CH339298A - Elektrischer Widerstandsheizkörper - Google Patents

Description

  Elektrischer Widerstandsheizkörper    Die Gestaltung der Hülle eines elektrischen Wi  derstandsheizkörpers jener Bauart, bei der der     Heiz-          leiter    in eine kompakte Masse eines gut wärmeleit  fähigen aber elektrisch isolierenden Materials einge  bettet und das ganze Gebilde in einem Metallmantel  eingehüllt ist, ist innerhalb enger Grenzen seitens  der Leistung, des Kostenfaktors und physikalischer  Eigenschaften bestimmt, was ernsthafte Probleme  bezüglich der Bauweise und der Materialwahl zur  Folge hat. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich  dabei sowohl für relativ hohe wie auch für relativ  niedrige Widerstandswerte.  



  Beim Bestreben, innerhalb gegebener und durch  andere Kriterien bestimmter äusserer Abmessungen  einen möglichst hohen Widerstandswert unterbrin  gen zu können, wird bald jener Punkt erreicht, an  welchem der Drahtdurchmesser zu klein und die  Festigkeit zu gering für die üblichen     Bearbeitungs-          und    Herstellungsmethoden wird, so dass in zuneh  mendem Masse Materialien mit hohem spezifischem  Widerstand gewählt werden müssen.  



  Es ist bekannt, den Widerstand von schrauben  förmig gewundenen Heizkörpern dadurch zu ver  mindern, dass deren Querschnitt vergrössert und die  Länge verringert wird. Jedoch ist hierbei der maxi  male noch verwendbare Drahtdurchmesser bei einem  solchen spiralig gewundenen und für eine gegebene  Gestalt der Hülle geeigneten     Heizleiter    durch ver  schiedene Gesichtspunkte konstruktiver und     fabri-          katorischer    Art bedingt. Beispielsweise wird mit zu  nehmendem Durchmesser die     Steifigkeit    immer grö  sser und die Herstellung der schraubenlinienförmigen  Gestalt immer schwieriger.

   Diejenige Bauart gepan  zerter Heizkörper, bei welchen ein     langgestreckter     massiver Widerstandsdraht als Heizleiter konzen  trisch innerhalb des Mantels vorgesehen ist, sind für  Heizkörper mit kleinem Widerstand gut geeignet,    da sowohl eine geringe Drahtlänge als auch ein  relativ grosser Drahtdurchmesser verwendbar sind.  



  Bei den meisten Heizkörpern dieser Bauart ist  der Durchmesser des Drahtes aber stets verhältnis  mässig klein gegenüber dem zur Erzielung der er  wünschten Wärmeabgabe pro     cm2    erforderlichen  Durchmesser des Panzers, und der radiale Zwischen  raum zwischen dem     Heizleiter    und der     Panzerinnen-          wandung    ist eigentlich, angesichts des unerwünsch  ten Temperaturabfalles in dem wärmeleitfähigen,  elektrisch isolierenden Material, viel zu gross.

   Dem  entsprechend ist die Betriebstemperatur des     Heiz-          leiters    wesentlich höher als die jeweils erwünschte  Aussentemperatur der Umhüllung, was für die Le  bensdauer des     Heizleiters    nachteilig ist.  



  Demgegenüber bezweckt die vorliegende Erfin  dung die Schaffung eines Heizkörpers, der die oben  genannten Nachteile bei kleinen Widerstandswerten  nicht aufweist. Der erfindungsgemässe Heizkörper  ist gekennzeichnet durch eine röhrenartige Aussen  hülle, durch einen Heizleiter innerhalb dieser Hülle,  welcher Heizleiter aus einem Rohr aus einem elek  trischen Widerstandsmaterial besteht, durch ein  wärmeleitfähiges und elektrisch isolierendes Mate  rial, das den Raum zwischen dem Heizleiter und  der Aussenhülle einnimmt, und durch ein elektrisches  Isoliermaterial, das den Innenkanal des Hohlleiters       ausfüllt.     



