DE2019718A1

DE2019718A1 - Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE2019718A1
Application number: DE19702019718
Authority: DE
Inventors: Fred Adler; Welsh Jams W
Original assignee: Standard Motor Products Inc
Current assignee: Standard Motor Products Inc
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1970-04-18
Publication date: 1970-10-29
Also published as: DE2019718C3; GB1311733A; DE2019718B2

Description

201971a

Standard Motor Products., Inc., 37-18 Northern Boulevard, Long Island City N.Y., USA

Heizeinrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf Heizeinrichtungen oder -mechanismenj auf verschiedene Arten von solche i'Iechanismen verwendenden Apparaten und auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelementes.

Das Verfahren zur Herstellung des elektrischen Heizelementes kann man kurz dadurch beschreiben^ daß es die Stufen der Anfertigung eines planaren oder planparallelen Widerstandselementes und Aufteilung desselben in eine Mehrzahl seitlich miteinander verbundener Streifen sowie des Auftragens von Isoliermaterial auf die Streifen umfaßt.

Die elektrischen Keizeinriehtungen dieser Erfindung sind in die Heizelemente per se und in verschiedene Arten von Heizanlagen oder -apparaten zu unterteilen., bei denen die Heizelemente Verwendung finden. Bei einer Heizelementtype j auf die sich die Erfindung insbesondere bezieht, ist der Widerstand mit einer darum herum angeordneten Isolierung versehen. Diese Vorrichtung ist so hergestellt, daß die Temperatur des Widerstandes mindestens 200 ⁰F (ca. 93 ⁰C) beträgt und der Temperaturunterschied oder -abfall zwischen dem Widerstand und

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der Außenfläche der isolierung geringer als 75 ⁰P (ca. 24 °C) ist.

Wach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Heizeinrichtung einen drahtförmigen Widerstand mit einer Arbeitstemperatur zwischen ⁰F und 500 ⁰P (ca. 90 ⁰C bis 260 ⁰C), wobei der Widerstand mit einem hitzebeständigen Kunststoffisoliermaterial umgeben ist, welches eine Stärke von weniger als 0,006'' (0,1524 mm) besitzt. Die Isolierung ist von einem wärmeabgebenden Teil umgeben₃ wobei der Temperaturabfall zwischen Widerstand und dem wärmeabgebenden Teil geringer als 75 ⁰F (ca. 24. ⁰C) ist. Mach einer weiteren vorteilhaften Ausbildungsform der Erfindung umfaßt die elektrische Heizeinrichtung einen Widerstand mit einer darauf aufgetragenen Isolierung und mit einem an dem Widerstand angeordneten oder befestigten Stahlteil ₃ während der Widerstand die Form eines zu einem Stück verbundenen Streifens besitzt.

Vorzugsweise umfaßt die Heizeinrichtung einen langgestreckten gewundenen Träger bzw. Stütze und elektrisch betätigte Heizmittel, die in Längsrichtung auf den Träger angeordnet sind.

Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelementes und verschiedener Typen von Anordnungen oder Vorrichtungen wie beispielsweise Raumerhitzern und Wassererhitzern, die sämtlich Einrichtungen nach der Erfindung umfassen.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung für elektrischen Betrieb,

Fig. 2 eine Unteransicht der Einrichtung der Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1,

Fig. ¹J einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 3 durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine Einrichtung gemäß Fig. 1 in aufgerollter Form*

Fig. 6 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführ ungsform der erfindungsgemäßen Heinζ-einrichtungj

Fig. 7 eine Unteransicht der in Fig. 6 gezeigten 'Einrichtung, .- *

Fig. 8 einen Teilschnitt entsprechend der Linie 8-8 der Fig. 6 ₃

Fig. 9 einen Teilquersehnitt ähnlich dein der Fig. 8 durch eine weiter abgewandelte Ausführungsforr.,

Fig. 10 in perspektivischer Ansicht einen umwickelten Widerstand im Detail ₃

Fig. 11 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 12. einen Querschnitt entlang der Linie 12-12 der Fig. 11,

Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie 13-13 der Fig. 11, jedoch in abgewandelter Ausfüh-. rungsform,

Fig. l4 einen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 13, jedoch durch eine weitere abgewandelte Ausbildung des Segenstandes j

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Pig. 15 in detaillierter Weise und vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Heizelementes,

Fig. 16 einen Querschnitt ähnlich dem der Fig. 13 durch eine weiter abgewandelte Ausführungsform,

Fig. 17 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles,

Fig. 18 eine detaillierte Endansicht mit teilweisem Schnitt einer weiteren abgewandelten Ausfüh-• rungsform der Erfindung„

Fig. 19 eine Seitenansicht eines erneut geänderten Ausführungsbeispieles ähnlich dem der Fig. 17,

Fig. 20 eine Draufsicht auf die Anordnung der Fig, 19,

Fig. 21 einen Querschnitt entlang der Linie 21-21. der Fig» 13„

Fig. IA einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Wassererhitzer.,

Fig. 2A eine detaillierte Seitenansicht in teilweisem Schnitt und größerem Maßstab durch ein nach der Erfindung hergestelltes elektrisches Heizelement,

