[0001] Aus der DE-A-23 39 768 ist ein Strahlungs-Heizelement für Kochzwecke bekannt geworden,
bei dem wendelförmige Heizwiderstände auf der Oberfläche eines aus einem gepressten
Kieselsäure-Aerogel bestehenden Isoliermaterials mittels U-förmigen Klammern befestigt
sind, die in das Trägermaterial hineingetrieben sind. Das Anbringen dieser Klammern
erfolgt mittels pneumatisch betätigter Klammersetzgeräte, im folgenden auch Nagler
genannt, die von Hand geführt und betätigt werden. Dies ist nicht nur sehr zeitaufwendig,
sondern erfordert qualifizierte Arbeitskräfte, die mit großer Sorgfalt arbeiten müssen,
weil sonst entweder Beschädigungen der Trägerschicht oder unsauber eingetriebene Klammern
und damit die Möglichkeit zu Kurzschlüssen im Betrieb des Heizelementes gegeben sind.
[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit
dem die Anbringung der Heizwiderstände mittels Klammern erleichtert wird und vorzugsweise
auch eine Automatisierung ermöglicht wird.
[0003] Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 10 gelöst.
[0004] Durch das Anbringungswerkzeug können die Heizwiderstände außerhalb des Trägerbereiches
in ihrer endgültigen Form, beispielsweise einem spiraligen Verlauf, vorpositioniert
werden. Das Anbringungswerkzeug wird dann an den Träger herangeführt, so daß die Heizwiderstände
ihre gewünschte Position auf dem Träger einnehmen. Dann können durch Klammerführungsmittel
die Klammern gesetzt werden. Dies kann auf verschiedene Weise geschehen: Die Klammerführungsmittel
können unmittelbar durch Teile des Klammersetzgerätes gebildet sein, d.h. einen Führungs-oder
Schußkanal des Setzgerätes enthalten. In diesem Falle könnte das Anbringungswerkzeug
bereits mehrere Klammersetzgeräte an den vorgesehenen Stellen enthalten. Da bei einer
solchen Ausführung die Klammerzuführung zu so vielen Klammerpositionen recht aufwendig
ist, kann es sinnvoll sein, ein oder mehrere Klammersetzgeräte von Hand oder durch
automatische Handhabungsgeräte (Industrieroboter) zu den Klammerführungsmitteln zu
bewegen, die in diesem Fall das Klammersetzgerät positionieren. Es ist auch möglich,
daß das Anbringungswerkzeug nur einen Teil des Schußkanals enthält. Die Klammerführungsmittel
können Bohrungen oder Hülsen in dem Anbringungswerkzeug sein, denen die den Schußkanal
enthaltende Nase des Naglers nur relativ grob zugeführt werden muß. Der Nagler positioniert
sich dann selbst bzw. die Klammer einwandfrei.
Dabei kann eine sonst an dem Nagler vorgesehene elastische Einführhilfe, beispielsweise
zwei an ihrer Spitze zusammengedrückte Federbleche, am Anbringungswerkzeug vorgesehen
sein. Beim Einbringen sucht sich die Wendel die richtige Position in dem sie sich
so verschickt, daß die von den Federblechen gebildete Spitze zwischen die Windungen
der Heizwendel, greift und diese ggf. axial bewegt. Die Klammer wird also stets zwischen
zwei Heizwendelwindungen über den auf dem Träger aufliegenden Drahtabschnitt gesetzt.
[0005] Der Schußkanal kann auch selbst in dem Anbringungswerkzeug integriert sein und der
Nagler kann lediglich mit seinem Antrieb und der Klammerzuführung z.B. mit verkürzter
Nase, darüber positioniert werden.
[0006] Die Heizwendelführung kann aus einer entsprechenden Führungsnut bestehen, in deren
Bereich die Heizwendeln beispielsweise durch Magnetkraft gehalten werden. Das Anbringungswerkzeug
ist so ausgebildet, daß die Magnetkraft beim Abheben so geschwächt wird, daß sie schwächer
wird als die Haltekraft der Klammern, so daß beim Abheben des Anbringungswerkzeugs
die Heizwendeln auf dem Träger verbleiben.
[0007] Schutz wird auch begehrt für Heizelemente, insbesondere Strahlungsheizelemente, die
nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden. Sie unterscheiden sich
von anderen Heizelementen durch eine wiederholbar regelmäßige und genau ausgerichtete
Positionierung der Klammern. Bei ihnen kann der Heizwiderstand direkt und ohne eine
Zwischenschicht auf der Oberfläche eines sehr wenig abriebfesten, aus pulverartigem
Material gepressten Trägers angebracht sein.