  Für sehr niedrige Widerstandswerte kann der  Heizleiter vorzugsweise aus einem     langgestreckten     Rohr aus elektrischem Widerstandsmaterial, konzen  trisch innerhalb der Panzerung angeordnet, bestehen.  Da der Durchmesser der Panzerung für die einzelnen  Anwendungen derartiger Heizkörper meist innerhalb  enger Grenzen durch andere Konstruktionsbedin  gungen festgelegt ist, kann     vorteilhafterweise    durch  einen derartigen Heizleiter ein geringerer Tempera-           turabfall    zwischen der Hülle und dem     Heizleiter    er  zielt werden als bei einem     langgestreckten    massiven  Heizleiter,

   weil hier die wärmeabgebende Oberfläche  des Heizleiters in geringerem     Radialabstand    von der  Hülleninnenseite angeordnet werden kann. Dement  sprechend kann der rohrförmige     Heizleiter    auf tiefe  rer Temperatur betrieben werden, was eine Erhö  hung der Lebensdauer zur Folge hat.  



  Für höhere Widerstandswerte kann der     Heiz-          leiter    eine serpentinenartige oder     schraubenlinien-          artige    Gestalt erhalten, um eine grössere Länge des  Heizleiters pro axialer Längeneinheit innerhalb des  Panzers unterzubringen. Bei einem     Heizleiter    dieser  Gestalt ist es noch leichter, die     wäimeabgebende     Aussenseite des     Heizleiters    der Innenwandung der  Hülle zu nähern als bei einem     langgestreckten        Heiz-          leiter.     



  Ein röhrenförmiger     Heizleiter    gewährleistet bei  vorgegebenem Materialquerschnitt immer eine grö  ssere mechanische Festigkeit als massive Leiter, so  dass mittels der üblichen Fabrikationsmethoden nun  mehr     Heizkörper    wesentlich höheren Widerstandes  als bisher bei gleichen Abmessungen     herstellbar    sind.  



  Nachstehend sind zwei Ausführungsbeispiele der  Erfindung an Hand der     Fig.    1 bis 3 näher erläutert.  Von diesen zeigt:       Fig.    1 eine Ansicht eines gepanzerten Heizkör  pers als erstes Ausführungsbeispiel, teilweise einen  Schnitt davon,       Fig.    2 eine Teilansicht eines zweiten Ausfüh  rungsbeispiels, ebenfalls teilweise einen Schnitt, und       Fig.    3 eine vergrösserte Wiedergabe des in     Fig.    2  verwendeten     Heizleiters.     



  Der in     Fig.    1 dargestellte Heizkörper weist als  Panzerung eine äussere Metallhülle 1, einen     rohr-          förmigen,    konzentrisch innerhalb der Metallhülle 1  sich erstreckenden Heizleiter 2, und zwei An  schlüsse 3 und 4 auf, die mit den beiden Enden  des     Heizleiters    2 verbunden sind. Der rohrförmige  Heizleiter 2 ist in einer dichten und kompakten  Masse eines elektrisch isolierenden und gut wärme  leitenden Materials 6 eingebettet, etwa in     Magne-          siumoxyd,    Aluminiumoxyd oder andere Materialien  entsprechender elektrischer und mechanischer Eigen  schaften.

   Das Isoliermaterial 6 wird meist in pulve  risierter oder körniger Gestalt in die Hülle 1 einge  füllt, und dann auf     geeignete    Weise, vorzugsweise  durch Ziehen unter Durchmesserverkleinerung der  Metallhülse 1 in einer Zieh- oder Walzeinrichtung  zu einer festen und kompakten Masse verdichtet.  Es können auch geeignete Isoliermaterialien, etwa  Aluminium- oder     Magnesiumzement    verwendet wer  den, bei denen keine Verdichtung erforderlich ist.  



