筒式電加熱器及其制造方法
【專利摘要】筒式電加熱器(100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000)具有至少一個(gè)管狀金屬套筒(101，201，301，401，501，601，701，801，901，1001)，至少一個(gè)電熱導(dǎo)體(102，202，302，402，502，602，702，802，902，1002)，其設(shè)置在管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中，具有兩個(gè)端部以電接觸電熱導(dǎo)體，其中至少一個(gè)電熱導(dǎo)體通過設(shè)置在管狀金屬套筒(101，201，301，401，501，601，701，801，901，1001)內(nèi)部空間中的電絕緣材料(103，203，303，403，503，603，703，903)與管狀金屬套筒電絕緣。電熱導(dǎo)體是自支撐的。也提供了制造這種筒式電加熱器的方法。
【專利說明】筒式電加熱器及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]根據(jù)35U.S.C§ 119，本申請(qǐng)要求于2013年6月26日提交的德國專利申請(qǐng)DE 102013212205.5的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用合并在此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明有關(guān)筒式電加熱器，具有至少一個(gè)第一管狀金屬套筒，至少一個(gè)設(shè)置在第一管狀金屬套筒內(nèi)的電熱導(dǎo)體，電熱導(dǎo)體具有兩個(gè)端部以電接觸該電熱導(dǎo)體，其中所述至少一個(gè)電熱導(dǎo)體通過設(shè)置在第一管狀金屬套筒內(nèi)的電絕緣材料與第一管狀金屬套筒電絕緣，并且本發(fā)明還有關(guān)于制造筒式電加熱器的方法。

【背景技術(shù)】
[0004]筒式電加熱器已為人們所知許多年了。它們通常具有至少一個(gè)金屬套筒，在該金屬套筒的內(nèi)部空間中設(shè)置有至少一個(gè)熱導(dǎo)體，其中通過金屬套筒和熱導(dǎo)體之間的至少部分地填滿具有良好熱導(dǎo)率的電絕緣材料(例如，氧化鎂)的空間來防止熱導(dǎo)體和金屬套筒之間不想要的電接觸。特別地，筒式電加熱器還包括具有內(nèi)金屬套筒和外金屬套筒的變化例，通常是以共軸設(shè)置的管的形式，在內(nèi)、外金屬套筒之間設(shè)置有至少一個(gè)熱導(dǎo)體，以便以這種方式設(shè)計(jì)的筒式電加熱器能夠推動(dòng)到待加熱的物體上。
[0005]此外,應(yīng)當(dāng)注意到,鎮(zhèn)流電阻器(electric ballast resistor)具有與筒式電加熱器相同的設(shè)計(jì)，因此就本發(fā)明的意義而言鎮(zhèn)流電阻器也代表了筒式電加熱器。
[0006]原則上，已知這種筒式電加熱器的不同實(shí)施方式，尤其是那些電接觸從兩側(cè)產(chǎn)生的電加熱器，以及那些電接觸從一側(cè)產(chǎn)生的電加熱器。
[0007]迄今主要根據(jù)兩種不同的方法來制造筒式電加熱器。
[0008]奧克利原理(Oakley principle)被頻繁地使用在尤其是電接觸從兩側(cè)產(chǎn)生的筒式電加熱器中。熱導(dǎo)體，通常是緊密盤繞、向前牽引或有時(shí)也預(yù)加應(yīng)力的，其插入到套筒管中并用它的、以拉桿形式的端部夾緊，以便使熱導(dǎo)體的單個(gè)線圈形成彼此隔開的位置。現(xiàn)在把填充管推到套筒管內(nèi)熱導(dǎo)體的上方，這確保熱導(dǎo)體和套筒管之間不可能有電接觸。當(dāng)填充通常是粉末狀或顆粒狀的電絕緣材料時(shí)，填充管在振動(dòng)的同時(shí)能夠慢慢地從套筒管中拔出來，這導(dǎo)致粉末狀或顆粒狀的電絕緣材料在拉出過程中將填充管釋放的正如線圈之間空間的容積填充，所以在熱導(dǎo)體和金屬套管之間或者在熱導(dǎo)體的兩個(gè)線圈之間，足夠的絕緣電阻和高電壓電阻得以保證。
[0009]本原理不能直接應(yīng)用在電接觸從一側(cè)產(chǎn)生的筒式電加熱器的情況，只因其假定熱導(dǎo)體能夠在用絕緣材料填充筒式電加熱器的過程中機(jī)械地加載應(yīng)力。這適用于高效能的筒式加熱器，其中必須達(dá)到高功率密度，所以非常短的距外壁距離以及非常小的線圈節(jié)距是重要的。
