DE102019127689A1

DE102019127689A1 - Elektrischer Rohrheizkörper mit Anschlussbolzen und Herstellungsverfahren für elektrische Rohrheizkörper mit Anschlussbolzen

Info

Publication number: DE102019127689A1
Application number: DE102019127689.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas SCHLIPF
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US20210112633A1; CN112672444A; US11910496B2

Abstract

Bereitgestellt werden ein elektrischer Rohrheizkörper mit einem rohrförmigen Metallmantel (11,21), in dessen Innenraum mindestens ein elektrisches Heizelement (12,22,30,40,50,60,70, 80), das als Widerstandsdraht ausgeführt ist, zumindest abschnittsweise elektrisch vom rohrförmigen Metallmantel (11,21) isoliert angeordnet ist, bei dem das elektrische Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80) einen Grundkörper (12c,22c,31,41,51, 61,71), der aus einem oder mehreren Abschnitten des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) mit jeweils im Wesentlichen konstantem Querschnitt besteht, hat und zwei Endabschnitte (12a,12b, 22a,22b,30a,40a,50a,60a,70a,80a) aufweist und dass mindestens ein Endabschnitt (12a,12b,22a,22b,30a,40a, 50a,60a,70a,80a) mindestens eines der elektrischen Heizelemente (12,22,30,40,50,60,70,80) formwandelnd bearbeitet ist, so dass der Querschnitt des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b, 30a,40a,50a,60a,70a,80a) zumindest in Teilbereichen des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a,60a,70a,80a) im Vergleich zum Querschnitt in jedem Abschnitt des Grundkörpers (12c,22c,31,41,51,61,71) verringert ist und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrischen Rohrheizkörpers.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Rohrheizkörper mit Anschlussbolzen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung solcher elektrischer Rohrheizkörper.
Elektrische Rohrheizkörper sind eine seit vielen Jahren bewährte Art, Elektrowärme bereitzustellen. Bei dieser Kategorie von elektrischen Heizvorrichtungen ist das elektrische Heizelement, das in vielen Fällen ein Widerstandsdraht ist oder einen Widerstandsdraht aufweist, innerhalb eines rohrförmigen Metallmantels angeordnet und von diesem durch ein gut wärmeleitendes, elektrisches Material wie z.B. Magnesiumoxid oder eine Keramik von diesem elektrisch isoliert. Der Begriff elektrischer Rohrheizkörper wird hier für alle derartig aufgebauten elektrischen Heizvorrichtungen ohne weitere Binnendifferenzierung verwendet und schließt somit insbesondere auch Heizpatronen ein, die nur an einer Seite Anschlüsse haben.
Dabei ist es bekannt, den elektrischen Kontakt zwischen elektrischem Heizelement und den Leitern der Versorgungsleitung über Anschlussbolzen herzustellen, um die Wärmeerzeugung so gut wie möglich auf die Bereiche des elektrischen Rohrheizkörpers zu beschränken, in denen sie erwünscht ist und um die Stromzufuhr zum elektrischen Heizelement zu optimieren. Naturgemäß ist es dann wichtig, einen elektrischen Kontakt zwischen elektrischem Heizelement und Anschlussbolzen prozesssicher herzustellen. Problematisch sind dabei insbesondere die Auswirkungen von Übergangswiderständen und lokalen Kontaktproblemen, die sich insbesondere bei kleinen verfügbaren Kontaktflächen deutlich auswirken können.
Probleme bei der prozesssicheren Gewährleistung eines solchen elektrischen Kontakts können sich dabei insbesondere dann ergeben, wenn der elektrische Rohrheizkörper -insbesondere im Hinblick auf seine Querschnittsfläche- besonders klein bauend ausgeführt sein muss. Man kann sich in solchen Fällen, insbesondere wenn das elektrische Heizelement als gestreckter Heizleiter ausgeführt ist damit behelfen, einen Anschlussbolzen aus Reinnickel stumpf auf Stoß zu schweißen, dabei kommt es aber immer wieder zu punktuell erhöhter Leistung, die zu Problemen führt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen elektrischen Rohrheizkörper mit Anschlussbolzen mit einer verbesserten Prozesssicherheit bei der Herstellung des elektrischen Kontakts zwischen elektrischem Heizelement und Anschlussbolzen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrischen Rohrheizkörpers bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Rohrheizkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Rohrheizkörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße elektrische Rohrheizkörper hat einen rohrförmigen Metallmantel, in dessen Innenraum mindestens ein elektrisches Heizelement, das als Widerstandsdraht ausgebildet ist, zumindest abschnittsweise elektrisch vom rohrförmigen Metallmantel isoliert angeordnet ist, was durch Einbettung des elektrischen Heizelements elektrisch isolierendes Material wie z.B. Magnesiumoxid oder eine Keramik erreicht werden kann.
