DE102021119376A1 - mantle heater - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein Mantelheizkörper mit einem Mantel (1), einer Heizwendel (2), die in dem Mantel (1) in Isolatormaterial (3) eingebettet ist, und einem Anschlussstift (4), der einen elektrischen Anschluss der Heizwendel (2) bildet und wenigstens teilweise außerhalb des Mantels (1) angeordnet ist, wobei der Anschlussstift (4) von einer Hülse (5) gebildet ist, in der ein wenigstens teilweise außerhalb des Mantels (1) angeordneter Endabschnitt (2a) der Heizwendel (2) steckt.Described is a jacketed heater with a jacket (1), a heating coil (2), which is embedded in the jacket (1) in insulating material (3), and a connecting pin (4), which forms an electrical connection of the heating coil (2) and is arranged at least partially outside the casing (1), the connection pin (4) being formed by a sleeve (5) in which an end section (2a) of the heating coil (2) arranged at least partially outside the casing (1) is inserted.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Mantelheizkörper mit mindestens einem elektrischen Anschluss an wenigstens einem Ende seines Mantelrohres, wobei im Inneren des Mantelrohres eine Heizwendel in elektrischer Verbindung zu dem Anschluss angeordnet ist und der übrige Raum im Mantelrohr mit einem Isolatormaterial, beispielweise Keramikpulver, aufgefüllt ist.The invention is based on a jacketed heater with at least one electrical connection on at least one end of its jacket tube, with a heating coil being arranged inside the jacket tube in electrical connection to the connection and the remaining space in the jacket tube being filled with an insulating material, for example ceramic powder.

Mantelheizkörper können beispielsweise als Rohrheizkörper ausgebildet sein, die an ihren beiden Enden elektrische Anschlüsse aufweisen, oder als Heizpatronen mit einer Hülse, die an einem Ende durch einen Hülsenboden verschlossen ist. Sowohl bei Rohrheizkörpern als auch bei Heizpatronen kann der Mantel, d.h. das Rohr bzw. die Hülse als ein elektrischer Anschluss genutzt werden.Sheathed heaters can be designed, for example, as tubular heaters that have electrical connections at both ends, or as heating cartridges with a sleeve that is closed at one end by a sleeve bottom. The jacket, i.e. the tube or sleeve, can be used as an electrical connection for both tubular heaters and cartridge heaters.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig und kompakt ein Mantelheizkörper geschaffen werden kann, der mit kleineren Versorgungsspannungen bis 120V, insbesondere bis 60V, wie sie im Automobilbereich üblich sind, betrieben werden kann und der einen Anschlussstift zum Anschließen an das Bordnetz eines Fahrzeugs aufweist.The object of the present invention is to show a way of creating a jacketed heater in a cost-effective and compact manner, which can be operated with lower supply voltages of up to 120V, in particular up to 60V, as is customary in the automotive sector, and which has a connecting pin for connecting to the Having electrical system of a vehicle.

Diese Aufgabe wird durch einen Mantelheizkörper mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by a jacketed heater with the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of subclaims.

Ein erfindungsgemäßer Mantelheizer kann als Mantel ein Rohr ausweisen oder eine Hülse, die an einem Ende durch einen Hülsenboden verschlossen ist. Mit anderen Worten kann der Mantelheizer also als Rohrheizkörper oder als Heizpatrone ausgebildet sein.A jacketed heater according to the invention can have a tube as the jacket or a sleeve which is closed at one end by a sleeve bottom. In other words, the jacket heater can be designed as a tubular heater or as a heating cartridge.

In beiden Fällen kann der Mantel als elektrischer Anschluss einer in dem Mantel angeordneten Heizwendel verwendet werden. An (wenigstens) einem Ende weist der Mantelheizer einen Anschlussstift auf, der elektrisch leitend mit der Heizwendel verbunden ist. Der Anschlussstift ist zumindest teilweise außerhalb des Mantels angeordnet und ragt bevorzugt aus dem Rohr oder der Hülse heraus. Erfindungsgemäß ist der Anschlussstift von einer Hülse gebildet, in der ein wenigstens teilweise außerhalb des Mantels angeordneter Endabschnitt der Heizwendel steckt. Bevorzugt ist dieser Endabschnitt der Heizwendel durch plastische Verformung verdichtet. Diese Verformung kann bereits vor dem Einstecken in die Hülse erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Hülse zusammen mit dem in ihr steckenden Endabschnitt der Heizwendel durch plastische Verformung verdichtet werden, also ihr Durchmesser beispielsweise durch Rundhämmern reduziert werden.In both cases, the jacket can be used as an electrical connection for a heating coil arranged in the jacket. At (at least) one end, the jacket heater has a connecting pin which is electrically conductively connected to the heating coil. The terminal pin is located at least partially outside of the shell and preferably protrudes from the tube or sleeve. According to the invention, the connection pin is formed by a sleeve, in which an end section of the heating coil, which is arranged at least partially outside the jacket, is inserted. This end section of the heating coil is preferably compressed by plastic deformation. This deformation can already take place before insertion into the sleeve. Alternatively or additionally, the sleeve can be compressed together with the end section of the heating coil inserted in it by plastic deformation, ie its diameter can be reduced, for example, by hammering.

