DE202020101182U1

DE202020101182U1 - Elektrische Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE202020101182U1
Application number: DE202020101182.0U
Authority: DE
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: CN113365376A; DE102021104410A1; US20210298131A1

Abstract

Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) mit einem rohrförmigen Metallmantel (11,21,31,41,51) und mit mindestens einem elektrischen Heizelement (12,22,32,42,52), das vom rohrförmigen Metallmantel (11,21,31,41,51) elektrisch isoliert in einem Innenraum des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51)angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) parallel zu einer Rohrmittelachse (M) des rohrförmigen Metallmantels (11, 21,31,41,51) verläuft und eine Wellenform aufweist, so dass Wellenberge (121,221,321,421,521) und Wellentäler (122,222,322,422,522) entstehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1.
Elektrische Rohrheizkörper sind eine seit vielen Jahren bekannte Variante elektrischer Heizvorrichtungen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass das elektrische Heizelement innerhalb eines rohrförmigen Metallmantels angeordnet ist, wobei es in radialer Richtung zum rohrförmigen Metallmantel hin durch Einbettung in ein elektrisch isolierendes, aber gut wärmeleitendes Material, in vielen Fällen z.B. Magnesiumoxid, elektrisch isoliert ist, um einen unerwünschten Kurzschluss zu vermeiden.
Insbesondere bei Anwendungen, bei denen der verfügbare Bauraum nur sehr klein ist und mit relativ niedrigen Spannungen, z.B. einem 12V oder 48V Bordnetz eines PKW, gearbeitet werden muss, was bedeutet, dass hohe Ströme fließen müssen um die gewünschte Heizleistung zu erbringen, stellt sich dabei stets die Aufgabe, auf so engem Raum einen Widerstand mit relativ großem Drahtquerschnitt so unterbringt, dass dieser auch thermischer Wechselbeanspruchung über einen langen Zeitraum standhält.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung weist einen rohrförmigen Metallmantel und mindestens ein elektrisches Heizelement, das vom rohrförmigen Metallmantel elektrisch isoliert in einem Innenraum des rohrförmigen Metallmantels angeordnet ist, auf.
Erfindungswesentlich ist, dass das elektrische Heizelement parallel zu einer Mittelachse des rohrförmigen Metallmantels verläuft und eine Wellenform aufweist, so dass Wellenberge und Wellentäler entstehen. Vorzugsweise verläuft dabei in der Richtung, die senkrecht auf der Richtung steht, in der die Wellenberge und Wellentäler von der Mittelachse des rohrförmigen Metallmantels von der durch den Verlauf der Mittelachse vorgegebenen Verlaufsrichtung des rohrförmigen Metallmantels abweichen und die gleichzeitig senkrecht zur Verlaufsrichtung des rohrförmigen Metallmantels steht, das elektrische Heizelement im Wesentlichen eben.
Die großen Vorteile einer solchen Wellenform, die z.B. durch Umformen, insbesondere Biegen, durch Stanzen oder durch Herausarbeiten aus dem Vollen hergestellt werden, insbesondere auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt kann, liegen darin, dass im Gegensatz zu bekannten gestreckten elektrischen Heizelementen, die parallel zu einer Mittelachse des rohrförmigen Metallmantels verlaufen, das erfindungsgemäße elektrische Heizelement durch diese Formgebung die mechanische Belastung durch thermische Wechselbeanspruchung effektiv reduziert und abgefangen werden kann, während gleichzeitig im Gegensatz zu bekannten gewendelten elektrischen Heizelementen eine Wellenform -bevorzugt erzeugt durch eine Umformung des Heizelements vor seinem Einbau- auch mit elektrischen Heizelementen mit einer größeren Querschnittsfläche realisierbar ist.
Ein weiterer Vorteil der Wellenform liegt darin, dass eine auf engem Bauraum eingesetzte Heizwendel wegen der dann zwingend resultierenden engen Wendelung nur einen kleinen Wendelinnenraum aufweist, der nur sehr schwierig mit elektrisch isolierendem Material befüllt werden kann, weil ein Anschlussdraht oder Anschlussbolzen im Weg ist. Diese Probleme werden mit einer Wellenform des elektrischen Heizelements effektiv vermieden.
