DE2944132C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement zum Erwärmen eines durch es hindurchströmenden Gases im Strö­ mungsbereich eines Warmluftgeräts, mit einem Heizleiterträger aus Isoliermaterial und einem mäanderförmig geführten Heiz­ leiter mit Windungsspitzen und -schenkeln, wobei der Heizleiter im wesentlichen in einer Ebene angeordnet ist und kreisförmige Außenkontur aufweist und wobei dem Heizleiterträger zugewandte innere Windungsspitzen an seinem Randbereich befestigt sind.

Ein gattungsgemäßes Widerstandsheizelement ist aus der DE-AS 11 85 743 (Figur 4) bekannt. Der (innere) Heizleiterträger be­ steht hier aus einem Zylinderabschnitt. Weiterhin ist ein äußerer Heizleiterträger in Form eines Zylinderabschnitts vorgesehen. Die inneren und äußeren Windungsspitzen sind an den Heizleiter­ träger befestigt. Die Windungen liegen in einer Ebene, die im wesentlichen senkrecht zur gemeinsamen Zylinderachse der beiden Heizleiterträger steht. Zur Befestigung sind die Win­ dungsspitzen in Aussparungen an den Heizleiterträgern einge­ setzt. Das bekannte Widerstandsheizelement hat sich in der Praxis bewährt. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß die Her­ stellung verhältnismäßig aufwendig ist und nur in geringem Maße eine Mechanisierung zuläßt.

Aus der genannten Druckschrift sind weiterhin noch Heizelemente bekannt, bei denen der Heizleiterträger eine ebene Platte ist, von der die Windungen sich frei erstrecken können.

Weiterhin zeigt die US-PS 13 74 639 einen Heizstrahler, bei dem auf einer ovalen Trägerplatte ein mäanderförmig geführter Heizleiter koplanar auf einer Seite der Platte angeordnet ist. Einzelne innere Windungsspitzen des Heizleiters sind an der Platte festgelegt. Zwischen diesen festgelegten Windungsspitzen befinden sich Windungen mit freien inneren Enden, die aber länger als die festgelegten Windungen sind und wie diese in einen durch die Kontur des Heizleiterträgers bestimmten Bereich ragen und einseitig durch diesen unterstützt sind. Bei Einsatz eines solchen Heizkörpers in einem Warmluftgerät könnten die durch den Träger abgedeckten Windungsspitzen überhitzt und hierdurch beschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Widerstandsheizelement dahingehend weiterzubilden, daß es fertigungstechnisch einfach herzustellen ist und eine über den Strömungsquerschnitt weitgehend gleichmäßige Leistungsabgabe ohne Gefahr einer thermischen Überlastung im Randbereich des Heizleiterträgers gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Widerstandsheizelement gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Heizleiterträger als ebene Platte ausgebildet und mit den Windungen des Heizleiters im wesentlichen koplanar ist, daß die dem Heizleiterträger abgewandten äußeren Windungsspitzen ohne Befestigung freitragend angeordnet sind, daß zwischen die mit den inneren Windungsspitzen am Heizleiterträger befestigten Windungen diesem zugewwandte freie Windungen von gegenüber den befestigten Windungen geringerer Länge eingeschaltet sind und daß deren innere Windungsspitzen mit Abstand vom Rand des Heiz­ leiterträgers enden, ohne diesen zu berühren.

Damit sieht die Erfindung vor, daß die äußeren Windungsspitzen frei vom Heizleiterträger abstehen und lediglich inneren Win­ dungsspitzen am Heizleiterträger, und zwar in der Regel an dessen achsen-senkrechter Stirnseite, befestigt sind. Die Befe­ stigung erfolgt in der Regel mittels Ösen, Nieten od. dgl. Dies läßt sich fertigungstechnisch einfach ausführen und weit­ gehend mechanisieren, und erfordert auch bei unterschiedlichen Auslegungen hinsichtlich Abmessungen, elektrischer Leistung usw. ein Minimum an unterschiedlichen Einzelteilen. Obwohl bei einem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement die äußeren Win­ dungsspitzen nicht abgestützt sind, zeigt sich in der Praxis überraschenderweise, daß selbst unter dem mechanischen Einfluß der hindurchströmenden, zu erwärmenden die Windungen unter Glühtemperaturen kühlenden Luft die Windungen stabil bleiben.