Fig. 3A eine schaubildliche Draufsicht auf einen Widerstand im Rohzustand vor seiner Verarbeitung,

Fig. Ha eine teilweise Seitenansicht eines nach der Erfindung hergestellten Heizelementes,

Fig. 5A eine teilweise Vorderansicht eines in abgewandelter Weise hergestellten Widerstandes nach der Erfindung,

Fig. 6a einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5A,

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Pig. 7 A eine Vorderansicht eines abgewandelten Heizelementes, - ■ ■

Fig. 8a eine Ansieht eines Einführungs- oder Steckerelementes, wie es bei der erfindungsgemäßen Einrichtung Verwendung finden kann,

Fig. 9A eine Ansicht ähnlich der der Fig. 3A, jedoch in einer späteren Fertigungsstufe,

Fig. IQA eine Ansicht entsprechend der der Fig. 9A, jedoch in einem noch späteren Fertigungszeitpunkt,

Fig. HA eine Endansicht des in Fig. 4A gezeigten Heizelementes,

Fig. 12A eine Endansicht des in Fig. 7A dargestellten Heizelementes, '

Fig. IB eine Diagrammdarstellung der Kurven·; für die inneren und äußeren Temperaturen der elektrischen Heizeinrichtung nach der Erfindung, wobei die T-emperatur in ⁰F über

¹ ' 2
der pro Zoll aufgetragen ist,

Fig. 2B eine Ansicht in vergrößertem Maßstab eines drahtförmigen Widerstandes mit einer diesem teilweise umgebenden Isolierung,

Fig. 3B den Widerstand der Fig. 2B nach vollständigem Umwickeln,

Fig. MB eine perspektivische Teilansicht, zum Teil im Schnitt, in vergrößertem Maßstab, durch eine abgewandelte Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung,

Fig. 5B- in Draufsicht eine erfindungsgemäß herge-^· stellte elektrische Heizeinrichtung für aufrechte Verwendung,

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Pig. 6Β eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Heizeinrichtung bei einer anderen Verwendungsweise,

Fig. 7B eine Seitenansicht, in vergrößertem Maßstab, der Verwendungsteile einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung,

Fig. 8b eine weitere Ausführungsform, speziell im Hinblick auf Wärmeabgabeteile, und

Fig. 9B eine Ansicht einer Anordnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung im für den Versand geeigneten zusammengelegten Zustand,

Der erste Teil der nachstehenden Figurenbeschreibung bezieht sich auf Fig. 1 bis.2I₃ d.h. die hier angeführten Bezugszeichen haben nur für diese Figuren Gültigkeit.

Die in Fig. 1 bis 5 dargestellte Ausbildungsform umfaßt einen gewundenen Träger 11, an dem ein Basisteil 12 angeordnet bzw. befestigt ist. Der Träger umfaßt eine Hehrzahl seitlich angeordneter, nach innen umgelegter Teile 14 und 15, innerhalb derer Heizglieder oder -elemente 16 und 17 vorgesehen sind. Diese Heizelemente 16, 17 sind drahtförmige Widerstände, die einen Drahtkörperteil 13 umfassen, welcher von einer Isolierhülie 18 (Fig. 10) umgeben ist. Diese Hülle besteht vorzugsweise aus dünnem Isoliermaterial wie einem Polyimid-FiIm, während der Widerstand vorteilhaft eine Eisendrahtbzw. -band-Chrom-Aluminium-Legierung sein kann. Bei diesen Angaben handelt es sich jedoch lediglich um Beispiele für eine mögliche Stoffwahl.

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Der gewundene Träger Ii besteht vorzugsweise aus einem wärmeleitenden Material wie Flach- oder Blattaluminium, Band- oder Flachstahl od. dgl. .

Die Basis 12 ist an dem Träger 11 entweder dadurch befestigt, daß aus der Basis 12 Teile 19 herausgelöst sind und an dem Träger 11 befestigt sind (siehe Fig.3), oder indem die Basis 12 mit dem Träger 11 verschweißt wird, wie dies durch die Schweißpunkte 20 (gestrichelte Linien) in Fig. M angedeutet ist.

Die Basis 12 der hier gezeigten Ausführungsform ist ( nicht starr, so daß das Heizelement leicht in eine im wesentlichen gewellte, öder aufgerollte Form gebracht werden kann₃ wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Auf diese Weise nimmt der Gegenstand nur wenig Raum ein und eignet sich so besonders gut zum Verpacken und Verschicken.

