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Patent Searching and Data


Title:
CERAMIC HEATING RESISTOR, ELECTRICAL HEATING ELEMENT AND DEVICE FOR HEATING A FLUID
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/185291
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a ceramic heating resistor (1) for arranging in a tubular element (8) of an electrical heating element (9) for heating a fluid, preferably air. The heating resistor (1) can be produced by sintering a green body having at least one ceramic raw material. The heating resistor (1) has an electrically insulating component and an electrically conductive component. The electrically insulating component forms a matrix, in which the electrically conductive component is held. The invention further relates to an electrical heating element (9) for heating a fluid, preferably air, comprising at least one tubular element (8), through which a fluid flows or can flow, and to a device (17, 19) for heating a fluid, preferably air, comprising at least one such heating element (9).

Inventors:
BOIGER, Gernot (Im oberen Gern 69, 8409 Winterthur, 8409, CH)
BOLDRINI, Marlon (Rychenbergstrasse 67, 8400 Winterthur, 8400, CH)
GORBAR, Michal (Grossackerstrasse 4, 8600 Dübendorf, 8600, CH)
YORAM, de Hazan (Zelgstrasse 7, 8600 Uster, 8600, CH)
HOCKER, Thomas (Birchwaldstrasse 23, 8409 Winterthur, 8409, CH)
HORAT-FÄSSLER, Pascal (Obermättlistrasse 32, 6015 Luzern, 6015, CH)
MAUCHLE, Stéphane (Wiesenstrasse 41, 8400 Winterthur, 8400, CH)
PENNER, Dirk (Campanellaweg 13, 8048 Zürich, 8048, CH)
VON WYL, Bruno (Steinhausstr. 7, 6056 Kägiswil, 6056, CH)
Application Number:
EP2019/055051
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
February 28, 2019
Export Citation:
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Assignee:
LEISTER TECHNOLOGIES AG (Galileo-Strasse 10, 6056 Kägiswil, 6056, CH)
International Classes:
H05B3/14; C04B33/26; C04B35/19; C04B35/58; F24H3/04; H01C17/065; H05B3/18; H05B3/24; H05B3/28; H05B3/42; H05B3/48
Foreign References:
DE2349743A11974-04-18
US20170268801A12017-09-21
EP0168187A11986-01-15
EP1947908A12008-07-23
US4862137A1989-08-29
EP2921469A12015-09-23
US20050184058A12005-08-25
DE1243078B1967-06-22
DE2349743A11974-04-18
Attorney, Agent or Firm:
ABACUS PATENTANWÄLTE (Lise-Meitner-Straße 21, Nagold, 72202, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Keramischer Heizwiderstand (1 ) zur Anordnung in einem rohrförmigen Ele- ment (8) eines elektrischen Heizelements (9) zum Erwärmen eines Fluides, vorzugsweise Luft, wobei der Heizwiderstand (1 ) durch Sintern eines min- destens einen keramischen Rohstoff aufweisenden Grünkörpers herstellbar ist, der Heizwiderstand (1 ) eine elektrisch isolierende Komponente sowie eine elektrisch leitende Komponente aufweist und die elektrisch isolierende Komponente eine Matrix bildet, in der die elektrisch leitende Komponente aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (1 ) zumindest einen Wendelflächenkörper (2, 3) mit einer zentralen Schrau- bachse aufweist, wobei der Heizwiderstand (1 ) von dem Fluid mit einer Vor- zugsströmungsrichtung parallel zu der Schraubachse des Wendelflächen- körpers (2, 3) umströmbar ist.

2. Keramischer Heizwiderstand nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (1 ) eine Anordnung aus zumindest zwei Wendel- flächenkörpern (2, 3) mit parallelen Schraubachsen aufweist, wobei die Wendeflächenkörper (2, 3) berührungslos ineinander gewendelt sind.

3. Keramischer Heizwiderstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelflächenkörper (2, 3) im Bereich eines Endes (5) der Wen- delflächenanordnung elektrisch leitend miteinander verbunden sind und an einem gegenüberliegenden weiteren Ende (4) der Wendelflächenanordnung als separate Anschlusselektroden (6, 7) ausgebildet sind.

4. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wendelflächenkörper (2, 3) als offener Wendelflächenkörper ausgebildet ist.

5. Keramischer Heizwiderstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem zentralen, durch den oder die offenen Wendelflä- chenkörper (2, 3) entlang der jeweiligen Schraubachse des oder der offenen Wendelflächenkörper (2, 3) gebildeten Hohlraum (21 ) ein elektrisch isolie- rendes Element (15) angeordnet ist, wobei das elektrisch isolierende Ele- ment (15) rohrförmig, stabförmig oder abschnittsweise rohrförmig und stab- förmig ausgebildet ist.

6. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der radialen Wendeldicke und der axialen Wendelbreite zumindest eines Wendelflächenkörpers (2, 3) mindestens 2:1 beträgt.

7. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Innendurch- messer und dem Außendurchmesser zumindest eines Wendelflächenkör- pers (2, 3) maximal 1 :2 beträgt.

8. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wendelflächenkörper (2, 3) eine variable axiale Wendelbreite, insbesondere eine radial anwachsende axiale Wendelbreite, aufweist. 9. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wendelflächenkörper (2, 3) eine entlang seiner Schraubachse variable axiale Wendelbreite aufweist.

10. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wendelflächenkörper (2, 3) entlang seiner Schraubachse einen variablen Abstand benachbarter Win- dungen aufweist. 11. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Komponente zumin- dest teilweise aus einer Metalllegierung vom Silizid-Typ, vorzugsweise Mo- lybdändisilizid, gebildet ist.

12. Keramischer Heizwiderstand nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Komponente zu- mindest aus einem Mineral vom Silikat-Typ, vorzugsweise Feldspat, Feld- spatoiden oder anderen Silikatglas bildenden Stoffen, einer Keramik vom Oxid-Typ, vorzugsweise Aluminiumoxid und/oder einer beliebigen Kombi- nation hiervon, gebildet ist. 13. Elektrisches Heizelement (9) zum Erwärmen eines Fluides, vorzugsweise

Luft, mit zumindest einem rohrförmigen Element (8), dass von einem Fluid durchströmt wird oder durchströmbar ist, wobei in dem rohrförmigen Ele- ment (8) ein keramisches Heizelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 derart angeordnet ist, das der oder die Schraubachsen der Wendelflächenkörper (2, 3) des Heizwiderstands (1 ) im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse des rohrförmigen Elements (8) ausgerichtet sind und das Fluid über die Wendelflächen des oder der Wendelflächenkör- per (2, 3) strömt.

14. Vorrichtung (17, 19) zum Erwärmen eines Fluides, vorzugsweise Luft, mit zumindest einem elektrischen Heizelement (9) nach Anspruch 13.