[0008] Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer
aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen
bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein können
und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die
hier Schutz beansprucht wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig.1
- eine Teilansicht eines Heizelementes mit mittels Klammern angebrachtem Heizwiderstand,
- Fig. 2
- eine Draufsicht auf das in Figur 1 dargestellte Detail,
- Fig. 3
- eine perspektivische, geschnittene Teilansicht eines Anbringungswerkzeuges,
- Fig. 4
- einen Teilschnitt durch das Werkzeug nach Figur 3 in seiner Positionierung am Träger,
- Fig. 5
- eine Variante von Klammerführungsmitteln,
- Fig. 6
- eine Variante eines Klammerführungsmittels und
- Fig. 7
- einen Schnitt nach der Linie VII in Figur 6.
[0009] Fig. 1 zeigt einen elektrischen Strahlheizkörper 11, der beispielsweise zur Beheizung
einer Kochstelle unterhalb einer Glaskeramikplatte 10 angeordnet ist. Er enthält in
einer Blechschale 12 einen Träger aus hochwärmebeständigem Isoliermaterial, insbesondere
einem leicht verpressten Formkörper aus einem sehr leichten schüttfähigen, mineralischem
Isoliermaterial wie pyrogenem Kieselsäure-Aerogel. Dieses Material hat sehr gute thermische
Isoliereigenschaften bei guter Wärmebeständigkeit, jedoch bei geringen mechanischen
Festigkeitseigenschaften und geringer Abriebfestigkeit. Das Material wird als Schüttmaterial
in die Blechschale 12 eingebracht und dort mit einem Stempel verpresst oder als Vorpressling
eingebracht, wo es eine Schicht, d.h. eine ebenen Boden 15 bildet. Einem umlaufender
Rand 14 wird nach der Wendelanbringung durch einen gesonderten Ring aus Material mit
besseren mechanischen Festigkeitseigenschaften eingelegt, wie aus beispielsweise fasrigem
Isoliermaterial (Fiberfrax). Es ist auch möglich, die Befestigung des Heizwiderstandes
an einem Träger außerhalb der Blechschale vorzunehmen und die entstehende Einheit
einzulegen.
[0010] Um auf der Oberfläche 17 des Bodens 15 des Trägers 13 einen wendelförmigen Heizwiderstand
zu befestigen, werden in Abständen Klammern 20 zwischen die Wendelwindungen 18 eingetrieben,
die im wesentlichen U-förmig sind und mit ihren beiden freien Schenkeln in das Trägermaterial
hineingreifen. Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Klammern etwas schräg gesetzt werden,
um zwischen zwei Windungen 18 hindurch zu greifen. Eine Klammeranordnung, die über
einen oberen Abschnitt des Heizwiderstandes greift und dabei praktisch die ganze Wendel
umschliesst, ist möglich, aber weniger vorteilhaft, weil sie keine sichere Axialfestlegung
ermöglicht und eine größere Eigenerwärmung erhält.
[0011] Die Heizwendeln können in üblicher Weise spiralförmig oder in einem anderen Muster
auf der Oberfläche 17 angeordnet sein und vorzugsweise in leichten rillenartigen Vertiefungen
liegen. Die Anordnung auf der Oberfläche und die Festlegung nur mittels der Klammern
ist auch möglich. Es können ein oder mehrere Heizwiderstände je Strahlheizkörper vorgesehen
sein.
[0012] Fig. 3 zeigt ein Anbringungswerkzeug 21, das die Grundform einer Scheibe hat, die
in den innerhalb der Blechschale 12 des Strahlheizkörpers gebildeten Innenraum 22
paßt. Es hat an seiner in Figur 3 oberen, im wesentlichen ebenen Arbeitsfläche 23
Führungsmittel 24 in Form von Nuten oder Rillen, die entsprechend dem gewünschten
spiraligen Verlauf der Heizwiderstände ausgebildet sind und die Heizwiderstände 16
darin aufnehmen.
[0013] Das Anbringungswerkzeug ist aus einer Scheibe 30 aus nicht ferromagnetischem Material,
z.B. Rotguß, und einer Scheibe 31 aus ferromagnetischem Material aufgebaut. Zum Festhalten
der Heizwiderstände, die meist aus einem ferromagnetischen Material bestehen, sind
unterhalb der Führungsmittel oder Nuten 24 auf der Scheibe 31 in Vertiefungen der
Scheibe 30 reichende Magnete 45 angeordnet, die die Heizelemente 16 in den Nuten mit
einer vorgegebenen Kraft festhalten, die ausreicht, um bei Überkopflage die Heizwiderstände
in der Nut zu halten. Hier sind auch andere Befestigungsarten möglich, beispielsweise
leichte seitliche Klemmung in der Nut oder dgl.