Die Formulierung „zumindest abschnittsweise“ wird dabei insbesondere deshalb verwendet, weil der rohrförmige Metallmantel in manchen Ausführungsformen als Rückleiter verwendet werden kann und zu diesem Zweck dann eine leitende Verbindung zwischen einem Ende des elektrischen Heizelements und dem rohrförmigen Metallmantel hergestellt sein muss. Insbesondere dann, wenn alle Anschlüsse des elektrischen Heizelements stirnseitig aus dem rohrförmigen Metallmantel herausgeführt sind, ist das elektrische Heizelement vollständig elektrisch isoliert vom rohrförmigen Metallmantel.
Erfindungswesentlich ist, dass das elektrische Heizelement einen Grundkörper, der aus einem oder mehreren Abschnitten des elektrischen Heizelements mit jeweils im Wesentlichen konstantem Querschnitt besteht, hat und zwei Endabschnitte aufweist und dass mindestens ein Endabschnitt mindestens eines der elektrischen Heizelemente formwandelnd bearbeitet ist, so dass der Querschnitt des Endabschnitts zumindest in Teilbereichen des Endabschnitts, insbesondere an der Stirnseite des Endabschnitts, im Vergleich zum Querschnitt in jedem Abschnitt des Grundkörpers verringert ist. Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, einen Kontakt zu einem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen herzustellen, der nicht nur über Stirnflächen erfolgt, sondern auch Seitenflächen einschließen kann, ohne den Querschnitt der Gesamtanordnung zu erhöhen.
Optional, aber in vielen Fällen vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Rohrheizkörper ganz oder teilweise verdichtet ist.
Der Grundkörper wird dabei durch den Drahtkörper im Bereich zwischen den Endabschnitten des Widerstandsdrahts gebildet. Mehrere Abschnitte des Grundkörpers mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt treten insbesondere dann auf, wenn unterschiedliche Abschnitte des elektrischen Rohrheizkörpers unterschiedlich stark verdichtet werden und dadurch der Widerstandsdraht in diesen Abschnitten unterschiedlich stark verformt wird. Die Bedeutung des Begriffs „Querschnitt‟ ergibt sich zwanglos und unmittelbar, wenn man berücksichtigt, dass ein Widerstandsdraht in gestrecktem Zustand als im Wesentlichen zylinderförmiges System mit einer parallel zur Verlaufsrichtung des Widerstandsdrahts liegenden Zylinderachse betrachtet, zu der Querschnittsflächen senkrecht stehen. Offensichtlich sind diese Betrachtungen unmittelbar auf Anschlussdrähte oder Anschlussbolzen übertragbar.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei linear, insbesondere gerade oder gestreckt verlaufenden elektrischen Heizelementen einsetzbar.
Möglichkeiten der formwandelnden Bearbeitung der Endabschnitte des als Widerstandsdraht ausgeführten elektrischen Heizelements, mit denen solche Querschnittsverringerungen möglich sind, sind insbesondere Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung, aber Hämmern und Pressverfahren.
Es geht also um eine Bearbeitung des Heizelements, also des Widerstandsdrahts selbst, die in einem seiner Endabschnitte erfolgt und eine Querschnittsverringerung bewirkt. Zu beachten ist, dass dieser Ansatz zunächst dem üblichen Gedanken, durch eine Querschnittsvergrößerung die Heizleistung in einem unbeheizten Bereich zu reduzieren, diametral entgegensteht.
Eine solche Querschnittsverringerung bringt aber mit sich, dass bei konstant bleibenden Bauraumanforderungen an den elektrischen Rohrheizkörper zusätzliche Wechselwirkungsflächen für die Herstellung eines elektrischen Kontakts zum Anschlussdraht oder Anschlussbolzen bereitgestellt werden, was sich unmittelbar positiv auf die Prozesssicherheit auswirkt, auch wenn dabei möglicherweise eine stirnseitige Wechselwirkungsfläche sogar reduziert werden kann.
Besonders zweckmäßig ist die Erfindung in Fällen einsetzbar, in denen mindestens ein Anschlussdraht oder Anschlussbolzen vorhanden ist, der mit einem bearbeiteter Endabschnitt des elektrischen Heizelements in elektrisch leitender Verbindung steht, und zwar innerhalb des rohrförmigen Metallmantels. Die Verbindung des elektrischen Heizelements zur elektrischen Versorgungsleitung erfolgt in diesen Fällen also nicht direkt, sondern über den Anschlussdraht oder Anschlussbolzen, der insbesondere einen unbeheizten Endbereich des elektrischen Rohrheizkörpers ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterbildung einer solchen Konfiguration, bei der die elektrisch leitende Verbindung zum bearbeiteten Endabschnitt des elektrischen Heizelements über einen Endabschnitt des Anschlussdrahtes oder Anschlussbolzens erfolgt, der derart bearbeitet ist, dass er eine zur Form des Endabschnitts des elektrischen Heizelements, mit dem er verbunden ist, komplementäre Form aufweist. Auf diese Weise kann die Kontaktfläche zur Ausbildung des elektrischen Kontakts maximiert und dementsprechend die Auswirkung etwaiger lokaler Problemstellen minimiert werden. Darüber hinaus wird auf diese Weise auch die mechanische Stabilität der Verbindung, beispielsweise gegenüber Vibrationen, verbessert.