Description:
Keramischer Heizwiderstand, elektrisches Heizelement sowie Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluides

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen keramischen Heizwiderstand zur Anordnung in einem rohrförmigen Element eines elektrischen Heizelements zum Erwärmen eines Flui- des, vorzugsweise Luft, wobei der Heizwiderstand durch Sintern eines mindestens einen keramischen Rohstoff aufweisenden Grünkörpers herstellbar ist, der Heizwi- derstand eine elektrisch isolierende Komponente sowie eine elektrisch leitende Komponente aufweist und die elektrisch isolierende Komponente eine Matrix bildet, in der die elektrisch leitende Komponente aufgenommen ist. Dabei handelt es sich also um einen Verbundwerkstoff aus metallischen und mineralischen Komponen- ten.

Unter Heizwiderstand wird in diesem Zusammenhang der Teil eines elektrischen Heizelementes verstanden, der bei Stromfluss aktiv Wärme erzeugt und abgibt.

Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisches Heizelement zur Erwärmung eines Fluides, vorzugsweise Luft, das zumindest ein rohrförmiges Element, das von ei- nem Fluid durchströmt wird, und einen keramischen Heizwiderstand aufweist, der in dem rohrförmigen Element angeordnet oder anordenbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluides, vorzugsweise Luft, mit einem derartigen Heizelement. Die Offenlegungsschrift DE 2349743 A beschreibt ein elektrisches Widerstandse- lement für hohe Temperaturen mit einem durch ein leitendes, die Form einer Wen- del aufweisendes Band gebildeten weißglühenden Bereich und einem Paar von mit diesem Bereich verbundenen Anschlussleitern. Das Widerstandselement besteht dabei im Wesentlichen aus einem dünnen Rohr mit kreisförmigem Querschnitt, des- sen Außenwand zumindest teilweise wenigstens durch eine wendelförmig ausge- bildete Ausnehmung geschlitzt ist, wobei die zentrale Rohrachse zugleich die Schraubachse der wendelförmigen Ausnehmung(en) ist. Das Widerstandselement hat ein rohrförmiges, poröses Skelett aus Siliziumcarbid, in das ein schwer schmelzbarer, metallisch leitender Zusatz, wie etwa Molybdänsilicid, eingesickert ist, um alle Hohlräume des Skeletts vollständig auszufüllen. Das rohrförmige Wi- derstandselement kann daher mit sehr dünnen Wänden hergestellt werden, um eine größere Energieabgabe an seiner Oberfläche zu ermöglichen, während es gleichzeitig eine verbesserte mechanische Festigkeit und einen positiven Tempe- raturkoeffizienten für den elektrischen Widerstand hat.

Der Nachteil des vorstehend beschriebenen Widerstandselements ist die vergli chen mit seinen Gesamtabmessungen geringe Größe der für einen Wärmeener- gieübertag an ein das Widerstandelement umgebendes und/oder sowohl durch- strömendes als auch umströmendes Medium wie eine Flüssigkeit oder ein Gas wirksame Oberfläche bei einem rohförmigen Körper. Dabei wird bereits vorausge- setzt, dass ein mittels des Widerstandselements zu erhitzendes Fluid das Wider- standselement überhaupt umströmt. Zusätzlich muss dann im Grunde vorausge- setzt werden, dass eine Vorzugsströmungsrichtung des Fluides parallel zu der zentralen Achse, also der Symmetrieachse des Rohres, aus dem das Widerstand- selement im Wesentlichen besteht, existiert. Des Weiteren kann der Querschnitt des Fluidstroms nur unwesentlich größer sein als der Querschnitt des Widerstand- selements, da ansonsten kein effektiver Wärmeenergieübertrag auf den das Rohr umströmenden (und nicht durchströmenden) Anteil des Fluidstroms erfolgen kann. Da das rohrförmige Widerstandselement nur eine geringe Materialstärke, d. h. eine geringe Dicke der Rohrwandung, aufweisen soll, wird die für den Wärmeenergie- Übertrag wirksame Oberfläche durch den oder die wendelförmigen Ausnehmungen in der Rohrwandung auch nur unwesentlich vergrößert. Aus dem Stand der Technik sind zudem allgemein elektrische Heizelemente bzw. Heizwiderstände zur Erwärmung eines Fluides aus Siliziumcarbid-Keramik oder anderen Keramiken bekannt, jedoch ist die Herstellung von Siliziumcarbid-Kerami- ken wegen den benötigten hohen Sintertemperaturen relativ teuer und daher ins- besondere für Heizelemente in diesem Bereich nicht wirtschaftlich. Üblich ist es daher, bei Heizelementen in Form eines Einlochrohres oder Mehrlochrohres, die von einem Fluid durchströmt werden, wendelförmige Heizdrähte einzuziehen und elektrisch in Reihe zu schalten. Das keramische Rohr dient dabei als elektrischer und thermischer Isolator. Die Heizwendeln müssen aufwendig von Hand in das Rohr eingezogen werden. Diese Konstruktionen zudem sind anfällig für Verschmut- zung und müssen nicht zuletzt aufgrund von Verschleiß der Heizwendeln durch die thermische Belastung in Kombination mit der Verschmutzungsproblematik regel- mäßig ausgetauscht werden. Vorrichtungen zur Erwärmung eines Fluides basie- rend auf derartigen Heizelementen bzw. Heizwiderständen sind daher wartungsin- tensiv.

Ausgehend von den sich aus dem diskutierten Stand der Technik ergebenden Problemen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen kompak- ten Heizwiderstand für ein elektrisches Heizelement zur Erwärmung eines Fluides vorzuschlagen, der eine effiziente Wärmeübertragung bei möglichst geringer Er- wärmung des Heizwiderstands selbst an ein zu erwärmendes Fluid ermöglicht, den Wartungsaufwand deutlich verringert und in der Herstellung die einfach und kos- tengünstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen keramischen Heizwiderstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und des nebengeordneten Patentanspruchs 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweils rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.

Demnach weist ein erfindungsgemäßer keramischer Heizwiderstand zumindest ei- nen Wendelflächenkörper mit einer zentralen Schraubachse auf, wobei der Heizwi- derstand von dem Fluid mit einer Vorzugsströmungsrichtung parallel zu der Schrau- bachse des Wendelflächenkörpers umströmt wird oder umströmbar ist. Ein Wen- deflächenkörper ergibt sich aus der Verschraubung einer ebenen Fläche entlang einer Schraublinie im euklidischen Raum um eine zentrale Schraubachse, wobei an einem Ausgangspunkt der Verschraubung die Fläche in einer Ebene mit der Schraubachse und einer weiteren, zu der Schraubachse orthogonalen Achse an- geordnet ist. Eine solche Schraublinie wird auch als Helix bezeichnet. Die Fläche grenzt dabei mit zumindest einem Punkt auf einer Kurve, die die Fläche zumindest teilweise berandet, an die Schraubachse oder es liegt ein nichtverschwindender radialer Mindestabstand zwischen der Schraubachse und wenigstens einem Punkt einer die Fläche zumindest teilweise berandenden Kurve vor. Die Parameter der Schraublinie ebenso wie der der Fläche können sich dabei im Verlauf der Ver- schraubung zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt der Verschrau- bung kontinuierlich, stetig oder unstetig verändern. Dabei kann sich etwa der radi- ale Abstand der Punkte der Schraublinie zu der Schraubachse ändern oder die Steigung der Kurve, d. h., die Anzahl an Windungen der Schraublinie bezogen auf eine Standardlängeneinheit entlang der Schraubachse. Bezüglich der Fläche kann etwa die Form als auch die Größe der Fläche variieren. Dadurch ist eine Vielzahl an die jeweiligen Anwendungserfordernisse angepassten Varianten von Wendel- flächenkörpern realisierbar.