Es wird im Außenbereich eine Erhöhung der Leistungsdichte und damit eine Vergleichmäßigung derselben erreicht, ohne im Innen­ bereich zu unzulässiger Wärmebelastung - insbesondere auch des Heizleiterträgers - zu führen.

Je nach den Erfordernissen des Einzelfalls können zwischen je zwei befestigte Windungen eine oder auch mehrere freie Windun­ gen eingeschaltet werden.

Eine gezielte Beeinflussung der Verteilung der Heizleistung über den Strömungsquerschnitt ist durch entsprechende Wahl der Schenkellänge der freien Windungen möglich. Eine noch weiter­ gehende Optimierung der Verteilung der Heizleistung über den Strömungsquerschnitt läßt sich dadurch erreichen, daß die freien Windungen abwechselnd unterschiedliche Länge aufweisen. In jedem Fall bieten die beschriebenen Ausgestaltungen die Mög­ lichkeit, ohne thermische Überlastung des Heizleiterträgers im Randbereich, in dem die Windungen befestigt sind, neben einer höheren Leistungsdichte im Strömungsquerschnitt auch die Verteilung der Leistungsdichte gezielt zu beeinflussen.

Die vorstehend erläuterte Einschaltung von freien Windungen zwischen die befestigten Windungen kann - mindestens im Fall je einer freien Windung zwischen benachbarten befestigten Windungen - auch aufgefaßt werden, als Verformung eines mä­ anderförmigen Widerstandsdrahtes derart, daß die äußeren, nicht befestigten Windungsspitzen - unter Verdoppelung der Gesamt­ zahl der Windungsspitzen - nach innen eingeklappt sind. Es be­ steht die Möglichkeit, daß die freien Windungen gegenüber der Ebene von Heizleiterträger und befestigten Windungen unter einem spitzen Winkel geneigt verlaufen, mit anderen Worten also nicht genau in der Wendelebene liegen. Dadurch kann die Wärmebeanspruchung von Heizleiterträger und Heizleiterdraht im inneren Bereich durch gegenseitige Wärmezustrahlung weiter verringert werden, während sich hinsichtlich der Wärmeabgabe an die hindurchströmende Luft und des Strömungswiderstandes des Heizelementes sogar Verbesserungen ergeben. In der Regel ist der Winkel, den die freien Windungen mit der durch Heiz­ leiterträger und befestigte Windungen gegebenen Wendelebene einschließen, verhältnismäßig klein und vorzugsweise so be­ messen, daß der Abstand der Windungsspitzen der freien Win­ dungen von der Wendelebene kleiner oder höchstens gleich ist mit dem seitlichen Abstand benachbarter Windungsspitzen.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die Windungen so zu gestalten, daß sie in einem zum Heiz­ leiterträger senkrechten Längsschnitt gewellt verlaufen, wobei vor­ zugsweise eine solche Wellung nur an den befestigten Windungen vor­ genommen wird. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, eine erhöhte Heizleistung im Strömungsquerschnitt unterzubringen, und führt außerdem zu einer wirksamen Stabilisierung der Windungen.

