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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung sowie auf ein Verfahren
zur Herstellung einer Heizvorrichtung nach den Oberbegriffen der
Ansprüche
1 und 21.
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In
elektrischen Haushaltsgeräten,
insbesondere in solchen zum Waschen und Trocknen von Wäschestücken bzw.
Geschirr, werden zum Erhitzen des Reinigungswassers bzw. der Trocknungsluft elektrische
Heizvorrichtungen verwendet. Bei der Entwicklung dieser Haushaltsgeräte ist man
bestrebt, zum einen den elektrischen Energiebedarf der Geräte zu senken,
im Falle von Waschmaschinen beispielsweise durch Reduzierung der
Wassermenge, und zum anderen eine niedrige Ausfallrate der Geräte zu gewährleisten.
Im Fehlerfall soll eine Reparatur mit geringen Reparaturkosten verbunden
sein. Schließlich
wird eine kompakte Bauweise der Heizvorrichtung selbst angestrebt,
wobei insbesondere die Anschlusselemente der Heizvorrichtung auf Grund
ihrer Empfindlichkeit gegenüber
Beschädigungen
besonders berücksichtigt
werden müssen.
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Aus
der
EP 0 204 984 A2 ist
eine Wäschewaschmaschine
bekannt, bei der ein Rohrheizkörper im
unteren Bereich des Laugenbehälters
angeordnet ist, welcher außerdem
mit wenigstens einem Thermostaten für die Steuerung der Temperatur
versehen ist. Infolge der Ausgestaltung dieser Heizvorrichtung mit
einem einen verhältnismäßig großen Durchmesser
aufweisenden Mantelrohr ist ein nicht unerheblicher Mindestpegel
für das
Waschwasser notwendig, damit der Rohrheizkörper vollständig von Wasser umgeben ist
und ein Durchbrennen verhindert wird. Ein derartig hoher Mindestpegel
läuft aber
der vorstehend erwähnten
Forderung nach Energieeinsparung zuwider. Darüber hinaus werden während des Waschvorgangs
vom Waschgut Fasern freigesetzt, welche sich vorzugsweise im unteren
Bereich des Laugenbehälters
ansammeln. Der darin angeordnete Rohrheizkörper stellt dabei ein erhebliches
Strömungshindernis
dar, auf welchem sich solche Fasern bevorzugt festset zen. Dies führt dann
zu partiellen thermischen Isolierungen, wodurch sich die Heizwendel
des Rohrheizkörpers
weiter erwärmt
und dadurch beschädigt
werden kann. Außerdem
hat der Rohrheizkörper
mit seiner geringen Oberfläche
im Verhältnis
zu der an das zu erhitzende Waschwasser abzuführenden Wärmemenge eine relativ hohe Oberflächentemperatur.
Dies begünstigt
insbesondere das Anhaften von Schmutzpartikeln sowie Kalkansatz
und hat wiederum eine Verkürzung
der Lebensdauer zur Folge.
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Aus
der
DE 197 49 958 A1 ist
weiterhin eine Wäschewaschmaschine
bekannt, bei der die genannten Nachteile hinsichtlich der Anlagerung
von Fasern durch Integration eines Rohrheizkörpers in einem Gehäuse vermieden
werden sollen. Jedoch kann durch die Verwendung eines Rohrheizkörpers mit
einem einen verhältnismäßig großen Durchmesser
aufweisenden Mantelrohr eine Reduzierung des benötigten Waschwassers und damit
eine Reduzierung der benötigten
Wärmemenge
zum Aufheizen nicht erreicht werden. Gegenüber der Verwendung des reinen
Rohrheizkörpers
wird sogar aufgrund des größeren Volumens
der Anordnung infolge des zusätzlichen
Gehäuses
mehr Wasser benötigt.
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Aus
dem DE-GM 18 23 414 ist eine Wäschewaschmaschine
bekannt, bei der auf der Innen- bzw. Außenseite
des Laugenbehältermantels
Flächenheizkörper angeordnet
sind. Jedoch ergibt sich bei beiden Alternativen der Nachteil der
schlechten Wärmeausnutzung,
da nur ein Halbraum der Heizelemente in Richtung des zu beheizenden
Waschwassers wirkt. Außerdem
hat die feste Integration der Heizvorrichtung in den Mantel des
Laugenbehälters den
Nachteil, dass eine Auswechslung im Reparaturfall nicht mehr möglich ist.
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Aus
der japanischen Patentanmeldung 11-307 233 ist eine Heizvorrichtung
bekannt, bei der ein elektrisches Heizelement zwischen zwei Aluminiumnitritplatten
in Glas eingeschmolzen ist und bei der die elektrischen Anschlüsse an einer
Seite herausgeführt
sind. Bei dieser Heizvorrichtung besteht jedoch der Nachteil, dass
die elektrischen Anschlüsse
aufwendig gegen Abknicken und Abbrechen geschützt werden müssen. Schließlich ist
die Herstellung einer solchen Heizvorrichtung insgesamt aufwendig.