Vorteilhaft ist eine so erhöhte Stabilität aber beispielsweise auch in Fällen, in denen der elektrische Rohrheizkörper einer Vielzahl von Temperaturzyklen ausgesetzt ist, die wegen den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizenten unterschiedlicher Materialien die Kontaktstelle besonders belasten können.
Grundsätzlich ist für die elektrische Isolation der Baugruppe, die aus elektrischem Heizelelement einerseits und Anschlussbolzen andererseits gebildet wird, Magnesiumoxid in Pulverform oder bevorzugt auch als Granulat einsetzbar. Gemäß einer für manche Geometrien vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass die elektrische Isolation der Baugruppe, die aus elektrischem Heizelement einerseits und Anschlussdraht oder Anschlussbolzen andererseits gebildet wird, vom rohrförmigen Metallmantel durch aufgeschobene Keramikrohre gebildet wird. Fertigungstechnisch ist dies insbesondere bei elektrischen Rohrheizkörpern mit kleinem Durchmesser ein großer Vorteil, weil das Befüllen mit einem Material in Pulver- oder Granulatform, z.B. Magnesiumoxid, in diesen Fällen oft schwierig ist.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn diese elektrische Isolation durch ein einziges aufgeschobenes Keramikrohr gebildet wird, was aber voraussetzt, dass über das Volumen, das durch die elektrische Isolation gefüllt werden muss, hinweg keine zu großen Abstandsschwankungen zwischen der Außenkontur der Baugruppe und dem rohrförmigen Metallmantel vorliegen, was durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Endabschnitte des elektrischen Heizelements gefördert wird.
Anzumerken ist allerdings, dass jedenfalls dann, wenn der elektrische Rohrheizkörper verdichtet wird, die Keramikrohre regelmäßig zu Pulver zerdrückt sind und somit in verdichteten Endprodukten oft nicht mehr als Rohr erkennbar vorhanden sind.
Wenn der Anschlussdraht oder Anschlussbolzen einen Grundkörper aufweist, dessen Querschnitt zumindest in einem Abschnitt dem Querschnitt eines Abschnitts des Grundkörpers des elektrischen Heizelements entspricht weist der Rohrheizkörper einen im Wesentlichen unbeheizten Bereich auf, ohne dass dieser Bereich zusätzlichen Bauraum in signifikantem Umfang erfordern würde.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die äußere Umfangslinie der aus elektrischem Heizelement einerseits und Anschlussdrähten oder Anschlussbolzen andererseits gebildeten Baugruppe über den gesamten Bereich dieser Baugruppe, der innerhalb des rohrförmigen Metallmantels angeordnet ist hinweg konstant ist.
Insbesondere ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer Verringerung des Querschnitts des Endabschnitts gegeben, wenn der Querschnitt des Endabschnitts sich in Richtung auf das Ende des elektrischen Heizelements hin stufenweise oder kontinuierlich verjüngt. Bei einer solchen Ausgestaltung wird dann auch ein sprunghafter Übergang zwischen unbeheiztem und beheiztem Bereich des elektrischen Rohrheizkörpers vermieden.
Alternativ dazu kann der Endabschnitt beispielsweise auch durch einen Vorsprung an einer stirnseitigen Endfläche des Grundkörpers gebildet werden. Wenn ein solcher Vorsprung zudem einen Hinterschnitt oder ein Gewinde aufweist, werden die Ausbildung und Fortbestand der elektrischen Verbindung auch mechanisch unterstützt, was insbesondere im Zusammenhang mit dazu komplementären Ausgestaltungen des Endabschnitts des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens zu besonders zuverlässigen Verbindungen führt.
Während die bisher diskutierten Beispiele für eine Verringerung des Querschnitts eine Veränderung der Außenkontur des Endabschnitts relativ zum Querschnitt des angrenzenden Abschnitts des Grundkörpers voraussetzen kann sie auch erzielt werden, wenn die Außenkontur des Endabschnitts der Außenkontur eines Abschnitts des Grundkörpers entspricht, der Endabschnitt aber eine vom stirnseitigen Ende des elektrischen Heizelementes ausgehende Ausnehmung oder Öffnung aufweist. Vorteilhaft kann diese Ausnehmung oder Öffnung ihrerseits einen Hinterschnitt oder ein Gewinde aufweisen und dadurch die elektrische Verbindung mechanisch unterstützen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Rohrheizkörpers weist die Schritte

- Bereitstellen eines rohrförmigen Metallmantels, eines Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens sowie eines elektrischen Heizelements, das als Widerstandsdraht ausgeführt ist und einen Grundkörper, der aus einem oder mehreren Abschnitten des elektrischen Heizelements mit jeweils im Wesentlichen konstantem Querschnitt besteht, hat,
- Verbinden des elektrischen Heizelements mit dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen,
- Anordnen zumindest des elektrischen Heizelements in einem Innenraum des rohrförmigen Metallmantels, und
- elektrisches Isolieren zumindest von Abschnitten des elektrischen Heizelements relativ zum rohrförmigen Metallmantel

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass mindestens ein Endabschnitt mindestens eines der elektrischen Heizelemente formwandelnd bearbeitet wird, so dass der Querschnitt des Endabschnitts zumindest in Teilbereichen des Endabschnitts im Vergleich zum Querschnitt in jedem Abschnitt des Grundkörpers verringert ist. Durch diese Maßnahme wird es ermöglicht, einen Kontakt zu einem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen herzustellen, der nicht nur über Stirnflächen erfolgt, sondern auch Seitenflächen einschließen kann, ohne den Querschnitt der Gesamtanordnung zu erhöhen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird vor dem Verbinden des elektrischen Heizelements mit dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen mindestens ein Endabschnitt mindestens eines Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens komplementär zur formwandelnden Bearbeitung des Endabschnitts des elektrischen Heizelements formwandelnd bearbeitet, wodurch ein besonders zuverlässiger elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem elektrischem Heizelement einerseits und dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen andererseits ermöglicht wird.