Die Heizwendel, genauer gesagt ihr in der Hülse steckender Endabschnitt erstreckt sich bevorzugt über wenigstens vier Fünftel der Länge der Hülse, vorzugsweise über die gesamte Länge der Hülse.The heating coil, more precisely its end section which is inserted in the sleeve, preferably extends over at least four fifths of the length of the sleeve, preferably over the entire length of the sleeve.

Der Anschlussstift außerhalb des Mantels wird also zumindest teilweise von einem Endabschnitt der Heizwendel zusammen mit einer Hülse gebildet. Der Durchmesser der Heizwendel ist in dem Endabschnitt bevorzugt durch plastische Verformung reduziert, beispielsweise durch Rundhämmern. Die Hülse kann dabei nach dem Aufstecken auf den Endabschnitt plastisch verformt werden, beispielsweise ebenfalls durch Rundhämmern. Bevorzugt wird der Durchmesser des Endabschnitts der Heizwendel sowohl vor als auch nach dem Aufstecken der Hülse durch plastische Verformung reduziert, beispielsweise durch Rundhämmern.The terminal pin outside of the jacket is thus at least partially formed by an end section of the heating coil together with a sleeve. The diameter of the heating coil is preferably reduced in the end section by plastic deformation, for example by hammering. The sleeve can be plastically deformed after it has been slipped onto the end section, for example also by rotary hammering. The diameter of the end section of the heating coil is preferably reduced both before and after the sleeve is attached by plastic deformation, for example by hammering.

Weiterhin kann der Anschlussstift dadurch gebildet sein, dass ein Metallstift in einen Endabschnitt der Heizwendel gesteckt wurde. An der Außenseite der Heizwendel ist wiederum eine Hülse aufgesteckt. Die gesamte Anordnung aus Hülse, Heizwendel und Metallstift ist dann durch Rundhämmern oder andere Maßnahmen reduziert.Furthermore, the connection pin can be formed by inserting a metal pin into an end section of the heating coil. A sleeve is in turn attached to the outside of the heating coil. The entire arrangement of sleeve, heating coil and metal pin is then reduced by hammering or other measures.

Erfindungsgemäß kann so mit minimalem Aufwand ein Anschlussstift ausgebildet werden, der eine ausreichende Stromtragfähigkeit hat.According to the invention, a terminal pin that has sufficient current-carrying capacity can thus be formed with minimal effort.

Die Hülse kann einen Boden aufweisen, dessen Dicke dann einen Teil der Länge des Anschlussstifts ausmacht, über den sich der Endabschnitt der Heizwendel nicht erstrecken kann. Dieser Teil ist recht klein. Bevorzugt erstreckt sich der Endabschnitt der Heizwendel zumindest über vier Fünftel der Länge der Hülse, äußerst bevorzugt über wenigstens neun Zehntel der Länge der Hülse. Mit anderen Worten hat ein eventueller Boden einer Hülse also höchstens eine Stärke, die nicht mehr als ein Fünftel der Länger der Hülse beträgt und bevorzugt nicht mehr als ein Zehntel der Länge der Hülse beträgt.The sleeve can have a bottom, the thickness of which then makes up part of the length of the connecting pin over which the end section of the heating coil cannot extend. This part is quite small. The end section of the heating coil preferably extends over at least four-fifths of the length of the sleeve, most preferably over at least nine-tenths of the length of the sleeve. In other words, a possible base of a sleeve has at most a thickness that is no more than one-fifth of the length of the sleeve and preferably no more than one-tenth of the length of the sleeve.

