DE4315883A1 - Heizelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizelement, insbesondere für Durchlauferhitzer, umfassend zwei Heizspiralen oder Heiz­ wendeln, welche an einem ersten Ende elektrische Anschluß­ stücke aufweisen und an einem zweiten Ende mittels eines Zwischenstücks miteinander verbunden sind, wobei das Zwischenstück eine elektrische Verbindung zwischen den Heizspiralen und insbesondere eine Auflage für einen Ein­ bau des Heizelements bildet.

Derartige Heizelemente sind aus dem Stand der Technik be­ kannt, bei diesen wird eine durchgehende Heizspirale oder Heizwendel gewickelt, die dann zur Ausbildung des Zwi­ schenstücks in der Mitte entspiralisiert wird und auch an den ersten Enden zur Ausbildung der Anschlußstücke ent­ spiralisiert wird. Die Anschlußstücke werden dann durch Hartlöten mit Anschlußstiften verbunden.

Der Nachteil der bekannten Heizelemente ist darin zu sehen, daß die Herstellung des Zwischenstücks durch Ent­ spiralisierung eines Teils einer Heizspirale aufwendige Herstellungsschritte erfordert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Heiz­ element der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß dies einfacher herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Heizelement der eingangs be­ schriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Heizelement aus zwei getrennten Heizspiralen hergestellt ist und daß das Zwischenstück durch einen eingesetzten Steg gebildet ist, welcher mit den Heizspiralen im Bereich ihrer zweiten Enden verschweißt ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, daß die zwei Heizspiralen einfach herstellbar sind und daß auch das Einsetzen eines Stegs als getrenntes Teil und Verbinden des Stegs mit den Heizspiralen ledig­ lich einfache und vorzugsweise automatisierbare Herstel­ lungsschritte erfordert.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Steg aus einem Flachmaterialstück hergestellt ist, da in diesem Fall der Steg eine größere Stabilität aufweist und auch im Bereich der Auflage eine größere Auflagefläche bietet.

Das Verbinden eines Stegs mit den beiden Heizwendeln bietet ferner die Möglichkeit, den Steg mit einem geringeren elektrischen Widerstand, insbesondere mit einem größeren Leitungsquerschnitt, als ein Draht der Heiz­ spiralen auszuführen, und somit im Bereich des Steges die Erhitzung geringer zu halten als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Heizelementen, was wiederum den Vorteil bietet, daß eine Isolierung zwischen der Auflage und einem Gehäuse des Durchlauferhitzers weniger aufwendig ausge­ führt werden kann oder sogar entfallen kann.

Vorzugsweise hat der Steg einen mindestens zweifach oder dreifach so großen Querschnitt wie der Draht für die Heiz­ spirale oder Heizwendel.

Unter dem erfindungsgemäßen Verschweißen des Stegs mit den Enden der Heizspiralen ist zu verstehen, daß die Heiz­ spiralen mit einer letzten Windung enden und zum Ver­ schweißen mit dem Steg nicht entspiralisiert sind. Dabei besteht die Möglichkeit in erfindungsgemäßer Weise den Steg mit der letzten Windung der Heizspirale zu ver­ schweißen.

Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn der Steg mit einer oder mehreren endseitig liegenden Windungen der Heiz­ spiralen verschweißt sind, so daß die Gefahr eines Auf­ ziehens der Heizspirale am Ende gegeben ist, da die Zug­ kräfte auf die Heizspiralen beim Einbau des Heizelements nicht direkt auf die letzte Windung alleine wirken.

Der Steg bei der erfindungsgemäßen Heizspirale kann in unterschiedlichster Art und Weise geformt und mit den Heizspiralen verbunden werden. Besonders vorteilhaft ist es, um eine möglichst einfache Bauweise zu erhalten, bei welcher der Steg nicht über allzugroße Strecken mit der Heizspirale zusammenwirkt, wenn der Steg Endstücke auf­ weist, welche mit der Heizspirale verschweißt sind, das heißt, daß der Steg nur sich über einen durch die End­ stücke begrenzten Bereich über die Heizspirale erstreckt.