Erfindungsgemäße Widerstandsheizelemente bieten aufgrund der im wesentlichen ebenen Ausbildung und Anordnung von Heizleiterträger und Heizleiter in besonders einfacher Weise die Möglichkeit der Mehr­ fachanordnung, wenn mit einem Heizelement eine verlangte Heizlei­ stung nicht aufgebracht werden kann oder mit Heizelementen von ein und demselben Typ unterschiedliche Heizleistungen realisiert werden sollen. Eine solche Mehrfachanordnung ist erfindungsgemäß gekenn­ zeichnet durch mindestens zwei parallel nebeneinander angeordnete Heizleiterträger mit Heizleiter sowie durch ein sternförmiges Halteglied mit im wesentlichen senkrecht zu den Heizleiterträgern verlaufenden Haltearmen, wobei die Heizleiterträger an mindestens je zwei Haltear­ men befestigt sind. Aus Stabilitätsgründen empfiehlt es sich, daß die einem gemeinsamen Heizleiterträger zugeordneten Haltearmen am Hal­ teelement diametral gegenüberstehend angeordnet sind. Die Anordnung kann beispielsweise so getroffen werden, daß die Haltearme nach entge­ gengesetzten Seiten des Halteelements ragen, so daß diese zwischen zwei Heizleiterträgern angeordnet ist. Vorteilhafter ist jedoch eine Ausge­ staltung, bei der die Heizleiterträger je einen zentralen Durchbruch auf­ weisen, die verschiedenen Heizleiterträgern zugeordneten Haltearme un­ terschiedliche Länge aufweisen und sämtlich zur selben Seite des Halte­ elements gewandt sind und die den dem Halteelement ferneren Heizlei­ terträgern zugeordneten Haltearme die Durchbrüche der dem Halteelement näheren Heizleiterträger durchfassen. Bei dieser Anordnung befinden sich sämtliche Heizleiterträger auf derselben Seite des Halteelements. Das Halteelement selbst ist dabei gleichsam topfförmig aufgebaut und kann sowohl zur Aufnahme eines Lüftermotors als auch gleichzeitig zur Befestigung am Gehäuse verwendet werden. Eine entsprechende Ausbildung und Anordnung des Halteelements erweist sich auch bei Einsatz nur eines Heizleiterträgers als vorteilhaft.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbei­ spiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Widerstandsheizelement für einen Rundlüfter in Stirn­ ansicht,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 mit eingesetztem Lüftermotor,

Fig. 3 verschiedene Ausführungsformen des Heizleiters.

Die Fig. 1 und 2 zeige eine für einen Rundlüfter vorgesehene Anord­ nung von Widerstandsheizelementen, wobei zwei solche Widerstands­ heizelemente 1 parallel nebeneinander bzw. in Richtung der Lüfterachse 2 hintereinander angeordnet sind. Jedes der Widerstandsheizelemente 1 besteht aus einem Heizleiterträger 3 in Form einer ebenen Platte von kreisförmigem Grundriß aus Isoliermaterial und einem mäanderförmig gewendelten Heizleiter 4 aus Widerstandsdraht. Der Heizleiter 4 weist aufgrund seiner mäanderförmigen Ausbildung äußere Windungsspitzen 5 auf sowie innere Windungsspitzen 6, die dem Heizleiterträger 3 zuge­ wandt und an dessen Randbereich mittels Ösen 7 befestigt sind. Die dem Heizleiterträger 3 abgewandten äußeren Windungsspitzen 5 stehen oben Befestigung freitragend vom Heizleiterträger 3 ab. Zwischen inne­ ren und äußeren Windungsspitzen 5, 6 erstrecken sich Windungsschenkel 8, deren Länge im wesentlichen die radiale Ausdehnung des Heizleiters 4 bestimmt. Der Heizleiterträger 3 und der mäanderförmige Heizleiter 4 liegen im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene.