Als vorteilhaft wird weiter angesehen, dass das elektrische Heizelement gemeinsam mit dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen als Baugruppe im Innenraum des rohrförmigen Metallmantels angeordnet wird, was ein kontrollierteres Herstellen des elektrischen und mechanischen Kontakts erlaubt und somit zur prozesssicheren und ausschussarmen Fertigung beiträgt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das elektrische Isolieren zumindest von Abschnitten des elektrischen Heizleiters vom rohrförmigen Metallmantel durch Aufschieben von Keramikrohren erfolgt, was den Herstellungsprozess deutlich vereinfacht. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der elektrische Heizleiter gemeinsam mit Abschnitten des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens vom rohrförmigen Metallmantel elektrisch isoliert wird, indem ein einziges Keramikrohr aufgeschoben wird. Dies setzt allerdings voraus, dass die äußere Dimension der Baugruppe aus elektrischem Heizelement und Anschlussdrähten oder Anschlussbolzen nicht stark variiert.
Die formwandelnde Bearbeitung kann beispielsweise spanabhebend, insbesondere durch Fräsen, Drehen oder Schleifen, aber auch durch Pressen oder Hämmern erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigt:

1a: eine erste Ausführungsform eines elektrischen Rohrheizkörpers,
1b: eine Detaildarstellung eines ersten Details des elektrischen Rohrheizkörpers aus 1a,
1c: eine Detaildarstellung eines zweiten Details des elektrischen Rohrheizkörpers aus 1a vor und nach dem Verdichten,
2 eine zweite Ausführungsform eines elektrischen Rohrheizkörpers,
3a: eine schematische Darstellung eines ersten Schritts bei zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach einer ersten Vorgehensweise,
3b: eine schematische Darstellung eines zweiten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach der ersten Vorgehensweise,
3c: eine schematische Darstellung eines dritten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach der ersten Vorgehensweise,
4a: eine schematische Darstellung eines ersten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach einer zweiten Vorgehensweise,
4b: eine Querschnittsdarstellung des Schritts aus 4a,
4c: eine Querschnittsdarstellung eines zweiten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach der zweiten Vorgehensweise,
4d: eine Querschnittsdarstellung eines dritten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach der zweiten Vorgehensweise,
5a: eine schematische Darstellung eines ersten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach einer dritten Vorgehensweise,
5b: eine Querschnittsdarstellung des Schritts aus 5a,
5c: eine Querschnittsdarstellung eines zweiten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach der dritten Vorgehensweise,
6a: eine schematische Darstellung eines ersten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach einer vierten Vorgehensweise,
6b: eine Querschnittsdarstellung des Schritts aus 6a,
6c: eine Querschnittsdarstellung eines zweiten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach der vierten Vorgehensweise,
7a: eine schematische Darstellung eines ersten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach einer fünften Vorgehensweise,
7b: eine Querschnittsdarstellung des Schritts aus 7a,
7c: eine Querschnittsdarstellung eines zweiten Schritts zur Verbindung von elektrischem Heizelement und Anschlussdraht nach der fünften Vorgehensweise,
8a: eine erste schematische Darstellung einer ersten Art, den Querschnitt des elektrischen Heizelements zu modifizieren,
8b: eine zweite schematische Darstellung der ersten Art, den Querschnitt des elektrischen Heizelements zu modifizieren,
8c: eine dritte schematische Darstellung der ersten Art, den Querschnitt des elektrischen Heizelements zu modifizieren,
8d: eine schematische Darstellung einer zweiten Art, den Querschnitt des elektrischen Heizelements zu modifizieren, und
8e: eine schematische Darstellung einer dritten Art, den Querschnitt des elektrischen Heizelements zu modifizieren.

1a zeigt einen elektrischen Rohrheizkörper 10 mit rohrförmigem Metallmantel 11 und elektrischem Heizelement 12. Das elektrische Heizelement 12 ist als linearer, gestreckt verlaufender Widerstandsdraht ausgeführt, der konzentrisch zur Rohrachse innerhalb des rohrförmigen Metallmantels 11 verläuft.