Als besonders zweckmäßig im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung hat es sich erwiesen, wenn der Steg umgekehrt U-förmig ausgebildet ist und insbesondere einen Mittelsteg und zwei von diesem abstehende Schenkel bildet, wobei zweckmäßigerweise die Schenkel die Endstücke tragen.

Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß mittig des Mittelstegs die Auflage angeordnet ist.

Vorzugsweise ist der Mittelsteg mit einer mittigen Aufwöl­ bung versehen, welche eine konkave Auflagefläche bildet.

Hinsichtlich der Verbindung zwischen den Endstücken des Stegs und den Heizspiralen wurden bislang keine näheren Ausführungen gemacht. So ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Endstücke auf einer Umfangsseite der Heizspiralen an­ liegen.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Endstücke entsprechend einer Krümmung der Umfangsseite der jeweiligen Heizspirale geformt sind, so daß ein im wesentlichen flächiges An­ liegen der Endstücke an den Heizspiralen gegeben ist.

Besonders zweckmäßig ist es, insbesondere um keine Behin­ derungen und Probleme beim Einbau der erfindungsgemäßen Heizelemente zu erhalten, wenn die Endstücke auf einer Innenumfangsseite der Heizspiralen anliegen.

Hinsichtlich der elektrischen Anschlußstücke wurden im Zusammenhang mit den vorstehend beschriebenen Ausführungs­ beispielen keine näheren Angaben gemacht. So wäre es bei­ spielsweise trotzdem noch denkbar, daß die elektrischen Anschlußstücke noch entspiralisierte Windungen der Heiz­ spiralen umfassen. Noch vorteilhafter ist es jedoch, wenn die elektrischen Anschlußstücke jeweils einen Anschlußsteg umfassen, welcher jeweils mit dem ersten Ende der jewei­ ligen Heizspirale verschweißt ist.

Darunter ist zu verstehen, daß die Heizspiralen zum Ver­ schweißen mit dem Anschlußsteg nicht zu entspiralisieren sind, sondern mit einer letzten Windung enden.

Prinzipiell wäre es möglich, den Anschlußsteg mit der letzten Windung zu verschweißen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Anschlußsteg mit einer oder mehreren endseitigen Windungen der jeweiligen Heizspirale ver­ schweißt ist, so daß entweder kein ausschließliches Ver­ schweißen mit der letzten Windung erfolgt oder ein Ver­ schweißen mit mindestens einer Vorwindung vor der letzten Windung, um die in die Heizspirale eingeleitete Zugkraft nicht ausschließlich auf die letzte Windung wirken zu lassen.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Anschlußsteg auf einer Umfangsseite der Heizwendel an­ liegt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Anschlußsteg auf einer Innenumfangsseite der Heizwendel anliegt, um ein Verklemmen des Heizelements beim Einbau zu verhindern.

Vorzugsweise haben die Anschlußstege in einem Bereich zwischen den Anschlußstiften und den Heizspiralen oder Heizwendeln eine Querschnittsfläche, welche mindestens das zweifache, noch besser das dreifache der Querschnitts­ fläche des Drahts für die Heizspiralen oder Heizwendeln beträgt. Damit läßt sich unter anderem auch die Anfällig­ keit der Anschlußstege gegen elektrochemische Korrosion in diesem Bereich verbessern.

Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Anschlußsteg entsprechend der Umfangsseite mit seinem an dieser anliegenden Teilbereich gewölbt ist und im wesentlichen flächig an dieser anliegt.

Hinsichtlich der Verbindung des Anschlußstegs mit An­ schlußstiften wurden bislang keine näheren Angaben ge­ macht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß der Anschlußsteg mit den Anschlußstiften verschweißt ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anschlußstifte einen Endbereich mit einer Anschweißfläche aufweisen, mit welcher der Anschlußsteg verschweißt ist.

Zweckmäßigerweise ist dabei die Anschweißfläche gegenüber einer Mantelfläche eines zylindrischen Bereichs der An­ schlußstifte zurückgesetzt, vorzugsweise soweit zurückge­ setzt, daß der mit der Anschweißfläche verschweißte An­ schlußsteg nicht über eine Außenumfangsfläche des zylin­ drischen Bereichs übersteht.