Bevorzugt hat die Hülse keinen Boden. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Endabschnitt der Heizwendel über die gesamte Länge der Hülse.The sleeve preferably has no bottom. The end section of the heating coil particularly preferably extends over the entire length of the sleeve.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Endabschnitt der Heizwendel bündig mit der Hülse endet. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, indem ein Teil einer auf den Endabschnitt der Heizwendel aufgesteckten Hülse zusammen mit einem darin liegenden Teil der Heizwendel abgeschnitten oder auf andere Weise abgetragen wird, etwa durch Abschleifen. An advantageous development of the invention provides that the end section of the heating coil ends flush with the sleeve. This can be achieved, for example, by a part of a plugged onto the end portion of the heating coil sleeve together with a part of the lying therein Heating coil is cut off or removed in some other way, such as by grinding.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass anstelle eines einzigen Heizdrahtes im Inneren des Mantelrohres eine Mehrfachwendel angeordnet ist, die aus mehreren parallel geschalteten Heizwendeln gebildet ist, beispielsweise aus 4 oder mehr Heizwendeln. Die Heizwendeln können konzentrisch angeordnet sein. Die Wendeln können verschiedene Windungsdurchmesser aufweisen und dadurch sehr kompakt gewickelt sein. Bevorzugt haben die Wendeln aber alle den gleichen Windungsdurchmesser und liegen daher axial gesehen auf einer Linie. Dabei sind die Wendeln ineinander gewunden, bilden also eine Mehrfach-Helix.A further advantageous development of the invention provides that, instead of a single heating wire, a multiple coil is arranged inside the casing tube, which is formed from a plurality of heating coils connected in parallel, for example from 4 or more heating coils. The heating coils can be arranged concentrically. The coils can have different winding diameters and can therefore be wound very compactly. However, the coils preferably all have the same winding diameter and are therefore on one line when viewed axially. The coils are twisted into one another, thus forming a multiple helix.

Vorteilhaft kann so ein besonders kompakter und biegsamer Rohrheizkörper geschaffen werden, der auch bei kleineren Versorgungsspannungen bis 120 V, insbesondere bis 60 V, eine relative hohe Heizleistung ermöglicht. Mit einer herkömmlichen Einfach-Wendel lässt sich nämlich nur mit relativ dickem Draht der für hohe Heizleistungen erforderliche kleine elektrische Widerstand realisieren. Ein relativ dicker Draht ist naturgemäß relativ steif und lässt sich nur schwer biegen. Eine Mehrfachwendel ist dagegen wesentlich biegsamer und ermöglicht wegen der Parallelschaltung von mehreren dünnen Drähten trotzdem einen vorteilhaft geringen elektrischen Widerstand. Außerdem würde für einen einzelnen dickeren Draht ein größerer Rohrquerschnitt benötigt werden.In this way, a particularly compact and flexible tubular heating element can advantageously be created, which enables a relatively high heat output even with lower supply voltages of up to 120 V, in particular up to 60 V. With a conventional single coil, the small electrical resistance required for high heating power can only be achieved with relatively thick wire. A relatively thick wire is naturally relatively stiff and difficult to bend. A multiple helix, on the other hand, is significantly more flexible and still allows an advantageously low electrical resistance due to the parallel connection of several thin wires. In addition, a larger tube cross-section would be required for a single thicker wire.

Die Heizdrähte können sich zumindest teilweise berühren. Um Kurzschlüsse oder Spannungsbrücken und damit verbundene Gesamtwiderstandsänderungen zu vermeiden, sind sich berührende Heizdrahtwindungen oder solche mit geringem Windungsabstand in einer Ausgestaltungsvariante gegeneinander isoliert, bevorzugt durch eine äußere Isolationsschicht wie beispielsweise eine Oxidschicht. Eine eventuelle Oxidschicht kann bei der plastischen Verformung des Endabschnitts, insbesondere wenn dabei zugleich auch die aufgesteckte Hülse komprimiert wird, aufgebrochen werden, so dass der Anschlussstift trotz eventueller Oxidschichten der Heizwendel insgesamt einen vorteilhaft geringen elektrischen Widerstand hat.The heating wires can at least partially touch. In order to avoid short circuits or voltage bridges and associated changes in overall resistance, touching heating wire windings or those with a small winding spacing are insulated from one another in one embodiment variant, preferably by an outer insulation layer such as an oxide layer. A possible oxide layer can be broken up during the plastic deformation of the end section, especially if the plugged-on sleeve is compressed at the same time, so that the terminal pin has an advantageously low overall electrical resistance despite any oxide layers on the heating coil.