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Aus
der
DE 34 39 339 A1 geht
eine elektrische Heizeinheit zur Verwendung in einem Handlöt- bzw.
Handendlötgerät hervor.
Hierbei ist eine elektrische Widerstandsschicht zwischen zwei Isolatorscheiben
angeordnet und von zwei metallischen Mantelflächen umgeben. Die Verbindung
der Mantelflächen
erfolgt durch Umbiegen bzw. Umbörteln
der Randkanten der einen Mantelhälfte.
Damit ist eine mediumsdichte Verbindung der Mantelhälften nicht gegeben.
Darüber
hinaus ist die Kontaktierung des elektrischen Widerstands-Heizelements
in die Heizeinheit integriert, indem die Anschlussflächen über Ausnehmungen
in der Isolatorscheibe und Ausnehmungen in der Mantelseite zugänglich ausgeführt sind.
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Weiterhin
ist aus dem US-Patent 1,705,696 ein elektrisches Heizelement entnehmbar,
das in ein Gehäuse
aus einem flachgedrückten
Rohr eingesetzt ist. Die Anschlüsse
befinden sich an den stirnseitigen Enden, welche offen sind und
keine Abdichtung aufweisen. Darüber
hinaus ist ein Temperaturerfassungselement nicht vorgesehen.
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In
dem US-Patent 1,154,409 ist eine flache Heizeinrichtung gezeigt,
bei der die elektrischen Widerstandselemente zwischen zwei flachen
Mantelflächen
eingebettet sind. Hierbei werden die leiden Mantelflächen mit
Hohlnieten verbunden, um ein Aufwölben der Mantelflächen zu
verhindern. Da die Ränder
der Mantelflächen
durch Umbiegen bzw. Umbörteln
miteinander verbunden sind, ist keine mediumsdichte Verbindung vorhanden.
Darüber
hinaus findet sich bei diesem Heizelement kein Temperaturerfassungselement.
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Aus
dem US-Patent 4,203,198 geht eine Heizplatte mit Sandwich-Aufbau
hervor, bei der die einzelnen Elemente zwar mittels eines Binders
verbunden sind, die jedoch nicht als mediumsdicht beschrieben ist.
Auch hier ist kein Temperaturerfassungselement vorgesehen.
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Des
Weiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 198 26 544 eine
Heizplatte in Sandwich-Bauweise zum Verlegen auf Fußböden oder Wänden entnehmbar.
Hierbei besitzen die Heizplatten Anschlussaussparungen an den Rändern, jedoch sind
diese Aussparungen in den Flächenelektroden des
Heizelements angeordnet, um gerade eine Kontaktierung der Flächenelektroden
der Aussparungen an der Anschlussstelle zu verhindern. Auch liegen
die wenigstens zwei Aussparungen, mit Bezug auf die elektrische
Heizwiderstandsschicht, funktionsbedingt auf sich gegenüberliegenden
Seiten. Schließlich
ist das Heizelement nach außen
mit einer Isolationsschicht umgeben. Auch hier ist weder eine mediumsdichte
Abdichtung an den Stoßkanten
der Mantelseiten noch ein Temperaturerfassungselement beschrieben.
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Des
Weiteren geht aus der deutschen Auslegeschrift 26 16 855 ein Verfahren
zum Isolieren eines Flächenheizelements
hervor, bei dem zwei Hälften aufeinandergefaltet
werden. Jedoch handelt es sich hierbei nicht um Mantelflächen aus
einem gut wärmeleitenden
Metall, sondern um Isolationsmaterial.
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Schließlich zeigt
das deutsche Gebrauchsmuster 78 38 558 ein elektrisches Heizelement,
welches in ein flachgedrücktes
Rohr integriert ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Heizvorrichtung sowie
ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art so auszubilden,
die bei einfacher konstruktiver Gestaltung der Heizvorrichtung eine
kostengünstige
Erwärmung
des Mediums mit hohem Wirkungsgrad ermöglichen.
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Die
vorstehende Aufgabe wird hinsichtlich der Heizvorrichtung durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den sich daran anschließenden Ansprüchen 2 bis
19 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu.
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Durch
das Vorsehen wenigstens eines Anschlussbereiches an dem Mantel,
in dem die elektrischen Anschlüsse
des wenigstens einen Widerstands-Heizelementes angeordnet und von
außen kontaktierbar
sind, wird vermieden, dass bei der Herstellung, der Montage und/oder
der Lagerung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
die elektrischen Anschlüsse
des Widerstands-Heizelementes beschädigt werden können. Darüber hinaus
weist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung
keine über
ihre Außenumfangskontur
hinaus überstehende
Elemente auf, die einen besonderen Schutz bzw. eine besondere Verpackung
benötigen.
Da die elektrischen Anschlüsse
aus elektrisch gutleitendem Material gefertigt sein müssen und
damit teuer sind, ermöglicht
die erfindungsgemäße Lösung diese
materialsparend herstellen zu können.