In der abgewandelten Ausfiüirtmgsform der Figuren 6 bis 9 besitzt der Träger 11 eine gleiche form wie in Fig. 1 bis 5s und auch die übrigen Bauelemente mit Ausnahme der Basis 12 sind ähnlich. In diesem Ausführungsbeispiel erkennt man hingegen eine Basis 21 (entspre- „ ,. chend der Basis 12 der Fig. 1 bis 5), die starr ist und ein Paar einander gegenüberliegender, seitlich angeordneter und sich nach unten erstreckender Randteile22, aufweist. Auch bei diesem Beispiel ist die Basis 21 an dem gewundenen Träger 11 mittels einer Anzahl von Teilen 24 befestigt, von denen jeder durch Herauslösen aus der Basis 21, geschaffen und an dem Träger 11 befestigt ist. Diesen Vorgang kann man beispielsweise als Einstechen oder Einfädeln bezeichnen* - In Fig. 9 hingegen ist wieder die Möglichkeit der Befestigung mittels Verschweißen gezeigt. ■■■■'..

. ■ ■ . _8-

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Es leuchtet ohne weiteres ein, daß bei einer Ausführungsform mit herabgezogenen Rändern 22, 23 die Starrheit des Systems wesentlich erhöht wird.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 11 bis 13 umfaßt einen gewundenen Träger 25, v/elcher aus einem Paar übereinander gelagerter Elemente 26, 27 gebildet wird. Es lab darauf hinzuweisen, daß bei dieser Ausführungsform das Teil 26 breiter als das Teil 27 sein sollte.

Zwischen den Teilen 26, 27 ist in Längsrichtung ein drahtförmiger Widerstand 28 angeordnet, wobei die Lage dieses Drahtes entlang des gewundenen Trägers in Fig. 12 und 13 mittels gestrichelter Linien angedeutet ist.

Teil 26 ist am Teil 27 durch Herauslösen von Teilen aus einem der beiden und durch Befestigung dieser Teile an dem benachbarten angebracht. Die herausgelösten Teile sind mit 29 bezeichnet. Eine Basis 30 ist starr ausgebildet und weist zwei seitlich im Abstand zueinander angeordnete Ränder 31, 32 auf, die nach unten umgebogen sind. Die Basis 30 ist an dem Träger 25 mittels Verschweißung befestigt, wie dies bei 33 angedeutet ist (siehe Fig. 13).

In Fig. 14.hingegen ist eine abgewandelte Möglichkeit der Befestigung des Wider st,andes an dem gewundenen Träger 14 gezeigt. Dabei besitzt der Träger 34 ein Paar im Abstand zueinander befindlicher, umgefalzter bzw. umgelegter Halteteile 35, 36; in Jeden dieser Halter ist ein isolierter Widerstandsdraht 37, 38 in Längsrichtung angeordnet. Eine Basis 39 weist nach unten sich erstreckende Randteile 40, 4l auf und ist an dem Träger 34 mittels Verschweißung befestigt, wie durch die Schweißpunkte angedeutet isb.

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In Pig. 15 erkennt man eine weitere Variante der seitlichen, im Abstand angeordneten Halteteile, die für den Widerstand vorgesehen sind. Dabei ist hier der gewundene Träger 35 krampenförmig um den Widerstandsdraht herum umgefalzt, so daß er diesen in der gewünschten Lage hält.

Bei dem in Fig. l6 dargestellten abgeänderten Ausführungsbeispiel ist ein Träger 43 ebenfalls mit einem Paar übereinander angeordneter Teile 44 und 45 versehen, wobei Teil 44 schmaler als 45 ist. Die Befestigung ist auch hier wieder durch Herauslösen von Stücken 46 aus einem der beiden Teile in der oben schon geschilderten Weise erfolgt. Eine Mehrzahl isolierter Widerstandsdrähte 47, 48 sind zwischen den Teilen 44, 45 angeordnet und erstrecken sich in Längsrichtung über den Träger Die Lage der Widerstände 47, 48 ist mittels gestrichelter Linien angedeutet.

Das in Fig. 18 gezeigte Ausführungsbeispiel besitzt an einem gewundenen Träger 49 einen einzigen seitlichen,· nach innen umgelegten Rand 50j in welchem sich ein isolierter "Widerstand 51 befindet. Es ist hier eine Basis 52 in starrer Ausführungsform vorgesehen, die seitlich im Abstand zueinander befindliche, sich nach unten erstreckende Randteile 53., 54 hat.

Bei den Ausführungsvariationen der Fig. 17 und 19 bis 21 erkennt man einen Erhitzerträger 55, der ein Paar seitlicher, aufrechtstehender Stützteile 56, 57 umfaßt. Ein gewundenes Heizelement 58 ist zwischen den Stützen 56, 57 angeordnet und an diesen befestigt. Das Element 58 weist einen gewundenen Trägerteil 59 auf, der mit einem Paar übereinander angeordneter Teile 60, 61 ausgestattet ist. Dabei ist 60 mit einer Mehrzahl von gegenüberliegend seitlich vorstehende^

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abgebogenen Planschrändern 62, 63 ausgebildet. Eine solche Konstruktionsform ergibt ein recht starres Heizelement, das einen hohen Wirkungsgrad bei minimalen Kosten erzielt.