  Der     rohrförmige        Heizleiter    2 besitzt kreisförmi  gen oder andern geeigneten Querschnitt, weist also  einen Innenkanal 5 auf, der vorzugsweise mit einem  festen Isoliermaterial 7 gefüllt ist, zwecks Schutz  der Innenfläche des     Heizleiters    2 vor nachteiligen  Einflüssen seitens des     Luftsauerstoffes    oder anderer  eventuell vorhandener Gase sowie zur Erhöhung    der Festigkeit und     Steifigkeit    des Heizleiters. Als  Kernfüllung 7 ist     Magnesiumoxyd    geeignet, obwohl  hierfür kein Material mit guter Wärmeleitung erfor  derlich ist.  



  Der endgültige Durchmesser der Metallhülle 1  ist gewöhnlich innerhalb relativ enger Grenzen durch  verschiedene Konstruktionsbedingungen entspre  chend der jeweiligen Anwendung des Heizkörpers  festgelegt, etwa auf Grund der erwünschten Ober  flächentemperatur der Metallhülle 1, der Wärme  abgabe pro Flächeneinheit derselben und der gege  benen Längsausdehnung.  



  Für Heizleiter mit relativ niedrigem Widerstand  ist die wärmeabgebende Oberfläche des     rohrförmi-          gen    Widerstandsheizleiters näher an der Metallhülle  als bei einem entsprechenden massiven Heizleiter der  bisher verwendeten Art für den betreffenden Wider  standsbereich. Die in     Fig.    1 angegebene Bauart  eines gepanzerten Heizkörpers arbeitet mit geringe  rem Temperaturabfall zwischen dem     Heizleiter    2 und  der Metallhülle 1 als bei einem entsprechenden  massiven     Heizleiter,    da der mit wärmeleitfähigem  Material 6 ausgefüllte Zwischenraum in radialer  Richtung geringere Dicke besitzt.  



  Aus     fabrikatorischen    Gründen wird meist ein  kreisrunder Querschnitt für den Heizleiter 2 vorge  zogen, jedoch können auch andere     Querschnittsfor-          men    für den Innenkanal gewählt werden, etwa ellip  tische, rechteckige, dreieckige usw., und ergeben die  gleichen Vorteile.  



  Die Bauart nach     Fig.    1 bietet auch bei gewissen  Ausführungen für höhere Widerstandswerte Vorteile,  wenn die übrigen Konstruktionsbedingungen die Ver  wendung rohrförmiger Heizleiter anstelle eines  schraubenlinienförmig gewundenen Heizdrahtes zu  lassen.

   Da das elektrisch isolierende und gut wärme  leitende Material innerhalb der Metallhülse norma  lerweise durch Walzen,     Gesenkpressen,    oder eine  ähnliche Bearbeitung derselben verdichtet wird, und  hierbei eine Verlängerung und Durchmesserverrin  gerung der Hülle erfolgt, ist die dabei auftretende  Einwirkung auf einen     schraubenlinienartig    gewun  denen Heizleiter nur sehr schwer rechnerisch zu er  fassen und ausserdem, infolge der Verwickeltheit der  Vorgänge bei der Dehnung der     Heizleiterwendel     und der Deformation des Heizdrahtes selbst, von  Fall zu Fall verschieden.

   Bei einer Bauart nach       Fig.    1 ist, wie sich herausgestellt hat, die Wider  standsänderung in Abhängigkeit von der Durch  messerverringerung und der Verlängerung der Me  tallhülle wesentlich gleichmässiger und deshalb eher  zu überprüfen und vorauszusehen.  



  In den     Fig.    2 und 3 ist ein anderes Ausfüh  rungsbeispiel der vorliegenden     Heizkörperbauart     wiedergegeben, das besonders für     mittlere    und  höhere Widerstandswerte vorteilhaft ist, bei denen  wegen anderweitiger Bedingungen ein     wendelförmi-          ger    Heizleiter erforderlich ist. In     Fig.    2 ist ein       schraubenlinienförmig    gewundener Heizleiter 8, ein  gebettet in eine Masse aus gut wärmeleitendem und      elektrisch isolierendem Material 9 dargestellt, wobei  das Ganze von einem äussern Metallpanzer 10 um  geben ist.