Grundsätzlich ist der lokal senkrecht zur Mittelachse und somit auch zur Verlaufsrichtung des rohrförmigen Metallmantels verlaufende Querschnitt des rohrförmigen Metallmantels wählbar; er kann -wobei der Innenraum des rohrförmigen Metallmantels als zum Querschnitt gehörig angesehen wird- insbesondere kreisförmig, oval oder rechteckig, insbesondere quadratisch sein. Er kann auch nach dem Zusammenbau der elektrischen Heizvorrichtung durch Umformen noch verändert werden; etwa indem ein kreisförmiger Querschnitt in eine quadratische Form gepresst wird oder indem ein quadratischer Querschnitt zu einem runden Querschnitt umgeformt wird, beispielsweise durch Rundverdichtung, insbesondere Walzen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der elektrische Kontakt zum elektrischen Heizelement über einen Anschlussdraht oder Anschlussbolzen hergestellt, dessen Querschnitt größer ist als der Querschnitt des elektrischen Heizelements und der in das Innere des rohrförmigen Metallmantels eingreift. Auf diese Weise kann insbesondere sichergestellt werden, dass die Heizwirkung nur gezielt ausgewählten Abschnitten der elektrischen Heizvorrichtung anfällt.
Wenn bei einer solchen Ausführungsform das elektrische Heizelement einen als Flachband ausgestalteten Anschlussabschnitt aufweist und dass der elektrische Kontakt zwischen dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen und dem elektrischen Heizelement dadurch gebildet ist, dass der Anschlussabschnitt des elektrischen Heizelements an einer Umfangsfläche des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens anliegt, und mit dieser verbunden, insbesondere verschweißt ist, ergibt sich eine sehr einfach und prozesssicher herzustellende elektrische Verbindung zwischen Anschlussdraht oder Anschlussbolzen. Dies gilt insbesondere dann, wenn zumindest die an der Umfangsfläche des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens anliegende Seite des Anschlussabschnitts an die Kontur der Umfangsfläche angepasst ist, also z.B. bei einem zylinderförmigen Anschlussbolzen gewölbt ist. Beispielsweise können bei einer solchen Ausführungsform die zu verschweißenden Kontakte optimal von Schweißelektroden oben und unten erfasst werden, so dass insbesondere in dieser Anordnung Widerstandsschweißen mit Schweißüberwachung prozesssicher in Serienfertigung ermöglicht wird.
Besonders bevorzugt ist es bei einer solchen Ausführungsform mit Anschlussdraht oder Anschlussbolzen, dass der Anschlussdraht oder Anschlussbolzen mindestens einen Kanal aufweist, der einen Zugang zum Innenraum des rohrförmigen Metallmantels bildet. Durch einen solchen Kanal wird das Befüllen des Rohrinnenraums mit dem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise Magnesiumoxidpulver oder Magnesiumoxidgranulat, vereinfacht, was besonders bei kleinen, bauraumbegrenzten Bauformen wichtig ist, um sie herstellen zu können.
Die erfindungsgemäße wellenförmige Formgebung des elektrischen Heizelements mit Wellenbergen und Wellentälern ermöglicht insbesondere Ausführungsformen mit einer sehr guten Ausnutzung des verfügbaren Bauraums, die insbesondere dann erreichbar ist, wenn der Abstand zwischen den Maxima der Wellenberge und einer Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels und/oder der Abstand zwischen den Minima der Wellentäler und einer Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels weniger als 20% vorzugsweise weniger als 10%, höchst vorzugsweise weniger als 5% des Abstands zwischen einander in Abstandsrichtung gegenüberliegenden Punkten der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels beträgt und/oder weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1mm, höchst vorzugsweise kleiner gleich 0,6 mm beträgt, so dass die Höhe des rohrförmigen Metallmantels, d.h. die Richtung, in der Wellenberge und Wellentäler von der Mittelachse des rohrförmigen Metallmantels versetzt sind, möglichst effektiv genutzt wird. Auf diese Weise kann auch die Wärmeabgabe an die Umgebung optimiert werden.