Die Herstellung der Heizeinrichtung nach der Erfindung ist relativ einfach, und der gesamte Herstellungsvorgang kann weitgehend automatisiert werden.

Bei Betätigung v/erden die Widerstandsdrähte an eine elektrische Energie angeschlossen, die in völlig konventioneller Weise die Erwärmung des Widerstandes bewirkt und damit die Tätigkeit der Einrichtung hervorruft.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt nun an Hand der Figuren IA bis 12A₃ in denen eigene Bezugszeichen verwendet vmrden, die nichts mit etwa gleichen Bezugszeichen der oben beschriebenen Figuren 1 bis 21 zu tun haben.

In den Figuren 3A bis 7A und SK bis 12A ist ein Herstellungsverfahren'eines elektrischen Heizelementes nach der Erfindung beschrieben. Die erste Herstellungsstufe erkennt man in Fig. 3, in der ein im wesentlichen planparalleler Widerstand 11 aufgezeigt ist. Dieser Widerstand kann aus Eisen, Stahl, Nickel-Eisen, Nickel-Chrom oder jedem anderen geeigneten leitfähigen Maerial bestehen. Dieses Material sollte verhältnismäßig dick sein, und zwar in der Größenordnung von 0,001 bis 0,01' (0,00254 bis 0,025¹J cm). Obwohl die Dicke des Materiales natürlich nicht für sich allein entscheidend ist und jede geeignete Dicke angewandt werden kann, sollte man doch beachten, daß der Widerstand des Elementes von der Dicke des Materiales abhängt.,

Der Widerstand 11 wird dann in eine Mehrzahl miteinander verbundener, quer angeordneter Streifen 12 in der

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ζ in Pig. 9A dargestellten Form mittels eines FormVerkzeuges aufgeteilt. Darauf wird das Isoliermaterial auf den geteilten Widerstand aufgetragen, und zwar vorzugsweise im Tauchverfahren, wobei als Isoliermaterial ein verflüssigter Thermoplast wie beispielsweise Teflon (Hersteller E.I. DuPont & Co.), Nylon oder KeI-F (Hersteller Minnesota Mining and Manufacturing Company) verwendet wird. Nach der Entfernung aus dem Tauchbad wird der Widerstand zum Abkühlen gebracht. Normalerweise muß dann noch eine Erhitzung erfolgen, um eine feste Bindung des Isoliermateriales an dem Metall zu gewährleisten. Jedoch ruft eine solche nachträgliche Erhitzung Üblicherwelse ein Schrumpfen und Kapillarwirkungen hervor, wodurch die Enden des Widerstandes wieder frei werden. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn man nach dem Erhitzen den isolierten Widerstand zwischen ein Paar erhitzter Platten legt, wobei dann das Isoliermaterial nach außen um die äußeren Teile des Widerstandes herum fließen wird. Anschließend kann ein Querglied oder eine Seele 13 an dem Widerstand angebracht werden, wie dies aus Fig. Hk und 1OA erkennbar 1st, indem dieses Teil durch den Widerstand hindurchgeschoben und an demselben mittels Nieten lH befestigt wird. Es ist zu bemerken, daß bei der Ausführungsform der Fig. HA das Querglied bzw. die Seele mit dem Widerstand nur an einem einzigen Punkt verbunden ist, so daß der Widerstand nach unten bewegt werden kann und so ohne Schwierigkeiten zum Teil einer automatischen Absperrvorrichtung wird, wie nachstehend noch zu erläutern ist.

In geänderter Weise kann der isolierte Widerstand auch aufgeteilt werden und der so erzeugte Streifen um eine Form 15 (siehe Fig. 5A) gewickelt werden, wodurch die dort gezeigte Form entstellt. Diese kann dann zweckmäßigerweise an einer Seele 13 (siehe Fig. 7A) befestigt werden.

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Das Heizelement nach der vorliegenden Erfindung kann . für die verschiedensten elektrischen Heizvorrichtungen verwendet werden. Pig. IA, 2A und 8A zeigen beispielsweise eine Verwendungsform bei einem Wassererhitzer. Dieser Wassererhitzer besteht aus einem Behälter 15, der vorzugsweise mittels einer nicht näher gezeigten Isolierumraantelung isoliert ist. In Wirkverbindung mit dem Behälter oder Tank steht eine Wasserzufuhrleitung 17 und ein Wasserausfluß 18. Zwischen Drähten 20, 21 ist ein Thermostat 19 angeordnet, und außerdem erkennt man einen Schalter 22 zwischen den Drähten 20 und 23. Perner befindet sich im System dieser elektrischen Energieversorgung ein Draht 24. Die Drähte 23 und 24 sind an eine elektrische Energiequelle angeschlossen. Weiter sind Drähte 25,

26 vorgesehen, die in ein Anschlußteil 27 eingebettet sind. Dieses Anschlußteil 27 trägt einen mit Gewinde versehenen Teil 28 an seiner Außenseite. Der Draht 26 ist seinerseits mit der Seele bzw. dem Querglied 13 verbunden (siehe Flg. 2A).

