Rohrheizkörper mit einer Überlastungssicherung

Abstract

 Rohrheizkörper, dessen Anschlußende eine Schmelzsicherung (9) oder ein PTC-Element (23), einen Fühler für eine elektronische Schaltung (25) oder einen Thermostaten als Überlastungssicherung enthält.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Rohrheizkörper bestehend aus einer Heizwendel aus Widerstandsdraht, welche in Isoliermaterial eingebettet in einem Mantelrohr untergebracht ist, mit einer Überlastsicherung..

[0002] Es ist z. B. aus der DE-PS 21 24 028 bekannt, Rohrheizkörper gegen Überlastung zu sichern. Dieses Problem hat besondere Bedeutung, wenn die Rohrheizkörper in Geräten mit Kunststoffgehäusen, z. B. in derartigen Geschirrspülmaschinen oder Waschmaschinen betrieben werden. Bei einer Überhitzung des Rohrheizkörpers kann durch Wärmestrahlung oder durch Abtropfen flüssiger Metallteile das Kunststoffgehäuse in Brand geraten, was zu einem entsprechenden Wohnungsbrand führen kann. Gemäß dem älteren Vorschlag wird im Rohrheizkörper eine Drahtinnenseele verwendet, auf die ein Glasfaserschlauch aufgeschoben ist. Die Heizwendel wird dann auf den Glasfaserschlauch gewickelt. Bei Überhitzung des Rohrheizkörpers schmilzt die Glasfaser, wobei es zu einem Kurzschluß zwischen der Wendel und der Innenseele kommt, durch welchen der Rohrheizkörper unmittelbar oder mittelbar über ein Relais oder dgl. abgeschaltet wird.

[0003] Es sind weiterhin eine große Anzahl von Thermostateinrichtungen bekannt, über die der Rohrheizkörper bei Erreichen einer bestimmten Temperatur abgeschaltet wird. So ist es beispielsweise aus der US-PS 746 018 bekannt, bei flexiblen elektrischen Heizkabeln, wie sie beispielsweise für Heizdecken verwendet werden, zusätzlich zu dem Heizdraht einen Signaldraht zu wickeln. Dieser ist vom Heizdraht elektrisch getrennt. Bei einer Überhitzung des Heizkabels über einen bestimmten Punkt erhält der Signaldraht einen Stromfluß über ein Isoliermaterial, das bei niedriger Temperatur im wesentlichen ein Isolator ist, jedoch bei höheren Temperaturen elektrisch leitend wird.

[0004] Die bekannten Rohrheizkörper mit Überlastsicherung haben den Nachteil, daß die-Abschaltung nicht zwangsläufig bei einer genau definierten Temperatur einsetzt bzw. daß ein empfindliches und gegebenenfalls störanfälliges Gerät in der Maschine vorgesehen sein muß, welches die Abschaltung z. B. in Abhängigkeit eines bestimmten Signalstromes durchführt. Abgesehen von dem Kostenaufwand für derartige Geräte ist nicht sichergestellt, daß sie bei dem robusten Betrieb ihre Justierung beibehalten oder daß sie beispielsweise durch Überbrückung außer Funktion kommen. Insbesondere beim Auswechseln des Rohrheizkörpers ist der Funktionsmechanismus oftmals nicht mehr gewährleistet.

[0005] Besonders wesentlich erscheint jedoch, daß die Überlastsicherung unabhängig von der Temperatur des Rohrheizkörpers bei einer erhöhten Stromaufnahme im Falle eines Kurzschlusses oder eines zu einem Kurzschluß führenden Zustands - wie Beginn des Durchbrennen des Rohrheizkörpers zum Mantelrohr - anspricht, daß sie andererseits jedoch nicht anspricht, wenn sich die Temperatur des Rohrheizkörpers durch Kalkansatz in noch zulässiger Weise erhöht - sie jedoch wiederum anspricht, wenn der Rohrheizkörper zu glühen beginnt oder die Temperatur der Heizwendel oder des Mantelrohres in die Nähe der Schmelztemperatur korrmt.

[0006] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Rohrheizkörper so auszubilden, daß er sich selbsttätig abschaltet, wenn seine Stromaufnahme einen genau definierten Grenzwert überschreitet oder wenn die Temperatur der Heizwendel oder des Mantelrohres in die Nähe der Schmelztemperatur gerät. Irgendwelche zusätzlichen Schalteinrichtungen im Gerät, die auf den Rohrheizkörper abgestimmt sein müssen, können bei den meisten Ausführungsformen entfallen.

