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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der heizenden Unterbaugruppen,
die bei Elektrogeräten
und insbesondere bei Elektrohaushaltsgeräten verwendet werden. Die Erfindung
betrifft Heizelemente vom Typ abgeschirmte Heizelemente und insbesondere
eine Verfahren zum Herstellen und Schließen derartiger Heizelemente.
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Es
ist bereits bekannt, abgeschirmte Heizelemente mit Hilfe eines flüssigen Silikonharzes
in Kombination mit einer am Heizelement angebrachten Isolierperle
und mit einem möglichen
Trocknungsvorgang zur Polymerisierung des Harzes zu schließen. Es
ist auch bekannt, einen Silikonkleber zu verwenden, der kalt aufgetragen
wird und eine Keramikperle versiegelt. Derartige Schließverfahren
haben den Nachteil, dass dimensionsgerechte Perlen verwendet werden,
die eine speziell an diese Verfahren angepasste Form besitzen. Die
Anzahl der Schritte zur Anwendung dieser Verfahren sowie ihre Komplexität erhöhen ferner
die Herstellungszeit und die Kosten der auf diese Weise realisierten
Heizelemente.
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Die
US 4314401 offenbart ein
Heizelement nach dem Stand der Technik.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Nachteile
des Standes der Technik zu beseitigen und Heizelemente kostengünstig herzustellen,
die eine gute Haltbarkeit hinsichtlich der Zeit, insbesondere hinsichtlich
des Einschlusses des in den Heizelementen enthaltenen Magnesiumoxids besitzen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Verfahren
zum Verschließen
oder Stopfen der Heizelemente zu vereinfachen und insbesondere alle
Schritte des Verfahrens auf besonders einfache Weise zu automatisieren.
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Ein
zusätzliches
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Keramikperlen
dieser Heizelemente durch Teile oder Mittel zu ersetzen, die kostengünstig und
industriell leicht zu realisieren sind.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugeordneten Ziele werden mit Hilfe eines
abgeschirmten Heizelements erreicht, mit einem Metallrohr, in dem
ein Widerstandsdraht angeordnet ist, Magnesiumoxid, das die elektrische
Isolierung des Drahts und die Wärmeübertragung
zum Metallrohr gewährleistet,
einer Klemme, die an jedem Ende des Drahts befestigt ist und aus
dem Metallrohr hervorsteht, sowie Mitteln zum Verschließen des
Heizelements, die mit Hilfe eines Mittels zur elektrischen Isolierung
der Klemme und eines Materials auf Silikonbasis realisiert sind, welches
das Innere des Metallrohrs in dem Raum ausfüllt, der zwischen der Klemme
und dem Rohr verfügbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur elektrischen Isolierung
Mitteln zum Zentrieren der Klemme in dem Metallrohr zugeordnet sind,
wobei die Anordnung des Mittels zur elektrischen Isolierung und
der Zentriermittel das Rohr nicht vollständig verschließt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausfühungsform sind
das Mittel zur elektrischen Isolierung der Klemme und die Mittel
zum Zentrieren der Klemme in dem Metallrohr aus einem Teil gebildet.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugeordneten Ziele werden auch mit Hilfe
eines Verfahrens zum Verschließen
eines abgeschirmten Heizelements erhalten, das darin besteht:
- – einen
Widerstandsdraht, der an seinen Enden mit Klemmen versehen ist,
in ein Metallrohr einzusetzen,
- – ein
Mittel zur elektrischen Isolierung der Klemme und Mittel zum Zentrieren
der Klemme in dem Metallrohr anzuordnen,
- – das
Rohr mit Magnesiumoxid zu füllen,
so dass die elektrische Isolierung und die Wärmeübertragung gewährleistet
sind,
- – ein
Material auf Silikonbasis in dem Metallrohr vorzugsweise um die
Klemme herum einzubringen, um das Metallrohr, das das Magnesiumoxid enthält, zu versiegeln.