[0010]為了保證熱導(dǎo)體所需的輪廓，因此使用例如通常由陶瓷制造的以線圈主體形式的載體結(jié)構(gòu)，其提供了對(duì)作用的機(jī)械應(yīng)力的反作用力，或者使用將熱導(dǎo)體的端部保持在離連接側(cè)最遠(yuǎn)的載體結(jié)構(gòu)，以便(例如，由于拉桿的)機(jī)械應(yīng)力能夠被構(gòu)建在這個(gè)保持點(diǎn)上，為了生產(chǎn)盤繞的、具有間隔的線圈結(jié)構(gòu)并保持線圈在彼此隔開的位置處，也就是說，避免單個(gè)線圈之間的間隔變化或者短路，這個(gè)應(yīng)力是必須的。
[0011]然而，在實(shí)踐中看出熱導(dǎo)體在線圈主體或這種載體結(jié)構(gòu)上的布局需要在制造技術(shù)方面很大的努力，并且易于出現(xiàn)問題且十分昂貴。
[0012]針對(duì)打算使用筒式電加熱器的應(yīng)用必須獲得低阻值電阻的情況，其常常是相對(duì)較長的筒式電加熱器的情況，這些問題尤其能夠很好地解釋。
[0013]原則上，已知通過增加電熱絲(hot wire)的橫截面能夠?qū)崿F(xiàn)較低的電阻。然而，如果構(gòu)建需要減小的空間，這不僅導(dǎo)致問題，而且導(dǎo)致在把線圈主體送入到盤繞機(jī)器中和把線圈主體從盤繞機(jī)器中取出時(shí)以及在把熱導(dǎo)體插入并繃緊在線圈主體的孔中時(shí)需要施加較強(qiáng)的力，這在多孔陶瓷線圈主體的情況下甚至可能導(dǎo)致線圈主體的破損，并且如果使用自動(dòng)盤繞，它降低了能夠運(yùn)轉(zhuǎn)盤繞機(jī)器的速度，因此降低了輸出或者需要同時(shí)使用大量昂貴的線圈主體盤繞機(jī)器。
[0014]作為替代，例如，通過用銅鎳合金(CuNi44)來代替鎳鉻合金(NiCr8020)能夠用較低的電阻率來更換熱導(dǎo)體。然而，這極大地降低了筒式電加熱器的使用壽命以及鎮(zhèn)流電阻器的載荷能力。
[0015]在實(shí)踐中這些問題的結(jié)果通常是制造并平行連接若干個(gè)盤繞在線圈主體上、具有較高電阻值的單個(gè)電阻從而實(shí)現(xiàn)較低的電阻以便能夠避免在熱導(dǎo)體橫截面和電阻上的折衷。然而，這也導(dǎo)致需要很大的努力，因?yàn)楸仨毺峁┐罅康碾娊佑|點(diǎn)并且對(duì)中件(centeringpieces)通常必須設(shè)置在線圈主體之間以確保準(zhǔn)確定位。另外，任何附加的電接觸意味著筒式電加熱器不能與說明書相一致運(yùn)行的額外風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在低電壓應(yīng)用的情況下，因?yàn)榧词沟徒佑|電阻也可能導(dǎo)致中斷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]因此本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)的、尤其是更可靠的、更簡(jiǎn)單的并且更有成本效率的筒式電加熱器，及其制造方法。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的筒式電加熱器具有至少一個(gè)管狀金屬套筒和至少一個(gè)設(shè)置在管狀金屬套筒內(nèi)部空間中被該金屬套筒包圍的電熱導(dǎo)體，其具有兩個(gè)端部以電接觸電熱導(dǎo)體。至少一個(gè)電熱導(dǎo)體通過設(shè)置在管狀金屬套筒內(nèi)的電絕緣材料與管狀金屬套筒電絕緣。至少一個(gè)電熱導(dǎo)體的兩個(gè)端部，或與至少一個(gè)電熱導(dǎo)體的兩個(gè)端部電連接的電連接裝置，或電熱導(dǎo)體的一個(gè)端部以及與電熱導(dǎo)體的另一個(gè)端部電連接的連接裝置可以在所述管狀金屬套筒的同一側(cè)從金屬套筒中引出，但是徑向或切線引出的雙邊接觸也同樣是可能的，尤其是在筒式加熱器的中間。這種連接裝置可以設(shè)計(jì)成，例如，連接線、連接管、豬尾接頭(pigtail)或者連接螺栓,它們焊接、熔接或按壓到電熱導(dǎo)體的端部。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，電熱導(dǎo)體是自支撐的是一個(gè)特征。這里單詞“自支撐”意味著至少從一個(gè)線圈到下一個(gè)線圈的最小距離由內(nèi)部應(yīng)力來保證，但優(yōu)選地在筒式加熱器中的安裝狀態(tài)下筒式電加熱器的又一組件不提供熱導(dǎo)體的機(jī)械應(yīng)力或者來維持其機(jī)械應(yīng)力，特別地，不存在載體結(jié)構(gòu)來吸收這種應(yīng)力。
[0019]通過當(dāng)移動(dòng)筒式加熱器時(shí)，尤其是移開或損壞圍繞熱導(dǎo)體的絕緣材料及可能存在的載體結(jié)構(gòu)時(shí)，判斷熱導(dǎo)體的輪廓和/或形狀是否發(fā)生改變，能夠簡(jiǎn)單地檢查電熱導(dǎo)體是否是就上述優(yōu)選意義而言的自支撐。由此，明顯地，術(shù)語“尺寸穩(wěn)定”，更準(zhǔn)確地來說是“在把熱導(dǎo)體從筒式加熱器中移出的情況下尺寸穩(wěn)定”，也能夠用來替換術(shù)語“自支撐”。因此，提供預(yù)制成狀態(tài)的電熱導(dǎo)體，并且已經(jīng)形成了期望的形狀，而不用載體結(jié)構(gòu)。