Besonders einfach läßt sich ein Anschlußstift herstellen, wenn die Anschlußfläche eine Zylinderfläche ist.

In diesem Fall ist vorzugsweise der jeweilige Anschlußsteg aus einem Flachmaterial hergestellt und entsprechend der Zylinderfläche in seiner Querrichtung gewölbt.

Eine besonders hohe Stabilität ist dann erhältlich, wenn jeder Anschlußsteg sich in gewölbter Form von dem An­ schlußstift bis zur Heizspirale erstreckt.

Als Materialien für die Heizwendeln oder Heizspiralen kommt vorzugsweise ein Nickel-Chrom-Stahl in Betracht. Als Material für den Steg, die Anschlußstege und die Anschluß­ stifte V2A-Stahl.

Die Schweißverbindungen zwischen den Heizspiralen oder Heizwendeln sowie dem Steg oder den Anschlußstegen sind vorzugsweise als zusatzwerkstoffreie Schweißverbindungen ausgeführt. Insbesondere erfolgt die Schweißung durch Widerstandsschweißung wobei alternativ auch ein Plasma- oder Laserschweißen möglich ist.

Gleiches gilt für die Schweißverbindungen zwischen den Anschlußstiften und den Anschlußstegen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne­ rischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfin­ dungsgemäßen Ausführungsbeispiels und

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizelements umfaßt zwei im Abstand nebeneinanderliegende Heizspiralen 10 und 12, welche erste Enden und 14 und 16 sowie zweite Enden 18 und 20 auf­ weisen. An den ersten Enden ist jeweils ein als Ganzes mit 22 bzw. 24 bezeichnetes elektrisches Anschlußstück mit den Heizwendeln 10 bzw. 12 verbunden. Durch diese elektrischen Anschlußstücke 22 bzw. 24 erfolgt eine Stromversorgung zu den Heizwendeln 10 bzw. 12.

Die Heizwendeln 10 bzw. 12 sind ferner an ihren zweiten Enden mit einem als Ganzes mit 26 bezeichneten Zwischen­ stück miteinander verbunden, wobei dieses Zwischenstück 26 sowohl eine elektrische Verbindung zwischen den Heizwen­ deln 10 bzw. 12 darstellt, als auch eine Auflage 28 um­ faßt, mit welcher das gesamte Heizelement beim Einbau, beispielsweise in einen Durchlauferhitzer, fixierbar ist.

Das Zwischenstück 26 ist erfindungsgemäß als umgekehrt U-förmiger Steg 30 aus Flachmaterial ausgebildet. Der Steg 30 weist zwei im wesentlichen parallel zueinander verlau­ fende Schenkel 32 und 34 sowie einen Mittelsteg 36 auf, welche aus einem Flachmaterialstück gebildet sind, wobei eine Breitseite 38 des Flachmaterialstücks quer zu einer Krümmungsebene steht, in welcher die Schenkel 32 und 34 sowie der Mittelsteg 36 des Stegs 30 liegen.

Der Steg 30 greift mit seinen beiden Schenkeln 32 und 34 von Seiten einer endseitigen Öffnung 40 bzw. 42 der Heiz­ wendeln 10 bzw. 12 in diese ein und liegt mit diesen Schenkeln 32 bzw. 34 an Innenumfangsseiten 44 bzw. 46 der Heizwendeln an, wobei die Schenkel 32 und 34 mit ihren Breitseiten 38 entsprechend der Innenumfangsfläche 44 bzw. 46 der Heizwendeln 10 bzw. 12 geformt sind, um voll flächig mit der Breitseite 38 an den Innenumfangsflächen 44 bzw. 46 anzuliegen. Die Schenkel 32 und 34 sind über Schweiß­ stellen 48 bzw. 50 mit mehreren endseitigen Windungen 52 bzw. 54 der Heizwendeln 10 bzw. 12 verbunden. Vorzugsweise liegen die Schweißstellen 48, 50 in einander zugewandten endseitigen Bereichen der Heizwendeln 10 bzw. 12.

Der Mittelsteg 36 erstreckt sich vorzugsweise gerade zwischen den beiden Schenkeln 32 und 34, welche ungefähr im rechten Winkel von dem Mittelsteg 36 abstehen.