Ein erfindungsgemäßer Heizwiderstand ist zum Einsatz in einem Heizelement zur Erwärmung eines Fluides vorgesehen, das zumindest rohrförmiges Element auf- weist, in dem der Heizwiderstand derart angeordnet wird, dass das zu erwärmende Fluid mit einer Vorzugsströmungsrichtung parallel zu der Schraubachse des Wen- delflächenkörpers umströmt wird oder umströmbar ist. Dazu wird vorgeschlagen dass die Querschnittsfläche des rohrförmigen Elements des Heizelements bezüg- lich Form und Größe der Querschnittsfläche diese derart ausgestaltet ist, dass diese nur unwesentlich größer als die maximale Querschnittsfläche des Heizwider- stands ist. Die Querschnittsfläche des rohrförmigen Elements sollte also lediglich in so weit größer sein, als das ein einfaches Einsetzen des Heizwiderstands in das rohrförmige Element ermöglicht wird und die thermische Ausdehnung des Heizwi- derstands im Betrieb nicht zu einem direkten Kontakt von Heizwiderstand und dem rohrförmigen Elements führen, wobei des Weiteren auch noch die Fertigungstole- ranzen von Heizwiderstand und dem rohrförmigen Element berücksichtigt werden sollten. Insgesamt führt dies dazu, dass ein den Heizwiderstand umströmendes Fluid außer in vernachlässigbaren Randbereichen in unmittelbarer Nähe der Innen- wand des rohrförmigen Elements gezwungen wird, einer von dem Wendeflächen- körper des Heizwiderstand vorgegebenen schraubenförmigen Bahn zu folgen. Dadurch wird der Wärmeübertrag von dem Heizwiderstand auf das Fluid optimiert. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Heizwiderständen kann ein erfindungsgemäßer Heizwiderstand bei gleicher Wärmeübertragungsleistung auf ein den Heizwiderstand umströmendes Fluid bei geringeren Temperaturen be- trieben werden und/oder ein erfindungsgemäßer Heizwiderstand, insbesondere be- zogen auf seine Ausdehnung entlang der Schraubachse als Vorzugslängsachse, kompakter (kürzer) gestaltet werden. Die resultierende Strömungsrichtung des Flu- ides ist natürlich parallel zu der zentralen Achse des rohrförmigen Elements, wobei die Schraubachse des Heizelements vorzugsweise mit der zentralen Achse des rohrförmigen Elements zusammenfällt. Die Innenwand des rohrförmigen Elemen- tes kann dabei zusätzlich zumindest stückweise korrespondierend zu einer einhül- lenden Außenkontur des Heizwiderstandes, insbesondere des oder der Wendelflä- chenkörper des Heizwiderstands, ausgebildet sein, um den radialen Abstand und die Querschnittsfläche zwischen der einhüllenden Außenkontur und der Innenwand des Rohres ebenso wie den Fluidstrom in diesem Bereich auf ein notwendiges Mi- nimum (Fertigungstoleranzen, thermische Ausdehnung) zu reduzieren.

Weitere Optimierungen können sich, wie schon angedeutet, etwa aus dem Abstand der Wendeln, deren (lokaler) axialer und/oder (lokaler) radialer Dicke ergeben. Als Wendel wird dabei ein Teilsegment eines Wendelflächenkörpers verstanden, das sich gerade einmal um die Schraubachse windet. Die (lokale) radiale Dicke ergibt sich dabei aus der Differenz von dem (lokalen) maximalen radialen Abstand und dem (lokalen) minimalen radialen Abstand eines Wendelflächenkörpers von der Schraubachse. Die (lokale) axiale Dicke ist die lokale Dicke oder Materialstärke eines Wendelflächenkörpers in axialer Richtung, also parallel zu seiner Schrau- bachse.

