DE2830532A1

DE2830532A1 - Elektrischer heizkoerper fuer fluide medien

Info

Publication number: DE2830532A1
Application number: DE19782830532
Authority: DE
Inventors: Klaus Meywald; Helmut Ohnmacht
Original assignee: Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1978-07-12
Filing date: 1978-07-12
Publication date: 1980-01-31
Also published as: US4357521A; GB2027568B; IT1122016B; FR2431234B3; GB2027568A; FR2431234A1; IT7924109A0

Description

DR. INQ. HANS LlCHTl · D IPL-I NQ. H El NER LI CHTI Dipl.-Phys. Dr. Klaus Leutwein

PATENTANWÄLTE

D-7500 KARLSRUHE 41 (GRÖTZINGEN) · DURLACHER STR. 31 (HOCHHAUS)

TELEFON (0721) 48511

Fritz Eichenauer 11. Juli 1978

D-6744 Kandel 4571/78 - Lw

Elektrischer Heizkörper für fluide Medien

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizkörper für fluide, insbesondere gasförmige Medien, mit einer Trägerplatte aus Isoliermaterial und mit einem die Trägerplatte mit Abstand umgebenden Heizleiter aus Widerstandsdraht, wobei der Heizleiter als Wendel ausgebildet und in Randeinschnitten der Trägerplatte fixiert ist.

Derartige Heizkörper werden in verschiedenen Ausführungsformen vor allem in elektrischen Warmluftgeräten(Haarföne, Heizlüfter usw.)eingesetzt. Der Widerstandsdraht hat je nach Leistungsaufnahme, angestrebter Temperatur usw. runden oder rechteckigen Querschnitt und ist als Wendel um die Trägerplatte gewickelt, die ihrerseits im Gerätegehäuse montiert wird. Die Trägerplatte ist häufig eben ausgebildet kann aber auch kreuzförmig aus zwei ineinander gesteckten Platten aufgebaut sein. Zur Lagesicherung der Windungen der Wendel ist

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die Trägerplatte mit Randeinschnitten versehen in denen der Heizleiter fixiert ist. Die Querschnittsform der Windungen ist weitgehend beliebig, in der Regel jedoch längs- oder queroval bzw. kreisförmig und in jedem Fall so ausgebildet, daß die Windungen frei im hindurchströmenden Medium liegen.

Bei einem bekannten elektrischen Heizkörper der beschriebenen Gattungivgl. DT-AS 25 3o o75) sind die Windungen des Heizleiters über die ganze Länge des Heizkörpers nach Querschnittsgröße und - form gleich ausgebildet, so daß sie auf dem Mantel eines Zylinders liegen. Bei der üblichen Anordnung, bei der die Längsachse des Heizkörpers parallel zur Strömungsrichtung liegt, hat das zur Folge, daß stromabwärts liegende Windungen von bereits erwärmtem Medium umströmt werden und daß innerhalb und außerhalb des durch die Windungen gebildeten Zylinders strömendes Medium nur unzureichend erwärmt wird. Im Ergebnis findet daher bei dieser bekannten Ausführungsform ein unbefriedigender Wärmeaustausch zwischen Heizleiter und Medium statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Heizkörper der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß ein verbesserter Wärmeaustausch gewährleistet ist. Dabei wird insbesondere angestrebt, daß der erfindungsgemäße Heizkörper sich kostengünstig und in einfacher, störungsunanfälliger Weise herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß vor allem dadurch gelöst, daß benachbarte Windungen der Wendel in zur Ebene der Trägerplatte senkrechten Richtung gegeneinander versetzt sind. Während bei der bekannten Ausführungsform die Windungen auf einem Zylinder liegen, in dessen Mittelebene die Trägerplatte liegt,

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sieht die Erfindung vor, daß die Windungen in noch zu erläuternder Weise und jedenfalls untereinander unterschiedlich gegenüber der Trägerplatte in zu dieser senkrechter Richtung exzentrisch angeordnet sind. Damit wird erreicht, daß - in Projektion auf eine zur Wendellängsachse senkrechte Ebene - die Windungen in unterschiedlichen Querschnittsbereichen verlaufen. Ein Fluchten sämtlicher Windungen besteht höchstens am Rand der TiSgerplatte, sofern die Randeinschnitte, in denen die Windungen fixiert sind, einheitliche Tiefe aufweisen. Bei Verwendung eines kreuzförmigen Trägers muß dessen einer Schenkel selbstverständlich entsprechend dem Verlauf der Windungen unterschiedlich tiefe Randeinschnitte aufweisen.