   Der Heizleiter 8, der in     Fig.    3 in ver  grössertem Massstab wiedergegeben ist, besteht aus  einem hohlen Widerstandsdraht, dessen Innenkanal  11 mit einem elektrisch isolierenden Material 12 ge  füllt ist, das vorzugsweise auf geeignete Weise, etwa  durch Walzen oder     Gesenkpressen    zu einer zusam  menhängenden Masse verdichtet ist, und zwar vor  der Verformung zu einer Wendel. Es ist in den  meisten Fällen von Vorteil, wenn die Füllung zu  einer festen Masse verdichtet wird, da ein kompak  ter Kern die mechanische Festigkeit und     Steifigkeit     erhöht, ohne die     Verformbarkeit    des Hohlleiters  merklich zu     beeinflussen.     



  Nach erfolgter Verformung der Heizwendel 8  wird dieselbe in die Metallhülle 10 eingesetzt und  dann das elektrisch isolierende und gut wärmelei  tende Material 9, etwa pulverisiertes oder körniges       Magnesiumoxyd    oder Aluminiumoxyd, eingefüllt und  die Heizwendel 8 damit allseits umgeben. Das Iso  liermaterial 9 wird dann, vorzugsweise durch Walzen  oder     Gesenkpressen    unter Verlängerung und Durch  messerverringerung der Hülle 10, zu einer festen  Masse verdichtet.  



  Die vorliegende Bauart von Heizkörpern ermög  licht eine grössere Freiheit in der Wahl des Wider  standsmaterials für den     Heizleiter,    da für jeden       Heizkörperdurchmesser    und Widerstandswert hier  ein Material mit geringerem spezifischem Widerstand  verwendet werden kann, ohne dass der Aussendurch  messer des Heizleiters verringert und die mechani  sche Festigkeit vermindert werden muss.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Elektrischer Widerstandsheizkörper, gekennzeich net durch eine röhrenartige Aussenhülle (1, 10), durch einen Heizleiter (5, 8) innerhalb dieser Hülle, welcher Heizleiter aus einem Rohr aus einem elek trischen Widerstandsmaterial besteht, durch ein wärmeleitfähiges und elektrisch isolierendes Material, das den Raum zwischen dem Heizleiter und der Aussenhülle einnimmt, und durch ein elektrisches Isoliermaterial, das den Innenkanal des Hohlleiters (5, 8) ausfüllt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Heizkörper nach Patentanspruch, gekennzeich net durch einen Widerstandsheizleiter, bestehend aus einem hohlen Widerstandsdraht mit einem fest ver dichteten, den Hohlkanal ausfüllenden, elektrisch iso lierenden Material. 2. Heizkörper nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heiz- leiter innerhalb der Hülle aus einem hohlen Wider standsdraht in nichtgestreckter Anordnung besteht. 3.

   Heizkörper nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass das elektrisch isolierende und wärmeleitfähige Material innerhalb der Hülle zu einer kompakten Masse verdichtet ist. 4. Heizkörper nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Füllung im hohlen Heizleiter aus elektrischem, zu einer kompakten Masse ver dichtetem Isoliermaterial besteht. 5. Heizkörper nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der elektrische Widerstandsheiz- leiter innerhalb der Hülle durch einen hohlen Wider standsdraht in Form einer, z.

   B. schraubenlinienför- migen Wendel gebildet ist, und dass das elektrisch isolierende und wärmeleitfähige Material innerhalb der Hülle zu einer kompakten, den Heizleiter um schliessenden Masse verdichtet ist, wobei der hohle Widerstandsdraht mit einem kompakten elektrischen Isoliermaterial gefüllt ist.