Die beiden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehenen Widerstandsheizelemente 1 sind durch ein Halteelement 9 miteinander verbunden, das sternförmig mit Haltearmen 10 ausgebildet ist, die zunächst in einer zu den Heizleiterträgern 3 parallelen Ebene und an­ schließend im wesentlichen senkrecht zu den Heizleiterträgern verlau­ fen. Jeder Heizleiterträger 3 ist an je zwei diametral gegenüberliegen­ den Haltearmen 10 befestigt. Wie vor allem in Fig. 2 deutlich zeigt, ist das Halteelement 9 topfförmig in der Weise ausgebildet, daß sämt­ liche Haltearme 10 zu ein und derselben Seite des Halteelements 9 ge­ wandt sind. Die Haltearme 10, die ein und demselben Heizleiterträger 3 zugeordnet sind, weisen selbstverständlich untereinander gleiche Länge auf, während die verschiedenen Heizleiterträgern 3 zugeordneten Halte­ arme 10 entsprechend dem vorgesehenen Abstand zwischen den Wider­ standsheizelementen 1 unterschiedliche Länge aufweisen. Die Heizlei­ terträger 3 weisen je einen zentralen Durchbruch 11 auf, der im Ausfüh­ rungsbeispiel im wesentlichen rhombenförmig ausgebildet ist. Die Hal­ tearme 10′, an denen der dem Halteelement 9 fernere Heizleiterträger 3′ befestigt ist, durchfassen den Durchbruch 11 des dem Halteelement 9 nä­ heren Heizleiterträgers 3. Dazu sind die rhombenförmigen Durchbrüche 11 gegeneinander um ca. 90° verdreht. Ein Lüftermotor 12 mit Lüfterflü­ gel 13 ist zwischen die Haltearme 10 eingesetzt und am Halteelement 9 befestigt. Dadurch ergibt sich ein außerordentlich kompakter und leicht zu montierender Aufbau. Das Halteelement 9 ist ferner mit Befestigungs­ elementen für die Montage in einem Lüftergehäuse versehen; dies ist im einzelnen nicht dargestellt.

Zwischen und senkrecht zu den Heizleiterträgern 3 erstreckt sich eine radial angeordnete Anschlußplatte 14 aus Isoliermaterial, die Wärme­ schutzschalter 15 und Anschlußelemente 16 trägt. Die Anschlußplatte 14 ist durch elektrisch leitende Verbindungslaschen 17, die zugleich die elektrische Verbindung zu den Heizleitern 4 herstellen, mit den Heiz­ leiterträgern 3 verbunden, im Ausführungsbeispiel vernietet.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Heizleiter 4 in be­ sonderer Weise gewendelt. Das wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 3 erläutert. Wie die Fig. 1 zeigt, sind zwischen die vorstehend be­ reits behandelten inneren Windungsspitzen 6, die am Heizleiterträger 3 befestigt sind, weitere dem Heizleiterträger 3 zugewandte Windungen eingeschaltet, die im Rahmen der Erfindung als freie Windungen 18 bezeichnet werden und gegenüber den befestigten Windungen geringere Länge aufweisen. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erstrecken die freien Windungen 18 sich im wesentlichen bis an den Rand des Heiz­ leiterträgers 3, ohne jedoch diesen zu berühren. Im übrigen zeigt die Fig. 2, daß die freien Windungen 18 gegenüber der Ebene des jeweili­ gen Heizleiterträgers 3 unter einem spitzen Winkel geneigt sind, und zwar an den beiden Heizelementen 1 gegeneinander und in den die Zwischen­ räume hinein. Dies führt zu besonders günstigen aerodynamischen Ver­ hältnissen und bewirkt außerdem einen Schutz der freien Windungen 18 vor Deformationen durch mechanische Einwirkung.