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Um
dabei die Temperatur des zu erhitzenden Mediums überwachen zu können, ist
weiterhin wenigstens ein elektrische Anschlüsse aufweisendes Temperaturerfassungselement
im Inneren des Mantels angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Anschlüsse des
Temperaturerfassungselementes ebenfalls im Anschlussbereich angeordnet
und von außen kontaktierbar.
Das Temperaturerfassungselement kann auch zur Steuerung und/oder
thermischen Überwachung
sowie Absicherung des Widerstands-Heizelementes dienen. Grundsätzlich besteht aber
auch die Möglichkeit,
die Funktion der Überwachung
des zu erhitzenden Mediums und die der thermischen Überwachung
sowie Absicherung des Widerstands-Heizelementes durch zwei oder
mehrere unterschiedliche Elemente vorzunehmen.
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Das
Temperaturerfassungselement kann beispielsweise durch Aufbringen
von Thermistorenpasten (NTC- oder PTC-Pasten) realisiert werden, welche
beispielsweise durch Siebdrucktechnik auf wenigstens eine der Innenseiten
der Mantelseiten aufgebracht wird. Ebenso besteht die Möglichkeit, Thermistorenpillen
(NTC- oder PTC-Pillen) einzusetzen. Weiterhin kann das Temperaturerfassungselement
in Form von gedruckten Thermoelementen oder einzelnen Thermobauteilen,
die eingelegt werden, ausgeführt
werden.
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Weiterteill
ist der Mantel aus zwei einzelnen Flächenelementen aufgebaut ist,
deren Außenseiten jeweils
eine Mantelseite bil den und die wenigstens an ihren in Kontakt mit
dem Medium stehenden Stoßkanten
gegenüber
dem Medium abgedichtet miteinander verbunden sind. Grundsätzlich können hierbei die
Flächenelemente
jeweils eine unterschiedliche Form aufweisen. Eine besonders einfache
Herstellung wird aber dadurch erzielt, dass die Flächenelemente
deckungsgleich ausgebildet sind.
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Um
hierbei eine auch über
einen langen Betriebszeitraum wirksame Abdichtung erzielen zu können, kann
weiterhin vorgesehen sein, dass die beiden Flächenelemente vor ihrer Verbindung
entsprechend gewölbt
vorgeformt werden, beispielsweise durch einen Rollvorgang. Hierdurch
wird den Flächenelementen
eine Vorspannung aufgeprägt,
die sich aufgrund der Wärmeausdehnung
im Betrieb noch weiter erhöht
und die Kontaktkraft zwischen den beiden Flächenelementen automatisch ansteigen lässt.
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Als
weitere Möglichkeit
zur Herstellung des Mantels kann vorgesehen sein, dass der Mantel
aus einem einzigen Flächenelement
mit zwei Faltabschnitten besteht, deren Außenseiten jeweils eine Mantelseite
bilden und die durch Umfalten des Flächenelementes entlang einer
Faltlinie aufeinanderliegen und wenigstens an ihren in Kontakt mit
dem Medium stehenden Stoßkanten
abgedichtet miteinander verbunden sind. Auch hier können die
beiden Faltabschnitte eine aufgeprägte Vorspannung in der vorstehend
erläuterten
Weise erhalten.
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Die
Verbindung an den in Kontakt mit dem Medium stehenden Stoßkanten
kann hierbei durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch
Schweißen,
Löten oder
Kleben erfolgen. Grundsätzlich
besteht dabei die Möglichkeit,
die mediumsdichte Verbindung an den Stoßkanten über den Bereich hinaus zu erweitern,
der im Betrieb der Heizvorrichtung nicht mit dem Medium in Kontakt
steht.
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Als
weitere Möglichkeit
für den
wärmeleitenden,
flächigen
Mantel kann ein Rohr vorgesehen sein, welches flach gedrückt wird.
Hierbei besteht die Möglichkeit,
dass das flachgedrückte
Rohr an wenigstens einem stirnseitigen Ende mediumsdicht verschlossen
ist.
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Um
die mechanische Festigkeit über
die gesamte Lebensdauer der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung gewährleisten
zu können,
ist es vorteilhaft, wenn die Mantelseiten bzw. die beiden Flächenelemente
oder die beiden Faltabschnitte des Mantels auch beabstandet von
den Stoßkanten
vereinzelt oder durchgehend miteinander verbunden sind. Dies kann
dadurch erzielt werden, dass die Mantelseiten an vorbestimmten Stellen
mit Abstand zu den Stoßkanten
und außerhalb
des wenigstens einen Widerstands-Heizelements und des gegebenenfalls
vorhandenen mindestens einen Temperaturerfassungselementes verbunden,
vorzugsweise stoffschlüssig verbunden
sind. Die stoffschlüssige
Verbindung kann wiederum durch Schweißen, Kleben oder Löten erfolgen.
Um die stoffschlüssige
Verbindung herstellen zu können,
hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn für diese
in wenigstens einer der Mantelseiten und/oder der elektrischen Isolation,
die an den Innenseiten der Mantelseiten zur elektrischen Isolation
des Widerstands-Heizelementes und des gegebenenfalls vorhandenen
mindestens einen Temperaturelementes angeordnet ist, wenigstens
eine Verbindungsausnehmung vorgesehen ist.