[0020]特別地，應(yīng)當(dāng)注意，即使熱導(dǎo)體在嵌入狀態(tài)下重新加載應(yīng)力，也滿足這些條件。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，就熱導(dǎo)體的實(shí)施方式而言，能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于盤繞的熱導(dǎo)體的圓柱形狀、同軸度、同心率可達(dá)公差的顯著改進(jìn)，特別地，其可以低于1_，優(yōu)選地，低于0.5_。
[0022]自支撐熱導(dǎo)體的使用使得能夠在制造過程中把形成期望形狀的預(yù)制成的熱導(dǎo)體插入到套筒管中，并用絕緣材料包圍該熱導(dǎo)體，這簡(jiǎn)化了制造過程并導(dǎo)致顯著的成本節(jié)約?？煽康乇苊饬擞捎诮求w破損的殘次品以及為了避免這種破損由于可能降低的盤繞速度而可能損失的時(shí)間。
[0023]又一有益效果是自支撐熱導(dǎo)體能夠以可靠的方式實(shí)現(xiàn)具有非常小節(jié)距或線圈之間非常短距離的盤繞，并可靠地提供熱導(dǎo)體和管狀金屬套筒之間短的距離。這兩點(diǎn)對(duì)于到管狀金屬套筒最好的熱傳輸和熱導(dǎo)體的低表面負(fù)荷來說都是必要的。
[0024]為了提高在筒式電加熱器的制造過程中加工方法的可靠性，可選擇地在軸向應(yīng)力或軸向壓力下在加熱線圈上設(shè)置至少一個(gè)定位元件是有利的，從而把熱導(dǎo)體的位置以期望的方式固定在管狀金屬套筒的內(nèi)部。特別地，這樣加熱元件和管狀金屬套筒之間的期望距離能夠準(zhǔn)確地設(shè)定。因此，尤其是在盤繞的熱導(dǎo)體情況下，電熱導(dǎo)體和管狀金屬套筒之間的距離能夠小于1.5mm,尤其小于1mm。
[0025]在本發(fā)明有利的實(shí)施方式中，第二管狀金屬套筒在第一管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中與第一管狀金屬套筒共軸設(shè)置，以便自支撐電熱導(dǎo)體設(shè)置在第一和第二管狀金屬套筒之間。這樣能夠提供能夠包圍待加熱組件的筒式電加熱器。
[0026]特別地，應(yīng)當(dāng)注意，具有內(nèi)金屬套筒和外金屬套筒相應(yīng)設(shè)計(jì)的中空筒，其也可以由連接它們的底部一體制成，或者具有這種設(shè)計(jì)的鎮(zhèn)流電阻器(ballast resistors)就本發(fā)明的意義而言也能夠認(rèn)為是筒式電加熱器。
[0027]在這樣制造的中空電筒的變化例中，第二管狀金屬套筒具有帶輪廓(contoured)的內(nèi)部空間，也就是說，內(nèi)部空間的直徑沿徑向變化，也就是說，沿與第二管狀金屬套筒延伸方向垂直的方向。據(jù)此在許多情況下準(zhǔn)確地適配或至少更準(zhǔn)確地適配閉合待加熱的組件是可能的。
[0028]本發(fā)明對(duì)中空筒尤其有利的變化例是這樣的，其中熱導(dǎo)率比自支撐電熱導(dǎo)體和管狀金屬套筒之間的熱導(dǎo)率更差的電絕緣材料設(shè)置在第一管狀金屬套筒和自支撐電熱導(dǎo)體之間。產(chǎn)生的熱量會(huì)優(yōu)選地在中空電筒中沿中空筒內(nèi)部空間的方向移動(dòng)，以便加熱待加熱的組件，通過這個(gè)方法獲得的中空筒推動(dòng)到該待加熱組件上。
[0029]在本發(fā)明優(yōu)選的變化例中，筒式電加熱器具有至少一個(gè)隔離件，其使得熱導(dǎo)體能夠以可重現(xiàn)(reproducible)的方式布置在管狀金屬套筒中。特別地，熱導(dǎo)體可以這樣設(shè)置使得其圍著隔離件盤繞，因?yàn)樵跓釋?dǎo)體形成之后能夠把隔離件以受控制的方式推動(dòng)到自支撐熱導(dǎo)體中。與通常熱導(dǎo)體的載體結(jié)構(gòu)相反，這種隔離件不具有維持熱導(dǎo)體機(jī)械應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，作為替換或補(bǔ)充，也能夠向可能設(shè)置的第二管狀金屬套筒提供隔離件。
[0030]此外，如果隔離件具有孔，熱導(dǎo)體通過該孔，那會(huì)是有利的，因?yàn)閾?jù)此避免了熱導(dǎo)體不同部分之間意外的接觸。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，筒式電加熱器的另一個(gè)有益效果是，取決于應(yīng)用，熱導(dǎo)體輪廓的多個(gè)不同的實(shí)施方式是可能的，除非它們往往是很難實(shí)現(xiàn)的。
