagebereich dann kein Durchgangsloch aufweisen
würde.
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Zwischen
dem ersten Anschlussende 50-1 und dem zweiten Anschlussende 60 befindet
sich ein Materialabschnitt der als Versatzbereich 58-1 ausgeführt ist
und die beiden Anschlussenden 50-1 und 60 miteinander
verbindet. Die Ausrichtungsfunktion des Versatzbereichs 58-1 zum
Ausrichten der beiden Anschlussenden wird weiter unten ausführlicher
erläutert.
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An
einer Seite des Wendelauflagebereichs 54-1 befindet sich
gegenüber
der Seite, an die sich der Versatzbereich 58-1 anschließt eine
spitz zulaufende Wärmeleitzunge
als Wärmeleitmittel
zur thermischen Ankoppelung des Verbindungselementes an die Heizwendel.
Diese Wärmeleitzunge
erstreckt sich bzw. ragt im montierten Zustand (vgl. 2b, 2c, 2d)
mit einer vorbestimmten Länge
im Wesentlichen konzentrisch in die verbundene Heizwendel 20 hinein
und fungiert als Wärmeleitmittel,
um von der Heizwendel erzeugte Wärme
zum Verbindungselement 32-1 und somit auch zu der sich am
zweiten Anschlussende 60 bevorzug angeschlossenen thermischen Überlastsicherung 34 zu
leiten bzw. zu übertragen.
Damit wird ein zuverlässiges, insbesondere
schnelles Ansprechen der Überlastsicherung 34 sichergestellt.
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An
einer der verbleibenden Seitenränder
des Wendelauflagebereichs 54-1 schließt sich ein laschenförmiges Fixierelement 56-1 an,
das in der Darstellung der 2a bereits
durch den sich an das Ausstanzen aus einem Blech anschließenden Umformvorgang
im Wesentlichen zum Wendelauflagebereich senkrecht nach oben, d.
h. vom Wendelauflagebereich 54-1 weg gerichtet, gebogen
ist. Das als Fixierlasche ausgeführte
Fixierelement 56-1 kann, wie es in der weiter unten beschrieben 2c dargestellt
ist, durch Umbiegen der Fixierlasche in Richtung des Vorsprunges 55-1 verformt
werden, um ein um den Vorsprung 55-1 gelegtes Verbindungsende der
Heizwendel (21-1, 2b) zu
fixieren und gegen ein Ablösen
zu sichern.
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3a zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 32-2,
dass im Wesentlichen aus zwei Teilen hergestellt ist, nämlich einem
aus einem Blech durch Stanzen und anschließendes Kaltumformen hergestellten
Hauptteil und einem Wärmeleitmittel
in Form eines Wärmeleitkonus 51-2 sowie
einem den Vorsprung 54-2 bildendes Materialstück.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verbindungselements 32-2 besitzt wie
das erste Ausführungsbeispiel
zwei Anschlussenden, nämlich
ein erstes Anschlussende 50-2 zum Verbinden mit der Heizwendel
(20, vgl. 3b und 3c) und
das zweites Anschlussende 60 zum Verbinden mit einer Anschlussbaugruppe,
welches zur ersten Ausführung
identisch ist. Daher wird nachstehend nur das zur ersten Ausführung unterschiedlich geformte
erste Anschlussende 50-2 naher erläutert. Wie bereits oben angemerkt,
wird das für
beide Ausführungen
identische zweite Anschlussende 60 weiter genauer unten
beschrieben.
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Das
erste Anschlussende 50-2 des Verbindungselements 32-2 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
besitzt auch einen im Wesentlichen ebenflächigen Wendelauflagebereich 54-2,
der jedoch im Vergleich zur ersten Ausführung rechtwinklig abgekantet
ist, sodass der ebenflächige
Wendelauflagebereich parallel zum radialen Querschnitt des zweiten
Anschlussbereiches angeordnet ist. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel
ist der Wendelauflagebereich 54-2 des zweiten Ausführungsbeispiels
um 90° gedreht.
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Im
bzw. am Wendelauflagebereich 54-2 befindet sich ein Vorsprung 55-2,
der jetzt mittels eines angefügten
Materialstücks,
hier in Form eines Zylinderstücks,
an den Wendelauflagebereich 54-2 angesetzt ist. An das
zylinderförmige,
den Vorsprung bildende Materialstück schließt sich ein, insbesondere kegelstumpfförmiger,
d. h. sich verjüngender,
Materialabschnitt an, der in Form eines Wärmeleitkonus 51-2 als
Wärmeleitmittel
mit der im Zusammenhang mit der 2a bereits
beschriebenen Funktion fungiert.