Das elektrische Heizelement 12 weist zwei Endabschnitte 12a,12b, die in den Detaildarstellungen der Details A bzw. B gemäß 1b bzw. 1c jeweils vergrößert dargestellt sind, und einen Grundkörper 12c mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt auf. Insbesondere in Fällen, in denen ein elektrischer Rohrheizkörper in unterschiedlichen Abschnitten unterschiedlich stark verdichtet ist kann es durch die unterschiedliche Verdichtung zu unterschiedlichen Änderungen des elektrischen Heizelements kommen, was dann zu einem Grundkörper mit mehreren, den Zonen unterschiedlicher Verdichtung entsprechenden Abschnitten mit im Wesentlichem konstantem Querschnitt führt.
Wie das in 1b dargestellte Detail A verdeutlicht, ist der Endabschnitt 12a mit einem elektrisch leitenden Ring 13 verschweißt, der seinerseits mit dem rohrförmige Metallmantel 11 verschweißt ist. Dementsprechend liegt hier eine elektrische Verbindung zwischen dem Endabschnitt 12a des elektrischen Heizelements 12 und dem rohrförmigen Metallmantel 11 vor; der rohrförmige Metallmantel 11 dient als Rückleiter.
Wie das in 1c vor und nach dem Verdichten des elektrischen Rohrheizkörpers 10 dargestellte Detail B verdeutlicht, ist der Endabschnitt 12b des elektrischen Heizelements 12 hingegen formwandelnd bearbeitet, so dass sein Querschnitt reduziert wird, nämlich abgestuft. Der abgestufte Endabschnitt 12b des elektrischen Heizelements 12 greift in eine komplementär dazu gestufte, von der dem Heizelement 12 zugewandten Stirnseite des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 14 ausgehende Ausnehmung 15, die in seinem Endabschnitt 14a angeordnet ist, ein, so dass ein elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem elektrischen Heizelement 12 und dem Anschlussdraht der Anschlussbolzen 14 besteht. Gleichzeitig sind die Außenkonturen des elektrischen Heizelements 12 und des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 14 so aufeinander abgestimmt, dass ihre Außenflächen bündig aneinanderstoßen. Ferner ragt ein Abschnitt des Anschlussbolzens 14 bzw. von dessen Grundkörper 14b aus dem rohrförmigen Metallmantel 11 hervor.
Die innerhalb des rohrförmigen Metallmantels 11 befindlichen Abschnitte des elektrischen Heizelements 12 mit Ausnahme des Endabschnitts 12a und des Anschlussbolzens 14 sind durch ein einziges Keramikrohr 16 elektrisch vom rohrförmigen Metallmantel 11 isoliert.
Die Herstellung des elektrischen Rohrheizkörpers 10 ist äußerst einfach durchzuführen. Der Endabschnitt 12b des elektrischen Heizelements 12 wird formwandelnd bearbeitet, beispielsweise abgedreht, um die gestufte Kontur zu erzeugen. Der Anschlussbolzen 14 wird in seinem Endabschnitt 14a stirnseitig angebohrt, um die komplementäre Ausnehmung 15 zu erzeugen.
Anschließend kann der Ring 13 auf den Endabschnitt 12a aufgesteckt werden, der Endabschnitt 12b in die komplementäre Ausnehmung 15 eingeführt werden und die dadurch gebildete Baugruppe - gegebenenfalls nach dem Verschweißen oder verlöten der Komponenten miteinander - in den rohrförmigen Metallmantel 11 eingeführt werden. Dann wird der Ring 13 mit dem rohrförmigen Metallmantel 11 verschweißt und das Keramikrohr 16 aufgeschoben, ehe durch Verpressen der elektrische Rohrheizkörper 10 fertiggestellt wird. Angemerkt sei noch, dass wenn man auf das Verschweißen oder Verlöten verzichten möchte ein solches Verpressen bereits zu einer brauchbaren Presskontaktierung führen kann.
Der in 2 dargestellte elektrische Rohrheizkörper 20 hat einen rohrförmigen Metallmantel 21 und ein elektrisches Heizelement 22 mit Endabschnitten 22a,22b, die in diesem Beispiel beide formwandelnd analog zu dem Endabschnitt 12b des elektrischen Heizelements 12 des elektrischen Rohrheizkörpers 10 bearbeitet sind, so dass ihre Querschnitte jeweils zu den Enden des elektrischen Heizelements hin durch Abstufung reduziert sind. Hier sind nun zwei Anschlussdrähte oder Anschlussbolzen 23,24 vorhanden, die Endabschnitte 23a,24a aufweisen, die formwandelnd auf analoge Weise wie der Anschlussbolzen 14 bzw. dessen Endabschnitt 14a mit Ausnehmungen 25,27 versehen sind. Die in diesem Ausführungsbeispiel vollständige elektrische Isolation der aus elektrischem Heizelement 22 und Anschlussbolzen 23, 24 bestehenden Baugruppe zum rohrförmigen Metallmantel 21 wird durch ein einziges Keramikrohr 26 gewährleistet.