Zur elektrischen Kontaktierung eines erfindungsgemäßen Heizwiderstands weist dieser vorzugsweise zumindest zwei separate Anschlusselektroden auf. Bei einem Heizwiderstand, der im Wesentlichen lediglich aus einem Wendelflächenkörper be- steht, wird dabei vorgeschlagen, dass jeweils eine derartige Anschlusselektrode an einer Anformung oder dergleichen an den Anfang bzw. das Ende an dem Anfang bzw. dem Ende der Schraublinie angeordnet ist. An dem Heizwiderstand kann auch zumindest ein Mittel zur Fixierung an einem Heizelement vorgesehen sein, wobei im Fall eines Heizwiderstand, der im Wesentlichen lediglich aus einem Wendelflä- chenkörper besteht, die Anordnung derartiger Fixiermittel vorzugsweise im Bereich des Anfangs- oder des Endpunktes der Schraublinie, erfolgt. Sind in den genannten Bereichen auch Anschlusselektroden angeordnet, so wird die Anordnung der Fi- xiermittel an der Anschlusselektrode, über die elektrischer Strom in den Heizwider- stand eingeleitet wird, besonders bevorzugt. Ein erfindungsgemäßer Heizwider- stand kann eine Anordnung von mehreren Wendelflächenkörper aufweisen, die etwa in Reihe oder parallel zueinander angeordnet sein können oder auch ineinan- der gewendelt sein können, oder eine beliebige Kombination hiervon. Insbesondere für den Fall, dass zwei oder mehr Wendelflächenkörper ineinander gewendelt sind, wird eine berührungslose Anordnung der Wendelflächenkörper zueinander bevor- zugt. Eine Verbindung der Wendelflächenkörper untereinander steht dem nicht ent- gegen, sofern die Verbindung außerhalb des eigentlichen Wendelflächenkörpers erfolgt, also etwa an einer Anformung oder einem Fortsatz des jeweiligen Wendel- flächenkörpers an einem Anfangs- und/oder Endpunkt der jeweiligen Schraublinie.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante weist ein erfindungsgemäßer Heizwi- derstand eine Anordnung aus zumindest zwei Wendelflächenkörpern mit parallelen Schraubachsen auf, wobei die Wendeflächenkörper berührungslos ineinander ge- wendelt sind. Eine Anordnung aus zwei oder allgemein aus einer geraden Anzahl von Wendenflächenkörpern wird dabei besonders bevorzugt. Die Schraubachsen der zumindest zwei Wendelflächenkörper sind dabei parallel, müssen jedoch nicht notwendiger Weise zusammenfallen, die Schraubachsen können also auch in radi aler Richtung beabstandet sein. Damit die Wendelflächenkörper berührungslos in- einander wendein, sind zumindest die Schraublinien um einen Winkel in einer Ebene senkrecht zu den Schraubachsen zueinander verdreht und die Wendelflä- chenkörper zumindest in einer gewissen radialen Umgebung um die Schraubach- sen herum als Hohlkörper ausgeführt. Die genaue Ausgestaltung obliegt dem Fach- kundigen abhängig vom Einsatzzweck des erfindungsgemäßen Heizelements etwa in Abhängigkeit der radialen Ausdehnung der Wendelflächenkörper insgesamt ebenso wie der (lokalen) axialen Dicke der Wendeln und der (lokalen) radialen Di- cke der Wendeln der Wendelflächenkörper. Es wird vorgeschlagen, dass zumin- dest die Steigung der jeweiligen Schraublinie der Wendenflächenkörper (lokal) identisch ist, um ein Kreuzen der Wendelflächenkörper zu vermeiden. Die ineinan- der wendelnden Wendelflächenkörper müssen darüber hinaus jedoch nicht zwin- gend identisch ausgeführt sein.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemä- ßen Heizwiderstands wird vorgeschlagen, dass die Wendelflächenkörper im Be- reich eines Endes der Wendelflächenanordnung elektrisch leitend miteinander ver- bunden sind und an einem gegenüberliegenden weiteren Ende der Wendelflä- chenanordnung als separate Anschlusselektroden ausgebildet sind. Dann kann über eine der Anschlusselektroden elektrischer Strom in den Heizwiderstand ein- geleitet werden, wobei dieser dann zunächst durch den zugehörigen Wendelflä- chenkörper und anschließend über die Verbindung der Wendelflächenkörper am anderen Ende der Wendenflächenanordnung in einen weiteren Wendelflächenkör- per fließt, über dessen Anschlusselektrode der Stromfluss wieder ausgeleitet wird. Bei der bevorzugten Anordnung von zwei oder allgemein einer geraden Anzahl von Wendelflächenkörpern wird präferiert, dass jeweils zwei der Wendenflächenkörper elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei paarweise elektrisch leitend verbundene Wendelflächenkörper mit weiteren paarweise elektrisch leitend ver- bundenen Wendelflächenkörpern besonders präferiert nur elektrisch nichtleitend (rein mechanisch) miteinander verbunden sind. Eine oder mehrere derartige nicht- leitende Verbindungen können an beliebigen Stellen zwischen paarweise elektrisch leitend verbundenen oder allgemein zwischen elektrisch leitend verbundenen oder nicht elektrisch leitend verbundenen Wendenflächenkörpern bestehen.

Es wird vorgeschlagen, den Heizwiderstand durch entsprechende Materialauswahl und Ausgestaltung der Anordnung aus Wendelflächenkörpern etwa hinsichtlich der Steigung der Schraublinien sowie der - jeweils gegebenenfalls variablen - radialen und axialen Dicke der Wendeln der Wendelflächenkörper derart auszubilden, dass der Heizwiderstand im Bereich der Anschlusselektroden im Betrieb die niedrigsten Temperaturen des gesamten Heizelements aufweist, um die problematische ther- mische Belastung der Anschlusselektroden zu verringern und die Lebensdauer des Heizelements zu verbessern. Vorzugsweise ist die Temperatur des Heizwider- stands in dem oder den Teilbereichen des Heizwiderstands am Größten, der an den oder die elektrisch leitenden Verbindungsbereiche der Wendelflächenkörper des Heizwiderstands grenzt. Zumindest eine der Anschlusselektroden kann so aus- gestaltet sein, dass sie Mittel zur Fixierung an einem Heizelement aufweist, dass gegebenenfalls dazu korrespondierende Fixiermittel zur Herstellung einer (wieder lösbaren) Verbindung aufweist. Weist keine der Anschlusselektroden Fixiermittel auf, so wird vorgeschlagen, das eventuelle derartige Fixiermittel zumindest in dem Teilbereich des Heizwiderstands um die Anschlusselektroden herum angeordnet sind, um insbesondere auch die thermische Belastung der Fixiermittel zu minimie- ren.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Heiz- widerstands sieht vor, dass zumindest ein Wendelflächenkörper als offener Wen- delflächenkörper ausgebildet ist. Ein offener Wendelflächenkörper schließt die Schraubachse nicht mit ein. Das bedeutet, dass ein offener Wendelflächen körper per Definition in einer gewissen radialen Umgebung um die Schraubachse herum vollständig hohl ausgeführt ist. Dies ist insbesondere bei einem Heizwiderstand mit einer Anordnung aus mehreren ineinander gewendelten Wendelflächenkörpern re- levant, bei denen ein elektrisch leitender Kontakt auf den oder die elektrisch leiten den Verbindungsbereiche beschränkt sein sollte. In einer zusätzlichen bevorzugten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemä- ßen Heizwiderstands ist in dem zentralen Hohlraum eines offenen Wendelflächen- körpers des Heizwiderstands ein elektrisch isolierendes Rohr aus einem kerami- schen Material angeordnet. Das Rohr kann etwa zur Aufnahme einer Messsonde, insbesondere eines Thermometers, ausgebildet sein. Alternativ kann das elektrisch isolierende Rohr etwa auch als Lager und/oder Teil einer Fixierung des Heizele- ments ausgestaltet sein, wobei es dann auch als massiver Stab oder segmentweise rohrförmig als auch stabförmig ausgebildet sein kann.

Eine weitere präferierte Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Heizwi- derstands sieht vor, dass das Verhältnis der radialen Wendeldicke und der axialen Wendelbreite zumindest eines Wendelflächenkörpers mindestens 2:1 beträgt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante eines erfindungsgemäßen Heizwiderstands das beträgt das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser zumindest eines Wendelflächenkörpers maximal 0,5 (1 :2).