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Das
den Vorsprung bildende Materialstück und der das Wärmeleitmittel
bildende Materialabschnitt sind bevorzugt einstückig hergestellt und beispielsweise
nach Art eines Niets, d. h. formschlüssig, in einem Loch (in 3a nicht
sichtbar dargestellt) im Wendelauflagebereich 54-2 befestigt.
Alternativ kann die Befestigung auch materialschlüssig durch Schweißen oder
Hart- oder Hochtemperaturlöten hergestellt
sein.
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An
zwei, sich gegenüberliegenden,
Seitenränder 54-2a und 54-2b des
Wendelauflagebereichs 54-2 schließt sich jeweils ein laschenförmiges Fixierelement 56-2a und 562b,
d. h, insgesamt zwei, an, die in der Darstellung der 3a bereits
durch den sich an das Ausstanzen aus einem Blech anschließenden Umformvorgang
im Wesentlichen zum Wendelauflagebereich 54-2 senkrecht
nach oben, d. h. vom Wendelauflagebereich 54-2 weg, d.
h. in Richtung des Wärmeleitkonus 51-2 gerichtet,
gebogen sind. Diese als Fixierlaschen ausgeführten Fixierelemente 56-2a und 56-2b können, wie
es in der weiter unten beschrieben 3c dargestellt
ist, durch sogenanntes Crimpen bzw. einen Quetschvorgang der Fixierlaschen
in Richtung des Vorsprunges 55-2 so verformt werden, um
ein auf den Vorsprung 55-2 aufgeschobenes Verbindungsende
der Heizwendel (21-2, 3b) formschlüssig zu
fixieren und gegen Ablösen
sichern. Selbstverständlich
könnte
am verbleibenden freien Rand des Wendelauflagebereichs 54-2 noch
eine weitere, d. h. dritte, Fixierlasche vorgesehen werden.
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Nun
wird unter Bezug auf die 2a und 3a das
zweite Anschlussende 60, welches für beide Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verbindungselements 32-1 und 32-2 gleich ist,
beschrieben. Das zweite Anschlussende 60 weist zwei Klemmelemente 61a und 61b auf,
die gemeinsam ein Klemmmittel zur Verbindung mit einem Bauteil (34, 2b, 2c, 2d, 3b, 3c)
einer Anschlussbaugruppe (30, 2d) bilden.
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Bei
dem zu kontaktierenden Bauteil der Anschlussbaugruppe handelt es
sich bevorzugt um eine thermische Überlastsicherung 34 bzw. Übertemperatursicherung,
die beispielsweise eine Schmelzsicherung sein kann, die bei Überschreiten
einer vorbestimmten Temperatur die elektrische Verbindung zwischen
der Heizwendel 20 und einer (nicht dargestellten) Stromquelle
unterbricht.
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Die
beiden Klemmelemente 61a und 61b sind, insbesondere
durch plastische Verformung, an die Form dieses zu kontaktierenden
Bauteils, d. h. die Überlastsicherung,
der Anschlussbaugruppe derart mit einer Vorspannung angepasst, dass
das zweite Anschlussende 60 durch Fügen, insbesondere Zusammenstecken,
mit diesem Bauteil kraftschlüssig und
elektrisch leitend mit der Anschlussbaugruppe verbindbar ist.
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In
den in den Figuren gezeigten Ausführungen ist das zweite Anschlussende 60 zum
Verbinden mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Abschnitt der Überlastsicherung
vorgesehen. Daher sind die beiden Klemmelemente 61a und 61b durch plastische
Verformung, an genau diese Zylinderform angepasst. Die vorstehend
genannte Vorspannung wird damit erzeugt, indem ein von den beiden
Klemmelementen 61a und 61b aufgespannter, geschlitzter
Zylindermantel einen Innendurchmesser aufweist, der etwas geringer
als der Außendurchmesser
der zu kontaktierenden Überlastsicherung
(34, 2b, 3b) ist.
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Das
rohrandförmige
stirnseitige Ende 60a des zweiten Anschlussendes 60,
welches im Wesentlichen von Rändern
der Klemmelemente 61a und 61b gebildet wird, ist
vom Verbindungselement 32-1 bzw. 32-2 weg über einen
Abschnitt 60b wie ein Trichter, d. h. trichterartig, aufgeweitet,
sodass das zu kontaktierende Bauteil der Anschlussbaugruppe leichter
mittels Ineinanderstecken verbunden werden kann.