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Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich besser beim Lesen der nachfolgenden
Beschreibung, die anhand der beigefügten beispielhaften, jedoch
nicht einschränkenden
Zeichnungen gegeben ist. Darin zeigen:
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1 eine
Teilschnittansicht eines Ausführugsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Heizelements,
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1a eine
Querschnittansicht entlang der Linie A-A aus 1,
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2 eine
Teilschnittansicht einer Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Heizelements,
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3 eine
Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Heizelements,
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3a eine
Querschnittansicht entlang der Linie A-A aus 3,
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4 eine
Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Heizelements,
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4a eine
Querschnittansicht entlang der Linie A-A aus 4,
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5 eine
weitere Variante eines erfindungsgemäßen Heizelements, das in 4 dargestellt
ist.
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1,
die ein erfindungsgemäßes Heizelement
darstellt, zeigt ein Metallrohr 1, insbesondere in der
Nähe eines
Endes 1a des Metallrohrs 1. 1 zeigt
auch Magnesiumoxid 2 in dem Rohr 1 sowie eine
Klemme 4, die einem Mittel zur elektrischen Isolierung
der Klemme 4 zugeordnet ist. Diese ist dazu bestimmt, das
Heizelement mit einer Quelle zur elektrischen Versorgung zu verbinden.
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Die
Mittel zum Verschließen
des erfindungsgemäßen abgeschirmten
Heizelements bestehen vorteilhafterweise einerseits aus einem Mittel
zur elektrischen Isolierung der Klemme 4 und andererseits
aus einem Mittel zum Zentrieren der Klemme. Beim Zusammensetzen
wird das Rohr mit Hilfe eines Materials auf Silikonbasis endgültig geschlossen, das
in dem Metallrohr 1 eingebracht wird und sich an der Oberfläche des
Magnesiumoxids 2 verteilt, welches das Metallrohr 1 nicht
vollständig
ausfüllt.
Das Material auf Silikonbasis, das in den Figuren nicht dargestellt
ist, ist ein vernetztes oder polymerisiertes Silikonharz, um das
Magnesiumoxid 2 wirksam zu bedecken und somit das Heizelement
zu schließen. Die
Klemme 4 ist vorteilhafterweise einerseits in dem Metallrohr 1 im
Magnesiumoxid 2 getaucht und steht andererseits aus dem
Metallrohr 1 hervor.
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Das
Mittel zur elektrischen Isolierung ist beispielsweise mit einem
Keramik- oder Polymermaterial
realisiert. Das Mittel zur elektrischen Isolierung ist vorzugsweise
ein Teil, das auf die Klemme 4 geschoben und an dieser
befestigt ist. Wie in den 1, 3, 4 und 5 dargestellt
ist, ist das Mittel zur elektrischen Isolierung z.B. eine Hülse 6,
die vorzugsweise einen röhrenförmigen Mittelabschnitt 10 aufweist
und mit Mitteln zum Zentrieren der Klemme 4 in dem Metallrohr 1 versehen
ist, wobei die Zentrierungsmittel das Rohr 1 nicht vollständig verschließen. Durch
diese Anordnung ist es möglich,
nach dem Einsetzen der Hülse
in das Rohr 1 eine Verbindung zwischen dem Inneren und
dem Äußeren des Metallrohrs 1 beizubehalten.