[0032]熱導(dǎo)體的幾何形狀布局為熱導(dǎo)體做好準(zhǔn)備使其具有從筒式電加熱器的連接側(cè)端面引出的部分，以及與該部分傳導(dǎo)連接并引回連接側(cè)端面的部分，其中熱導(dǎo)體的這些部分是這樣設(shè)計(jì)的使得它們一個(gè)圍繞另一個(gè)盤繞。
[0033]熱導(dǎo)體的另一個(gè)可能的幾何形狀布局是這樣設(shè)計(jì)的使得熱導(dǎo)體以卷成線圈的形式延伸，并且電連接裝置的一部分的熱導(dǎo)體的一個(gè)端部在由線圈圍住的空間中延伸至筒式電加熱器的連接側(cè)端面。
[0034]到此為止，作為替換，如果自支撐熱導(dǎo)體的一端與第一外金屬套筒連接(優(yōu)選在內(nèi)部的)，那么在一些應(yīng)用中第一外金屬套筒也可以作為回路導(dǎo)線。
[0035]最后，自支撐熱導(dǎo)體的雙線盤繞也是可能的，當(dāng)想要該布局的最低可能感應(yīng)率時(shí)其是有利的。
[0036]在盤繞的熱導(dǎo)體中，熱導(dǎo)體能夠具有不同的線圈節(jié)距以提供不同的功率密度。
[0037]就根據(jù)本發(fā)明的自支撐熱導(dǎo)體而言，熱導(dǎo)體在盤繞成最小節(jié)距的區(qū)域中的節(jié)距能夠?qū)?yīng)于熱導(dǎo)體直徑的最大3倍，尤其是2.5倍，優(yōu)選是熱導(dǎo)體直徑的2倍。
[0038]最后，也可以設(shè)置熱導(dǎo)體蜿蜒的輪廓。
[0039]與具有線圈主體(加熱元件在機(jī)械應(yīng)力下盤繞在該線圈主體上)的現(xiàn)有技術(shù)筒式電加熱器的一個(gè)可能的區(qū)別特征在于:電熱導(dǎo)體的兩端指向同一方向。
[0040]在上面討論的所有示范實(shí)施方式中，如果整個(gè)結(jié)構(gòu)是緊湊的，尤其是通過減小橫截面而緊湊，那會(huì)是有利的。
[0041]此外，優(yōu)選地，自支撐電熱導(dǎo)體的橫截面沿筒式加熱器的軸線方向看時(shí)的延伸比沿筒式加熱器的軸線方向看時(shí)的延伸更小。因此提供了近似扁鋼絲幾何形狀的熱導(dǎo)體，除非其不能用于本申請(qǐng)。
[0042]根據(jù)本發(fā)明制造筒式電加熱器的方法具有至少以下步驟:準(zhǔn)備至少第一管狀金屬套筒；使自支撐熱導(dǎo)體變形，以便它以尺寸穩(wěn)定的方式在空間中形成預(yù)設(shè)曲線，所述曲線設(shè)置在第一管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中；將變形的自支撐熱導(dǎo)體放置在第一管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中；以及將變形的自支撐熱導(dǎo)體嵌入在至少一個(gè)電絕緣材料中，以便避免空間中預(yù)定曲線的各部分與變形的自支撐熱導(dǎo)體的其它部分以及與第一管狀金屬套筒和又一金屬套筒(如果存在)之間的電接觸，曲線通過預(yù)制成的自支撐熱導(dǎo)體形成。
[0043]步驟的次序是可變的，尤其是前兩個(gè)步驟。
[0044]自支撐熱導(dǎo)體的變形能夠，例如，通過使自支撐熱導(dǎo)體盤繞在芯軸上而具體地實(shí)現(xiàn)。然而，通常也可以考慮制造彈簧的其它一般的制造方法來形成期望的變形。
[0045]在本方法尤其有利的變化例中，做準(zhǔn)備從而通過按壓來改變自支撐熱導(dǎo)體的橫截面，尤其是在插入管狀金屬套筒之后，在空間中使自支撐熱導(dǎo)體變形成預(yù)設(shè)曲線之后，優(yōu)選地在將變形的自支撐熱導(dǎo)體放置在第一管狀金屬套筒的內(nèi)部空間之前，沿對(duì)應(yīng)于金屬套筒的徑向使熱導(dǎo)體變薄。以這種方式，結(jié)構(gòu)形狀能夠尤其緊湊。
[0046]特別優(yōu)選的是提供第二管狀金屬套筒并把它設(shè)置在第一管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中與第一管狀金屬套筒共軸，進(jìn)一步，將第二管狀金屬套筒設(shè)置在由自支撐熱導(dǎo)體形成的三維曲線中，以便沿金屬套筒的任意徑向看時(shí)第二金屬套筒被自支撐熱導(dǎo)體的至少一部分所圍繞，以便生產(chǎn)中空電筒。特別地，第二金屬套筒可以與第一金屬套筒連接，要么通過分別適配的底盤，要么通過直接連接，其也可以一體制成，特別地，由一塊金屬構(gòu)成外金屬套筒、內(nèi)金屬套筒、和底部件也是可能的并且是有利的。