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Im
Folgenden wird die Herstellung einer in den 2c und 3c veranschaulichten
erfindungsgemäßen Verbindung
zwischen einer Heizwendel und einem Verbindungselement 32-1 bzw. 32-2 der
Erfindung anhand eines in den 2b und 3b dargestellten
Zwischenschritts erläutert.
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Die 2b und 3b zeigen
jeweils ein Verbindungsende 21-1 bzw. 21-2 der
Heizwendel 20, welches mittels der Zweitfunktion „Fädelhilfe” des Wärmeleitmittels
(in den 2b und 3b jeweils durch
die Heizwendel 20 verdeckt) mit dem ersten Anschlussende 50-1 bzw. 50-2 in
eine bestimmte Lage zueinander gebracht worden ist.
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In 2b ist
das Verbindungsende 21-1 der Heizwendel 20 in
Form einer Schlinge ausgeführt. Die
durch diese Schlinge aufgespannte Ebene liegt durch eine entsprechende
Umformung des die Heizwendel 20 bildenden Widerstandsheizdrahts
im Wesentlichen senkrecht zu den von den Windungen der Heizwendel
aufgespannten radialen Querschnittsflächen und damit parallel zur
Wendelauflagefläche 54-1 des
Verbindungselements 32-1. Gut ist in 2b zu
erkennen, dass das Verbindungsende 21-1 der Heizwendel 20 mit
dem Halteelement 52-1 des Verbindungselements 32-1 bereits
formschlüssig verbunden
ist, indem das Verbindungsende 21-1 der Heizwendel 20 in
Form einer Schlinge um den Vorsprung 55-1 am Wendelauflagebereich 54-1 gelegt ist.
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Der
Vorsprung 55-1, der hier als zylindrischer Einhängedorn
geformt ist und dient, wird in bevorzugten Ausführungen in Form oder Art einer
Vernietung verformt und so über
die Öse
oder Schlinge des Verbindungsendes 21-1 der Heizwendel 20 geformt
bzw. verpresst, um das Verbindungsende 21-1 vorzufixieren.
Das eigentliche Fixierelement 56-1 ist in der 2b noch
unverändert,
d. h., das Verbindungsende 21-1 der Heizwendel ist noch
nicht endgültig
festgelegt und somit auch der elektrische Kontakt, insbesondere
dessen Übergangswiderstand
noch nicht optimal.
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In
der 3b besteht das Verbindungsende 21-2 der
Heizwendel 20 im Wesentlichen aus dem Ende der Heizwendel 20 selbst.
Dieses Verbindungsende 21-2 der Heizwendel 20 ist
mit dem Halteelement 52-2 des Verbindungselements 32-1 durch
Aufschieben bzw. Aufstecken des Verbindungsendes 21-2 auf
den (in der 3b von der Heizwendel verdeckte)
Wärmeleitkonus
(51-2, 3a) verbunden, wobei die letzte
Windung der Heizwendel 20 am Wendelauflagebereich 54-2 anliegt.
Die beiden Fixierelemente 56-2a und 56-2b sind
in 3b noch unverändert,
d. h., das Verbindungsende 21-2 der Heizwendel 20 ist
noch nicht am Verbindungselement festgelegt und auch der elektrische
Kontakt, insbesondere dessen Übergangswiderstand
noch nicht optimal.
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Die 2c und 3c zeigen
gegenüber den 2b und 3b jeweils
das Verbindungsende 21-1 bzw. 21-2 der Heizwendel 20,
das mittels der jeweiligen Fixierelemente 52-1 bzw. 52-2a und 52-2b an
den jeweiligen Vorsprüngen 55-1 bzw. 55-2 sowohl
formschlüssig
als auch kraftschlüssig
gesichert ist.
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In
der 2c ist das schlingenförmige Verbindungsende 21-1 der
Heizwendel 20 durch Umbiegen bzw. Umklappen des als Fixierlasche
ausgeführten
Fixierelements 56-1 an der Wendelauflagefläche 54-1 des
Verbindungselements 32-1 festgelegt. Das umgebogenen Fixierelement 56-1 sichert
das Verbindungsende 21-1 der Heizwendel 20 und
gewährleistet
auch einen hervorragenden elektrischen Kontakt, insbesondere einen
geringen Übergangswiderstand.