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Die
Hülse 6 ist
vorteilhafterweise mit einem Kunststoffmaterial realisiert, das
gegen hohe Temperaturen beständig
ist. Diese hohen Temperaturen entsprechen einerseits den Betriebstemperaturen
bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Heizelemente und andererseits
den Temperaturen zum Trocknen des Magnesiumoxids 2, das
in dem Metallrohr 1 enthalten ist. Sobald dieses Magnesiumoxid mit
Hilfe eines Trocknungsvorgangs verdichtet und entwässert wurde,
umgibt es vorteilhafterweise zumindest teilweise das Mittel zur
elektrischen Isolierung der Klemme 4, wobei es das Metallrohr 1 nicht vollständig ausfüllt. Es
ist somit ein freier Raum 1b vorhanden, der durch das Metallrohr 1,
das Magnesiumoxid 2 und die dem Mittel zur elektrischen
Isolierung zugeordnete Klemme 4 begrenzt ist. Dieser freie Raum 1b wird
dazu verwendet, das Silikonharz darin zu verteilen. Die Klemme 4 dient
dazu, einen Widerstandsdraht 3, der im Magnesiumoxid 2 getaucht
ist und die Wärmequelle
bildet, an eine elektrische Versorgung anzuschließen. Durch
das Mittel zur elektrischen Isolierung ist es insbesondere möglich, einen Kurzschluss
zwischen der Klemme 4 und dem Metallrohr 1 zu
vermeiden. Eine derartige Gefahr kann beispielsweise dadurch entstehen,
dass sich Flüssigkeitstropfen
oder andere Produkte versehentlich oder nicht versehentlich am Heizelement
befinden.
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Wie
in den 1, 3, 4 oder 5 dargestellt,
ist die Klemme 4 vorteilhafterweise mit mindestens einer
Verformung 5 oder einem Absatz 5a versehen, um
das Mittel zur elektrischen Isolierung translatorisch zu halten.
Die Verformungen 5 werden z.B. durch Zusammendrücken der
Klemme 4 oder auf jegliche andere bekannte Weise erhalten, durch
die es möglich
ist, die Haltelappen zu realisieren. Gemäß einer Ausführungsvariante
der Klemme 4, die in 3 dargestellt
ist, sind die Verformungen 5 durch den Absatz 5a ersetzt,
der direkt durch die Gestaltung der Klemme 4 erhalten wird.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Hülse 6,
die die Isolierung der Klemme 4 realisiert, auch teilweise
in dem Magnesiumoxid 2 getaucht und gelangt an ihrem anderen Ende
gegen den Absatz 5a in Anschlag.
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Die
Mittel zum Zentrieren der Klemme 4 in dem Metallrohr 1 sind
vorteilhafterweise durch mindestens einen Zweig 8 gebildet,
der mit dem röhrenförmigen Mittelabschnitt 10 der
Hülse 6 verbunden
ist und einen Umfangsabschnitt 11 aufweist, der den Kontakt
mit dem Metallrohr 1 gewährleistet.
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1a zeigt
einen Querschnitt der Hülse 6 entlang
der Linie A-A aus 1. In diesem Ausführungsbeispiel
weist die Hülse 6 einen
Zweig 8 auf, der in einen Umfangsabschnitt 11 endet,
welcher röhrenförmig ist
und mindestens 180° bedeckt,
so dass das Halten der Hülse 6 in
dem Metallrohr 1 gewährleistet
ist.
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3a zeigt
einen Querschnitt der Hülse 6 entlang
der Linie A-A aus 3. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel
weist die Hülse 6 zwei
Zweige 8 auf, die jeweils in einen Umfangsabschnitt 11 enden.
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4 stellt
eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Heizelements
dar. In dieser Variante ist das Mittel zur elektrischen Isolierung
eine Hülse 6,
die eine Konfiguration mit mindestens drei Zweigen 8 aufweist,
welche bezüglich
einer Symmetrieachse x-x' des
Metallrohrs 1 symmetrisch verteilt sind.
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4a zeigt
einen Querschnitt der Hülse 6 entlang
der Linie A-A aus 4. Dieser Querschnitt zeigt
ein Beispiel mit vier Zweigen 8, die bezüglich der
Achse x-x' der Hülse 6 oder
des erfindungsgemäßen Heizelements
symmetrisch sind. 4a zeigt auch eine Bohrung 9,
die von der Klemme 4 durchquert ist.