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Um
auf einfache Weise eine elektrische Kontaktierung des wenigstens
einen Widerstands-Heizelementes
und des gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Temperaturelementes
im Anschlussbereich der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung zu ermöglichen,
kann weiterhin vorgesehen sein, dass im Anschlussbereich des Mantels
für die
elektrischen Anschlüsse
des wenigstens einen Widerstands-Heizelementes und des gegebenenfalls
vorhandenen mindestens einen Temperaturerfassungselementes wenigstens
eine Anschlussausnehmung in mindestens eine der Mantelseiten vorgesehen
ist. Um die Kontaktierung des wenigstens einen Heizelementes und
des gegebenenfalls vorhandenen mindestens einen Temperaturerfassungselementes
sicher gewährleisten
zu können,
ist es weiterhin von Vorteil, wenn für jeden elektrischen Anschluss
des Heizelementes und des gegebenenfalls vorhandenen Temperaturerfassungselementes
jeweils eine Anschlussausnehmung vorgesehen ist. Weist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung
mehrere Widerstands-Heizelemente und/oder mehrere Temperaturerfassungselemente bzw.
weitere Steuer- und/oder Regelelemente auf, so können mehrere Anschlussausnehmungen
vorgesehen sein, die an unterschiedlichen Stellen in beiden Mantelseiten
vorgesehen sind. Mit anderen Worten sind dann die Anschlussausnehmungen
in den beiden Flächenelementen
bzw. den Faltabschnitten an verschiedenen Stellen vorhanden.
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Hierbei
kann eine oder mehrere Anschlussausnehmungen im Bereich einer Randkante
einer Mantelseite, vorzugsweise an der Randkante selbst oder im
Mittenbereich einer Mantelseite vorgesehen sein. Selbstverständlich ist
auch eine Kombination dieser beiden Anordnungsstellen möglich.
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Weisen
die Anschlüsse
des wenigstens einen Heizelementes einen gegenüber dem übrigen Teil des Widerstands-Heizelementes
geringeren elektrischen Widerstand auf, so wird hierdurch im Anschlussbereich
der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
eine „kalte
Zone" geschaffen,
d.h. eine Zone, in der keine Wärmeabgabe
erfolgt.
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Um
eine gute Wärmeabgabe
der von dem wenigstens einen Widerstands-Heizelement erzeugten Wärme über den
Mantel zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Mantel aus einem
gut wärmeleitenden
Material hergestellt ist, andererseits gegenüber korrosiv wirkenden Medien
beständig
ist. Daher hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Mantel
aus Edelstahl oder korrosionsfestem Aluminium hergestellt ist.
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Für das wenigstens
eine Heizelement werden Materialien bevorzugt, die einen hohen elektrischen
Widerstandswert besitzen. Hierbei kann es sich beispielsweise um
Heizleiterlegierungen, wie Cr, Al, Fe, CrNiFe, Nickellegierungen
oder auch Widerstandspasten wie in der Dickschichttechnik üblich, handeln.
Ebenso können
eine Ferro-Nickel-Legierung, eine Nickel-Chrom-Legierung oder Graphit hierfür Verwendung
finden.
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Für das Temperaturerfassungselement
sowie gegebenenfalls weitere Steuer- oder Regelelemente kann eine
Therminstorenpaste (NTC- oder PTC-Paste) bzw. Therminstorenpillen
(NTC- oder PTC-Pillen) Verwendung finden. Darüber hinaus können Thermoelemente,
die als einzelnes Element eingesetzt oder auch mittels Siebdrucktechnologie
eingebracht werden können,
verwendet werden.
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Um
die elektrische Isolation des wenigstens einen Widerstands-Heizelementes
von dem aus elektrisch leitfähigem
Material hergestellten Mantel zu erreichen, kann an der Innenseite
des Mantels eine elektrische Isolation vorgesehen sein. Diese kann
beispielsweise durch Aufbringen einer an den Mantelinnenseiten jeweils
vorgesehenen Schicht zur elektrischen Isolation des Heizelementes,
vorzugsweise in Form einer Kapton-Folie, Aluminiumoxyd oder einer
Glaskeramik hergestellt sein.
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Die
vorstehende Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmalen
des Anspruchs 20 gelöst.
In den sich daran anschließenden
Ansprüchen
21 bis 37 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
lassen sich die gleichen Vorteile erzielen, wie sie vorstehend im
Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung erläutert worden
sind.
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Die
erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann
bei den unterschiedlichsten Geräten
bzw. Maschinen eingesetzt werden. So kann diese beispielsweise bei
Wäschewaschmaschinen,
Geschirrspülmaschinen,
Wäschetrocknern
usw. Verwendung finden. Hierbei besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung
mit nur einem geringfügigen Abstand
zu einer Wand eines Laugenbehälters
anzuordnen. Ebenso besteht die Möglichkeit,
aufgrund ihrer ebenflächigen
Ausgestaltung als Teil der Wand des Laugenbehälters vorzusehen.