Definiert man die Lage einer Windung durch ihren Windungsmittelpunkt (der beispielsweise dem Flächerimittelpunkt des Windungsquerschnittes entsprechen mag), so liegen die Windungsmittelpunkte erfindungsgemäß nicht sämtlich in Längsrichtung hintereinander und insbesondere nicht wie bei der bekannten Ausführungsform sämtlich in der Trägerplatte. Eine vollständig statistische Lage der Windungsmittelpunkte, die sich herstellungstechnisch schwierig realisieren läßt,ist in der Regel nicht notwendig. Befriedigende Ergebnisse werden bereits erreicht, wenn der Windungsmittelpunkt jeder Windung in einer von einer Mehrzahl verschiedener vorbestimmter Positionen liegt und Windungen mit gleicher Mittelpunktslage im wesentlichen gleichen Windungsquerschnitt aufweisen. Unter einer Mehrzahl von Positionen ist dabei eine Zahl zu verstehen, die jedenfalls erheblich kleiner ist als die Gesamtzahl der Windungen und größenordnungsmäßig zwei bis vier beträgt. Vorzugsweise wird ein symmetrischer Aufbau gewählt bei dem die Windungsmittelpunkte oberhalb und unterhalb der Trägerplatte von dieser gleichen Abstand haben. Bei einem derartigen Aufbau ergeben sich entsprechend mehrere Windungsscharen, die durch verschiedene Querschnittsbereiche verlaufen und innerhalb deren

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die Windungen in Längsrichtung hintereinander gestaffelt sind. Eine Ausführungsform, die sich fertigungstechnisch leicht beheaschen läßt und zu besonders gleichmäßigem Wärmeaustausch über die Länge des Heizkörpers führt ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen der Windungsmittelpunkte entlang der Wendellängsachse periodisch variieren· Unter diesen Gesichtspunkten besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Windungsmittelpunkte abwechselnd oberhalb und unterhalb der Trägerplatte liegen, bei der somit nur zwei verschiedene Lagen der Windungsmittelpunkte vorgesehen sind.

Wenn die Randeinschnitte der Trägerplatte sämtlich mit einander fluchten, läßt sich genaue Übereinstimmung der Windungsquerschnitte nur für zwei (bBÜglich der Trägerplatte symmetrische) Lagen der Windungsmittelpunkte erreichen. Sind drei solche LagenCwobei man die mittlere Lage in die Trägerplatte legen wird) oder mehr vorgesehen, so treten in gewissem Maße unterschiedliche Querschnittsformen der Windungen auf. Um dies zu vermeiden sieht die Erfindung weiter vor, daß Windungen mit unterschiedlichem Abstand ihres Windungsmittelpunktes von der Trägerplatte in Randausschnitten von unterschiedlicher Tiefe fixiert sind. Damit kann den verschiedenen Längen der Sehne zwischen den Fixierungspunkten an der Trägerplatte Rechnung getragen werden. Allgemein wird ein erfindungsgemäßer Heizkörper in der Regel bezüglich der Trägerplatte und bezüglich seiner Längsmittelebene symmetrisch aufgebaut.

Vorstehend ist davon ausgegangen worden, daß die Windungsmittelpunkte je einer Windungsschar gleichen Abstand von der Trägerplatte aufweisen. Eine weitere Verbesserung des Wärmeaustauschs kann dadurch erreicht werden, daß die Windungsmittelpunkte der Windungen jeweils einer Windungsschar entlang der Wendellängsachse zur Trägerplatte konvergieren. Bei dem zu be-

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vorzugenden symmetrischen Aufbau konvergieren somit oberhlab und unterhalb der Trägerplatte zumindest solche Windungsmittelpunkte gleichfalls zueinander, die gleichen Abstand von der Trägerplatte aufweisen. Dieser konvergierende Verlauf überlagert sich dabei der sich von Windung zu Windung ändernden Lage der Windungsmittelpunkte. Durch diese Anordnung kann erreicht werden, daß alle Windungen ohne gegenseitige Abdeckung frei dem hindurchströmenden Medium ausgesetzt sind und eine über den Querschnitt optimal gleichmäßige Wärmeabgabe erreicht wird. Dabei besteht einbesonderer Vorteil in konstruktiver Hinsicht für den Einbau in ein Gerät darin, daß ein solcher erfindungsgemäßer Heizkörper so aufgebaut werden kann, daß er eine zylindrische Umhüllende aufweist. Ei aweiterer Vorteil der beschriebenen Ausführungsformen ist darin zu sehen, daß die Windungen nach Querschnitt und Windungslänge weitgehend übereinstimmen, so daß die Belastung der Windungen und die Wärmeabgabe an das Medium über die Länge des Heizkörpers weitgehend konstant sind.