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Vorteilhafterweise
ruht die Hülse 6 auf
dem Magnesiumoxid 2 im Metallrohr 1 und gelangt
mit ihrem anderen Ende gegen die Verformungen 5 und die
Klemme 4 in Anschlag. Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Hülse 6 durch
jegliches bekannte Mittel und insbesondere durch Einbau mit Kraft
auch fest mit der Klemme 4 verbunden werden. 4 zeigt
auch eine Spritze 15, die dazu bestimmt ist, den Raum 1b zwischen
den Zweigen 8 mit einem flüssigen Silikonharz zu füllen, welches
anschließend
polymerisiert oder vernetzt wird. Die Abmessungen der Hülse 6 sind
vorteilhafterweise so gewählt,
dass es möglich
ist, sie mit Spiel in das Innere des Metallrohrs 1 einzusetzen.
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In
dem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen abgeschirmten
Heizelements, das in 5 dargestellt ist, erstrecken
sich die Zweige 8 radial bezüglich der Symmetrieachse x-x', sie besitzen jedoch bezüglich der
gesamten Axiallänge
der Hülse 6 kleinere
Abmessungen. Die Zweige 8 sind somit vollständig in
dem Metallrohr 1 und folglich in dem flüssigen Silikonharz getaucht,
das in dem über
dem Magnesiumoxid 2 verfügbaren Raum 1b verteilt
ist. Der Abschnitt der Hülse 6,
der aus dem Metallrohr 1 hervorsteht, besitzt eine zylindrische
Form, die die Klemme 4 umgibt und gegen die Verformung 5 in
Anschlag gelangt. Durch eine derartige Konfiguration der Hülse 6 ist
es möglich,
das Silikonharz gleichmäßiger in dem
Raum 1b zu verteilen, der durch das Metallrohr 1,
die der Hülse 6 zugeordnete
Klemme 4 und das Magnesiumoxid 2 begrenzt ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Heizelements,
das in 2 dargestellt ist, weist das Mittel zur elektrischen
Isolierung einen glasierten Überzug 7,
der auf den gesamten Umfang der Klemme 4 gespritzt ist.
Durch eine in der Figur nicht dargestellte Hülse, die auf die Klemme 4 geschoben ist,
kann das Zentrieren der Klemme 4 gewährleistet werden. Durch dieses
Mittel zur elektrischen Isolierung ist auch möglich, in der Nähe eines
Endes 1a des Metallrohrs 1 den Raum 1b vorzusehen,
der das Silikonharz aufnehmen soll.
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Das
Verfahren zum Verschließen
eines erfindungsgemäßen abgeschirmten
Heizelements, das darin besteht darin, den Widerstandsdraht 3,
der an seinen Enden mit Klemmen 4 versehen ist, in ein
Metallrohr 1 einzusetzen, Magnesiumoxid 2 zu verwenden,
um die elektrische Isolierung und die Wärmeübertragung zu gewährleisten,
und ein Mittel zum Verschließen
des Heizelements zu verwenden, umfasst ferner zusätzliche
Schritte.
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Diese
bestehen einerseits darin, ein Mittel zur elektrischen Isolierung
der Klemme 4 in Kombination mit dem Material auf Silikonbasis
als Verschlussmittel zu verwenden, und andererseits darin, das Material
auf Silikonbasis in das Metallrohr 1 vorzugsweise um die
Klemme 4 herum einzubringen, um das Magnesiumoxid 2 in
dem Metallrohr 1 einzuschließen. Somit wird jeglicher Kontakt
oder jegliche Verbindung zwischen dem Magnesiumoxid 2 und
der gasförmigen
oder flüssigen
Umgebung, in der das Heizelement verwendet wird, verhindert. Die
Isolierung der Klemme 4 erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
vor der Verwendung des Materials auf Silikonbasis des Typs Harz
zum Schließen
des Heizelements.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
besteht auch darin, Mittel zum Zentrieren der Klemme 4 in dem
Metallrohr 1 zu verwenden, die am Umfang des Mittels zur
elektrischen Isolierung der Klemme 4 angeordnet sind und
das Rohr 1 nicht vollständig
verschließen.