Es ist dabei vorgesehen, dass die axiale Wendelbreite zusätzlich variabel sein kann, und zwar sowohl in radialer Richtung, z. B. von einem kleinerem zu einem größeren Radius um die Schraubachse anwachsend, als auch in axialer Richtung entlang der Schraubachse, etwa von dem Anfangspunkt der Schraublinie eines Wendelflächenkörpers her ihrem Endpunkt hin abnehmend. Bei einer in radialer Richtung variablen axialen Wendelbreite wird die bereits genannte radial anwach- sende axiale Wendelbreite bevorzugt. Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit ei- nes erfindungsgemäßen Heizwiderstands ergibt sich dann dadurch, dass zumin- dest ein Wendelflächenkörper des Heizwiderstands entlang seiner Schraubachse einen variablen Abstand benachbarter Windungen aufweisen kann, also die Stei- gung der zugehörigen Schraublinie variabel ist. Insbesondere bei einem Heizwider- stand mit einer Anordnung aus ineinander gewendelten Wendelflächenkörpern wird dabei ein Anwachsen des Abstands benachbarter Wendeln von dem einen Ende der Anordnung im Bereich der Anschlusselektroden zu dem anderen Ende mit dem Verbindungsbereich der Wendelflächenkörper hin besonders bevorzugt.

Es wird vorgeschlagen, dass bei einem erfindungsgemäßen Heizwiderstand die elektrisch leitende Komponente zumindest teilweise aus einer Metalllegierung vom Silizid-Typ, insbesondere Molybdändisilizid, gebildet ist. Silizide sind binäre metal- lische Verbindungen des Siliziums und werden meist den intermetallischen Verbin- düngen zugerechnet. Sie sind typischerweise elektrisch leitfähig, weisen Metall- glanz auf und kristallisieren in definierten Strukturen aus. Es sind Silizide vieler Me- talle bekannt, jedoch bilden Aluminium, Antimon, Arsen, Bismut, Cadmium, Queck- silber, Silber, Thorium und Zink keine Silizide. Zu den bekannten Metallsiliziden zählt auch Molybdändisilizid.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die elektrisch isolierende Komponente des erfindungsgemäßen Heizwiderstands von einem Mineral vom Silikat-Typ, vorzugs- weise Feldspat, von einer Keramik vom Oxid-Typ, vorzugsweise Aluminiumoxid o- der einer beliebigen Kombination hiervon, gebildet ist. Natürliche Silikatminerale spielen eine große Rolle in der Mineralogie. Die Erdkruste besteht zu über 90% und der Erdmantel fast vollständig aus Silikaten. Andere wichtige gesteinsbildende Mi- nerale sind Glimmer, Tonminerale, Amphibole, Spate, usw. Silikatminerale sind ty- pischerweise Isolatoren. Sie sind entsprechend kostengünstig. Oxidkeramiken sind typischerweise ebenfalls Isolatoren und weisen gegenüber Silikatkeramiken höhere Festigkeiten auf, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.

Ein derartiger erfindungsgemäßer Heizwiderstand wird typischerweise durch Sin- tern eines Grünkörpers hergestellt, der durch Pressen, Gießen, Spritzgießen und/o- der Extrudieren oder anderen geeigneten keramischen Formgebungsverfahren ei- nes Stoffgemisches erzeugt wird, das die elektrisch leitende Komponente vom Si- lizid-Typ und die elektrisch isolierenden Komponente vom Silikat- und/oder Oxid- Typ enthält. Der so entstandene Grünkörper kann dann ggf. mechanisch bearbeitet sowie einfach oder mehrfach beschichtet werden und schließlich zu seiner finalen Form gesintert werden.

Die elektrische Leitfähigkeit des gesinterten keramischen Heizwiderstandes ist ab- hängig von dessen Geometrie und damit von der des Grünkörpers. Sie ist außer- dem abhängig von dem Mischungsverhältnis der elektrisch leitenden Komponente vom Silizid-Typ und der elektrisch isolierenden Komponente vom Silikat- und/oder Oxid-Typ des zur Formung verwendeten Stoffgemisches. Der spezifische elektri- sche Widerstand des Heizwiderstandes kann in einem weiten Rahmen durch spe- ziehe Einstellung des Mischungsverhältnisses variiert werden, und so die Leitfähig- keit an den Verwendungszweck des keramischen Heizwiderstandes und die dies- bezüglich vorgegebenen Verhältnisse angepasst werden. Natürlich ist der Wider- stand des Heizwiderstandes auch beeinflussbar, indem die Geometrie des Grün- körpers variiert wird. Die Geometrie des Heizwiderstandes, die abhängig von der des Grünkörpers ist, ist jedoch häufig durch die Verwendung des Heizwiderstandes und die dortigen Verhältnisse vorgegeben, und kann damit häufig nur in einem ge- ringen Rahmen variiert werden.

Gerade diese Kombination aus einer elektrisch leitenden Komponente vom Silizid- Typ und einer elektrisch isolierenden Komponente vom Silikat- und/oder Oxid-Typ hat sich in dem erforderlichen Temperaturbereich, insbesondere für den Einsatz eines erfindungsgemäßen Heizwiderstands in einem Lufterhitzer, in Bezug auf die Herstellung, das Betriebsverhalten und die erforderlichen Variationsmöglichkeiten als besonders geeignet gezeigt. Zwar sind Verbundwerkstoffe aus mindestens zwei Komponenten, von denen eine von einer elektrisch leitenden Komponente von ei- ner Metalllegierung vom Silizid-Typ und die andere von einer elektrisch isolierende Komponente von einem Mineral vom Silikat- und/oder von einer Keramik vom Oxid- Typ gebildet ist, bekannt, jedoch sind diese im Wesentlichen im Bereich Hochtem- peraturofentechnik etabliert im Einsatz.

Ein erfindungsgemäßer keramischer Heizwiderstand weist vorzugsweise einen Feldspat - Molybdändisilizid -Verbundwerkstoff auf, wobei der Verbundwerkstoff in einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante zusätzlich eine weitere Komponente aus Aluminiumoxid aufweisen kann. Molybdändisilizid M0S12 ist be- ständig bei hohen Temperaturen und weist einen hohen Schmelzpunkt, eine große Oxidationsbeständig und eine hohe Leitfähigkeit auf. Es zeichnet sich gegenüber anderen keramischen Werkstoffen durch tiefere Sintertemperaturen aus. Damit ist die Herstellung des vorgeschlagenen elektrischen Heizwiderstandes besonders günstig und einfach. Feldspat ist kostengünstig und weist einen vergleichsweise niedrigeren Schmelzpunkt auf. Dies hilft beim Sinterprozess und verringert die Po- rosität. Feldspat und Molybdändisilizid besitzen ähnliche Wärmeausdehnungskoef- fizienten und ermöglichen somit einen funktionierenden Verbund bei den üblichen Betriebstemperaturen des Heizwiderstandes und auch bei Temperaturschwankun- gen. Die bei der Sinterung zum Endprodukt einsetzende Verglasung des Feldspa- tes umhüllt die Molybdändisilizid-Partikel und schützt diese dadurch wirkungsvoll vor Oxidation. Durch die Verwendung von Feldspat in diesem Verbundmaterial wirkt dieser einer bei Molybdändisilizid bekannten Molybdändisilizid-Pest entgegen.