Wenn konstanter Windungsquerschn-itt nicht verlangt wird, besteht die weitere vorteilhafte Möglichkeit, bei in Längsrichtung konvergierenden Windungsmittelpunkten die Windungen zweier verschiedener Windungsscharen so zu bemessen, daß zwischen den Windungsspitzen der verschiedenen Windungsscharen ein konstanter Abstand besteht. Das bietet die Möglichkeit, die Wärmeabgabe über den Querschnitt in besonderer Weise einzustellen.

Bei einem erfindungsgemäßen Heizkörper liegt die Trägerplatte nicht in der Mittelebene größter Breite der Windungen, es ist daher in zur Platenebene senkrechter Richtung eine Fixierung notwendig, damit die Trägerplatten nicht aus der Wendel herausfällt. Das kann dadurch erfolgen, daß die Windungen im Bereich der Anlage an der Trägerplatte Abbiegungen aufweisen, die die Trägerplatte umgreifen(vgl. DT-AS 18 o5 639). Diese Möglich-

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keit ist jedoch fertigungstechnisch verhältnismäßig aufwendig. Es empfiehlt sich daher für die Fixierung der Windungen eine ansich bekannte Ausgestaltung(vgl. DT-OS 26 44 o93), bei der der Heizleiter aus mäanderförmig gebogenem Widerstandsdraht besteht und die Trägerplatte im Bereich der Randeinschnitte in je einen Mäanderbogen einfaßt. Insbesondere kann dabei von der dort beschriebenen Möglichkeit Gebrauch gemacht werden, Spannungsabgriffe mittels aufgeschobener Federklammern zu verwirklichen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen vor allem darin, daß ein elektrischer Heizkörper angegeben wird, der sich in einfacher und störunanfälliger Weise herstellen läßt und einen gleichmäßigen, wirkungsvollen Wärmeaustausch zwischen Heizleiter und hindurchströmendem Medium gewährleistet. Dabei ist ein besonderer Vorteil darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße Anordnung des Heizleiters zugleich zu einer Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Sinne einer Strö-." mungsvergleichmäßigung beiträgt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen elektrischen Heizkörper für gasförmige Medien in Seitenansicht,

Figur 2 den Gegenstand der Figur 1 im Querschnitt,

Figur 3 den Ausschnitt III aus Figur 2 in vergrößerter Darstellung,

Figur 4 eine andere Ausführungsform des Gegenstands der Figur 2 in vereinfachter Darstellung,

Figur 5 eine andere Ausführungsform des Gegenstands der Figur 1 in vereinfachter Darstellung, 909885/0057

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Figur 6 eine weitere Ausführungsform des Gegenstands der Figur 1 in vereinfachter Darstellung.

Der in Figur 1 dargestellte elektrische Heizkörper ist für ein Warmluftgerät, nämlich einen Haarfön vorgesehen und besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einer Trägerplatte 1 aus Isoliermaterial und einem Heizleiter 2 aus einem Widerstandsdraht von rechteckigem Querschnitt. Der Heizleiter 2 ist in Form einer Wendel um die Trägerplatte 1 gewickelt und in Randeinschnitten 3 der Trägerplatte 1 fixiert. Wie sich insbesondere anhand der Figur 3 erkennen läßt, ist der Heizleiter 2 mäanderförmig gebogen. Die Fixierung an der Trägerplatte 1 erfolgt dadurch, daß diese im Bereich der Randeinschnitte 3 in je einen Mäanderbogen 4 des Heizleiters 2 einfaßt.

Wie die Figuren 1 und 2 erkennen lassen, ist die durch den Heizleiter 2 gebildete Wendel nicht gleichförmig gewickelt, vielmehr sind benachbarte Windungen 5 in zur Ebene der Trägerplatte 1 senkrechter Richtung, d.h. gegenüber der Trägerplatte 1 nach oben (obere Windung 5a) bzw. nach untenCuntere Windung 5b) versetzt. Folglich verlaufen die Windungen 5 oberhalb und unterhalb der Trägerplatte durch verschiedene Querschnittsbereiche. Für den Fall, daß ein im Querschnitt kreuzförmiger Träger verwendet wird, ist in Figur 2 gestrichelt eine vertikale Trägerplatte la angedeutet, die entsprechend dem Verlauf der Windungen 5 unterschiedlich tiefe Randeinschnitte aufweist.