[0047]通過將包括至少第一管狀金屬套筒、第二管狀金屬套筒，和設(shè)置在其之間的自支撐熱導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)設(shè)置在仿形芯軸(contoured mandrel)上并徑向按壓進(jìn)一步改進(jìn)了采用本方法制造的產(chǎn)品，使得至少第二管狀金屬套筒內(nèi)部空間的直徑會(huì)隨著其延伸而變化。特別地，因此能夠?qū)崿F(xiàn)第二管狀金屬套筒內(nèi)部空間的錐形或階梯狀的輪廓。以這種方式用精確適配的中空筒加熱具有更復(fù)雜表面形狀的組件也是可能的。
[0048]根據(jù)附圖會(huì)更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖示出了本發(fā)明的不同示范實(shí)施方式。特別地在所附權(quán)利要求中指出了使本發(fā)明具有特征的各種獨(dú)創(chuàng)性特征，并構(gòu)成本公開的一部分。為了更好地理解本發(fā)明以及通過使用所得到的它的操作優(yōu)點(diǎn)和具體目標(biāo)，將參考附圖以及說明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的說明部分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖la是筒式電加熱器第一示范實(shí)施方式的剖視圖，金屬套筒被剖開并且電絕緣材料被部分去除；
[0050]圖lb是圖la示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的立體圖；
[0051]圖lc是熱導(dǎo)體裝配單元的變化例的立體圖，其能夠用在圖la的示范實(shí)施方式中；
[0052]圖2a是筒式電加熱器第二示范實(shí)施方式的剖視圖，金屬套筒被剖開并且電絕緣材料被部分去除；
[0053]圖2b是圖2a示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的立體圖；
[0054]圖3a是筒式電加熱器第三示范實(shí)施方式的剖視圖，金屬套筒被剖開并且電絕緣材料被部分去除；
[0055]圖3b是根據(jù)圖3a示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的立體圖；
[0056]圖4a是筒式電加熱器第四示范實(shí)施方式的剖視圖，金屬套筒被剖開并且電絕緣材料被部分去除；
[0057]圖4b是根據(jù)圖4a示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的立體圖；
[0058]圖5a是筒式電加熱器第五示范實(shí)施方式的剖視圖，金屬套筒被剖開并且電絕緣材料被部分去除；
[0059]圖5b是根據(jù)圖5a中示出的示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的立體圖；
[0060]圖5c是根據(jù)圖5a中示出的示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的變化例的立體圖；
[0061]圖6a是筒式電加熱器第六示范實(shí)施方式的剖視圖，金屬套筒被剖開并且電絕緣材料被部分去除；
[0062]圖6b是根據(jù)圖6a中示出的示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的立體圖；
[0063]圖7a是沿筒式電加熱器延伸方向的橫截面所示的筒式電加熱器第七示范實(shí)施方式的剖視圖；
[0064]圖7b是圖7a的示范實(shí)施方式在附加的按壓步驟之后的剖視圖；
[0065]圖7c是圖7a的示范實(shí)施方式在替代的附加按壓步驟之后的剖視圖；
[0066]圖8是筒式電加熱器第八示范實(shí)施方式的分解立體圖；
[0067]圖9a是沿筒式電加熱器延伸方向的橫截面所示筒式電加熱器第九示范實(shí)施方式的剖視圖；
[0068]圖9b是根據(jù)圖9a中示出的示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的立體圖；
[0069]圖10a是筒式電加熱器的裝配單元在壓緊步驟之前的剖視圖；
[0070]圖10b是圖10a的筒式電加熱器的裝配單元在壓緊步驟之后的剖視圖，其造成了內(nèi)部空間的錐形輪廓線；和
[0071]圖10c是根據(jù)圖10b壓緊的變化例的剖視圖，其造成了內(nèi)部空間的階梯狀輪廓線。

【具體實(shí)施方式】
[0072]尤其適用于附圖，在所有圖中，同一示范實(shí)施方式的相同組件用相同的附圖標(biāo)記表示。根據(jù)個(gè)別實(shí)施方式說明的特征能夠適用于所有其它的實(shí)施方式，除非它們彼此直接沖突。