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Die
erfindungsgemäße Heizvorrichtung
lässt sich
insbesondere bei dem Erhitzen eines Reinigungsmediums in einer Waschmaschine
einsetzen. Bei dieser Waschmaschine kann es sich um eine Geschirrspülmaschine
oder eine Wäschewaschmaschine
handeln. Infolge der geringen Bauhöhe der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
die vorzugsweise in einem Bereich von 1,5 mm bis 6 mm liegen kann, lässt sich
der minimal notwendige Pegel für
das Reinigungsmedium gegenüber
den Waschmaschinen reduzieren, die bekannte Rohrheizkörper verwenden.
Die im Stand der Technik eingesetzten Rohrheizkörper weisen eine Profilhöhe zwischen
6,5 mm und 8,5 mm auf. Da der Abstand zu der Wand der Waschmaschine
sowohl bei den bekannten Rohrheizkörpern als auch bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
bzw. Flachheizvorrichtung gleich ist, wird durch die geringere Bauhöhe erreicht,
dass der Pegel des Mediums geringer ausfallen kann. In diesem Zusammenhang
ist zu bemerken, dass der Minimalpegel eines Reinigungsmediums durch
die Tatsache bestimmt ist, dass die Heizvorrichtung vollständig von
dem Reinigungsmedium umschlossen sein muss, um ein Durchbrennen
der Heizvorrichtung zu verhindern.
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Eine
weitere vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
lässt sich
dadurch erzielen, dass mehrere derartige Heizvorrichtungen in beabstandeter,
aber paralleler Ausrichtung zueinander angeordnet sind, wobei die
einzelnen Heizvorrichtungen über
geeignete, vorzugsweise lösbare Verbindungselemente
miteinander verbunden sind. Hierdurch lässt sich eine radiatorähnliche
Gesamtheizvorrichtung modulartig aufbauen, die beispielsweise zur
Erwärmung
eines an den ebenflächigen
Mantelseiten vorbeiströmenden
Luftstromes einsetzen lässt.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den Zeichnungsfiguren
erläutert.
Die hier- bei verwendeten
Begriffe „links", „rechts", „unten" und „oben" beziehen sich auf
die Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Figurenbezeichnungen.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass in den einzelnen Ausführungsbeispielen
baugleiche und/oder funktionsgleiche Bauteile durch gleiche Bezugszeichen
gekennzeichnet sind. Hierbei ist:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
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2A–2C perspektivische
Ansichten, die die Herstellschritte bei der Fertigung der in 1 gezeigten
Heizvorrichtung wiedergeben;
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3 eine
perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
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4A – 4D perspektivische
Ansichten, die die Herstellschritte bei der Fertigung der Heizvorrichtung
gemäß der 3 wiedergeben;
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5 eine
perspektivische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
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6A – 6C perspektivische
Ansichten, die die Herstellschritte bei der Fertigung der in 5 gezeigten
Heizvorrichtung wiedergeben;
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7 eine
perspektivische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
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8A – 8C perspektivische
Ansichten, die die Herstellschritte bei der Fertigung der in 7 gezeigten
Heizvorrichtung wiedergeben;
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9 eine
perspektivische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
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10 eine
perspektivische Teildarstellung der Einbaulage einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
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11 eine
Draufsicht auf ein sechstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
und
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12 eine
Seitenansicht der Einbaulage der in 11 gezeigten
Heizvorrichtung.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung 10 schematisch
dargestellt. Die Heizvorrichtung 10 weist eine Rechteckform
auf, bei der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Verhältnis zwischen
Breitenmaß und
Längenmaß im Bereich von
1 : 1,5 bis 1 : 8 beträgt.
Die Dicke bzw. Stärke
der Heizvorrichtung 10 ist, wie dies aus 1 hervorgeht,
sehr viel kleiner als deren Breite bzw. Länge. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel
kann das Verhältnis
zwischen Dicke bzw. Stärke
und Länge
der Heizvorrichtung im Bereich von 1 : 30 bis 1 : 100 liegen. Idealerweise
besitzt eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung
eine Dicke bzw. Höhe
im Bereich von 1,5 mm bis 6 mm.
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Die
Heizvorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem wärmeleitenden,
insbesondere gut wärmeleitenden
Mantel 20 sowie einem im Inneren des Mantels 20 angeordneten
Widerstands-Heizelementes 30. Der Mantel 20 wiederum
besteht aus zwei deckungsgleichen, flachen Flächenelementen 22, 24,
die entsprechend der Rechteckform der Heizeinrichtung 10 ebenfalls
eine Rechteckform besitzen. Die beiden Flächenelemente 22, 24 weisen
die gleiche Dicke bzw. Stärke
auf.