Zu einer solchen effektiven Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums kann es auch beitragen, wenn die elektrische Heizvorrichtung ein elektrisches Heizelement mit einem Querschnitt aufweist, er eine größere und eine kleinere Ausdehnungsrichtung aufweist, welche vorzugsweise aufeinander senkrecht stehen, was insbesondere bei einem ovalen oder rechteckigen Querschnitt der Fall ist. Vorzugsweise ist dieser Querschnitt innerhalb des rohrförmigen Metallmantels so orientiert, dass seine größere Ausdehnung in Richtung der Breite des rohrförmigen Metallmantels verläuft, also in einer Richtung orientiert ist, die senkrecht sowohl zur Verlaufsrichtung der elektrischen Heizvorrichtung, die durch die Mittelachse des rohrförmigen Metallmantels gegeben ist und die Länge definiert, als auch zur Höhe des rohrförmigen Metallmantels, d.h. die Richtung, in der Wellenberge und Wellentäler von der Mittelachse des rohrförmigen Metallmantels versetzt sind, steht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das elektrische Heizelement aus mehreren Schichten aufgebaut. Dadurch kann einerseits eine besonders gute Ausnutzung des Bauraums bei gekrümmten Innenkonturen des rohrförmigen Metallmantels erreicht werden, die es auch erlauben kann, den Abstand zum rohrförmigen Metallmantel zu minimieren; andererseits kann diese Maßnahme zur Widerstandsoptimierung des elektrischen Heizelements genutzt werden.
Eine andere Möglichkeit, die weiter dazu beitragen kann, das elektrische Heizelement möglichst gut an die Innenkonturen des rohrförmigen Metallmantels anzupassen besteht darin, dass das elektrische Heizelement beziehungsweise der Querschnitt des elektrischen Heizelements zumindest abschnittsweise gewölbt ist. Dies kann darüber hinaus auch zu einer mechanischen Stabilisierung beitragen. Insbesondere ist dabei vorteilhaft, wenn das elektrische Heizelement im Bereich der Maxima der Wellenberge und im Bereich der Minima der Wellentäler entgegengesetzt gewölbt ist. Gewölbt bedeutet dabei insbesondere, dass eine Biegung in Richtung auf die Mittelachse des rohrförmigen Metallmantels hin vorhanden ist.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das elektrische Heizelement einen Querschnitt hat, der eine größte Querschnittsrichtung aufweist und bei der der Abstand zwischen der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels und der dieser zugewandten Seite elektrischen Heizelement in der größten Querschnittsrichtung weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 10%, höchst vorzugsweise weniger als 5% des Abstands in der größten Querschnittsrichtung zwischen den einander in dieser Richtung auf Höhe des elektrischen Heizelements gegenüberliegenden Innenflächen des rohrförmigen Metallmantels beträgt und/oder weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1mm, höchst vorzugsweise kleiner gleich 0,6 mm beträgt. Auf diese Weise kann nicht nur die Ausnutzung des vorhandenen Bauraums weiter optimiert werden, sondern es wird auch die Wärmeabfuhr weiter verbessert.
Insbesondere dann, wenn das elektrische Heizelement so geformt ist, dass es zumindest abschnittsweise sehr geringem Abstand zum rohrförmigen Metallmantel verläuft, ist es zur Sicherstellung einer durchgehenden elektrischen Isolierung vom rohrförmigen Metallmantel hilfreich, wenn das elektrische Heizelement zumindest abschnittsweise durch mindestens ein Formteil aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem Innenraum, in dem das elektrische Heizelement zumindest abschnittsweise angeordnet ist, elektrisch vom rohrförmigen Metallmantel isoliert ist.