[0073]圖la示出具有第一管狀金屬套筒101并具有自支撐電熱導(dǎo)體102的筒式電加熱器100，自支撐電熱導(dǎo)體102設(shè)置在第一管狀金屬套筒101的內(nèi)部管狀空間中，并具有兩個(gè)端部102a、102b以電接觸自支撐電熱導(dǎo)體102。自支撐電熱導(dǎo)體102通過設(shè)置在第一管狀金屬套筒101內(nèi)部空間中的電絕緣材料103 (例如，氧化鎂)與第一管狀金屬套筒101電絕緣。至少一個(gè)自支撐電熱導(dǎo)體102的兩個(gè)端部102a、102b容納并按壓到連接螺栓112a、112b中。連接螺栓112a、112b在所述金屬套筒的同一側(cè)，也就是說，在其端面105上從第一管狀金屬套筒101中引出。在連接側(cè)端面105閉合金屬套筒101的底部106位于端面105的相反側(cè)。
[0074]正如最好在圖lb熱導(dǎo)體裝配單元110的視圖中看出來的，自支撐熱導(dǎo)體102以卷成圈的形式延伸，熱導(dǎo)體102的端部102a在由線圈104圍住的空間中沿筒式電加熱器100的連接側(cè)端面105的方向延伸。圖lb中示出的電熱導(dǎo)體102是自支撐的，也就是說，為了把電熱導(dǎo)體102安裝在筒式電加熱器100中，只需把電熱導(dǎo)體102插入到由管狀套筒表面101界定的內(nèi)部空間中。
[0075]特別地，指出了圖lc中示出的可能性，據(jù)此在熱導(dǎo)體裝配單元110中連接螺栓112a能夠這樣設(shè)計(jì)使得接觸在由線圈104圍住的空間中在熱導(dǎo)體102的端部102a處建立，以便連接螺栓112a的一部分在這個(gè)空間中延伸。結(jié)果，可能減小電回路的電阻。
[0076]根據(jù)圖2a和2b的筒式電加熱器200的實(shí)施方式與根據(jù)圖la和lb的實(shí)施方式的差別在于圖2b中示出的熱導(dǎo)體裝配單元210還具有兩個(gè)定位元件207、208，其確保熱導(dǎo)體裝配單元210在金屬套筒201中可重現(xiàn)的布局。而且，由于線圈節(jié)距的變化實(shí)現(xiàn)了局部不同的熱輸出。
[0077]根據(jù)圖3a和3b的筒式電加熱器300的實(shí)施方式與根據(jù)圖2a和2b的實(shí)施方式的差別僅在于圖3b中示出的熱導(dǎo)體裝配單元310具有定位元件307，其設(shè)置在隔離件309處，隔離件309延伸穿過自支撐熱導(dǎo)體302并設(shè)計(jì)成剛性載體。這不僅能夠提高組件關(guān)于自支撐熱導(dǎo)體302的徑向位置的再現(xiàn)性，而且能夠提高組件關(guān)于所述熱導(dǎo)體的縱向位置的再現(xiàn)性，也就是說，把自支撐熱導(dǎo)體302推入到第一管狀金屬套筒301中到何種程度的問題。
[0078]根據(jù)圖4a和4b的筒式電加熱器400的實(shí)施方式與根據(jù)圖3a和3b的實(shí)施方式的差別僅在于隔離件409具有孔411，自支撐熱導(dǎo)體402的端部402a在由線圈404圍住的空間中延伸穿過該孔411到筒式電加熱器的連接側(cè)端面405，所以確定無疑地防止了端部402a與自支撐電熱導(dǎo)體402其他部分的不想要的接觸的出現(xiàn)。
[0079]正如最好能在圖5b中看出的,根據(jù)圖5a和5b的筒式電加熱器500的實(shí)施方式與根據(jù)圖la和lb的實(shí)施方式的差別僅在于自支撐熱導(dǎo)體502的端部502a和502b焊接至連接線512a、512b，并且自支撐熱導(dǎo)體502具有從筒式電加熱器500的連接側(cè)端面505引出的部分502c，以及與部分502c以電傳導(dǎo)方式連接并引回連接側(cè)端面505的部分502d，并且自支撐熱導(dǎo)體502的這些部分是一個(gè)圍繞著另一個(gè)盤繞，也就是說，它們具有雙線盤繞的設(shè)計(jì)。
[0080]圖5c示出根據(jù)圖5a中示出的示范實(shí)施方式的熱導(dǎo)體裝配單元的變化例，其中帶來的又一變化是在使自支撐熱導(dǎo)體502變形成圖5b中示出的熱導(dǎo)體裝配單元之后熱導(dǎo)體502的橫截面。這是可能的，例如，通過把桿或芯軸(其直徑基本對(duì)應(yīng)于線圈直徑)推入到熱導(dǎo)體線圈的內(nèi)部，并通過隨后進(jìn)行徑向按壓。特別地，據(jù)此熱導(dǎo)體502的橫截面從圓形變成橢圓形，結(jié)果使更緊湊的結(jié)構(gòu)形狀成為可能。
[0081]根據(jù)圖6a和6b的筒式電加熱器600的實(shí)施方式與根據(jù)圖la和lb的實(shí)施方式的差別僅在于圖6b中示出的熱導(dǎo)體裝配單元610具有蜿蜒的自支撐電熱導(dǎo)體602。