Molybdändisilizid M0S12 ist dabei eine intermetallische chemische Verbindung des Molybdäns aus der Gruppe der Silizide. Neben diesem sind mit M03S1 und MosSb noch weitere Molybdänsilizide bekannt. Molybdändisilizid ist beständig gegen Säu- ren, verdünnte Laugen, Salzlösungen sowie verschiedene Salzschmelzen. Außer- dem hebt es sich von anderen Metallen und Legierungen durch hohe Korrosions- beständigkeit gegen reduzierende wie oxydierende Gase bei hohen Temperaturen ab.

Feldspäte sind mit 50 bis 60 Volumenprozent die häufigsten Silikate in der Erd- kruste. Als Feldspat wird eine große Gruppe der allgemeinen chemischen Zusam- mensetzung (Ba,Ca,Na,K,NH4) (AI,B,Si)408 bezeichnet. Die in Klammern angege- benen Elemente können sich jeweils gegenseitig vertreten, stehen jedoch immer im selben Mengenverhältnis zu den anderen Bestandteilen des Minerals (Substitution). Feldspate kristallisieren entweder im monoklinen oder im triklinen Kristallsystem, der Schmelztemperaturbereich liegt bei etwa 1 150 bis 1250 °C. Die mit den Feldspäten verwandten Feldspatoide (Foide) und zusätzlich andere Silikat- glas bildende Stoffe sind ebenfalls für die isolierende Komponente im Verbund- werkstoff eines erfindungsgemäßen Heizwiderstands verwendbar.

Aluminiumoxid weist gegenüber Feldspäten höhere Schmelztemperaturen auf und verbessert damit die Festigkeit des erfindungsgemäßen keramischen Heizwider- standes, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, in dem es stützend auf die Ma- terialstruktur eines Feldspat - Molybdändisilizid - Aluminiumoxid - Verbundwerk- stoffes wirkt.

Ein erfindungsgemäßer keramischer Heizwiderstand kann einen Heizbereich und mindestens einen elektrisch leitenden Kontaktierungsbereich aufweisen, der ge- genüber dem Heizbereich mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit ausgebildet ist. Der Kontaktierungsbereich ist zum Anbringen und elektrischen Verbinden von Anschlusselektroden vorgesehen, über die eine elektrische Spannung an den Heiz- bereich angelegt werden kann, um eine Erwärmung des Heizwiderstandes, insbe- sondere des Heizbereiches zu bewirken. Der Kontaktierungsbereich erstreckt sich somit vorteilhafterweise zumindest teilweise zwischen den Anschlusselektroden und dem Heizbereich. Als Heizbereich werden dabei vor allem der oder die als Wendelflächenkörper ausgebildeten Teilereiche eines erfindungsgemäßen Heizwi- derstands betrachtet. Kontaktierungsbereiche sind vorzugsweise außerhalb der als Wendelflächenkörper ausgebildeten Bereiche des Heizwiderstands angeordnet, etwa im Bereich von Anformungen oder Fortsätzen im Bereich des Anfangs- und/o- der Endpunktes der Schraublinie eines Wendelflächenkörpers. Der Kontaktierungs- bereich kann hierbei an den Heizbereich in Stromflussrichtung anschließen oder zumindest einen begrenzten Teil des Heizbereiches auch quer zur Stromflussrich- tung teilweise über- bzw. umgreifen. In dem Kontaktierungsbereich ist der Anteil der elektrisch leitenden Metalllegierung grösser ist als bei dem Heizbereich, sodass dieser einen geringeren spezifischen Widerstand bzw. eine höhere Leitfähigkeit ge- genüber dem Heizbereich aufweist und somit weniger erhitzt wird als der eigentli che Heizbereich. Vorzugsweise ist hierbei der Anteil der Metalllegierung im Kon- taktierungsbereich mindestens um das 1 ,2-fache höher ist als im Heizbereich.

Zusätzlich kann ein erfindungsgemäßer keramischer Heizwiderstand mindestens einen elektrisch isolierenden Isolationsbereich aufweisen, der gegenüber dem Heizbereich und/oder dem Kontaktierungsbereich mit geringerer elektrischer Leit- fähigkeit ausgebildet, indem der Anteil der elektrisch leitenden Metalllegierung ge- ringer ist als bei dem Heizbereich und/oder dem Kontaktierungsbereich. Der Isola- tionsbereich kann als Isolationsschicht zwischen dem Kontaktierungsbereich und dem Heizbereich angeordnet sein, wenn der Kontaktierungsbereich den Heizbe- reich des Heizwiderstandes in Stromflussrichtung teilweise um- oder übergreift. Aufgrund des in dem Isolationsbereich geringeren Materialanteils an elektrisch lei- tender Metalllegierung verglichen mit dem Heizbereich bzw. dem Kontaktierungs- bereich weist dieser einen hohen spezifischen Widerstand gegenüber dem Heizbe- reich bzw. dem Kontaktierungsbereich auf, so dass ein unerwünschter Stromfluss sicher verhindert und/oder den Stromfluss nur in einer durch die Anordnung vorge- gebenen Richtung durch den Heizwiderstand bzw. durch das den Heizwiderstand aufweisende elektrische Heizelement zulässt.

Bei einem erfindungsgemäßen keramischen Heizwiderstand wird vorgeschlagen, dass der oder die jeweiligen Kontaktierungsbereiche und/oder der oder die jeweil i- gen Isolationsbereiche als Beschichtung auf einem äußeren Abschnitt des Heizbe- reiches, und/oder der Isolationsbereich als Beschichtung auf einem äußeren Ab- schnitt des Heizbereiches und der Kontaktierungsbereich als Beschichtung auf ei- nem Abschnitt des Isolationsbereiches und des Heizbereiches aufgebracht werden. Als äußerer Abschnitt des Heizbereiches wird dabei ein als Heizbereich ausgeführ- ter Abschnitt eines erfindungsgemäßen Heizwiderstands verstanden, der jedoch kein als Wendelflächenkörper ausgeführter Abschnitt des Heizwiderstands ist, sich jedoch vorzugsweise als Anformung oder Fortsatz an einen als Wendelflächenkör- per ausgeführten Abschnitt anschließt. Damit sind beliebige Kombinationen des Kontaktierungsbereiches und des Isolationsbereiches miteinander und mit dem Heizbereich realisierbar. Insbesondere ist somit eine beliebige Anzahl von Isolati- onsbereichen bzw. Kontaktierungsbereichen auf einem äußeren Abschnitt eines Heizbereichs möglich. Dabei können die entsprechenden Beschichtungen je nach Notwendigkeit seriell aneinander anschließen und/oder übereinander mit teilweiser und/oder vollständiger Überlappung angeordnet sein. Somit kann der mindestens eine Isolations- bzw. Kontaktierungsbereich, vorzugsweise mehrere derartige Be- reiche, auf einem äußeren Abschnitt eines Heizbereichs besonders zweckmäßig angeordnet werden, um eine optimale Stromflussrichtung zu gewährleisten und die stromführenden Anschlusselektroden an einer geeigneten Stelle des Heizwider- standes anbringen zu können. Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsge- mäßen Heizwiderstands sieht vor, dass der Heizbereich zumindest stückweise o- der vollständig mit wenigstens einer isolierenden Beschichtung versehen ist. Somit ist es möglich, den gesamten Wendelflächenkörper (bis auf einen kleinen Kontak- tierungsbereich) mit einer dünnen, elektrisch isolierenden Beschichtung zu verse- hen, um den Heizwiderstand nach außen elektrisch zu isolieren. Die vorgesehenen Beschichtungen können bereits auf dem Grünkörper aufgetra- gen sein, sodass der Heizbereich zusammen mit dem mindestens einen Kontaktie- rungsbereich und ggf. mit dem mindestens einen Isolationsbereich in einem Schritt durch Sintern des Grünkörpers zu dem fertigen keramischen Heizwiderstand ge- langt, bei dem die Beschichtungen untereinander stoffschlüssig verbunden sind. Alternativ können die Beschichtungen auch nachträglich auf einen bereits gesinter- ten Grünkörper, d.h. auf einen bereits erzeugten keramischen Heizwiderstand auf- getragen werden, der nur den Heizbereich beinhaltet. Die zweitgenannte Vorge- hensweise ist aufwändiger als die erstgenannte, da mindestens ein weiterer Sinter- vorgang notwendig ist.