Insbesondere kann bei Weiterbildungen dieser Ausführungsform im Innenraum des rohrförmigen Metallmantels zusätzlich zu dem Formteil aus einem elektrisch isolierenden Material ein weiteres elektrisch isolierendes Material vorhanden sein; insbesondere ein Pulver oder Granulat aus demselben elektrisch isolierenden Material, aus dem das Formteil besteht oder aus einem anderen elektrisch isolierenden Material.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Geometrie, insbesondere die Ausdehnung des elektrischen Heizelements bzw. seines Querschnitts in einer seitlichen Ansicht schmaler ist als in einer Draufsicht.
Besonders bevorzugt ist dabei eine Wellenform, bei der der Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen oder zwei benachbarten Wellentälern geringer ist als das Dreifache, bevorzugt geringer ist als das Doppelte und besonders bevorzugt geringer ist als die einfache Höhendifferenz zwischen einem Wellenberg und einem Wellental.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigt:

1a: ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung in einer teilweise geöffneten Darstellung,
1b: eine Baugruppe aus Anschlussbolzen und elektrischem Heizelement der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a,
1c: das elektrische Heizelement der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a,
1d: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 1a in einem Wellenminimum,
1e: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 1a in einem Wellenmaximum,
1f: einen Querschnitt durch einen Anschlussbolzen der elektrischen Heizvorrichtung aus 1a,
2a: eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung,
2b: eine geöffnete Darstellung der elektrischen Heizvorrichtung aus 2a,
2c: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 2a in einem Wellenminimum,
2d: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 2a in einem Wellenmaximum,
3a: eine Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung,
3b: eine geöffnete Darstellung der elektrischen Heizvorrichtung aus 3a,
3c: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 3a in einem Wellenminimum/ Wellenmaximum,
3d: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 3a in einem Wellenmaximum/ Wellenminimum,
4a: ein viertes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung in einer teilweise geöffneten Darstellung,
4b: eine Baugruppe aus Anschlussbolzen und elektrischem Heizelement der elektrischen Heizvorrichtung aus 4a,
4c: das elektrische Heizelement der elektrischen Heizvorrichtung aus 4a,
4d: eine Vergrößerung eines Endabschnitts des elektrischen Heizelements aus 4c,
4e: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 4a in einem Wellenminimum,
4f: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 4a in einem Wellenmaximum,
5a: ein fünftes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung in einer teilweise geöffneten Darstellung,
5b: eine Baugruppe aus Anschlussbolzen und elektrischem Heizelement der elektrischen Heizvorrichtung aus 5a,
5c: das elektrische Heizelement der elektrischen Heizvorrichtung aus 5a,
5d: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 5a in einem Wellenminimum,
5e: einen Querschnitt durch die elektrische Heizvorrichtung aus 5a in einem Wellenmaximum, und
6: eine Ansicht eines Anschlussbolzens mit daran angeordnetem Ende eines elektrischen Heizelements.

1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 10 in einer teilweise geöffneten Darstellung. Man erkennt den teilweise geöffnet dargestellten rohrförmigen Metallmantel 11, der in dem gezeigten Beispiel einen ovalen Querschnitt Q aufweist, was insbesondere auch in den Querschnittsdarstellungen der 1d und 1e zu erkennen ist. Im Innenraum des rohrförmigen Metallmantels 11 ist ein elektrisches Heizelement 12 in ein elektrisch isolierendes, transparent dargestelltes Material 13, beispielsweise MgO-Pulver oder MgO-Granulat eingebettet.
Das elektrische Heizelement 12, das hier einen ovalen Querschnitt q mit einer größeren Ausdehnungsrichtung x und einer kleineren Ausdehnungsrichtung y aufweist, grundsätzlich aber auch einen anderen Querschnitt q aufweisen kann, wird, wie man besonders gut in 1b erkennt, mit Anschlussbolzen 14 mit elektrischem Strom versorgt, die aus dem rohrförmigen Metallmantel 11 herausführen. Die Anschlussbolzen 14 weisen dabei, was besonders in 1f zu erkennen ist, in dem dargestellten Beispiel zwei als Nut ausgeführte Kanäle 141 auf, die das Befüllen des Innenraums des rohrförmigen Metallmantels 11 mit dem elektrisch isolierenden Material 13 bei der Herstellung der elektrischen Heizvorrichtung 10 erleichtern. Der elektrische Kontakt zwischen Anschlussbolzen 14 und elektrischem Heizelement 12 kann dabei auf bekannte Weise, insbesondere durch Schweißen, Löten, Krimpen oder Klemmen hergestellt werden.