Der Draht 25 steht normalerweise nicht mit dem Anschlußteil in Verbindung. Letzterer wird üblicherweise in der freien, nicht verbundenen Position mittels einer Schraubenfeder 28 gehalten, die um den Anschluß 27 herum und innerhalb des Rezesses 29 angeordnet ist. Das Anschlußteil 27 ist innerhalb des Rezesses 29 beweglich, und mittels eines Verschlusses 30 wird Wasser vom Eindringen in aen Rezess 29 ferngehalten. Das Anschlußteil

27 trägt ein Druckteil 31 und ist mit dem Widerstand 11 verbunden. Draht 25 ist mit Draht 24 und Draht 26 mit Draht 21 verbunden.

Im Normalzustande, d.h. wenn sich im Behälter 16 kein Wasser befindet, befindet sich Anschluß 27 in der ^;!Oben'"-Stellung, d.h. es ist keine Verbindung vorhanden.

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In dieser Position ist die Energiezufuhr zum Widerstand 11 unterbrochen.

Wenn jetzt in dem Tank 16 Wasser 35 über eine vorbestimmte Höhe ansteigt, so übt dieses auf den Sitz 31 Druck aus, wodurch wiederum der Anschluß 27 in seine untere Position bewegt und daher der elektrische Kontakt mit dem Draht 25 hergestellt wird. Wenn jetzt der Schalter 22 geschlossen ist und der Thermostat 19 eine Temperatur unterhalb der gewünschten Wassertemperatur besitzt, so wird nunmehr der Strom durch den Widerstand 11 fließen und die Erhitzung des V/assers 35 bewirken. Die Energiezufuhr kann zu jeder Zeit durch manuelles öffnen des Schalters 22 oder, wenn die Wassertemperatur die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, durch öffnen des Thermostaten 19 unterbrochen werden. Gleichfalls wird die Energiezufuhr unterbrochen, wenn das Wasser unter eine vorbestimmte Höhe fällt und auf den Sitz 35 nicht mehr der erforderliche Druck ausgeübt wird.

Es erfolgt nun noch eine Beschreibung der Darstellungen in den Zeichnungen 13 bis 9B, wobei abermals darauf hingewiesen wird, daß die hierin verwendeten Bezugszeichen nicht identisch mit gleichen Bezugszeichen der vorstehend beschriebenen Figuren sind. Vielmehr beziehen sie sich nur auf die jetzt zu erläuternden Abbildungen.

Eine erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung 20 umfaßt einen Stromleiter 21, der entweder aus konventionellem Runddraht oder, wie in Pig. 2B bis 4B dargestellt, aus einem flachen Band leitenden Metalls besteht. Um den Stromleiter 21 herum ist eine Isolierung 2.2 angeordnet, die vorzugsweise nach der Erfindung aus iiunststoffmaterial besteht. Die Isolierung 22 wird relativ dünn gehalten und sollte vorteilhaft eine Dicke im Bereich von 0,00025 bis 0,006" (Ο,ΟΟΟβ35 bis 0,01524 era) haben.

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Eine erfindungsgemäß hergestellte Heizvorrichtung, die eine Heizeinrichtung umfaßt, wie sie eben beschrieben ist, weist einen wärmeabgebenden Teil 23 auf, der langgestreckt ausgebildet ist und außerdem gewunden in eine Mehrzahl von Unterabschnitten 25. Das wärmeabgebende Teil 23 trägt im Abstand zueinander befindliche, umgefaltete Randteile 28, 29, die in der Nähe der oberen Kante 26 und der unteren Kante 27 angeordnet sind. Die Randteile 28, 29 halten jeweils einen Stromleiter 21 mit seiner Isolierung 22.

Die von Randteil 28 mit dem oberen Stromleiter 21 samt Isolierung 22 und die gegenüberliegende Kombination des unteren Randteiles 29 mit Leiter 21 und Isolierung 22 sind, in bezug auf die Längserstreckung, im Abstand zueinander angeordnet. Die beiden Leiter 21 sind in der letzten. Windung 36 des v.'ärmeabgebenden Teiles 23 mittels eines zusätzlichen, urngefalteten Endteiles 37 miteinander verbunden.

Jeder Windungsteil 25 kann mit einer öffnung 24 versehen sein, so daß die Vorrichtung wahlweise in der richtigen Position in einer'hier nicht gezeigten Hülle gehalten werden kann.· Ein nicht leitendes Verbindungsglied 35 wird an einer ersten Windung 38 mittels der umgefalteten Randteile 28, 29 angebracht, und darauf das Befestigungsglied 38 festgezogen. Ein Paar Verbindungsglieder 30, 31 wird mit Hilfe von Elementen 32, an dem Verbindungsglied 35 festgemacht. Außerdem ist ein Tragteil 38 vorgesehen.