[0014] Im Bereich der Führungsmittel 24 sind in Abständen voneinander Klammerführungsmittel
25 vorgesehen, die im vorliegenden Beispiel Öffnungen aufweisen, die durch das als
Doppelscheibe ausgebildete Anbringungswerkzeug hindurchgehen. Auf der der Arbeitsfläche
entgegengesetzten Seite ist eine Hülse 27 eingesetzt, die als Positioniereinrichtung
28 federnde Positionierbleche hält. Diese Positionierbleche sind zwei parallel zueinander
verlaufende federnde Bleche, die im Bereich des in Fig. 3 unteren Bundes der Hülse
27 an dieser befestigt sind und im Bereich der Arbeitsfläche 23 keilförmig aufeinander
zulaufen und aneinander anliegen. Die dadurch gebildete Positioniereinrichtung 28
ist unter einer solchen Schräge angeordnet, daß ihre Spitze zwischen zwei Windungen
18 eines Heizwiderstandes greifen kann. Dazu ist der zwischen den beiden Blechen ausgebildete
beim Einlegen geschlossene Spalt 29 so angeordnet, daß er kurz unterhalb der Arbeitsfläche
23 liegt.
[0015] Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann folgendes Verfahren ausgeführt werden:
Das Anbringungswerkzeug 21 wird in der in Figur 3 dargestellten Lage, d.h. mit der
Arbeitsfläche 23 nach oben, mit den zum Einlegen vorbereiteten Heizwiderständen 16
versehen, indem diese in die Nuten 24 eingelegt werden. Sie werden dort durch die
zwischen den beiden Scheiben 30, 31 gehaltenen Magneten 45 festgelegt. Die untere
Scheibe 31 ist aus ferromagnetischem Material und dient als Magnethaltescheibe bzw.
als Joch. Die federnde Positioniereinrichtung 28 sorgt dafür, daß ihre keilförmige
Spitze mit dem Spalt 29 zwischen zwei Heizwendelwindungen 18 eingreift. Eine zusätzliche
Erleichterung für das gleichmäßige Einlegen der Heizwendel in die Rillen 24 könnte
erreicht werden, wenn die Positioniereinrichtung 28 während des Einlegens durch mechanisches
Zurückziehen der Platte 31 mit den Hülsen 27 nach unten aus dem Bereich der Nut 24
herausgefahren werden. Nach dem Einlegen wird dann die Positioniereinrichtung wieder
in den Nutbereich eingefahren und fädelt sich zwischen die Windungen ein, wobei z.B.
durch Aufbringen einer Vibration auf das Anbringungswerkzeug dies noch erleichtert
werden kann. Ob diese Zusatzmaßnahme nötig ist, hängt von der Wendelsteigung und Flexibilität
der Heizwiderstände ab.
[0016] Danach wird das Anbringungswerkzeug 21, z.B. durch eine schematische angedeutete
Schwenkeinrichtung 46 (Fig. 4) um 180 ° geschwenkt und mit der Arbeitsfläche 23 nach
unten auf die Oberfläche 17 des Trägers 13 aufgesetzt. Dabei kann, wenn die Rille
24 im Anbringungswerkzeug weniger tief ist als der Wendeldurchmesser, die Heizwendel
gleichzeitig in die Oberfläche 17 des Trägers 13 eingepresst werden, so daß sie schon
von selbst eine gewisse Seitenführung erhält. Eine solche Rille 33 im Träger kann
aber auch bereits beim Pressen des Trägermaterials vorgesehen werden. Wenn die Nut
24 etwa so tief ist wie der Wendeldurchmesser, dann wird der Heizwiderstand auf der
Oberfläche 17 angeordnet.
[0017] Danach wird ein Klammersetzgerät oder Nagler 34 im übrigen üblicher Bauart mit seinem
Schußkanal 35, der im Bereich einer Nase 36 liegt, in die Positioniereinrichtung 28,
d.h. zwischen die Federbleche eingeführt. Die Naglernase ist entsprechend diesen Blechen
an ihrem Ende keilförmig ausgebildet. Sie greift durch die Öffnung 26 hindurch. Wenn
der Nagler betätigt wird, öffnet sich der Schlitz 29 etwas, und eine U-förmige Klammer
20 wird durch den Schußkanal 35 und den Führungskanal 40 zwischen den Federblechen
in den Träger 13 hineingetrieben. Dabei ist sowohl die Querpositionierung der Naglernase
als auch ihre Höhenposition durch das Eingreifen in die Klammerführungsmittel 25 bestimmt.