[0007] Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche 2 bis 10 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen. Die Ansprüche 11 bis 13 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Rohrheizkörpers.

[0008] Durch die neue Ausbildung des Rohrheizkörpers ergeben sich mehrere Vorteile. Da der Rohrheizkörper selbst seine genau abgestimmte Schmelzsicherung oder eine andere Überlastsicherung in seinem Anschlußende enthält, entfallen eine Reihe von Unsicherheitsfaktoren. Vor allem ist sichergestellt, daß unabhängig von den Betriebsbedingungen und der Betriebszeit des mit dem Rohrheizkörper bestückten Gerätes der Ansprechwert der Überlastsicherung zwangsläufig immer der gleiche bleiben muß. Ein beabsichtigtes oder unbeabsichtigtes Ausschalten der Sicherung ist unmögllich. Da die Sicherung nicht vom Gerätehersteller, sondern vom Rohrheizkörperhersteller montiert wird, ist auch sichergestellt, daß sie exakt auf die entsprechenden Charakteristiken des Rohrheizkörpers abgestimmt ist. So kann beispielsweise ein Rohrheizkörper derselben Ausführungsform in unterschiedlichen Qualitätsstufen und für unterschiedliche Verwendungszwecke geliefert werden. Bei einer höheren Qualitätsstufe kann beispielsweise eine etwas höhere Stromaufnahme toleriert werden, während bei einer niedrigeren Qualitätsstufe der Abschaltvorgang früher erfolgen muß. Gemäß der Erfindung ist gewährleistet, daß in jedem Fall der Rohrheizkörper die richtig abgestimmte Schmelzsicherung enthält. Weiterhin sind beabsichtigte oder unbeabsichtigte Manipulationen ausgeschlossen. So ist es beispielsweise nicht möglich, im Wege der "Selbsthilfe" die entsprechende Maschine wieder in Gang zu bringen, indem beispielsweise ein Thermostat überbrückt wird. Die in den Unteransprüchen beschriebenen Ausführungsformen besitzen noch eigene besondere Vorteile. Besonders wesentlich erscheint di.e Auswechselbarkeit der Sicherung. Wenn die Sicherung vom Rohrheizkörperhersteller ausgewechselt wird; so wird diesem eine Überprüfung der Ausfallursachen ermöglicht. Das Herstellerwerk hat einen besseren Überblick, ob ein Weiterbetrieb des Rohrheizkörpers zulässig oder wünschenswert ist oder ob dieser durch einen neuen ersetzt werden soll.

[0009] Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteen Erläuterung der Erfindung.

[0010] Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt des Anschußendes einer ersten Ausführungsform eines Rohrheizkörpers;

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 die Seitenansicht eines neuartigen Anschlußbolzens;

Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 1 eines unter Verwendung des Anschlußbolzens gemäß Fig. 3 hergestellten Rohrheizkörpers;

Fig. 5 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 einer Ausführungsform mit PTC-Scheiben;

Fig. 6 einen Schnitt ähinlich.Fig. 1 einer Ausführunsform mit Wärmefühler;

Fig. 7 ähnlich wie Fig. 1 einen Schnitt einer abgewandelten Ausfsührungsform.

[0011] In einem Mantelrohr 1 eines Rohrheizkörpers ist in bekannter Weise eine elektrische Heizwendel 2 in Isoliermaterial 3, z. B. Magnesiumoxid, eingebettet. Die Heizwendel 2 ist an einem Anschlußbolzen 4 befestigt, welche ein langgezogenes konisches Ende 5 besitzt, das sich an einen im wesentlichen zylindrischen Kopf anschießt. Das Anschweißen der Heizwendel 2 erfolgt vorzugsweise mit einer berührungslosen Schweißtechnik, z. B. einer Laserstrahlschweißtechnik, an der Schweißstelle 6. Über den zylindrischen Teil des Anschußbolzens 4 und die Schweißstelle 6 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ein Anschlußrohr 7 geschoben, das auf die Schweißstelle 6 aufgepreßt ist. Das Anschlußrohr 7 wird von einer hülsenförmigen Isolierperle 8 konzentrisch im Mantelrohr 1 gehalten, wobei das Stirnende des Anschlußrohres 7 über das Stirnende der Isolierperle 8 hinausragt.