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Das
in 2A rechte Flächenelement 24, dessen
Außenseite
im fertiggestellten Zustand der Heizvorrichtung 10 die
obere, ebenflächige
Mantelseite 20a der Heizvorrichtung 10 bildet,
besitzt an seinem unteren stirnseitigen Ende bzw. unteren Breitenende 24a zwei
Kontaktausnehmungen 26, die sich von der Randkante 24a in
einem Winkel von zumindest annähernd
90° in das
Innere des Flächenelementes 24 gleich
weit erstrecken. Die beiden Anschlussausnehmungen 26 weisen
ebenfalls eine Rechteckform auf und sind jeweils beabstandet sowie
symmetrisch zur Mittellängsachse
des Flächenelementes 24 angeordnet.
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Die
beiden Innenseiten der Flächenelemente 22, 24 sind
darüber
hinaus mit einer elektrisch isolierenden Folie 28 als Isolierschicht
versehen, die vorzugsweise eine Kapton-Folie ist. Die Isolierschicht 28 besitzt
an den beiden Seitenlängskanten 22b, 22d bzw. 22b, 24d sowie
an den den beiden Verbindungsausnehmungen 26 gegenüberliegenden
Stirnseiten 22c bzw. 24c der beiden Flächenelemente 22, 24 einen
konstanten Abstand zu diesen Randkanten 22b, 22c, 22d bzw. 24b, 24c, 24d.
An der die Anschlussausnehmungen 26 aufweisenden Randkante 22a bzw. 24a der
beiden Flächenelemente 22, 24 reicht
die Isolierschicht bis an diese Randkante 22a bzw. 24a.
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An
der Innenseite des einen Flächenelementes,
des Flächenelementes 22,
ist das Widerstands-Heizelement 30 angeordnet. Das Widerstands-Heizelement 30 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
als aus einem Blech aus einer entsprechenden Heizleiterlegierung
ausgestanztes Heizleiterband und erstreckt sich in nur einer Ebene.
Das Widerstands-Heizelement 30 ist
in W-Form an der Innenseite 22e des Flächenelementes 22 symmetrisch zu
diesem angeordnet. An seinen beiden Enden ist das Widerstands-Heizelement 30 mit
Anschlusselementen 32 versehen, die jeweils aus einem Bandstück 32a und
einer Anschlussfahne 32b bestehen. Sowohl die Bandstücke 32a als
auch die Anschlussfahnen 32b sind aus einem gut elektrisch
leitenden Material gefertigt, so dass der elektrische Strom an dieser
Stelle nicht in Wärme
umgewandelt wird. Dieser Bereich ist in 2c durch
die Linie A gekennzeichnet. Unterhalb der Linie A befindet sich
eine sogenannte „kalte
Zone" bzw. der Anschlussbereich 20c der
Heizvorrichtung 10. Oberhalb der Linie A ist die „heiße Zone" bzw. der Erhitzungsbereich.
Wie aus 2C hervorgeht, ist die mittlere
180°-Biegung des
Widerstands-Heizelementes 30 bis dicht an die Linie A herangeführt. Im
Extremfall kann diese Biegung die Linie A tangential berühren.
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Die
beiden Anschlussfahnen 32b an den Enden des Widerstands-Heizelementes 30 sind
so an der Innenseite 22e des Flächenelementes 22 angebracht,
dass sie mit den Anschlussausnehmungen 26 des anderen Flächenelementes 24 fluchten.
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Die
Montage der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 wird
nachstehend erläutert:
Zunächst werden
aus geeigneten Blechen die beiden Flächenelemente 22, 24 beispielsweise
durch Stanzen hergestellt. Anschließend werden in dem Flächenelement 24 die
beiden Anschlussausnehmungen 26 ausgeklinkt. Daraufhin
wird die Isolierschicht 28 auf den Innenseiten 22e bzw. 24e der
beiden Flächenelemente 22, 24 aufgebracht.
Danach wird der bereits mit dem Bandstücken 32a sowie den
Anschlussfahnen 32b versehene und in die entsprechende
Form gebogene Widerstands-Heizelementes 30 auf die Innenseite 22e des
Flächenelementes 22,
d.h. auf die Isolierschicht 28 aufgebracht und dort gegebenenfalls
geeignet befestigt. Das Widerstands-Heizelement 30 kann
aber auch durch eine Siebdrucktechnologie oder durch eine Plasmaspritztechnologie
aufgebracht werden.
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Anschließend werden
die beiden Flächenelemente 22, 24 mit
ihren Innenseiten 22e, 24e aufeinander gelegt
und entlang einer Linie 50 verbunden bzw. verschweißt, die
entlang der Isolierschicht 28, aber außerhalb dieser an den beiden
Längsseiten 22b, 22d bzw. 24b, 24d und
an der oberen Stirnseite 22c bzw. 24c verläuft. An
der unteren Stirnseite 22a bzw. 24a findet sich
keine Schweißnaht.
Durch diesen Schweißvorgang
ist die Heizvorrichtung 10 an den mit dem Medium in Kontakt
stehenden Randkanten, d.h. den Randkanten 22b, 22c, 22d bzw. 24b, 24c mediumsdicht
verschlossen. Der Anschlussbereich 20c selbst muss nicht
abgedichtet werden, da dieser durch die Art und Weise des Einbaus
der Heizvorrichtung 10 in beispielsweise eine Wäschewaschmaschine
daran gehindert ist, in Kontakt mit dem zu erhitzenden Medium zu
gelangen.