Nachstehend wird noch die Wirkungsweise zusammen mit den Vorteilen der Erfindung erläutert: Es ist darauf hinzuweisen, daß bei herkömmlichen Vorrichtungen die Arbeitstemperatur von der Außentemperatur der Isolierung abhängt, die wiederum von der Arbeitstemperatur

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des Widerstandes abhängig ist. Diese Arbeitstemperatur kann einen Bereich von 150 ⁰P bis hinauf zu 1300 ⁰P (65 C bis etwa 710 ⁰C) einnehmen. Vorzugsweise arbeien diese Vorrichtungen im

¹P (ca. 90 °C bis 260 ⁰C).

ten diese Vorrichtungen im Bereich von 200 ⁰F bis 500

Die Arbeitstemperatur wird wiederum beeinflußt bzw. gesteuert durch das verwendete Drahtmaterial sowie die Leistung pro Flächeneinheit des Drahtes. Je höher die Leistung, desto höher ist die Temperatur. Natürlich muß der Draht an der Außenseite isoliert sein.

Da die Erwärmung von der Drahttemperatur abhängig ist, ist es sehr vorteilhaft, wenn die Außentemperatur des Drahtes, d.h. an der Außenfläche der Isolation, möglichst dicht an der Innentemperatur des Drahtes liegt. Wie man jedoch aus dem Schaubild der Pig. IB erkennt, 1st bei herkömmlichen Vorrichtungen die Temperaturdifferenz zwischen der inneren Temperatur am Leiter und der Außentemperatur an der Isolierung sehr groß. Diese Temperaturdifferenz wächst, Je mehr die Temperatur des Drahtes gesteigert wird.

Dagegen ist öle Teraperaturdifferenz, die man bei einer nach der Erfindung hergestellten Vorrichtung feststellt,niemals größer als 75 ⁰F (ca. 2k ⁰C), sondern sie ist im allgemeinen bedeutend niedriger.

In der graphischen Darstellung der Fig. 13 ist für eine herkömmliche Vorrichtung die Temperaturdifferenz mittels der Linien A und 3 aufgezeigt, wobei A die Innentemperatur des wärmeerzeugenden Elementes und B die Außentemperatur der Isolierung darstellt. C und D zeigen die entsprechenden Temperaturen einer nach der Erfindung hergestellten Einrichtung, während mit E die

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wirklich ermittelten Meßpunkte bezeichnet sind. A. B, C und D stellen die theoretischen Kurven dar, die aus den ermittelten Meßwerten interpoliert wurden;

Man kann aus dem Schaubild ohne Schwierigkeiten ablesen, daß die Divergenz zwischen den Kurven A und 3 sowie D und C mit Anstieg der inneren Temperatur steigt, daß jedoch die Divergenz zwischen den Kurven B und C wesentlich geringer ist. Im allgemeinen wird üie maximale Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des wärmeerzeugenden Elementes und dem Äußeren der Isolierung entsprechend der Erfindung 75 ⁰F (ca. 2k ⁰C) nicht übersteigen, während natürlich bei einer herkömmlichen Vorrichtung die Temperaturdifferenz erheblich größer ist.

Das bevorzugt verwendete Isoliermaterial ist Kapton bei welchem es sich um ein Polyamid-Harz der Firma E.I. DuPont de iiemours & Company handelt. Weitere gut verwendbare Isoliermaterialien sind Fluorcarbon-Harze, Epoxy-harze und synthetischer Glimmer (synthetic ;alca). normalerweise wird jedes Harz zufriedenstellende Ergebnisse bringen, das gute Isoliereigenschaften und eine vernünftige Uärmedurchlaßfähigkeit besitzt und das nicht schmilzt oder auf andere Weise zerstört wird bei den hier zu verwendenden Temperaturen.

Die elektrische Heizeinrichtung mit dem Heizmechanismus nach der Erfindung hat den großen Vorteil, daß sie in verschiedenen Erscheinungsformen ausgebildet werden kann. So kann sie beispielsweise, wenn eine

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aufrechte Umhüllung verwendet wird, wie in Fig. 5B gezeigt, geformt werden.

Soll dagegen die Vorrichtung als normaler Bodenbretterhitzer verwendet werden, so kann sie in einer Umhüllung befestigt und die Länge auf verschiedene Abmessungen je nach verwendeter Umhüllung eingestellt werden, so daß es gleichzeitig möglich wird, bei der Herstellung und Lagerhaltung mehrere Zwischengrößen wegfallen zu lassen, wodurch eine beträchtliche Kostenreduzierung erzielt wird. Auch können infolge ihrer besonderen Ausbildungsform diese Einrichtungen in einer recht kleinen Verpackung untergebracht werden, wodurch sich wiederum die Prachtkosten erheblich verringern.

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Claims

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Standard Motor Products, Inc., 37-18 Northern Boulevard, Long Island City H.Y., USA

Heizeinrichtung.