[0012] In das Anschlußrohr 7 ist nun eine im wesentlichen zylindrische Schmelzsicherüng 9 eingeschoben, die an einem Anschlußdrahtstück 11 befestigt ist. Über das Anschlußdrahtstück 11 ist ein Isolierschlauch 12 gezogen.

[0013] Die im Mantelrohr I liegende Länge des Anschlußrohres 7 ist in das Isoliermaterial 3 eingebettet. Der Rohrheizkörper kann damit zur Verdichtung des Isoliermaterials 3 auf volle Länge gewalzt werden, wobei das Anschlußrohr 7 in seiner Lage entsprechend fixiert wird. Das langgezogene konische Ende 5 des Anschlußbolzens 4 ermöglicht dabei, daß sich die Preßwalzen in automatischer Steuerung entsprechend einstellen können, wobei der Walzeneingriff vergrößert, jedoch der Anpreßdruck konstant gehalten wird.

[0014] Der Rohrheizkörper hat also einen Doppelanschluß, wobei das über die Isolierperle 8 hinausragende Ende des Anschlußrohres 7 eine unmittelbare elektrische Verbindung zu der Heizwendel 2 besitzt, während das überstehende Ende des Anschlußdrahtes Il eine elektrische Verbindung zur Heizwendel 2 über die Schmelzsicherung 9 ermöglicht.

[0015] Der Rohrheizkörper kann also z. B. im Herstellerwerk zu Prüfzwecken mit einer über das Aufnahmevermögen der Schmelzsicherung 9 hinausgehenden Spannung beaufschlagt werden. Weiterhin kann über dieses Anschlußende festgestellt werden, ob die Heizwendel einschließlich ihrer Schweißstelle 6 auf dem Anschlußbolzen 4 intakt ist. Weiterhin kann das Ende des Anschlußrohres 7 für Betriebs- oder Überwachungszustände herangezogen werden, die nicht sicherungsbedürftig sind, z. B. Überwachung -der Temperatur der Heizwendel 2 durch Widerstandsmessung, laufende Kontrolle des Ableitstromes usw.

[0016] Die Schmelzsicherung 9 kann einfach ausgewechselt werden, indem sie aus-dem Anschußrohr 7 herausgezogen wird.

[0017] Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform dadurch, daß der Anschlußbolzen 4 entfällt. Es ist ein Anschlußrohr 13 vorgesehen, dessen im Rohrheizkörper liegendes Ende 14 langgezogen konisch ausgebildet ist. Die Heizwendel 2 ist bei 15 auf dieses konische Ende 14 aufgeschweißt. Die Schmelzsicherung 9 besitzt einen entsprechend geformten Ansatz 16, der in das Ende 14 eingesteckt ist. Die Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Anschlußbolzen 4 eingespart wird und daß die Schmelzsicherung 9 durch entsprechende Klemmung des Endes 16 besser fixiert ist. Außerdem ist die Kontaktgabe zuverlässiger.

[0018] Die Anwendung einer berührungslosen Schweißtechnik, z.B. mittels Laserstrahlen, zur Befestigung der Heizwendel 2 ist besonders bei der Ausführungsform nach Fig. 2 von besonderer Bedeutung. Bei dem bisherigen Schweißverfahren, bei welchem die Heizwendel mittels Schweißelektroden beim Schweißvorgang angepreßt werden muß, besteht die Gefahr, daß das konisch zulaufende innere Stirnende 14 des Anschlußrohres 13 eingedrückt wird. Würde man zur Vermeidung dieser Gefahr das Anschlußrohr 13 mit größerer Wandstärke herstellen, dann würde bei einem Rohrheizkörper üblicher Dimensionierung die Stärke der Schicht aus Isolationsmaterial 3 zwischen dem Mantelrohr 1 und dem Anschlußrohr 13 zu gering. so daß die Durchschlagsfestigkeit des Rohrheizkörpers beeinträchtigt würde.

[0019] Die Figuren 3 und 4 dienen der Erläuterung eines Herstellungsverfahrens, das sich besonders gut zur Massenproduktion eignet.