Die Anschlüsse an den beiden Enden des Mantelrohrs können unterschiedlich oder gleich ausgebildet sein. Beispielsweise kann an einem Ende des Mantelrohrs ein Anschlussstift in der beschriebenen Weise mit einer Hülse ausgebildet sein und an einem anderen Ende, bei dem eventuell andere Anforderungen an den Bauraum bestehen, ein Anschluss auf andere Weise ausgebildet sein, beispielsweise als ein Metallstift, der in die Heizwendel gesteckt ist.The connections at the two ends of the jacket tube can be designed differently or the same. For example, at one end of the jacket tube, a connector pin can be designed with a sleeve in the manner described, and at another end, where there may be other requirements for installation space, a connector can be designed in a different way, for example as a metal pin that is inserted into the heating coil is inserted.

Dabei ist auch möglich, dass an einem Ende des Mantelrohrs mehrere Anschlüsse angeordnet sind, insbesondere mehrere Anschlussstifte. Die einzelnen Heizwendeln der Mehrfachwendel können nämlich auch einzeln oder in Gruppen an mehreren Anschlussstiften je Ende befestigt sein. Dadurch können unterschiedliche Ansteuerungen unterschiedliche Widerstandskombinationen und somit unterschiedliche Leistungen erzeugen. Bevorzugt sind jedoch alle Heizwendeln an den Enden jeweils an einem gemeinsamen Anschluss befestigtIn this case, it is also possible for a plurality of connections, in particular a plurality of connection pins, to be arranged at one end of the jacket tube. The individual heating coils of the multiple coil can also be attached individually or in groups to a plurality of connection pins at each end. As a result, different controls can generate different resistance combinations and thus different outputs. However, all heating coils are preferably attached at the ends to a common connection

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Mantelheizkörpers.
Further details and advantages of the invention are described using an exemplary embodiment with reference to the attached drawing. It shows:
  • 1 a schematic representation of a mantle heater.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mantelheizkörpers in Form eines Rohrheizkörpers in einer teilgeschnittenen Ansicht. Der Rohrheizkörper hat ein Mantelrohr 1, in dem eine Heizwendel 2 angeordnet ist. Das Ausführungsbeispiel zeigt die Heizwendel 2 als 4-fache Wendel, die in Isolatormaterial 3 eingebettet ist. Möglich sind aber auch mehr oder weniger einzelne Wendeln. Das Isolatormaterial 3, mit dem das Mantelrohr 1 aufgefüllt ist, kann beispielsweise Keramikpulver sein, etwa ein Metalloxid. Gut geeignet ist insbesondere Magnesiumoxid. 1 shows schematically an embodiment of a jacketed heater according to the invention in the form of a tubular heater in a partially sectional view. The tubular heater has a casing tube 1 in which a heating coil 2 is arranged. The exemplary embodiment shows the heating coil 2 as a 4-fold coil that is embedded in the insulating material 3 . However, more or fewer individual coils are also possible. The insulator material 3, with which the jacket tube 1 is filled, can be ceramic powder, for example, such as a metal oxide. Magnesium oxide is particularly suitable.

Das Mantelrohr 1 trägt an seinen beiden Enden einen elektrischen Anschluss, beispielsweise einen Anschlussstift. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ragt aus den Enden des Rohrheizkörpers ein Anschlussstift 4 heraus, der von einer Hülse 5 gebildet ist, in der ein Endabschnitt 2a der Heizwendel 2 steckt, der durch plastische Verformung verdichtet ist. Beispielsweise kann ein entsprechender Endabschnitt 2a der Heizwendel 2 verquetscht oder rundgehämmert werden und dann in eine Hülse 5 gesteckt werden. Alternativ oder als einen zweiten Verdichtungsschritt kann die Hülse 5 nach dem Aufstecken auf den Endabschnitt 2a komprimiert werden, etwa durch Rundhämmern. Auf diese Weise kann der Innendurchmesser der Heizwendel 2 in dem Endabschnitt 2a annähernd auf null reduziert werden und ein elektrisch gut leitender Anschlussstift 4 durch die Kombination von komprimiertem Endabschnitt 2a der Heizwendel 2 und Hülse 5 geschaffen werden.The casing tube 1 carries an electrical connection, for example a connection pin, at both of its ends. In the exemplary embodiment shown, a connecting pin 4 protrudes from the ends of the tubular heating element, which is formed by a sleeve 5 in which an end section 2a of the heating coil 2 is inserted, which is compressed by plastic deformation. For example, a corresponding end section 2a of the heating coil 2 can be pinched or hammered and then inserted into a sleeve 5 . Alternatively or as a second compression step, the sleeve 5 can be compressed after it has been slipped onto the end section 2a, for example by hammering. In this way, the inside diameter of the heating coil 2 in the end section 2a can be reduced to almost zero and a terminal pin 4 with good electrical conductivity can be created by the combination of compressed end section 2a of the heating coil 2 and sleeve 5 .