Sintern ist ein Verfahren zur Herstellung oder Veränderung von Werkstoffen, bei dem körnige keramische oder metallische Stoffe, oft unter erhöhtem Druck, erhitzt werden, wobei die Temperaturen jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Komponenten bleiben, so dass die Form des Werkstückes, d.h. des Grünkörpers erhalten bleibt. Dabei kommt es in der Regel zu einer Schwindung, weil sich die Partikel des Ausgangsmaterials verdichten und Porenräume aufgefüllt werden. Sin- terprozesse besitzen große Bedeutung bei der Keramikherstellung und auch in der Metallurgie. Durch die Temperaturbehandlung des Sinterns wird aus einem fein- oder grobkörnigen bzw. fein- oder grobporigen in einem vorangegangenen Pro- zessschritt gefertigten weichen Grünkörper ein festes Werkstück. Das Sinterer- zeugnis erhält erst durch die Temperaturbehandlung seine endgültigen Eigenschaf- ten, wie Härte, Festigkeit oder Temperaturleitfähigkeit, die im jeweiligen Einsatz erforderlich sind, sodass mehrmaliges Sintern zu Veränderungen des keramischen Heizwiderstandes führen kann.

Dabei beträgt bei einem erfindungsgemäßen Heizwiderstand der Anteil elektrisch leitenden Komponente, insbesondere des bevorzugten Molybdändisilizids, vor- zugsweise 20 bis 60 Gewichtsprozent und/oder 10 bis 30 Volumenprozent, vor- zugsweise 25 bis 30 Gewichtsprozent bzw. 12 bis 15 Volumenprozent. Der Anteil der elektrisch isolierenden Komponente, beträgt entsprechend vorzugsweise 80 bis 40 Gewichtsprozent und/oder 90 bis 70 Volumenprozent, vorzugsweise 75 bis 70 Gewichtsprozent bzw. 88 bis 85 Volumenprozent. Die isolierende Kom- ponente besteht dabei vorzugsweise aus einem Gemisch von Feldspat, Feldspato- iden oder anderen Silikatglas bildenden Stoffen und Aluminiumoxid, wobei der An- teil Aluminiumoxid beim erfindungsgemäßen Fleizwiderstand vorzugsweise 20 bis 30 Volumenprozent und der Anteil Feldspat 50 bis 70 Volumenprozent be- trägt. Diese Werte können durch vorhandene Verunreinigungen beeinflusst wer- den. Durch Abwandelung des Mischungsverhältnisses des Anteils der elektrisch leitenden Komponente, bzw. des Molybdändisilizids und des Anteils der elektrisch isolierenden Komponente können der spezifische Widerstand, d.h. die Leitfähigkeit des Heizbereiches, des Kontaktierungsbereiches und/oder des Isolationsbereiches günstigerweise in einem weiten Rahmen beliebig eigestellt werden, um den kera- mische Heizwiderstand bzw. das elektrische Heizelement auf den jeweiligen An- wendungsfall ideal abzustimmen.

Bei einem erfindungsgemäßen elektrisches Heizelement zum Erwärmen eines Flu- ides, vorzugsweise Luft, mit zumindest einem rohrförmigen Element, dass von ei- nem Fluid durchströmt wird oder durchströmbar ist, wird in dem rohrförmigen Ele- ment ein keramisches Heizelement nach einem der vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungsvarianten derart angeordnet, dass der oder die Schraubachsen der Wendelflächenkörper des Heizelements im Wesentlichen pa- rallel zu der zentralen Achse des rohrförmigen Elements ausgerichtet sind und das Fluid über die Wendelflächen des oder der Wendelflächenkörper strömt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluides, vorzugsweise Luft, weist zumindest ein im vorstehenden Abschnitt beschriebenes erfindungsge- mäßes elektrisches Heizelement auf. Insbesondere handelt es sich bei einer erfin- dungsgemäßen Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluides vorzugsweise um eine Vorrichtung zum Erwärmen bzw. Erhitzen eines Luftstroms in einem Lufterhitzer zum Trocknen oder Erwärmen von Gegenständen oder u. a. auch zur Anwendung bei der Plastifizierung von Kunststoffmaterialien, wie etwa entsprechenden Heiß- luftgebläsen oder Schweißautomaten. Die Erfindung bietet im Vergleich zu einem Standard-Heizelement den Vorteil, dass der Herstellungsprozess stärker als bisher automatisiert werden kann, was wiede- rum zu niedrigeren Herstellungskosten führt. Weitere Vorteile sind eine höhere Le- bensdauer und eine höhere erreichbare Temperatur des erhitzten Fluides und/oder eine kürzere Bauweise des Heizelementes, bedingt durch eine erhöhte Betriebs- temperatur des Heizelements oder durch einen verbesserter Wärmeübergang zwi- schen dem Heizwiderstand und dem Fluid, aufgrund einer größeren Wärmeüber- tragungsfläche sowie der einfachen Variation der elektrischen und/oder thermi- schen Eigenschaften. Das Heizelement wird im Wesentlichen durch den Heizwi- derstand gebildet, was eine wesentliche Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik mit den eingelegten elektrischen Widerstandsdrähten ist. Der keramische Teil ist zusätzlich elektrisch leitend.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombina- tionen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinati- onen oder in Alleinstellung verwendbar. Zur Ausführung der Erfindung müssen nicht alle Merkmale des Anspruchs 1 verwirklicht sein. Auch können einzelne Merk- male des Anspruchs 1 durch andere offenbarte Merkmale oder Merkmalskombina- tionen ersetzt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizwider- stands in einer Seitenansicht;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Heizwiderstands aus Fig. 1 entlang der Linie A- A aus Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Heizwiderstands aus Fig. 1 entlang der Linie B- B aus Fig. 2; Fig. 4 eine Ansicht mit Draufsicht auf den Verbindungsbereich des Heizwider- stands aus Fig. 1 mit Blickrichtung entlang der Längsachse;