Besonders wichtig ist die Tatsache, dass das parallel zur Rohrmittelachse M des verlaufende elektrische Heizelement 12 gewellt ausgeführt ist und, was besonders gut in 1c zu sehen ist, Wellenberge 121 sowie Wellentäler 122 aufweist.
Die Auswirkungen dieser Formgebung erkennt man besonders gut in den Querschnittsdarstellungen der 1d bzw. 1f durch die elektrische Heizvorrichtung aus 1a in einem Wellenminimum, also dem tiefsten Punkt eines Wellentals 122 bzw. in einem Wellenmaximum, also in dem höchsten Punkt eines Wellenbergs 121. Sie führt dazu, dass der Abstand A1 zwischen den Maxima der Wellenberge 121 und der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels 11 und/oder der Abstand A2 zwischen den Minima der Wellentäler 122 und der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels 11 weniger als 20% des Abstands D zwischen einander in Abstandsrichtung gegenüberliegenden Punkten der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels 11 beträgt, was zu einer deutlich besseren Wärmeabfuhr führt, als bei einem elektrischen Heizelement, das gestreckt auf der Rohrmittelachse M des rohrförmigen Metallmantels 11 verläuft.
Die 2a bis 2d zeigen ein noch unverdichtetes zweites Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 20 mit rohrförmigem Metallmantel 21, elektrischem Heizelement 22 mit Wellenbergen 221 und Wellentälern 222, elektrisch isolierendem Material 23 und Anschlussbolzen 24 mit Kanälen 241. Der grundsätzliche Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung 20 entspricht dem der elektrischen Heizvorrichtung 10, auf deren Beschreibung ergänzend verwiesen wird. Wichtige Unterschiede zur elektrischen Heizvorrichtung 10 bestehen insbesondere darin

- dass der rohrförmige Metallmantel 21 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt Q aufweist,
- dass das elektrische Heizelement 22 als gewelltes Flachband mit rechteckigem Querschnitt q ausgeführt ist, der eine größere Ausdehnungsrichtung x und eine kleinere Ausdehnungsrichtung y aufweist, und
- dass zur Isolation des elektrischen Heizelements 22 vom rohrförmigen Metallmantel 21 zusätzlich Formteile 25 aus einem
-gegebenenfalls anderen- elektrisch isolierenden Material verwendet werden.

Endseitig ist die elektrische Heizvorrichtung 20 mit einem Abschlussteil 26 verschlossen.
Wie man insbesondere den 2c und 2d entnimmt, wird in dieser Ausführungsform durch die Anpassung des Querschnitts Q des rohrförmigen Metallmantels 21 und des Querschnitts q des elektrischen Heizelements 22 erreicht, dass das elektrische Heizelement in sehr geringem Abstand von der Innenseite des rohrförmigen Metallmantels 21 verläuft, was zu einer sehr guten Wärmeabfuhr führt.
Die Richtung x ist hier die größte Querschnittsrichtung, und man erkennt in 2c und 2d deutlich, dass der Abstand zwischen der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels 21 und der dieser zugewandten Seite des elektrischen Heizelements 22 in der größten Querschnittsrichtung x weniger als 20% des Abstands d in der größten Querschnittsrichtung x zwischen den einander in dieser Richtung auf Höhe des elektrischen Heizelements 22 gegenüberliegenden Innenflächen des rohrförmigen Metallmantels 21 beträgt.
Die Verwendung der Formteile 25 erweist sich dabei als sehr vorteilhaft, um prozesssicher die Isolierung zwischen elektrischem Heizelement 22 und rohrförmigem Metallmantel 21 gewährleisten zu können.