[0082]根據(jù)圖7a的筒式電加熱器700與根據(jù)圖5a的筒式電加熱器500的差別首先在于設(shè)置了第二內(nèi)管狀金屬套筒713，其在雙線盤繞的自支撐熱導(dǎo)體702的內(nèi)部與第一管狀金屬套筒701同軸設(shè)置，所以形成了中空的筒。另一個(gè)差別在于由電絕緣材料構(gòu)成的層714設(shè)置在第一外管狀金屬套筒701和雙線盤繞的自支撐熱導(dǎo)體702之間，該電絕緣材料的熱導(dǎo)率比填充材料703的熱導(dǎo)率更差，該材料有助于熱量優(yōu)選地沿第二內(nèi)管狀金屬套筒713的內(nèi)部空間715的方向消散。
[0083]通過在筒式加熱器700的整個(gè)長度(如圖7b所示)或者在筒式加熱器的部分長度(如圖7c所示)上徑向按壓獲得了圖7b和7c中示出的筒式電加熱器700的實(shí)施方式。在相互對(duì)比屬于附圖各自的細(xì)節(jié)圖A、B和C時(shí)，尤其清楚的是，作為在把自支撐熱導(dǎo)體702插入到第一、外管狀金屬套筒701中之前，自支撐熱導(dǎo)體702的變形的替代或補(bǔ)充，自支撐熱導(dǎo)體702的變形在這個(gè)步驟中也是可能的。
[0084]作為分解圖在圖8中示出的筒式電加熱器800的示范實(shí)施方式與圖7a至圖7c中示出的實(shí)施方式的差別僅在于沒有設(shè)置層714。根據(jù)圖8制造筒式電加熱器800可能的過程能夠容易變得清楚。例如，自支撐電熱導(dǎo)體802，這里表現(xiàn)為雙線線圈，能夠推到第二內(nèi)管狀金屬套筒813上，然后端面端盤806能夠與第二管狀金屬套筒813連接，這樣獲得的裝配單元能夠推入到第一外管狀金屬套筒801中。然后當(dāng)填充具有良好熱導(dǎo)率的電絕緣材料(例如，氧化鎂粉末，未在圖8中示出)時(shí)，能夠推動(dòng)并緊固連接側(cè)端面805，于是整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠是徑向緊湊的。
[0085]然而，作為替代，也能夠從連接外金屬套筒801和端面端盤806開始，隨后把這里實(shí)現(xiàn)為雙線線圈的自支撐電熱導(dǎo)體802推入。然后把內(nèi)管狀金屬套筒813推入到自支撐電熱導(dǎo)體802的內(nèi)部空間中，外管狀金屬套筒801和內(nèi)管狀金屬套筒813之間的空間用具有良好熱導(dǎo)率的電絕緣材料(例如，氧化鎂粉末，未在圖8中示出)填充，推動(dòng)并緊固連接側(cè)端面805，最后可選擇地徑向壓緊整個(gè)結(jié)構(gòu)。
[0086]圖9a和9b中示出的筒式電加熱器900的實(shí)施方式是根據(jù)圖la的實(shí)施方式的變化例，其中設(shè)置有自支撐電熱導(dǎo)體的區(qū)域902e和902f，其具有不同的線圈直徑。特別地，在此將具有臺(tái)階的中間定位元件固定來實(shí)現(xiàn)。
[0087]圖10a至10c旨在說明制造筒式電加熱器1000 (更精確地說是中空筒)的可能過程，其內(nèi)部空間1020具有輪廓線(contour)。這個(gè)過程通過按壓芯軸1030實(shí)現(xiàn)，芯軸一方面其具有想要的形狀的負(fù)形(negative)，例如，按壓錐形芯軸1030，如圖10b所示，或者按壓階梯狀芯軸1030，如圖10c所示。
[0088]盡管已詳細(xì)示出并描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】以說明本發(fā)明原理的應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離這種原理的情況下，本發(fā)明可以以其它方式實(shí)施。
【權(quán)利要求】
1.一種筒式電加熱器，包括: 管狀金屬套筒； 電熱導(dǎo)體，其設(shè)置在所述管狀金屬套筒內(nèi)并具有電接觸所述電熱導(dǎo)體的接觸端，所述電熱導(dǎo)體是自支撐的；和 電絕緣材料，其設(shè)置在所述管狀金屬套筒內(nèi)，其中所述電熱導(dǎo)體通過所述電絕緣材料與所述第一管狀金屬套筒電絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，還包括設(shè)置在所述管狀金屬套筒內(nèi)用于將所述熱導(dǎo)體的位置確定固定的定位元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，還包括在所述管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中與所述管狀金屬套筒共軸設(shè)置的另一個(gè)管狀金屬套筒，以便所述自支撐電熱導(dǎo)體設(shè)置在所述管狀金屬套筒和所述另一個(gè)管狀金屬套筒之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的筒式電加熱器，其中所述另一個(gè)管狀金屬套筒具有帶輪廓線的內(nèi)部空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的筒式電加熱器，還包括附加電絕緣材