Die Versetzung der Windungen 5 hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Folge, daß die Windungsmittelpunkte 6a, b der oberen bzw. unteren Windungen 5a,b um einen Abstand - a über bzw. unter der Trägerplatte 1 liegen. Die Windungen 5 gleicher Mittelpunktslage, in dem dargestellten, symmetrischen

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Ausführungsbeispiel sogar sämtliche Windungen haben gleichen Windungsquerschnitt. Damit liegen zwei Windungsscharen vor, in denen die Windungsmittelpunkte 6 periodisch abwechselnd oberhalb und unterhalb der Trägerplatte 1 liegen. In Figur 1 ist angedeutet, wie die Verbindungslinien 7a,b der oberen bzw. unteren Windungsmittelpunkte 6a,b parallel zur Trägerplatte 1 verlaufen.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 sind mehrere, nämlich vier Scharen von Windungen 5 vorgesehen, deren Windungsmittelpunkte (nicht angedeutet) widerum symmetrisch oberhalb und unterhalb der Trägerplatte 1 liegen. Bin für alle Windungen 5 im wesentlichen gleicher Windungsquerschnitt wird dadurch ermöglicht, daß die Randeinschnitte 3* für die äußeren Windungen 5*(deren Windungsmittelpunkte von der Trägerplatte 1 größeren Abstand aufweisen) tiefer eingeschnitten sind als die Randeinschnitte 3" für die inneren Windungen 5".

Die Figur 5 zeigt inschematisch vereinfachter Darstellung eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Heizkörpers. Hier konvergieren die Windungsmittelpunkte 6a,b der Windungen jeweils einer Windungsschar in Richtung zur Trägerplatte 1, was anhand der geneigt verlaufenden Verbindungslinien 7a,b zu erkennen ist. Die Windungen 5 liegen infolgedessen oberhalb und unterhalb der Trägerplatte 1 radial gestaffelt und gleichmäßig verteilt in einem Bereich der (in der Längsmittelebene des Heizkörpers gemessenen) maximalen Breite b.

Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Windungsmittelpunkte 6a,b gleichfalls konvergierend angeordnet sind. Anders als beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 variiert hier jedoch der Windungsquerschnitt in Längsrichtung, so daß zwischen den Windungsspitzen der Windungen der beiden Windungsscharen ein konstanter Abstand b besteht.

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-AA-Leerseite

Claims

DR. INQ. HANS LICHTI · D IPL.-I NQ. H EINER LIC HTI

D-7500 KARLSRUHE 41 (GRÖTZINGENl · DURLACHER STR. 31 !HOCHHAUS)

TELEFON (0721) 48511

Fritz Eichenauer 11.Juli 1978

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Patentansprüche

l.yElektrischer Heizkörper für fluide, insbesondere gasförmige Medien, mit einer Trägerplatte aus Isoliermaterial und mit einem die Trägerplatte mit Abstand umgebenden Heizleiter aus Widerstandsdraht, wobei der Heizleiter als Wendel ausgebildet und in Randeinschnitten der Trägerplatte fixiert ist, dadurch g e k en η ze ich η e t, daß benachbarte Windungen (5) der Wendel in zur Ebene der Trägerplatte (1)senkrechter Richtung gegeneinander versetzt sind.
2. Elektrischer Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsmittelpunkt (6) jeder Windung (5) in einer von einer Mehrzahl verschiedener vorbestimmter Positionen liegt und daß Windungen (5) mit gleicher Mittelpunktslage im wesentlichen gleichen Windungsquerschnitt aufweisen.
3. Elektrischer Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen der Windungsmittelpunkte(6) entlang der Wendellängsachse periodisch variieren.

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4. Elektrischer Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsmittelpunkte(6) der Windungen (5) abwechselnd oberhalb (5a) und unterhalb (5b) der Trägerplatte (1) liegen.
5. Elektrischer Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Windungen (5) mit unter schiedlichem Abstand Ca) ihres Windungsmittelpunktes (6) von der Trägerplatte (1) in Randeinschnitten (3) von unterschiedlicher Tiefe fixiert sind.
6. Elektrischer Heizkörper mit in Windungsscharen angeordneten Windungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungsmittelpunkte (6) der Windungen (5) jeweils einer Windungsschar entlang der Wendellängsachse zur Trägerplatte (1) konvergieren.
7. Elektrischer Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Windungsspitzen (8) der Windungen (5) verschiedener Windungsscharen ein konstanter Abstand (d) besteht.
8. Elektrischer Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (2) aus mäanderförmig gebogenem Widerstandsdraht besteht und daß die Trägerplatte (1) im Bereich der Randeinschnitte (3) in je einen Mäanderbogen (4) einfaßt.

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