Die 3a bis 3d zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 30 mit rohrförmigem Metallmantel 31, elektrischem Heizelement 32 mit Wellenbergen 321 und Wellentälern 322, elektrisch isolierendem Material 33 und Anschlussbolzen 34, die hier allerdings keine Kanäle aufweisen, und zusätzlichem elektrisch isolierenden Formteil 35. Der grundsätzliche Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung 30 entspricht dem der elektrischen Heizvorrichtung 20, auf deren Beschreibung ergänzend verwiesen wird mit dem Unterschied, dass die elektrische Heizvorrichtung 30 eine elektrische Heizvorrichtung ist, bei der die Anschlüsse nur auf einer Seite angeordnet sind. Insbesondere hat auch bei der elektrischen Heizvorrichtung 30 der rohrförmige Metallmantel 31 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt Q und das elektrische Heizelement 32 ist als gewelltes Flachband mit rechteckigem Querschnitt q ausgeführt.
Die 4a bis 4f zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 40 mit rohrförmigem Metallmantel 41, elektrischem Heizelement 42 mit Wellenbergen 421 und Wellentälern 422, elektrisch isolierendem Material 43 und Anschlussbolzen 44 mit Kanälen 441. Der grundsätzliche Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung 40 entspricht dem der elektrischen Heizvorrichtung 10, auf deren Beschreibung ergänzend verwiesen wird. Ein wichtiger Unterschied zur elektrischen Heizvorrichtung 10 besteht jedoch im Aufbau des elektrischen Heizelements 42, das hier, wie besonders deutlich der 4f zu entnehmen ist, mit drei Lagen 42a,42b,42c ausgeführt ist.
Die 5a bis 5e zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 50 mit rohrförmigem Metallmantel 51, elektrischem Heizelement 52 mit Wellenbergen 521 und Wellentälern 522, elektrisch isolierendem Material 53 und Anschlussbolzen 54 mit Kanälen 541. Der grundsätzliche Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung 50 entspricht wieder dem der elektrischen Heizvorrichtung 10, auf deren Beschreibung ergänzend verwiesen wird. Ein wichtiger Unterschied zur elektrischen Heizvorrichtung 10 besteht auch hier im Aufbau des elektrischen Heizelements 52, das, wie besonders deutlich in den 5d und 5e dargestellt ist, gewölbt ausgeführt ist.
6 zeigt eine Ansicht eines Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 64 mit daran angeordnetem Ende eines eine Wellenform aufweisenden elektrischen Heizelements 62. Dabei weist das elektrische Heizelement 62 einen als Flachband ausgestalteten Anschlussabschnitt 62a auf und der elektrische Kontakt zwischen dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen 64 und dem elektrischen Heizelement 62 ist dadurch gebildet, dass der Anschlussabschnitt 62a des elektrischen Heizelements an einer Umfangsfläche des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens 64 anliegt und mit dieser verbunden, insbesondere durch Schweißpunkte 65 verschweißt ist.