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In
der 3c ist das Verbindungsende 21-2 der Heizwendel 20 durch
sogenanntes Crimpen bzw. Quetschen der als Fixierlaschen ausgeführten Fixierelemente 56-2a und 56-2b am
an der Wendelauflagefläche 54-2 des
Verbindungselements 32-2 angesetzten Vorsprung 55-2 festgelegt.
Die gequetschten bzw. gecrimpten Fixierelemente 56-2a und 56-2b sicheren
das Verbindungsende 21-1 der Heizwendel und gewährleistet
einen hervorragenden elektrische Kontakt, insbesondere einen geringen Übergangswiderstand.
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Zu
den in den 2a bzw. 3a dargestellten
Verbindungselementen 32-1 bzw. 32-2 sei noch angemerkt,
dass sich zwischen dem ersten Anschlussende 50-1 bzw. 50-2 und
dem zweiten Anschlussende 60 sich ein Versatzbereich 58-1 bzw. 58-2 befindet,
der im Wesentlichen dazu dient, die beiden Anschlussenden 50-1 bzw. 50-2 und 60 so
zu einander auszurichten, dass eine virtuelle Mittellängsachse
einer mit dem ersten Anschlussende 50-1 bzw. 50-2 verbundene
Heizwendel 20 im Wesentlichen mit einer virtuellen Mittellängsachse
des zweiten Anschlussendes 60, insbesondere der sich dort
anschließenden Überlastsicherung 34,
fluchtet, d. h. im Wesentlichen gleichgerichtet ist bzw. mit möglichst
geringem Abstand zu dieser parallel verläuft. Um den Versatzbereich 58-1 bzw. 58-2 gegen unbeabsichtigtes
Verbiegen zu versteifen, ist im Versatzbereich eine Einkerbung 58a zur
Versteifung vorgesehen.
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Nun
wird Bezug auf 2d genommen, die eine perspektivische
Ansicht eines Abschnitts einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, insbesondere ein
Ende eines Mantelrohres 10 mit einer integrierten Anschlussbaugruppe 30 und
einem Verbindungselement gemäß dem im
Zusammenhang mit den 2a bis 2c erläuterten
Ausführungsbeispiel
mit angefügter
Heizwendel 20 nach deren mechanischen Verbindung zeigt.
Hinsichtlich der Einzelheiten des Verbindungselements sei auf die 2a bis 2c verwiesen.
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Das
Mantelrohr 10 der Heizvorrichtung besteht aus einem ausreichend
oder gut Wärme
leitenden Material, wie beispielsweise Edelstahl oder Aluminium,
und weist einen zumin dest annähernd
kreisförmigen
Querschnitt auf, wobei aber je nach Anwendung auch andere Querschnitte
möglich
sind. Die beiden stirnseitigen Enden 10a des Mantelrohrs 10 sind
nach außen
hin offen, wobei in der 2d nur eines
der beiden stirnseitigen Enden 10a gezeigt ist.
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Obwohl
nicht dargestellt, sei erwähnt,
dass das Mantelrohr 10 in jede beliebige äußere Form
gebracht werden kann. Je nach Anwendungsfall kann das Mantelrohr
z. B. als gerade verlaufendes Rohr ausgestaltet sein oder in Form
des Buchstabens „U” oder „W” gebogen
sein. Selbstverständlich
sind auch andere Formen als die genannten möglich.
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Im
Gegensatz zu Mantelrohren bekannter Heizvorrichtungen weist das
Mantelrohr 10 von Anfang an, d. h. bereits zu Beginn der
Montage der in dem Mantelrohr 10 angeordneten Bauteile
bzw. Baugruppen den Außendurchmesser
Da auf, den es im eingebauten Zustand, beispielsweise
bei einem Fluidbehälter
in einer Geschirrspülmaschine
oder einer Wäschewaschmaschine
besitzt.
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In 4 ist
zur besseren Ansicht eine integrale Halteeinrichtung 38* der
Erfindung freigestellt. Die Halteeinrichtung 38* ist aus
einem thermisch verformbaren Kunststoff hergestellt. Wie auch aus
den 2b, 2c und 2d, dort
mit 38-1 bezeichnet, sowie aus den 3b, 3c und 3d, dort mit 38-2 bezeichnet,
ersichtlich ist, weist die Halteeinrichtung 38* über ihren
Umfang verteilte Füllschlitze 38a* auf.