[0020] Der zylindrische Kopf des Anschlußbolzens besitzt eine Ringnut 18, so daß der äußere zylindrische- Teil 19 leicht mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs abgebrochen werden kann. Da die Bruchstelle vollkommen gratfrei ist, kann über diese eine geschlitzte Hülse 20 geschoben werden, welche federnd auf dem zylindrische Restteil 21 des Anschlußbolzens aufliegt. Die Hülse 20 besteht dabei vorzugsweise aus Kupfer. Sie wird etwa bis zur Hälfte ihrer Längserstreckung auf den Teil 21 aufgeschoben. In den überstehenden Teil der Hülse 20 wird nun eine Schmelzsicherung 9 mit einem Anschlußdraht 11 eingeschoben. Die Abdichtung erfolgt durch eine entsprechend geformte Isolierstoffbuchse 22.

[0021] Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ähnelt der Ausführungsform gemäß Fig. l. Anstelle einer Schmelzsicherung 9 werden jedoch PTC-Scheiben 23 verwendet, welche unter Zwischenlage einer isolierenden Folie 24 untergebracht sind. Die PTC-Scheiben 23 bestehen aus einem Widerstandsmaterial mit positivem Temperaturgradienten. Der Stromfluß von dem Anschlußdraht 11 zu dem Anschlußbolzen 4 fällt dementsprechend mit zunehmender Erhitzung der PTC-Scheiben 23 ab. Wird also infolge Überhitzung des Rohrheizkörpers entsprechend Wärme von dem Anschlußrohr 7 aus dem Inneren des Rohrheizkörpers auf die PTC-Elemente 23 abgeleitet, so ergibt sich ein entsprechender Abfall des Stromflusses durch die Erhöhung des Widerstandes und dementsprechend ein "Herunterregeln" der Heizleistung.

[0022] Bei höherer Leistungsaufnahme des Rohrheizkörpers wird man jedoch nicht den gesamten Stromfluß über die PTC-Elemente 23 leiten. Man kann durch eine entsprechende Relaisschaltung 25 eine Hilfsspannung zwischen dem Anschlußdrahtstück 11 und dem Anschlußrohr 7 aufbauen. Bei Abfall des Stromflusses über die PTC-Elemente 23 infolge unzulässiger Erwärmung wird dann durch das Relais die Hauptstromzufuhr abgeschaltet. Bei Verwendung derartiger Schaltungseinrichtungen ist selbstverständlich auch der umgekehrte Weg gangbar, d. h. anstelle der PTC-Elemente 23 können auch Elemente mit negativem Temperaturkoeffizienten verwendet werden, wobei dann bei steigendem Stromfluß die Abschaltung erfolgt.

[0023] Fig. 6 zeigt, daß es von Vorteil sein kann, eine entsprechende temperaturempfindliche Anordnung 26 außerhalb des Mantelrohrs 1 des Rohrheizkörpers anzuordnen. Die schematisch dargestellte Anordnung 26 kann dabei aus den beschriebenen PTC-Elementen, jedoch auch aus anderen temperaturempfindlichen Schaltteilen,wie Bimetallschaltern oder einer elektrischen Schalteinrichtung bestehen. Dadurch, daß die Schalteinrichtung 26 außen liegt und gekühlt wird, kann das Ansprechen derselben bis nahe an den Schmelzpunkt der Heizwendel oder des Mantelrohres 1 des Rohrheizkörpers verlegt werden. Auf der anderen Seite erfolgt jedoch ein Ansprechen, wenn der Stromfluß unzulässigerweise ansteigt, z. B. wenn der Rohrheizkörper durch Lichtbogenbildung von der Heizwendel 2 auf das Mantelrohr 1 durchzubrennen beginnt.

[0024] Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ist der Anschlußbolzen des Rohrheizkörpers als Rohr 27 ausgebildet. In dem Rohr 27 ist eine Schmelzsicherung 9 untergebracht, die von einer Feder 28 so angedrückt wird, daß ein guter elektrischer Kontakt des inneren Anschlusses 29 gewährleistet ist.

Ansprüche

1. Rohrheizkörper, bestehend aus einer Heizwendel (2) aus Widerstandsdraht, welche in Isoliermaterial (3) eingebettet in einem Mantelrohr (1) untergebracht ist,mit einer Über lastungssicherung, dadurch gekennzeichnet , daß eine im Stromfluß zwischen der Heizwendel (2) und einem Anschluß (11) liegende Schmelzsicherung (9), mindestens ein PTC-Element (23), ein Fühler für eine elektronische Schaltung (26) oder ein Thermostat in der Nähe des Anschlußende des Rohrheizkörpers angeordnet ist.

2. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schmelzsicherung (9) auswechselbar ist.