Bei der in den 3a bis 3c dargestellten Herstellung der Verbindung zwischen einem elektrischen Heizelement 30 und einem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen 35, deren Grundkörper 31,36 denselben Querschnitt aufweisen, werden, wie in der 3a besonders gut zu sehen ist, der Endabschnitt 30a des elektrischen Heizelements 30 und der Endabschnitt 35a des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 35 jeweils unter demselben Schnittwinkel in derselben Schnittrichtung abgeschrägt. Dementsprechend sind diesen Endabschnitten 30a,35a jeweils durch formwandelnde Bearbeitung die Querschnitte im Vergleich zum jeweiligen Grundkörper verringert.
Die auf diese Weise erzeugten Kontaktflächen 32,37 können dann, wie die 3b zeigt, passgenau übereinandergelegt und, wie in 3c zu sehen ist, miteinander verschweißt werden. Man erkennt sofort, dass durch diese Vorgehensweise die Kontaktfläche signifikant im Vergleich zu einem stirnseitig anstoßenden Kontakt vergrößert wird, was die Relevanz etwaig auftretender lokaler Kontaktprobleme erheblich verringert.
Bei der in den 4a bis 4d dargestellten Herstellung der Verbindung zwischen einem elektrischen Heizelement 40 und einem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen 45, deren Grundkörper 41,46 denselben Querschnitt aufweisen, ist, wie in der 4a und 4b besonders gut zu sehen ist, der Endabschnitt 40a des elektrischen Heizelements 40 durch radiales Abtragen von Material des Widerstandsdrahts stufenförmig ausgestaltet, während der Endabschnitt 45a des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 45 komplementär dazu gestufte Ausnehmung 47, die von der Stirnseite des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 45 ausgeht, aufweist. Dementsprechend sind auch in den Endabschnitten 40a,45a jeweils durch formwandelnde Bearbeitung die Querschnitte im Vergleich zum Querschnitt des Grundkörpers 41,46 verringert.
Dementsprechend kann der Endabschnitt 40a des elektrischen Heizelements 40 in die Ausnehmung 47 des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 45 eingeführt werden, wie in 4c dargestellt ist, und dann durch Verpressen, wie in 4d gezeigt, der elektrische Kontakt sichergestellt werden.
Natürlich ist eine derartige Anordnung auch mit vertauschten Rollen, d.h. einer sich ausgehend von der Stirnseite eines elektrischen Heizelements in dieses hineinerstreckenden, gestuften Ausnehmung zur Aufnahme eines komplementär dazu gestuft gestalteten Endabschnitts des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens, realisierbar. Die Auswahl einer dieser Alternativen kann beispielsweise durch die konkret verwendeten Materialien und ihr Verhalten bei ihrer Bearbeitung motiviert sein.
Bei der in den 5a bis 5c dargestellten Herstellung der Verbindung zwischen einem elektrischen Heizelement 50 und einem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen 55, deren Grundkörper 51,56 denselben Querschnitt aufweisen, ist, wie in der 5a und 5b besonders gut zu sehen ist, der Endabschnitt 50a des elektrischen Heizelements 50 durch radiales Abtragen von Material des Widerstandsdrahts konisch zulaufend ausgestaltet, während der Endabschnitt 55a des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 55 komplementär dazu konisch zulaufende Ausnehmung 57, die von der Stirnseite des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 55 ausgeht, aufweist. Dementsprechend sind auch in den Endabschnitten 50a,55a jeweils durch formwandelnde Bearbeitung die Querschnitte im Vergleich zum Querschnitt des Grundkörpers 51,56 verringert.
Dementsprechend kann der Endabschnitt 50a des elektrischen Heizelements 50 in die Ausnehmung 57 des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 55 eingeführt werden, wie in 5c dargestellt ist, und dann beispielsweise durch Verpressen der elektrische Kontakt sichergestellt werden.
Natürlich ist auch diese Anordnung auch mit vertauschten Rollen von elektrischem Heizelement einerseits und Anschlussdraht oder Anschlussbolzen andererseits realisierbar.
Bei der in den 6a bis 6c dargestellten Herstellung der Verbindung zwischen einem elektrischen Heizelement 60 und einem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen 65, deren Grundkörper 61,66 denselben Querschnitt aufweisen, ist, wie in der 6a und 6b besonders gut zu sehen ist, der Endabschnitt 60a des elektrischen Heizelements 60 durch Abtragen von Material des Widerstandsdrahts zu einem Vorsprung 62 umgestaltet, der in diesem Beispiel zudem einen Hinterschnitt aufweist. Der Endabschnitt 65a des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 65 weist eine komplementär dazu ausgestaltete Nut 67, die von der Stirnseite des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 55 ausgeht, auf.
Dementsprechend kann der Endabschnitt 60a des elektrischen Heizelements 60 bzw. dessen Vorsprung 62 in die Nut 67 des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 65 eingeführt werden, wie in 6c dargestellt ist.