Patentansprüche :

Ii Elektrische Heizeinrichtung oder -mechanismus mit einem drahtförmigen elektrischen Widerstand od. dgl., der eine erzeugte Temperatur von mindestens 200 ⁰F (d.h. ca. 93 °C) aufweist, und mit einer diesen Stromleiter umgebenden Isolierung,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Temperaturunterschied oder -abfall zwischen dem Widerstand und der Außenfläche der Isolierung geringer als 75 °F (ca. 24 ⁰C) ist.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Stromleiter eine Maximaltemperatur von 500 ⁰P (260 ⁰C) aufweist.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Stromleiter einen Arbeits- oder Wirkungsbereich von 150 ⁰F bis 1300 ⁰F (ungefähr 65 °C bis 705 ⁰C) aufweist.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein die Isolierung umgebendes wärmeabgebendes Teil vorgesehen ist.

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5· Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Isolierung geringer als 0,01" (0,025¹I cm) ist.

6. Heizeinrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, -

daß die Stärke der Wärmeisolierung 0,001" (0,00254 cm) beträgt.

7. Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Stromleiter erzeugte Wärme 1300 °F (ca. 705 ⁰C) beträgt.

8. Elektrische Heizeinrichtung mit einem drahtförmigen elektrischen Widerstand und mit einer diesen Stromleiter umgebenden Isolierung, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromleiter eine Arbeitstemperatur zwischen 200 °P und 500 ⁰F (ca. 93 ⁰C und 260 ⁰G) aufweist, die Isolierung aus Kunststoff besteht und schwächer als 0,006" (0,01524 cm) ist, die Isolierung von einem wärmeabgebenden Teil umgeben ist und der Wärmeabfall zwischen dem Widerstand und dem wärmeabgebenden Teil geringer als 75 °F (ca. 2k °c) ist.

9. Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung aus wärmebeständigem Kunststoff besteht ·"..-.

10. Heizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff der Isolierung aus der Klasse der Polyamidharze, der Pluorocarbonharze, der Epoxydharze oder der synthetischen Glimmer gewählt ist.

; -2g ~

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11. Heizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff der Isolierung. Kapton-Polyamid ist.

12. Elektrische Heizvorrichtung mit einem wärmeabgebenden Teil, einer an diesem befestigten Isolierung und einem 'wärmeerzeugenden Stromleiter, der innerhalb der Isolierung angeordnet ist.

13· Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabgebende Teil gewunden ist.

1*1. Heizvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an dem wärmeabgebenden Teil ein Paar miteinander verbundener, in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordneter Isolierungen befestigt 4e% und in jeder der Isolierungen ein Stromleiter angeordnet ist.

15. Heizvorrichtung nach Anspruch 1*1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der gewundenen Teile des Wärmeabgebers kanalartig ausgebildet ist.

16. Heizvorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeabgeber aus einem planaren Metallblatt gebildet und Isolierung und Stromleiter in der Nähe der Ober- und Unterkanten des Wärmeabgebers angeordnet sind.

17. Heizvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanten des Wärmeabgebers über der Isolierung gefaltet sind.

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18. Heizvorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß das gewundene Teil zusammenschiebbar und auseinander ziehbar ist.

19. Heizvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das gewundene Teil kreisförmige Eck- oder Randabschnitte aufweist.

20. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung,

gekennzeichnet durch Anfertigung eines planaren Widerstandes, Aufteilen desselben in miteinander verbundene Streifen und Auftragen des Isoliermateriales auf die Streifen»

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen um ein Formteil herum angeordnet werden, worauf dieses entfernt und an den Streifen gegebenenfalls ein Querglied oder eine Seele angeordnet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen teilweise getrennt werden und an ihnen ein Querglied oder eine Seele angeordnet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Querglied nur an einem Einzelpunkt an den Streifen befestigt wird.

2.4. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß'das Querglied mittig zu den Streifen angeordnet wird.

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25. Elektrisches Heizelement mit einem Widerstand, auf den eine Isolierung aufgetragen ist, und mit einem Querglied oder einer Seele, welches an dem Widerstand befestigt ist, wobei der Widerstand ein zu einem Stück verbundener Streifen ist.

26. Heizelement nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Querglied mit dem Streifen nur an einem Einzelpunkt verbunden ist.

27. Heizelement nach Anspruch 26,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Streifen aus einer Mehrzahl verbundener, quer angeordneter Elemente gebildet wird, wobei jedes dieser Elemente mit dem benachbarten an einer

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gegenüberliegenden Seite verbunden w4#d.

28. Heizelement nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Isolierung aus der^yNylon, Teflon ^ oder KeI-P^ gebildeten Stoffklasse besteht.

29. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizelementes,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein im wesentlichen planarer (planparalleler) Widerstand erzeugt, dieser in eine Mehrzahl quer angeordneter, miteinander verbundener Streifen zerteilt, wobei jeder Streifen mit dem benachbarten an einem entgegengesetzten Endteil verbunden ist, und ein verflüssigtes thermoplastisches Material zur Isolierung auf den Widerstand aufgetragen wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Querglied oder eine Seele neben dem Widerstand angeordnet wird.