3. Rohrheizkörper nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß aus dem Stirnende des Mantelrohres (1) zwei getrennte elektrische Anschlüsse (7, 11) herausgeführt sind, von denen einer unmittelbar mit der Heizwendel (2) verbunden ist, während der andere über die Schmelzsicherung (9) mit der Heizwendel (2) verbunden ist, und daß die Anschlüsse (7, 11) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

4. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Anschlußrohr (7, 13) vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner ist als derjenige des Mantelrohres (1) und das im Mantelrohrende untergebracht ist, wobei die Schmelzsicherung (9) in das Anschlußrohr (7, 13) eingeschoben ist, daß das Anschlußrohr (7, 13) von einer hülsenförmigen Isolierperle (8) und dem Isoliermaterial (-3) konzentrisch in dem Mantelrohr (1) gehalten ist und daß die Schmelzsicherung (9) an einem Anschlußdraht (11) befestigt ist, der mit einem Isolierschlauch (12) überzogen, konzentrisch in dem Anschlußrohr (7, 13) angeordnet ist.

5. Rohrheizkörper nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß die Schmelzsicherung (9) mit ihrem inneren Stirnende an dem äußeren Stirnende eines Anschußbolzens (4) anliegt, auf den die Heizwendel (2) aufgeschweißt ist.

6. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Anschlußrohr (13) ein langgezogenes, konisch zulaufendes inneres Stirnende (14) besitzt.

7. Rohrheizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Schmelzsicherung (9) eine langgezogene Spitze (16) oder einen abstehenden Anschlußdraht besitzt, die bzw. der in das konisch zulaufende Stirnende (14) des Anschlußrohres (13) eingeschoben ist und daß die Spitze (16) der Schmelzsicherung (9) oder der Anschlußdraht von einer Feder an das Stirnende (14) angedrückt wird.

8. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizwendel (2) auf den Anschlußbolzen (4) bzw. auf das Anschlußrohr (13) mittels einer berührungslosen Schweißtechnik, z. B. Laserstrahlschweißtechnik, aufgeschweißt ist.

9. Rohrheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß in das Mantelrohrende ein Rohrstück aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise aus Kupfer, eingesteckt ist, und daß Widerstandselemente (23) mit positivem Temperaturgradienten oder oder ein anderer Wärmefühler mit dem Rohrstück (24) Wärmekontakt hat.

10. Rohrheizkörper nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet , daß die Überlastsicherung, also die Schmelzsicherung (9), das PTC-Element (23), der Fühler (26) oder der Thermostat in einem bestimmten Abstand von dem Ende der Heizwendel (2) angeordnet ist, so daß durch die Kühlung der Überlastsicherung auch bei starkem Verkalken des Mantelrohres noch nicht genügend Wärme für ein Ansprechen der Überlastsicherung herangeführt wird und die Überlastsicherung nur auf einen unzulässig hohen Stromfluß oder auf eine Tempertur der Heizwendel (2) in der Nähe des Schmelzpunktes derselben anspricht.

11. Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers mit einer Übelastsicherung, dadurch gekennzeichnet , daß an einen Anschlußbolzen, der ein langes konisches Ende (5) und im zylindrischen Bereich (6) eine Ringnut (18) besitzt, eine Heizwendel (2) angeschweißt wird, wobei die Ringnut (18) im Abstand von der Stirnfläche des Isoliermaterials (3) liegt, ferner daß der Anschlußbolzen an der Ringnutstelle abgebrochen wird und daß auf den über das Isoliermaterial (3) überstehenden Teil des Anschlußbolzens eine satt aufsitzende Hülse (20) aufgeschoben wird, und daß in den frei bleibenden Teil der Hülse (26) eine Schmelzsicherung (9) oder eine anderes temperaturempfindliches Schalt- oder Abtastelement eingeschoben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß ein Anschlußbolzen verwendet wird mit an einem konischen Ende, dessen Länge mindestens dem Fünffachen des Außendurchmessers des Mantelrohres (1) entspricht, einem zylindrischen Absatz, an dem die Heizwendel mittels eines berührungslosen Schweißverfahrens, z. B. eines Laserstrahlschweißverfahrens, angeschweißt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülse (20) geschlitzt ist, so daß sie federnd auf dem zylindrischen Restteil (21) des Anschlußbolzens bzw. auf der Schmelzsicherung (9) aufsitzt.

Zeichnung