Natürlich ist auch diese Anordnung wieder ebenfalls mit vertauschten Rollen von elektrischem Heizelement einerseits und Anschlussdraht oder Anschlussbolzen andererseits realisierbar.
Bei der in den 7a bis 7c dargestellten Herstellung der Verbindung zwischen einem elektrischen Heizelement 70 und einem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen 75, deren Grundkörper 71,76 denselben Querschnitt aufweisen, ist, wie in der 7a und 7b besonders gut zu sehen ist, der Endabschnitt 70a des elektrischen Heizelements 70 durch Abtragen von Material des Widerstandsdrahts zu einem zylindrischen Vorsprung 72 umgestaltet, in den ein Gewinde eingebracht ist. Der Endabschnitt 75a des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 75 weist eine komplementär dazu ausgestaltete Bohrung 77, die von der Stirnseite des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 65 ausgeht, auf und in die ein passendes Gegengewinde eingeschnitten ist.
Dementsprechend kann der Endabschnitt 70a des elektrischen Heizelements 70 bzw. dessen Vorsprung 72 in die Bohrung 77 des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 75 eingeschraubt werden, wie in 6c dargestellt ist. Auch bei dieser Verbindung können die Rollen von elektrischem Heizelement 70 und Anschlussdraht oder Anschlussbolzen 75 vertauscht werden.
Die 8a bis 8e veranschaulichen drei unterschiedliche Vorgehensweisen bei der formwandelnden Bearbeitung eines Endabschnitts 80a eines elektrische Heizelements 80, das durch einen Heizleiter gebildet ist, die aber natürlich in gleicher Weise auf Anschlussdrähte oder Anschlussbolzen anwendbar sind.
Die 8a bis 8c zeigen als erste Variante das Einhämmern eines vorgegebenen Profils. In 8a sind die Hammerbacken 81 aufgefahren im Schnitt gezeigt, ehe das elektrische Heizelement 80 eingeführt ist. In 8b ist die Anordnung aus Hammerbacken 81 und eingeführtem elektrischen Heizelement 80 von oben gezeigt. In 8c sieht man den Zustand dieser Anordnung beim Hämmern.
8d illustriert die spanabhebende Bearbeitung des elektrischen Heizelements 80 bzw. von dessen Endabschnitt 80a durch Drehen mit einem schematisch dargestellten Drehwerkzeug 82; 8e die spanabhebende Bearbeitung des elektrischen Heizelements 80 bzw. von dessen Endabschnitt 80a durch Drehen mit einem schematisch dargestellten Fräswerkzeug 83.
Bezugszeichenliste

10,20: Rohrheizkörper
11,21: Metallmantel
12, 22, 30, 40, 50, 60, 70, 80: elektrisches Heizelement
12a,12b,22a,22b,30a, 40a,50a,60a,70a,80a: Endabschnitt
12c,22c,31,36,41,46, 51,56,61,66,71,7: 6 Grundkörper
13: Ring
14,23,24,35,45,55,65, 75,85: Anschlussdraht oder Anschlussbolzen
14a,23a,24a,35a,45a, 55a,65a,75a: Endabschnitt
15,25,27,47,57: Ausnehmung
16,26: Keramikrohr
32,37: Kontaktfläche
62,72: Vorsprung
67: Nut
77: Bohrung
81: Hammerbacken
82: Drehwerkzeug
83: Fräswerkzeug

Claims

Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) mit einem rohrförmigen Metallmantel (11,21), in dessen Innenraum mindestens ein elektrisches Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80), das als Widerstandsdraht ausgeführt ist, zumindest abschnittsweise elektrisch vom rohrförmigen Metallmantel (11,21) isoliert angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80) einen Grundkörper (12c,22c,31,41,51,61,71), der aus einem oder mehreren Abschnitten des elektrischen Heizelements (12,22, 30,40,50,60,70,80) mit jeweils im Wesentlichen konstantem Querschnitt besteht, hat und zwei Endabschnitte (12a,12b, 22a,22b,30a,40a,50a,60a,70a,80a) aufweist und dass mindestens ein Endabschnitt (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a,60a, 70a,80a) mindestens eines der elektrischen Heizelemente (12,22,30,40,50,60,70,80) formwandelnd bearbeitet ist, so dass der Querschnitt des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b, 30a,40a,50a, 60a,70a,80a) zumindest in Teilbereichen des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a,60a,70a,80a) im Vergleich zum Querschnitt in jedem Abschnitt des Grundkörpers (12c,22c,31,41,51,61,71) verringert ist.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,23,24,35, 45,55,65,75,85) vorhanden ist, der mit einem bearbeiteten Endabschnitt (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a, 60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) in elektrisch leitender Verbindung steht, und zwar innerhalb des rohrförmigen Metallmantels (11,21).