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In 10 ist
ein Beispiel des Einbaus der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 gezeigt.
Die Heizvorrichtung 10 ist hierbei an seinen beiden Mantelseiten 20a bzw. 20b mit
einem Dichtelement 29 versehen, welches auf diese beiden
Mantelseiten 20a, 20b entlang der Linie A aufgespritzt
sein kann. Das Dichtelement 29 selbst besitzt wiederum
Eingriffsnuten für
Wände W
des Bottichs der Wäschewaschmaschine.
Die beiden Anschlussausnehmungen 26 sind damit außerhalb
des Bottichs angeordnet. Wie aus 10 hervorgeht,
kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 10 noch
durch Stützklammern
S in dem Bottich gehalten werden. Wie weiterhin aus 10 hervorgeht,
ist durch die flache Ausgestaltung der Heizvorrichtung 10 ein
gegenüber
den bekannten Rohrheizkörpern
niedriger Wasserpegel möglich,
da die untere Mantelseite 20b den gleichen Abstand aufweist
wie die untere horizontale Tangentiallinie eines Rohrheizkörpers, jedoch
die obere Mantelseite 20a eine geringere Höhe besitzt
als die obere Tangentiallinie eines bekannten Rohrheizkörpers.
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Neben
dem Aufspritzen des Dichtelements 29 besteht auch die Möglichkeit,
eine Labyrinthdichtung oder eine andere Dichtung aufzuziehen, ohne dass
diese Dichtung mechanisch mit dem Heizmantel verbunden wird.
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Nachstehend
werden weitere Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 im
Zusammenhang mit den 3 bis 9 sowie 11 und 12 erläutert. Hierbei
werden lediglich die geometrischen und/oder funktionalen Unterschiede
sowie die Unterschiede bei dem Herstellverfahren zu der im Zusammenhang
mit den 1 bis 2C dargestellten
Heizvorrichlung 10 erläutert.
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Die
in den 3 bis 4D gezeigte Heizvorrichtung 10 unterscheidet
sich von der Heizvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch,
dass neben dem Heizelement 30 ein Temperaturerfassungselement 60 vorgesehen
ist. Das Temperaturerfassungselement 60, welches zur Erfassung
der Temperatur des zu erhitzenden Mediums verwendet wird, ist innerhalb
des W-förmigen
Heizelementes 30 in Form einer U-förmigen Schlaufe angeordnet.
Seine beiden stirnseitigen Enden weisen Anschlusselemente 62 auf,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
zusammengefasst sind. Für
diese Anschlusselemente 62 ist eine weitere, gemeinsame Anschlussausnehmung 26 in
dem Flächenelement 24 vorgesehen,
welche sich zwischen den beiden im Zusammenhang mit der 1 bereits
erwähnten
Anschlussausnehmungen 26 in der Mitte des Flächenelementes 24 befindet
und sich gleich tief in das Flächenelement 24 erstreckt.
Die mittig angeordnete Anschlussausnehmung 26 besitzt die
gleiche Form wie die beiden links und rechts von ihr vorgesehenen und
im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel bereits beschriebenen
Anschlussausnehmungen 26, besitzt jedoch eine größere Breite
als diese.
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Weiterhin
unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
von dem im Zusammenhang mit den 1 bis 2C erläuterten
ersten Ausführungsbeispielen dahingehend,
dass die beiden Flächenelemente 22, 24 nicht
mehr entlang der Randkanten 22b, 22c, 22d bzw. 24b, 24c, 24d über einer
Schweißnaht 50 stoffschlüssig miteinander
verbunden sind, sondern ebenfalls an drei sich entlang der Mittellängslinie
der beiden Flächenelemente 22, 24 erstreckenden
Stellen 52. Um diese drei Schweißstellen 52 vorsehen
zu können,
weist die elektrisch isolierende Schicht 28, die sich jeweils
an der Innenseite 22e bzw. 24e der beiden Flächeelemente 22, 24 befindet,
drei Ausnehmungen 28a auf, wie es in 4C gezeigt
ist.
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Die
Herstellung erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
welches im Zusammenhang mit den 1 bis 2C erläutert worden
ist. Um eine besonders gute Verbindung zwischen den beiden Flächenelementen 22, 24 zu
bewirken, ist bei der Herstellung dieses Ausführungsbeispiels jedoch zusätzlich vorgesehen,
dass die beiden Flächenelemente 22, 24 vor
ihrer Verbindung, d.h. vor Aufbringen der Schweißnaht 50 bzw. der Schweißstellen 52 gerollt
werden, wie es in 4B gezeigt ist. Hierdurch wird
den beiden Flächenelementen 22, 24 eine
Vorspannung aufgeprägt,
die sich aufgrund der Wärmeausdehnung
in Betrieb noch weiter erhöht
und die Kontaktkraft zwischen den beiden Flächenelementen 22, 24 automatisch
ansteigen lässt.