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hülse 5 eine bodenlose Hülse. Der Endabschnitt der Heizwendel 2 erstreckt sich somit über die gesamte Länge der Hülse 5. Die Hülse 5 endet bündig mit dem Endabschnitt der Heizwendel 2. Eine kostengünstige Fertigung kann beispielsweise erzielt werden, indem nach dem Aufstecken der Hülse 5 ein Endabschnitt der Hülse 5 zusammen mit einem darin angeordneten Teil des Endabschnitts 2a der Heizwendel 2 abgeschnitten oder auf andere Weise entfernt wird, etwa durch Abschleifen.In the embodiment shown, the sleeve 5 is a bottomless sleeve. The end section of the heating coil 2 thus extends over the entire length of the sleeve 5. The sleeve 5 ends on a flat surface dig with the end section of the heating coil 2. Cost-effective production can be achieved, for example, by cutting off an end section of the sleeve 5 together with a part of the end section 2a of the heating coil 2 arranged therein after the sleeve 5 has been put on, or removing it in some other way, for example by sanding down

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Anschluss an den Enden des Rohrheizkörpers gleich ausgebildet, kann aber auch in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein.In the exemplary embodiment shown, the electrical connection at the ends of the tubular heating element is designed in the same way, but can also be designed in different ways.

BezugszeichenlisteReference List

11
Mantelrohrcasing pipe
22
Heizwendelheating coil
2a2a
Endabschnitt der HeizwendelEnd section of the heating coil
33
Isolatormaterialinsulator material
44
Anschlussstiftconnector pin
55
Hülsesleeve

Claims (10)

Mantelheizkörper mit einem Mantel (1), einer Heizwendel (2), die in dem Mantel (1) in Isolatormaterial (3) eingebettet ist, und einem Anschlussstift (4), der einen elektrischen Anschluss der Heizwendel (2) bildet und wenigstens teilweise außerhalb des Mantels (1) angeordnet ist, wobei der Anschlussstift (4) von einer Hülse (5) gebildet ist, in der ein wenigstens teilweise außerhalb des Mantels (1) angeordneter Endabschnitt (2a) der Heizwendel (2) steckt.Mantle heater with a coat (1), a heating coil (2), which is embedded in the jacket (1) in insulating material (3), and a connecting pin (4) which forms an electrical connection of the heating coil (2) and is arranged at least partially outside the casing (1), wherein the connecting pin (4) is formed by a sleeve (5) in which an end section (2a) of the heating coil (2) arranged at least partially outside the casing (1) is inserted. Mantelheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) eine bodenlose Hülse ist.mantle heater claim 1 , characterized in that the sleeve (5) is a bottomless sleeve. Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) bündig mit dem Endanschnitt (2a) der Heizwendel (2) endet.Sheathed heater according to one of the preceding claims, characterized in that the sleeve (5) ends flush with the end cut (2a) of the heating coil (2). Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstift (4) komprimiert, insbesondere rundgehämmert, ist.Jacketed heater according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting pin (4) is compressed, in particular hammered. Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatormaterial (3) ein Keramikpulver ist.Sheathed heater according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating material (3) is a ceramic powder. Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwendel (2) eine Mehrfachwendel ist, die aus mehreren parallel geschalteten Heizwendeln gebildet ist.Sheathed heater according to one of the preceding claims, characterized in that the heating coil (2) is a multiple coil formed from several heating coils connected in parallel. Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Heizwendel (2) in dem Endabschnitt (2a) der Heizwendel (2) nahezu null ist.Sheathed heater according to one of the preceding claims, characterized in that the inner diameter of the heating coil (2) in the end section (2a) of the heating coil (2) is almost zero. Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich benachbarte Windungen der Heizwendel (2) in der Hülse (5) berühren.Sheathed heater according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent windings of the heating coil (2) touch in the sleeve (5). Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Endabschnitt (2a) über wenigstens vier Fünftel der Länge der Hülse (5), vorzugsweise über die gesamte Länge der Hülse (5), erstreckt.Jacketed heater according to one of the preceding claims, characterized in that the end section (2a) extends over at least four fifths of the length of the sleeve (5), preferably over the entire length of the sleeve (5). Mantelheizkörper nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Hülse (5) angeordnete Endabschnitt der Heizwendel (2) durch plastische Verformung verdichtet ist.Sheathed heater according to one of the preceding claims, characterized in that the end section of the heating coil (2) arranged in the sleeve (5) is compressed by plastic deformation.
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