Diese Füllschlitze 38a* erstrecken
sich über die
gesamte axiale Länge
der Halteeinrichtung 38*. Zwischen den einzelnen Füllschlitzen 38a* sind
Stege 38b* vorgesehen, die im Wesentlichen den Außendurchmesser
Da* der Halteeinrichtung 38* bestimmen,
der zumindest annährend
dem Innendurchmesser Di des Mantelrohrs 10 entspricht.
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Wie
bereits erläutert
ist die Halteeinrichtung 38* ausgestaltet, die Bauteile
der Anschlussbaugruppe formschlüssig
aufzunehmen, um die mechanischen Verbindungen zwischen den einzelnen
Bauteilen (Verbindungselement, Überlastsicherung
und Anschlussbolzen) der Anschlussbaugruppe von Zugkräften zu
entlasten. Da die einzelnen Bestandteile der Anschlussbaugruppe,
d. h. der Anschlussbolzen, ggf. die Überlastsicherung sowie das
erfindungsgemäßes Verbindungselement
verschiedene Formen aufweisen, werden durch die formschlüssige Aufnahme
bzw. Einfügung
der Bauteile der Anschlussbaugruppe in die, bevorzugt integrale,
Halteeinrichtung 38* am Verbindungselement 32-1 bzw. 32-2 bzw.
am Anschlussbolzen 36 eingeleitete Kräfte über die Halteeinrichtung 38* direkt
ins Mantelrohr 10 eingeleitet. Somit übertragen die mechanischen
und elektrischen Verbindungen zwischen Verbindungselement und Überlastsicherung
sowie zwischen Überlast sicherung
und Anschlussbolzen im Wesentlichen keine Kräfte, wodurch das Risiko eines
Ausfalls dieser Verbindungen deutlich reduziert wird.
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Wie
ebenfalls bereits angesprochen sind in der integralen Halteeinrichtung 38* im
Bereich 34a, der die Überlastsicherung 34 aufnehmen
soll, Ausnehmungen 34b auf, sodass die Überlastsicherung später nach
Installation im Mantelrohr 10 zumindest teilweise zwischen
dem Mantelrohr 10 derart von der Isoliermasse 40 umgeben
ist, dass über
die Isoliermasse 40 eine vorbestimmte Wärmemenge pro Zeiteinheit von
der Überlastsicherung 34 an
das Mantelrohr 10 abgeführt
werden kann. Diese Wärmemenge entspricht
bevorzugt derjenigen Wärmemenge,
die im ordnungsgemäßen Betrieb
der Heizvorrichtung über
das zweiten Anschlussende 60 des Verbindungselements 32-1 bzw. 32-2 der Überlastsicherung 34 zugeführt wird.
Damit kann das Ansprechverhalten der Überlastsicherung 34 besonders
genau eingestellt werden.
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In
diesem Zusammenhang kann zusätzlich auch über das
Material der Halteeinrichtung 38* sowie dessen Form der
thermische Übergangswiderstand
zwischen der Überlastsicherung 34 in
der Anschlussbaugruppe 30 und dem Mantelrohr 10 eingestellt
werden, wodurch das Ansprechverhalten der Überlastsicherung noch genauer
eingestellt werden kann.
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Der
vorstehend angesprochene thermische Übergangswiderstand setzt sich
dabei aus dem Verhältnis
von Material der Halteeinrichtung 38* zur Isolationsmasse 40,
die sich zwischen Mantelrohr 10 und Überlastsicherung 34 bzw. Übertemperatursicherung
befinden zusammen und ist daher gut bestimmbar.
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Im
Betrieb wird die Übertemperatursicherung im
Wesentlichen mit Wärme
beaufschlagt, die sich von der Heizwendel 20 über das
Verbindungselement 32-1 bzw. 32-2 zur Überlastsicherung
geleitet wird. Insbesondere die Ausgestaltung des zweiten Anschlussendes 60 des
erfindungsgemäßen Verbindungselements
ist hier gegenüber
der Verbindung bei der Heizvorrichtung in 1 von besonderem Vorteil,
da über
die Klemmmittel des zweiten Anschlussendes 60 Wärme besonders
gut über
den gesamten zylinderförmigen
Umfang der Überlastsicherung 34 zugeleitet
wird und nicht lediglich über
die thermische Engstelle 34a wie bei der in 1 dargestellten
Heizvorrichtung.