Somit kann nach der Isolierung der Klemme 4, die bezüglich der
Innenwände
des Metallrohrs 1 in ihrer Position gehalten ist, Magnesiumoxid 2 in das
Metallrohr 1 eingesetzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
besteht auch darin, das Mittel zur elektrischen Isolierung und die
Klemme 4 fest zu verbinden und vor den Schritten, die darin
bestehen, das Metallrohr 1 mit Magnesiumoxid 2 zu
füllen
und das Magnesiumoxid 2 zu verdichten und zu entwässern, in
das Metallrohr 1 einzusetzen. Die Realisierung einer heizenden
Unterbaugruppe, die aus einer Klemme 4 besteht, welche
ein Mittel zur elektrischen Isolierung und gegebenenfalls Verformungen 5 aufweist,
ermöglicht
es, das Verfahren zum Schließen
und folglich das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen abgeschirmten
Heizelements zu vereinfachen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
besteht auch darin, ein Teil des Typs Hülse zu verwenden, um es auf
die Klemme 4 zu schieben und somit zumindest teilweise
deren elektrische Isolierung zu realisieren. Diese Klemme wird durch
das Material auf Silikonbasis und das entwässerte und verdichtete Magnesiumoxid 2 in
dem Metallrohr 1 vervollständigt.
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Gemäß einer
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht dieses darin, den glasierten Überzug 7 auf die Klemme 4 zu
spritzen, um deren elektrische Isolierung zu erhalten. Ein derartiger
Vorgang kann leicht automatisiert werden und bedarf keines manuellen
Eingriffs. Dies gilt auch für
das Schieben des Teils vom Typ Hülse
auf die Klemme 4. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht auch darin,
die Klemme 4 zu verformen, nachdem die Hülse 6 auf
diese geschoben wurde, so dass die Hülse 6 translatorisch
gehalten ist.
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Ein
beträchtlicher
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt darin, dass die Klemme 4 vor jeglicher Harzbehandlung
isoliert wird, wodurch das Verfahren vereinfacht wird.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird mit einem möglichen
Aufsteigen eines Silikonharzes durch Kapillarwirkung zwischen der
Klemme 4 und dem darauf geschobenen Teil bei der Befüllung des
Metallrohrs 1 erhalten. Ein derartiges Aufsteigen trägt zum Halten
und zur Befestigung des Teils an der Klemme 4 bei. Das
Harz kann in diesem Fall die Verbindungsstelle zwischen der Klemme 4 und
deren Isoliermittel bilden.
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Ein
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Verschließen
liegt in der Verwendung von aufeinanderfolgenden Schritten, die
alle leicht und zu geringen Kosten automatisiert werden können.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der möglichen
Verwendung eines besonderen Silikonharzes, das mit ultravioletten
Strahlen behandelt werden kann, um eine Polymerisation des Harzes
zu erhalten. Dadurch, dass keine Perlen vorhanden sind, die das
Metallrohr 1 verschließen, können nämlich die
Strahlen direkt zu dem Harz gelangen. Ein derartiger Vorgang kann
eine zusätzliche Trocknung
ersetzen.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt somit
darin, dass das Teil, das die elektrische Isolierung der Klemme 4 realisiert
und das Wegfallen des manuellen Anbringens einer Perle auf dem Metallrohr 1 ermöglicht,
automatisch zusammengesetzt wird. Derartige Vorgänge können durchgeführt werden,
bevor die erfindungsgemäßen Heizelemente
geformt werden, das heißt
bevor sie ihre endgültige
Konfiguration besitzen, die in den meisten Fällen nicht geradlinig ist.
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All
diese Vorteile führen
zu einem weiteren bedeutenden Vorteil, der es ermöglicht,
die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen abgeschirmten Heizelemente
deutlich zu senken.
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Als
Variante wäre
es denkbar, dass die Mittel zur elektrischen Isolierung und die
Mittel zum Zentrieren der Klemme 4 aus mehr als einem Element
bestehen, dass z.B. die Mittel zur elektrischen Isolierung und die
Zentrierungsmittel aus zwei separaten Teilen gebildet sind oder
dass die Zentrierungsmittel selbst aus mehr als einem Teil gebildet
sind.