Bezugszeichenliste

10,20,30,40,50: elektrische Heizvorrichtung
11,21,31,41,51: rohrförmiger Metallmantel
12,22,32,42,52,62: elektrisches Heizelement
13,23,33,43,53: elektrisch isolierendes Material
14,24,34,44,54,64: Anschlussbolzen
25,35: Formteil
26,36: Abschlussteil
42a,42b,42c: Schicht
62a: Anschlussabschnitt
65: Schweißpunkt
121,221,321,421,521: Wellenberg
122,222,322,422,522: Wellental
141,241,341,441,541: Kanal
M: Rohrmittelachse
Q: Querschnitt
q: Querschnitt
x: größte Querschnittsrichtung
y: kleinste Querschnittsrichtung
D: Abstand
d: Abstand
A1: Abstand
A2: Abstand

Claims

Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) mit einem rohrförmigen Metallmantel (11,21,31,41,51) und mit mindestens einem elektrischen Heizelement (12,22,32,42,52), das vom rohrförmigen Metallmantel (11,21,31,41,51) elektrisch isoliert in einem Innenraum des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51)angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) parallel zu einer Rohrmittelachse (M) des rohrförmigen Metallmantels (11, 21,31,41,51) verläuft und eine Wellenform aufweist, so dass Wellenberge (121,221,321,421,521) und Wellentäler (122,222,322,422,522) entstehen.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt zum elektrischen Heizelement (12,22, 32,42,52) über einen Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,24,34,44,54) hergestellt ist, dessen Querschnitt größer ist als der Querschnitt (q) des elektrischen Heizelements (12,22,32,42,52) und der in das Innere des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51) eingreift.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) einen als Flachband ausgestalteten Anschlussabschnitt aufweist und dass der elektrische Kontakt zwischen dem Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,24,34,44,54) und dem elektrischen Heizelement (12,22,32,42,52) dadurch gebildet ist, dass der Anschlussabschnitt des elektrischen Heizelements (12,22,32,42,52) an einer Umfangsfläche des Anschlussdrahts oder Anschlussbolzens (14,24,34,44,54) anliegt und mit dieser verbunden, insbesondere verschweißt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussdraht oder Anschlussbolzen (14,24,34,44,54) mindestens einen Kanal (141,241,341,441,541) aufweist, der einen Zugang zum Innenraum des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51) bildet.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A1) zwischen den Maxima der Wellenberge (121,221, 321,421,521) und einer Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51) und/oder der Abstand (A2) zwischen den Minima der Wellentäler (122,222,322,422,522) und einer Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels (11, 21,31,41,51) weniger als 20%%, vorzugsweise weniger als 10%, höchst vorzugsweise weniger als 5% des Abstands (D) zwischen einander in dieser Abstandsrichtung gegenüberliegenden Punkten der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51) beträgt und/oder weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1mm, höchst vorzugsweise kleiner gleich 0,6 mm beträgt.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) einen ovalen oder rechteckigen Querschnitt (q) aufweist.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) aus mehreren Schichten (42a,42b,42c) aufgebaut ist.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) zumindest abschnittsweise gewölbt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) im Bereich der Maxima der Wellenberge (121,221,321,421,521) und im Bereich der Minima der Wellentäler (122,222,322,422,522) entgegengesetzt gewölbt ist.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) einen Querschnitt (q) hat, der eine größte Querschnittsrichtung (x) aufweist und dass der Abstand (d) zwischen der Innenfläche des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51) und der dieser zugewandten Seite des elektrischen Heizelements (12,22,32, 42,52) in der größten Querschnittsrichtung (x) jeweils weniger als 20%%, vorzugsweise weniger als 10%, höchst vorzugsweise weniger als 5% des Abstands (D) in der größten Querschnittsrichtung (x) zwischen den einander in dieser Richtung auf Höhe des elektrischen Heizelements (12,22,32, 42,52) gegenüberliegenden Innenflächen des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51) beträgt und/oder weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1mm, höchst vorzugsweise kleiner gleich 0,6 mm beträgt.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) zumindest abschnittsweise durch mindestens ein Formteil (25,35) aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem Innenraum, in dem das elektrische Heizelement (12,22,32,42,52) zumindest abschnittsweise angeordnet ist, elektrisch vom rohrförmigen Metallmantel (11,21,31,41,51) isoliert ist.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum des rohrförmigen Metallmantels (11,21,31,41,51) zusätzlich zu dem Formteil (25,35) aus einem elektrisch isolierenden Material ein weiteres elektrisch isolierendes Material (13,23,33,43,53) vorhanden ist.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie des elektrischen Heizelements (12,22,32,42,52) in einer seitlichen Ansicht schmaler ist als in einer Draufsicht.
Elektrische Heizvorrichtung (10,20,30,40,50) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen (121,221, 321,421,521) und/oder zwischen zwei benachbarten Wellentälern (122,222,322,422,522) geringer ist als das Dreifache, bevorzugt geringer ist als das Doppelte und besonders bevorzugt geringer ist als die einfache Höhendifferenz zwischen einem Wellenberg (121,221,321,421,521) und einem Wellental (122,222,322,422,522).