Selbstverständlich
kann dieses Rollen der beiden Flächenelemente 22, 24 vor
oder nach dem Aufbringen der elektrischen Isolierschicht 28 erfolgen. Weiterhin
kann dieses Rollen auch bei den noch weiter zu erläuternden
Ausführungsbeispielen
eingesetzt werden.
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Das
in den 5 bis 6C gezeigte dritte Ausführungsbeispiel
der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten dahingehend, dass
die beiden Flächenelemente 22, 24 längs einer
Faltlinie F miteinander verbunden sind. Die Flächenelemente 22, 24 sind
also Teil einer einzigen Platte, die entlang der Faltlinie F so
gefaltet wird, dass die beiden Flächenelemente 22, 24 aufeinander
zu liegen kommen. Sie bilden daher Faltabschnitte 22, 24.
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Da
die beiden Faltabschnitte 22, 24 über die Faltlinie
F miteinander verbunden sind, bedarf es nur einer verkürzten Schweißnaht 50,
da entlang der Längskante 22b bzw. 24b eine
Schweißnaht
im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel
nicht notwendig ist.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 ist
in den 7 bis 8C gezeigt. Dieses unterscheidet
sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
dahingehend, dass das Heizelement 30 und das Temperaturerfassungselement 60 nicht
an der Innenseite 22e bzw. 24e einer der beiden
Flächenelemente 22, 24 angeordnet ist,
sondern an den Innenseiten 22e bzw. 24e jeweils eines
Flächenelementes 22, 24.
Weiterhin sind die Anschlussausnehmungen 26 für die Anschlussfahnen 32 und 62 des
Temperaturerfassungselementes 60 so angeordnet, dass sie
bei aufeinandergesetzten Flächenelementen 22, 24 nicht
miteinander fluchten. Hierdurch wird eine eindeutige Kontaktierungsvorgabe
geschaffen, die eine Verwechslung der Anschlüsse 32, 62 verhindert.
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In 9 ist
ein fünftes
Ausführungsbeispiel der
Erfindung wiedergegeben, das sich von den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen
dahingehend unterscheidet, dass der Mantel 20 nicht durch Flächenelemente
bzw. Faltabschnitte 22, 24 gebildet ist, sondern
durch ein flachgedrücktes
Rohr 70. Das Rohr 70 ist an der einen Stirnseite 70c entlang
einer Schweißnaht 50 dicht
abgeschlossen.
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Das
andere stirnseitige Ende 70a ist demgegenüber offen.
Die Isolierschicht 28 die sich ebenfalls an den Innenwänden des
flachgedrückten
Rohres 70 erstreckt, kann hierbei durch spritzen aufgebracht sein.
Ebenso besteht die Möglichkeit,
dass die Isolierschicht durch Einlage einer Isolierfolie oder durch Vakuumansaugen
der Folie auf die Innenseite des Rohres 70 aufgebracht
wird. Wie aus 9 hervorgeht, muss die Isolierschicht 28 dabei
lediglich zumindest an den beiden ebenflächigen bzw. parallel zueinander
verlaufenden Mantelseiten 2Da, 20b vorhanden sein.
Die Anschlussausnehmungen 26 und die Anordnung des Heizelementes 30 erfolgt
in gleicher Weise wie bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen.
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In
den 11 und 12 ist
ein letztes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 gezeigt.
Dieses unterscheidet sich von den bisher erläuterten Heizvorrichtungen 10 gemäß den 1 bis 8C dahingehend,
dass sich die Anschlussausnehmungen 26 nicht an einer der Randkanten 22a, 22b, 22c, 22d bzw. 24a, 24b, 24c, 24d befinden,
sondern in der Mitte eines der Flächenelemente 22, 24.
Im vorliegenden Fall sind die Anschlussausnehmungen 26 an
dem unteren Flächenelement 24 angeordnet.
An die Anschlussausnehmungen 26 schließen sich Fortsätze 24f an,
die sich in einen Winkel von 90° nach
unten gleich weit erstrecken. Das Heizelement 30 ist dementsprechend
zwischen den Innenseiten 22e bzw. 24e der beiden
Flächenelemente 22, 24 in
der in 11 dargestellten Weise angeordnet.
Die beiden Flächenelemente 22, 24 sind
mittels einer vollständig
an ihren Randkanten 22a, 22b, 22c, 22d bzw. 24a, 24b, 24c, 24d umlaufenden
Schweißnaht 50 miteinander
verbunden.
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In
der 13 ist die Anbringung dieser Heizvorrichtung 10 in
einer beispielsweise Wäschewaschmaschine
oder Geschirrspülmaschine
dargestellt. Die Maschine besitzt hierzu in einer ihrer Bottichwände W zwei
Durchbrechungen W',
deren Innendurchmesser im wesentlichen den Außendurchmessern der beiden
Fortsätze 24f des
unteren Flächenelementes 24 entspricht.
Um den Austritt von Flüssigkeit
durch diese Durchbrechung W' zu
verhindern, sind an den Fortsätzen 24f Dichtringe
DR in Form von O-Ringen angeordnet.