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31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet,

daß das thermoplastische Material aus der Nylon, Teflon^ un wählt wird*

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Teflon ^ und KeI-F^v5V umfassenden Stoffklasse ge-

32· Elektrischer Wassererhitzer, der in Kombination einen mit Einlaß und Auslaß versehenen Wasserbehälter, ein elektrisch beaufschlagtes Heizelement innerhalb des Behälters und Schaltmittel zum Ausschalten des Heizelementes bei Unterschreiten einer vorbestimmten Mindestwasserhöhe im Behälter umfaßt·

33· Wassererhitzer nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaltmittel aus einem druckgesteuerten Schalter bestehen.

3Ί. Wassererhitzer nach Anspruch 33» dadurch gekennzeichnet,

daß der Schalter aus einem beweglichen Kontaktgeber, einem festen Kontaktgeber, Mitteln zum Trennen der Kontaktgeber im Normalzustand und einem an dem beweglichen Kontaktgeber angeordneten Druckelement besteht.

35. Verwendung eines Widerstandes bei Wassererhitzern, bestehend aus einem Gußharzstecker, einem Paar im Abstand zueinander in dem Stecker angeordneter Kontakte und einem zwischen den Konakten derart angeordneten Widerstand, daß ein elektrischer Kreis gebildet w4*d.

36. Elektrische Heizvorrichtung,

gekennzeichnet durch einen langgestreckten gewundenen Träger und elektrisch beaufschlagte, auf dem Träger längsangeordnete Heizmittel.

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37. Heizvorrichtung nach Anspruch 36» dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Träger ein Basis- oder Grundteil angeordnet ist.

38. Heizvorrichtung nach Anspruch 37» .dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil starr ist und ein Paar im Abstand angeordneter seitlicher, vorstehender Ränder aufweist.

39. Heizvorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, . .

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daß^vdie Ränder nach unten d.

40. Heizvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem Paar übereinander angeordneter Teile gebildet wird und sich die elektrisch beaufschlagten Heizmittel zwischen diesen Teilen befinden.

¹Il. Heizvorrichtung nach Anspruch ¹JO, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten Teile dadurch aneinander befestigt sind, daß aus einem der Teile Stücke mindestens teilweise herausgelöst und diese an dem anderen befestigt, sind.

42. Heizvorrichtung nach Anspruch ¹Il, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel einen langgestreckten isolierten, drahtförmigen Widerstand bilden, der sich im Abstand zu den Seiten des Trägers befindet.

43. Heizvorrichtung nach Anspruch 4l, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Heizmittel ein Paar langgestreckter isolierter, drahtförmiger Widerstände bilden, wobei beide Teile dieses Paares im Abstand zu den Selten des Trägers angeordnet sind.

44. Heizvorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Träger ein Basisteil befestigt ist«

45. Heizvorrichtung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil starr ist.

46. Heizvorrichtung nach Anspruch 45,. dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil ein Paar nach unten sich erstreckender seitlicher Ränder aufweist.

47« Heizvorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil und der Träger dadurch aneinander befestigt sind, daß aus einem der beiden Teile Stücke mindestens teilweise herausgelöst und diese an dem anderen Teil befestigt sind.

48. Heizvorrichtung nach Anspruch 36» dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen nach innen umgelegten Teil umfaßt, wobei die Heizmittel darin angeordnet sind.

49. Heizvorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Träger ein Basisteil befestigt ist.

50. Heizvorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß Basisteil und Träger durch Schweißen miteinander verbunden sind.

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51. Heizvorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet,

daß das Basisteil und der Träger dadurch aneinander befestigt sind, daß aus einem der beiden Teile Stücke mindestens teilweise herausgelöst und diese an dem anderen befestigt sind*

52. Heizvorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet,

daß es ein Paar nach innen umgelegter Teile umfaßt, wobei in jedem derselben die Heizmittel angeordnet sind.

53. Heizvorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet,

daß die Heizmittel aus einem langgestreckten isolierten, draht förmigen VJiderstand bestehen.

54. Heizvorrichtung, dadurch gekennzeichnet,

daß sie, in Kombination, aus einem Paar hochstehender, im Abstand zueinander angeordneter Halter und einem gewundenen Träger besteht, der sich zwischen den Haltern befindet und an diesen befestigt ist, wobei der Träger langgestreckte elektrische Heizmit- ^ tel aufweist, die in Längsrichtung auf ihm angeord

net sind.

55. Heizvorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet,

daß der Träger aus einem Paar übereinander angeordneter Teile besteht, wobei sich die Heizmittel zwischen diesen Teilen befinden.

56. Heizvorrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet,

daß die übereinander angeordneten Trägerteile seitliche Randteile aufweisen.

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57» Heizvorrichtung nach Anspruch 4o, dadurch gekennzeichnet,

daß die übereinander angeordneten Teile mittels Schweißen verbunden sind.

58· Heizvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet,

daß der Träger einen oder mehrere in Längsrichtung sich erstreckende umgefalzte Teile aufweist, in dem oder denen sich die Heizkittel befinden·

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