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Verbindung zum bearbeiteten Endabschnitt (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a, 60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) über einen Endabschnitt des Anschlussdrahtes oder Anschlussbolzens (14,23,24,35,45,55,65,75,85) erfolgt, der derart formwandelnd bearbeitet ist, dass er eine zur Form des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a,60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80), mit dem er verbunden ist, komplementäre Form aufweist.
Elektrischer Rohrheizkörper(10,20) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation der Baugruppe, die aus elektrischem Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80) einerseits und Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,23,24,35,45,55,65, 75,85) andererseits gebildet wird, vom rohrförmigen Metallmantel (11,21) durch Magnesiumoxid-Pulver, Magnesiumoxid-Granulat oder durch aufgeschobene Keramikrohre (16,26) gebildet wird.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolation der Baugruppe, die aus elektrischem Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80) einerseits und Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,23,24,35,45,55,65, 75,85) andererseits gebildet wird, über den gesamten Bereich des rohrförmigen Metallmantels (11,21) hinweg durch ein einziges aufgeschobenes Keramikrohr (16,26) gebildet wird.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,23,24,35,45,55,65, 75,85) einen Grundkörper (36,46,56,66,76)aufweist, dessen Querschnitt zumindest in einem Abschnitt dem Querschnitt eines Abschnitts des Grundkörpers (12c,22c,31,41,51,61,71) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) entspricht.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Umfangslinie der Querschnitte der aus elektrischem Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80) einerseits und Anschlussdrähten oder Anschlussbolzen (14,23,24,35,45,55,65, 75,85) andererseits gebildeten Baugruppe über den gesamten Bereich dieser Baugruppe, der innerhalb des rohrförmigen Metallmantels (11,21) angeordnet ist hinweg konstant ist.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b,30a,40a, 50a,60a,70a,80a)des elektrischen Heizelements (12,22,30, 40,50,60,70,80) sich in Richtung auf das Ende des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) hin stufenweise oder kontinuierlich verjüngt.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a, 60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) durch einen Vorsprung an einer stirnseitigen Endfläche des Grundkörpers des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) gebildet ist.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung einen Hinterschnitt oder ein Gewinde aufweist.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a, 60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40, 50,60,70,80) der Außenkontur eines Abschnitts des Grundkörpers (12c,22c,31,41,51,61,71) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) entspricht, der Endabschnitt (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a,60a,70a,80a) aber eine vom stirnseitigen Ende des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) ausgehende Ausnehmung oder Öffnung aufweist.
Elektrischer Rohrheizkörper (10,20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung oder Öffnung einen Hinterschnitt oder ein Gewinde aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Rohrheizkörpers (10,20) mit den Schritten - Bereitstellen eines rohrförmigen Metallmantels (11,21), eines Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens (14,23,24,35, 45,55,65,75,85) sowie eines elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80), das als Widerstandsdraht ausgeführt ist und einen Grundkörper (12c,22c,31,41,51,61,71), der aus einem oder mehreren Abschnitten des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) mit jeweils im Wesentlichen konstantem Querschnitt besteht, hat, - Verbinden des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50, 60,70,80) mit dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14, 23,24,35,45,55,65,75,85), - Anordnen zumindest des elektrischen Heizelements (12,22, 30,40,50,60,70,80)in einem Innenraum des rohrförmigen Metallmantels (11,21), und - elektrisches Isolieren zumindest von Abschnitten des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) relativ zum rohrförmigen Metallmantel (11,21), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Endabschnitt (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a,60a, 70a,80a) mindestens eines elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) formwandelnd bearbeitet wird, so dass der Querschnitt des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b, 30a,40a,50a, 60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) zumindest in Teilbereichen des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b,30a,40a,50a,60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) im Vergleich zum Querschnitt in jedem Abschnitt des Grundkörpers (12c,22c,31,41,51,61,71) des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) verringert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verbinden des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50, 60,70,80) mit dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14, 23,24,35,45,55,65,75,85) mindestens ein Endabschnitt mindestens eines Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens (14, 23,24,35,45,55,65,75,85) komplementär zur formwandelnden Bearbeitung des Endabschnitts (12a,12b,22a,22b,30a,40a, 50a,60a,70a,80a) des elektrischen Heizelements (12,22, 30,40,50,60,70,80) formwandelnd bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80) gemeinsam mit dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,23,24, 35,45,55,65,75,85) im Innenraum des rohrförmigen Metallmantels (11,21) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Isolieren zumindest von Abschnitten des elektrischen Heizelements (12,22,30,40,50,60,70,80) vom rohrförmigen Metallmantel (11,21) durch Befüllen mit Magnesiumoxid als Pulver oder Granulat oder durch Aufschieben von Keramikrohren (16,26) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,30,40,50,60,70,80) gemeinsam mit Abschnitten des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens (14,23,24,35,45,55,65,75,85) vom rohrförmigen Metallmantel (11,21) elektrisch isoliert wird, indem ein einziges Keramikrohr (16,26) aufgeschoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die formwandelnde Bearbeitung spanabhebend, durch Pressen oder Hämmern erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Rohrheizkörper (10,20) ganz oder abschnittsweise verdichtet ist.