Zur Ausbildung der Auflage 28 ist der Mittelsteg 36 ferner mittig mit einer Aufwölbung 56 versehen, welche eine kon­ kave Auflagefläche 58 bildet.

Durch den Steg 30 werden die beiden Heizwendeln 10 bzw. 12 im Bereich ihrer zweiten Enden 18 bzw. 20 im Abstand von­ einander gehalten und erstrecken sich im Abstand nebenein­ ander, vorzugsweise parallel zueinander bis zu den zweiten Enden 14 bzw. 16, welche mit den Anschlußstücken 22 bzw. 24 verbunden sind.

Die Anschlußstücke 22 bzw. 24 umfassen einerseits An­ schlußstifte 60 bzw. 62, welche an einem Ende einen Ge­ windeabschnitt 64 bzw. 66 aufweisen, im Anschluß an den Gewindeabschnitt 64 bzw. 66 jeweils einen Bund 68 bzw. 70, welcher als Anschlag beim Einbau der Anschlußstifte 60 bzw. 62 in einen Durchlauferhitzer mittels auf dem Gewin­ deabschnitt 64 bzw. 66 aufgeschraubter Muttern dient.

Von dem Bund 68 bzw. 70 weg erstreckt sich bis zu einem den Gewindeabschnitten 64 bzw. 66 gegenüberliegenden Ende ein zylindrischer Bereich 72 bzw. 74 und auf diesen folgt, angeordnet an einem den Gewindeabschnitten 64 bzw. 66 ge­ genüberliegenden Ende, ein Befestigungsstück 76 bzw. 78, welches eine zylindrische Mantelfläche 80 bzw. 82 auf­ weist, die gegenüber einer Außenmantelfläche der zylin­ drischen Bereiche 72 und 74 zurückgesetzt ist. Auf die zylindrische Mantelfläche 80 bzw. 82 der Befestigungs­ stücke 76 bzw. 78 ist ein Anschlußsteg 84 bzw. 86 aus Flachmaterial aufgeschweißt, dessen Breitseite 88 bzw. 90 gewölbt ist und im wesentlichen voll flächig auf der zylin­ drischen Mantelfläche 80 bzw. 82 aufliegt und mit dieser durch einen Schweißpunkt 92 bzw. 94 verbunden ist.

Die zylindrische Mantelfläche 80 bzw. 82 ist gegenüber der zylindrischen Umfangsfläche des Zylinderbereichs 72 und 74 soweit zurückgesetzt, daß die mit den Befestigungsstücken 76 bzw. 78 verschweißten Anschlußstege 84 bzw. 86 radial nicht über die Außenmantelflächen der zylindrischen Bereiche 72 bzw. 74 überstehen.

Die Anschlußstege 84 bzw. 86 erstrecken sich mit ihren entsprechend der zylindrischen Mantelfläche 80 bzw. 82 gewölbten Abschnitten 96 bzw. 98 im wesentlichen bis zum ersten Ende 14 bzw. 16 der Heizwendeln 10 bzw. 12 und greifen durch eine endseitige Öffnung 100 bzw. 102 in diese ein.

Zur Verbindung mit den Heizwendeln 10 bzw. 12 sind die An­ schlußstege 84 bzw. 86 mit endseitigen Schweißfahnen 104 bzw. 106 versehen, welcher an der Innenumfangsfläche 44 bzw. 46 der Heizwendeln anliegen und mit endseitigen Win­ dungen 106 bzw. 108 ebenfalls über eine Schweißstelle 110 bzw. 112 verschweißt sind. Vorzugsweise sind die Schweiß­ fahnen 104 bzw. 106 entsprechend der Innenumfangsflächen 44 bzw. 46 gewölbt und liegen im wesentlichen voll flächig an diesen an.