料，其熱導(dǎo)率低于所述自支撐電熱導(dǎo)體和所述另一個(gè)管狀金屬套筒之間的所述電絕緣材料的熱導(dǎo)率，所述附加電絕緣材料設(shè)置在所述管狀金屬套筒和所述自支撐電熱導(dǎo)體之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，還包括隔離件，其能夠使所述熱導(dǎo)體可重現(xiàn)地設(shè)置在所述管狀金屬套筒中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，其中所述熱導(dǎo)體具有從所述筒式電加熱器的連接側(cè)端面引出的部分，以及以電傳導(dǎo)方式與所述部分連接并引回至所述連接側(cè)端面的另一部分，其中所述熱導(dǎo)體的所述部分和所述另一部分設(shè)計(jì)成它們一個(gè)圍繞著另一個(gè)盤繞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，其中所述熱導(dǎo)體以卷成線圈的形式延伸，電接觸所述熱導(dǎo)體或電連接裝置的一部分的接觸端在被線圈圍住的空間中延伸至所述筒式電加熱器的連接側(cè)端面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電連接器，其中所述熱導(dǎo)體在以最小節(jié)距形成的區(qū)域中的節(jié)距最多為所述熱導(dǎo)體直徑的3倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，其中所述自支撐電熱導(dǎo)體以蜿蜒的模式延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，其中電接觸所述熱導(dǎo)體的所述接觸端指向同一方向。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，其中通過減小橫截面而使所述筒式電加熱器緊湊。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的筒式電加熱器，其中所述自支撐電熱導(dǎo)體的橫截面沿徑向的延伸短于沿軸向的延伸。
14.制造筒式電加熱器的方法，該方法包括步驟: 提供管狀金屬套筒； 使自支撐熱導(dǎo)體變形以便其在空間中以尺寸穩(wěn)定的方式形成預(yù)設(shè)曲線，所述曲線設(shè)置在所述管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中； 將所述變形的自支撐熱導(dǎo)體放置在所述管狀金屬套筒的內(nèi)部空間中；以及 將所述變形的自支撐熱導(dǎo)體嵌入在電絕緣材料中，以便防止所述預(yù)設(shè)曲線在所述空間中的各部分與預(yù)制成的所述自支撐熱導(dǎo)體的其他部分以及與所述管狀金屬套筒之間的電接觸，所述曲線由預(yù)制成的所述自支撐熱導(dǎo)體形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述自支撐熱導(dǎo)體盤繞在芯軸上從而使所述自支撐熱導(dǎo)體變形。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中在把所述自支撐熱導(dǎo)體插入到所述管狀金屬套筒后，并且在使所述自支撐熱導(dǎo)體變形成空間中預(yù)形成的所述曲線后且在將預(yù)制成的所述自支撐熱導(dǎo)體放置在所述管狀金屬套筒的內(nèi)部空間之前，通過按壓以減少對(duì)應(yīng)于所述金屬套筒的徑向方向的方向來改變所述自支撐熱導(dǎo)體的橫截面。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中還包括: 提供另一個(gè)管狀金屬套筒； 將所述另一個(gè)管狀金屬套筒與所述管狀金屬套筒共軸設(shè)置，進(jìn)一步設(shè)置在由所述自支撐熱導(dǎo)體形成的三維曲線中，使得沿所述另一個(gè)金屬套筒的任何徑向方向看時(shí)所述另一個(gè)金屬套筒被所述自支撐熱導(dǎo)體的至少一部分所包圍。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中包括至少所述管狀金屬套筒、所述另一個(gè)管狀金屬套筒和所述自支撐熱導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)設(shè)置在仿形芯軸上并被徑向按壓，使得至少所述另一個(gè)管狀金屬套筒內(nèi)部空間的直徑在其延伸部分上變化。
【文檔編號(hào)】H05B3/48GK104254154SQ201410292710
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】安德列亞斯·司列福 申請(qǐng)人:塔克&海林閣有限公司