Die Fig. 3 zeigt verschiedene weitere Ausführungsformen für die Wen­ delung des Heizleiters 4. In Fig. 3a ist dargestellt, daß die freien Win­ dungen 18 auch abwechselnd unterschiedliche Länge aufweisen können. Eine freie Windung 18′ von verhältnismäßig geringer Schenkellänge folgt jeweils auf eine am Heizleiterträger befestigte Windung 6 bzw. auf eine freie Windung 18′′ von verhältnismäßig großer Schenkellänge, die bis in die Nähe des Heizleiterträgers 3 reicht. Die Fig. 3b zeigt den Heizleiter gemäß Fig. 3a in einem zum Heizleiterträger 3 senk­ rechten Längsschnitt. Man erkennt, wie die freien Windungen 18′, 18′′ gegenüber der Ebene von Heizleiterträger 3 und befestigten Windungen 6 unter einem spitzen Winkel α ′ bzw. α ′′ in entgegengesetzte Richtun­ gen geneigt verlaufen.

In Fig. 3c ist die Möglichkeit dargestellt, die Windungen und zwar im Ausführungsbeispiel nur die zu den inneren befestigten Windungs­ spitzen 6, in einem zum Heizleiterträger senkrechten Längsschnitt mit einer Wellung zu versehen, während die freien Windungen 18 im wesentlichen gerade verlaufen.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen liegen die äuße­ ren Windungsspitzen 5 im wesentlichen in gleichmäßigem Abstand vom Rand des Heizleiterträgers 3. Hiervon abweichend zeigt die Fig. 3d eine Ausführungsform, bei der die zwischen je zwei benachbarten frei­ en Windungen 18 liegenden äußeren Windungsspitzen 19 vom Heizleiter­ träger 3 einen größeren Abstand aufweisen als die an die befestigten inne­ ren Windungsspitzen 6 anschließenden äußeren Windungsspitzen 5.

Claims (6)

1. Elektrisches Widerstandsheizelement zum Erwärmen eines durch es hindurchströmenden Gases im Strömungsbereich eines Warmluftgeräts, mit einem Heizleiterträger aus Isoliermaterial und einem mäanderförmig geführten Heiz­ leiter mit Windungsspitzen und -schenkeln, wobei der Heizleiter im wesentlichen in einer Ebene angeordnet ist und kreisförmige Außenkontur aufweist und wobei dem Heiz­ leiterträger zugewandte innere Windungsspitzen an seinem Randbereich befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiterträger (3) als ebene Platte ausgebildet und mit den Windungen des Heizleiters (4) im wesentlichen koplanar ist, daß die dem Heizleiterträger (3) abgewand­ ten äußeren Windungsspitzen (5) ohne Befestigung freitra­ gend angeordnet sind, daß zwischen die mit den inneren Windungsspitzen am Heizleiterträger (3) befestigten Win­ dungen diesem zugewandte freie Windungen (18) von gegen­ über den befestigten Windungen (6) geringerer Länge einge­ schaltet sind und daß deren innere Windungsspitzen mit Abstand vom Rand des Heizleiterträgers (3) enden, ohne diesen zu berühren.

2. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freien Windungen (18) abwechselnd unterschiedliche Länge aufweisen.

3. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Windungen (18) gegenüber der Ebene von Heizleiterträger (3) und befestigten Windungen (6) unter einem spitzen Winkel ( α ) geneigt verlaufen.

4. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen in einem zum Heizleiterträger senkrechten Längsschnitt gewellt verlaufen.

5. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens zwei parallel neben­ einander angeordnete Heizleiterträger (3) mit Heiz­ leiter (4) sowie durch ein sternförmiges Halteelement (9) mit im wesentlichen senkrecht zu den Heizleiter­ trägern (3) verlaufenden Haltearmen (10), wobei die Heizleiterträger (3) an mindestens je zwei Haltearmen (10) befestigt sind.

6. Widerstandsheizelement nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizleiterträger (3) je einen zentra­ len Durchbruch (11) aufweisen, daß die verschiedenen Heizleiterträger (3) zugeordneten Haltearme (10) unter­ schiedliche Länge aufweisen und sämtlich zur selben Seite des Halteelements (3) zugeordneten Haltearme (10) die Durchbrüche (11) der dem Halteelement (9) näheren Heizleiterträger (3) durchfassen.