Im eingebauten Zustand eines erfindungsgemäßen Heizele­ ments liegt dieses, beispielsweise in einem Durchlaufer­ hitzer, mit der Auflagefläche 58 auf einem sich zwischen die Heizwendeln 10 bzw. 12 erstreckenden Gehäuseteil auf und wird mittels den Anschlußstiften 60 bzw. 62 ver­ schraubt, wobei durch die Anschlußstifte 60 bzw. 62 und die Anschlußstege 84 bzw. 86 ein Zug auf die Heizwendeln 10 bzw. 12 ausgeübt wird, so daß diese in ihrer Längsrich­ tung gedehnt sind und somit gespannt werden. Die Zugkräfte werden dabei einerseits durch die Auflagefläche 58 und andererseits durch auf die Gewindeabschnitte 64 bzw. 66 aufgeschraubte Muttern aufgenommen.

Vorzugsweise sind die Heizwendeln aus Nickel-Chrom-Stahl, insbesondere im Verhältnis 80 : 20, hergestellt, und der Steg 30 und die Anschlußstege 84 und 86 sowie die An­ schlußstifte 60 und 62 sind aus V2A-Stahl hergestellt.

Claims (17)

1. Heizelement, insbesondere für Durchlauferhitzer, um­ fassend zwei Heizspiralen, welche an einem ersten Ende elektrische Anschlußstücke aufweisen und an einem zweiten Ende mittels eines Zwischenstücks mit­ einander verbunden sind, wobei das Zwischenstück eine elektrische Verbindung zwischen den Heizspiralen für einen Einbau des Heizelements bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus zwei getrennten Heizspiralen (10, 12) hergestellt ist und daß das Zwischenstück (26) durch einen eingesetzten Steg (30) gebildet ist, welcher mit den Heizspiralen (10, 12) im Bereich ihrer zwei­ ten Enden (18, 20) verschweißt ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (30) aus einem Flachmaterialstück herge­ stellt ist.

3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Steg (30) einen geringeren elek­ trischen Widerstand als ein Draht der Heizspiralen (10, 12) aufweist.

4. Heizelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (30) mit einer oder mehreren endseitig liegenden Windungen der Heiz­ spiralen (10, 12) verschweißt ist.

5. Heizelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (30) umgekehrt U-förmig ausgebildet ist.

6. Heizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg einen Mittelsteg (36) und zwei von diesem abstehende Schenkel (32, 34) aufweist und daß die Schenkel (32, 34) mit den Heizspiralen (10, 12) verschweißte Endstücke tragen.

7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (32, 34) auf eine Umfangsseite (44, 46) der Heizspiralen (10, 12) anliegen.

8. Heizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (32, 34) entsprechend einer Krüm­ mung der Umfangsseite (44, 46) der jeweiligen Heiz­ spirale (10, 12) geformt sind.

9. Heizelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Endstücke (32, 34) auf einer Innen­ umfangsseite (44, 46) der Heizspiralen (10, 12) an­ liegen.

10. Heizelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Anschluß­ stücke (60, 62) des Heizelements jeweils einen An­ schlußsteg (84, 86) umfassen, welcher jeweils mit dem ersten Ende (14, 16) der jeweiligen Heizspirale (10, 12) verschweißt ist.

11. Heizelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußsteg (84, 86) mit einer oder mehreren endseitigen Windungen der jeweiligen Heizspirale ver­ schweißt ist.

12. Heizelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlußsteg (84, 86) auf einer Um­ fangsseite (44, 46) der jeweiligen Heizwendel (10, 12) anliegt.

13. Heizelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußsteg (84, 86) auf einer Innenumfangs­ seite (44, 46) der jeweiligen Heizwendel (10, 12) an­ liegt.

14. Heizelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlußsteg (84, 86) entsprechend der jeweiligen Umfangsseite (44, 46) mit seinem an dieser anliegenden Teilbereich (104, 106) gewölbt ist.

15. Heizelement nach einem der Ansprüche 10 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der jeweilige Anschlußsteg (84, 86) mit dem jeweiligen Anschlußstift (60, 62) verschweißt ist.

16. Heizelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Anschlußstift (60, 62) einen Endbereich mit einer Anschweißfläche (80, 82) aufweist, mit welcher der jeweilige Anschlußsteg (84, 86) verschweißt ist.

17. Heizelement nach einem der Ansprüche 10 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Anschlußsteg (84, 86) sich in gewölbter Form von dem jeweiligen Anschluß­ stift (60, 62) bis zur jeweiligen Heizspirale (10, 12) erstreckt.