Beispielsweise kann die an die Nase 36 anschließende Fläche 37 in der richtigen Positionierung
an der Hülse 27 anliegen. Es ist auch möglich, z.B durch eine zusammenwirkende Profilierung
an Nagler und Anbringungswerkzeug die Ausrichtung des Naglers so zu bestimmen, daß
die Klammer 20 in der richtigen, der Wendelsteigung entsprechenden Schräge (Fig.2)
gesetzt wird.
[0018] Wenn also der Nagler von Hand herangeführt und betätigt wird, so kann dies mit wesentlich
weniger Sorgfalt, jedoch schneller und trotzdem genauer erfolgen als ohne das Anbringungswerkzeug,
weil nur noch darauf zu achten ist, daß die Nase 36 überhaupt in die Positioniereinrichtung
28 hineingeführt wird. Alles andere ergibt sich dann automatisch.
[0019] Es ist aber auch möglich, den Nagler 34 durch ein automatisches Handhabungsgerät
(Industrieroboter) oder jede andere mechanische Vorrichtung führen zu lassen. Von
den Klammerführungsmitteln 25 sind entsprechend der gewünschten Klammeranzahl im Strahlheizkörper
entsprechend viele vorgesehen, die nacheinander von dem Nagler bedient werden. Nachdem
dies geschehen ist, wird das Anbringungswerkzeug wieder abgehoben, wobei sich der
Heizwiderstand, der nunmehr von den in den Träger eingedrungenen Klammern gehalten
wird, aus den Nuten löst. Dabei wird zuerst die ferromagnetische Platte 31 abgehoben,
auf der die Magnete haften, so daß die auf den Heizwiderstand wirkende Magnetkraft
verringert oder aufgehoben wird. Nach Wenden des Anbringungswerkzeuges kann es dann
wieder beschickt werden.
[0020] Fig. 5 zeigt eine besonders einfache Ausführung, wo die Klammerführungsmittel nur
je aus einer Bohrung in dem Anbringungswerkzeug 21 und einer Positioniereinrichtung
28' bestehen, die aus zwei Federblechen besteht, die auf der der Arbeitsfläche 23
gegenüberliegenden Fläche des Anbringungswerkzeugs 21 befestigt sind und im Bereich
der Öffnung 26 V-förmig aufeinander zu verlaufen.
[0021] Fig. 6 zeigt eine Ausführung, bei der die Klammerführungsmittel 25 b in einer Hülse
27 b einen Teil des Schußkanals des Naglers enthalten. An der Unterseite der Hülse
sind wiederum Positioniereinrichtungen 28 in Form zweier aufeinanderzugehender und
federnd aneinandergepresster Federbleche vorgesehen. In diesem Fall hat der Nagler
34 einen verkürzten Schußkanal 35 a und der Treiber 37 des Naglers, d.h. das Werkzeug,
das die Klammer im Schußkanal nach unten bewegt, dringt in diesen verlängerten Schußkanal
35 b in der Hülse 27 b ein und treibt die Klammer 20 in ihre Endposition. Hier muß
dafür gesorgt werden, daß die Schußkanäle 35 a im Nagler und 35 b in der Hülse gut
miteinander fluchten, beispielsweise durch nicht dargestellte Zentriermittel zwischen
Nagler 34 und Hülse 27 b.
[0022] Diese Ausführung würde sich auch zum Einsatz am Anbringungswerkzeug fest vorgesehenen
Nagler eignen, wobei statt der Hülse 27 b die Naglernase bis in die Endposition reichen
könnte. Für eine besonders wirtschaftliche Serienfertigung bei nicht zu großer Klammeranzahl
ist diese Ausführung sehr vorteilhaft.
[0023] Aus Fig. 7 ist der Schußkanal 35 b mit Einführschrägen zu erkennen. Diese Ausführung
ist zur automatischen Führung des Naglers sehr vorteilhaft, weil die Führung des Naglers
durch ein Handhabungsgerät 48 (Fig. 6) nur in einer Ebene zu erfolgen hat und die
Naglernase nicht in das Anbringungswerkzeug eintauchen muß.