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Schließlich sei
noch angemerkt, dass an der Halteeinrichtung 38* an ihrem
am Mantelrohrende 10a nach außen weisenden Ende an den Stegen 38b* Nasen
(in 2d nicht dargestellt) vorgesehen werden können, die
nach einem Füllvorgang
der Heizeinrichtung mit einer Isoliermasse 40, wie er nachstehend
näher erläutert wird,
durch einen thermischen Verformungsvorgang die Füllschlitze 38a* verschließen.
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Wie
aus 2d ersichtlich ist, steht die Halteeinrichtung 38* über das
rechte stirnseitige Ende 10a des Mantelrohres 10 etwas über. Die
Halteeinrichtung kann in ihrer axialen Position mittels Einkerbungen
im Mantelrohr, beispielsweise im Bereich des Mantelrohres 10,
in dem im Inneren der Anschlussbolzen 36 verläuft, fixiert
werden.
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Es
ist noch zu bemerken, dass der Bereich des zweiten Anschlussendes 60 der
erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
an der nicht dargestellten Seite ebenso aufgebaut sein kann, wie
es vorstehend erläutert
ist. Alternativ besteht die Möglichkeit,
dass anstelle der vorstehend beschriebenen Halteeinrichtung 38* eine
andere Halteeinrichtung Verwendung findet, beispielsweise eine solche,
die keine Füllschlitze
aufweist und deren Außendurchmesser
im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Mantelrohrs 10 entspricht.
Diese Halteeinrichtung kann dann beispielsweise durch einen Klebevorgang
in dem dortigen Ende des Mantelrohres 10 fixiert sein. Alternativ
kann im Bereich der Anschlussbaugruppe, insbesondere in einem Bereich
der Halteeinrichtung, in dem sich nicht die Überlastsicherung befindet,
bevorzugt im Bereich der Halteeinrichtung, in dem der Anschlussbolzen
verläuft,
der Innendurchmesser des Mantelrohres 10 durch einen Quetsch- oder Pressvorgang
eingekerbt, d. h. punktuell oder entlang einer Linie verringert
werden, um so die Halteeinrichtung im Mantelrohr zu fixieren.
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Nachfolgend
sei die Herstellung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kurz erläutert. Nachdem
die Heizwendel 20 mit den an ihren beiden Enden angebrachten
Anschlussbaugruppen 30 in das Innere des Mantelrohres 10 eingeführt und
hinsichtlich der axialen Anordnung mittels der Halteeinrichtung 38* in
seiner Lage fixiert worden ist, kann über die Füllschlitze 38a* an
der wenigstens einen Halteeinrichtung 38* eine, insbesondere
aus silikonisiertem Magnesiumoxid bestehende, Isoliermasse 40 eingefüllt werden.
Die Isoliermasse 40 dient zur elektrischen Isolierung der
Heizwendel 20 aus elektrischem Widerstandsheizdraht und
der den elektrischen Strom führenden
Bauteile der Anschlussbaugruppe 30, d. h. des Verbindungselements 32,
der Überlastsicherung 34 und
des Anschlussbolzens 36 gegenüber der Innenwand des Mantelrohres 10.
Darüber
hinaus leitet die Isoliermasse die von der Heizwendel 20 erzeugte
Wärme an
das Mantelrohr 10.
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Nachdem
die Isoliermasse 40 vollständig von der zu der Innenseite
des Mantelrohres 10 weisenden Stirnseite der einen Halteeinrichtung 38 bis zu
der ebenfalls zu der Innenseite weisenden Stirnseite der anderen
Halteeinrichtung 38 eingefüllt worden ist, können die
Füllschlitze 38a mediumsdicht verschlossen
werden, z. B. durch einen thermischen Verformungsvorgang von Verschlussnasen
oder durch Verschließen
mittels eines geeigneten Dichtmittels wie einem duroplastischen
Kunststoff. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass bei Verwendung
einer silikonisierten Isoliermasse, wie z. B. silikonisiertes Magnesiumoxid,
die Abdichtung der stirnseitigen Enden des Mantelrohres nicht mehr
einer besonderen Abdichtung bedürfen,
da silikonisiertes Magnesiumoxid wasserabweisend bzw. hydrophob
ist. D. h. die stirnseitigen Enden des Mantelrohres müssen nur
insofern verschlossen werden, um zu Verhindern, dass die Isoliermasse
aus dem Inneren der Heizvorrichtung, beispielsweise beim durch einen
Schleudervorgang in einer Wäschewaschmaschine
verursachten Erschütterungen,
herausfallen bzw. herausgeschüttelt
werden kann.