1. Verfahren zum Befestigen wenigstens eines vorzugsweise wendelförmigen Heizwiderstandes
(16) auf einem Träger (15) aus wärmebeständigem Isoliermaterial mittels von einem
mechanischen Klammersetzgerät (34) in den Träger (15) eingetriebenen Klammern (20),
dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (16) an Heizwiderstands-Führungsmitteln
(24) eines Anbringungswerkzeuges (21) in seinem gewünschten Verlauf lösbar angebracht
wird, zusammen mit dem Anbringungswerkzeug (21) gegenüber einer Oberfläche (17) des
Trägers (13) positioniert wird, die Klammern (20) gesetzt werden und danach das Anbringungswerkzeug
(21) unter Lösung des Heizwiderstandes (16) von dem Anbringungswerkzeug (21) von dem
Träger (15) entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in dem Anbringungswerkzeug (21) längs
der Heizwiderstand-Führungsmittel (24) vorgesehene Klammerführungsmittel (25).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammern (20) je
eine Heizwiderstands-Windung (18) an ihrer an dem Träger (13) anliegenden Seite übergreifen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare
Anbringung des Heizwiderstandes (16) mittels vorzugsweise während des Verfahrensablaufes
veränderbarer Magnetkraft durchgeführt oder unterstützt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Heizwiderstand in ein vorzugsweise durch Rillen des Anbringungswerkzeuges (21) gebildetes
Führungsmittel (24) und ggf. über darin vorgesehene Klammerführungsmittel gelegt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Träger (15) aus einem mikroporösen Kieselsäure-Aerogel hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichent, daß die Klammerführungsmittel
(25) zum Durchlass der Klammern (20) federnd nachgiebig sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammerführungsmittel
(25) nach dem Anbringen des wendelförmigen Heizwiderstandes (16), ggf. unter Vibrationswirkung
zwischen die Heizwendeln bewegbar sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an
die Klammerführungsmittel (25) des Anbringungswerkzeuges (21) ggf. nacheinander wenigstens
ein Klammersetzgerät (34) herangeführt und durch die Klammerführungsmittel hindurch
je eine Klammer (20) in den Träger (13) eingebracht wird, wobei vorzugsweise das Klammersetzgerät
(34) von einem automatischen Handhabungsgerät (48) geführt wird.
10. Vorrichtung zum Befestigen von wenigstens einem vorzugsweise wendelförmigen Heizwiderstand
(16) auf einem Träger (13) aus wärmebeständigem Isoliermaterial mittels von einem
mechanischen Klammersetzgerät (34) in den Träger (13) eingetriebenen Klammern (20),
gekennzeichnet durch ein Anbringungswerkzeug (21) zum Positionieren der Klammer (20)
relativ zum Heizwiderstand (16).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringungswerkzeug
(21) Heizwiderstands-Führungsmittel (24) in Form von Rillen (24) zur lösbaren Anbringung
des Heizwiderstandes (16) in seinem gewünschten Verlauf am Anbringungswerkzeug (21)
aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringungswerkzeug
(21) zahlreiche Klammerführungsmittel (25) aufweist, die die einzutreibenden Klammern
(20) mittelbar oder unmittelbar führen, wobei vorzugsweise die Klammerführungsmittel
(25) eine zum Durchlass der Klammern (20) federnde nachgiebige Positioniereinrichtung
(28) aufweisen, die einen Führungskanal (29, 40) für die Klammer abgrenzt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammerführungsmittel
zur Aufnahme, Führung sowie ggf. Positionierung eines Teils (36) des Klammersetzgerätes
(34) ausgebildet sind und/oder die Klammerführungsmittel (25 a) zumindest einen Teil
eines Schußkanals (35 b) aufweisen, durch den die Klammer (20) von einem Treiber (37)
bewegt wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13 , dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich
der Heizwendel-Führungsmittel (24) magnetische Bauteile (45) wirksam sind, deren auf
die Wendel wirkende Magnetkraft vorzugsweise änderbar ist.
15. Heizelement, das einen Träger (15) aus wärmebeständigem Isoliermaterial und wenigstens
einen darauf mittels in den Träger (13) getriebenen Klammern (20) angeordneten Heizwiderstand
(16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand nach dem Verfahren nach
einem der Ansprüche 1 bis 9 an dem Träger (13) befestigt ist.
16. Heizelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand (16)
unmittelbar auf der Oberfläche (17) bzw. in Vertiefungen eines aus pulverartigem Schüttmaterial
gepressten Isolierstoff-Träger (13) angeordnet ist.