Fig. 5 eine Ansicht in Draufsicht auf die Anschlussseite des Heizwiderstands aus Fig. 1 mit Blickrichtung entlang der Längsachse entgegengesetzt zu Fig. 4;

Fig. 6 Längsschnittansicht einer schematischen Anordnung des Heizwider- stands im Schnittbild nach Fig. 2 in einem rohrförmigen Element;

Fig. 7 Isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Heizelements mit einem

(in dieser Ansicht nicht sichtbaren) erfindungsgemäßen Heilwiderstand; Fig. 8 Längsschnittansicht eines erfindungsgemäßen Heizelements nach Fig.

7;

Fig. 9 Ein Heißlufthandgerät mit einem erfindungsgemäßen Heizelement (in dieser Ansicht nicht sichtbar); und

Fig. 10 einen Schweißautomat zum überlappenden Verschweißen von flächi- gen Kunststoffmaterialien mit einem erfindungsgemäßen Heizelement (in dieser Ansicht nicht sichtbar).

In der Abbildung in Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizwiderstands 1 dargestellt. Der Heizwiderstand 1 wird im Wesentlichen aus ei- ner Anordnung aus einem ersten Wendelflächenkörper 2 und einem zweiten Wen- delflächenkörper 3 gebildet, die berührungslos ineinander gewendelt sind und de- ren Schraubachsen zusammenfallen. Die Anordnung aus den beiden Wendelflä- chenkörpern entsprich damit einer Typ-1 Doppelhelix, die auch als zweigängige Schraube bezeichnet wird. Die gemeinsame Schraubachse der Wendenflächen- körper 2, 3 ist zugleich die Vorzugslängsachse des Heizwiderstands 1 . Die Wen- delflächenkörper 2, 3 sind identisch ausgebildet, jedoch um einen Winkel einen Winkel in einer Ebene senkrecht zur Schraubachse gegeneinander verdreht, damit die beiden Wendelflächenkörper 2, 3 berührungslos umeinander umlaufen. Aus diesem Grund ist das Zentrum der Anordnung aus den beiden Wendenflächenkör- pern 2, 3 hohl, was durch eine Ausgestaltung der beiden Wendelflächenkörper 2, 3 als offene Wendelflächenkörper sichergestellt wird. Der zentrale Hohlraum 21 ist zylindrisch, wobei die Zylindersymmetrieachse der gemeinsamen Schraubachse der beiden Wendelflächenkörper 2, 3 entspricht. An beiden längsseitigen Enden 4, 5 der Anordnung aus den beiden Wendelflächenkörpern 2, 3 sind diese jeweils durch Anformungen entlang der gemeinsamen Schraubachse parallel zueinander fortgesetzt. Auf einer Längsseite der Anordnung aus den beiden Wendelflächen- körpern 2, 3 sind die jeweiligen Anformungen an die Wendelflächenkörper 2, 3 in einem Verbindungsbereich 22 elektrisch leitend miteinander verbunden. An der dem Verbindungsbereich 22 entgegengesetzten längsseitigen Ende 4 der Anord- nung aus den beiden Wendelflächenkörpern 2, 3 sind die jeweiligen Anformungen als separate Anschlusselektroden 6, 7 ausgeführt, wobei die Anschlusselektrode 6 zu dem ersten Wendenflächenkörper 2 und Anschlusselektrode 7 zu dem zweiten Wendelflächenkörper 3 gehört.

In Fig. 2 ist der Heizwiderstand 1 als Schnittbild entlang der Linie A-A aus Fig. 1 und in Fig. 3 als Schnittbild entlang der Linie B-B aus Fig. 2 dargestellt. Der Innen- radius r ebenso wie der Außenradius R und die radiale Dicke dr = R - r der Wendeln (siehe dazu Fig. 5) der beiden Wendelflächenkörper 2, 3 ist in dem gezeigten Aus- führungsbeispiel über die gesamte axiale Länge der Anordnung aus den beiden Wendelflächenkörpern 2, 3 konstant. Die axiale Breite ba, d. h., die Dicke der Wen- deln bezogen auf eine Richtung parallel zu der gemeinsamen Schraubachse der Anordnung aus den beiden Wendelflächenkörpern 2, 3 ist bei allen Wendeln der beiden Wendelflächenkörper 2, 3 ebenfalls identisch und vergrößert sich mit dem radialen Abstand von der gemeinsamen Schraubachse der beiden Wendelflächen- körper 2, 3, wenn man von der jeweiligen Abrundung am äußeren radialen Rand der Wendeln absieht. In der Darstellung in Fig. 4 ist der Heizwiderstand 1 aus Fig. 1 in einer Draufsicht auf das längsseitige Ende 5 der Anordnung aus den beiden Wendelflächenkörpern 2, 3 mit dem Verbindungsbereich 22 und in der Darstellung in Fig. 5 auf das entge- gengesetzte längsseitige Ende 4 mit den beiden separaten Anschlusselektroden 6, 7 sowie dem innere Radius r und dem äußeren Radius R gezeigt. In Fig. 6 ist eine schematische Längsschnittdarstellung der Heizwendel 1 aus Fig. 1 gemäß dem Schnittbild aus Fig. 2 in einem rohrförmigen Element 8 eines Heiz- elements gezeigt. Das rohrförmige Element 8 ist in dem hier gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel hohlzylindrisch ausgeführt und der Innenradius des rohrförmigen Ele- ments 8 ist nur geringfügig größer als der Außenradius der Anordnung aus den beiden Wendelflächenkörpern 2, 3 des im Inneren des rohrförmigen Elements 8 angeordneten Heizwiderstands 1 . Damit kann der Heizwiderstand 1 problemlos in das rohrförmige Element eingeführt werden, wobei noch genügend Spiel in radialer Richtung zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen ist und zudem sichergestellt ist, das in Folge thermischer Ausdehnung beim Betrieb des Heizwiderstands 1 der Heizwiderstand und die Innenseite des rohrförmigen Elements 8 nicht in Kontakt kommen. Das rohrförmige Element 8 besteht aus einem hitzebeständigen, elektrisch isolierenden, keramischen Material, vorzugsweiseaus einer Silikatkera mik oder aus einer Oxidkeramik wie Aluminiumoxid.

Ein derartiges rohrförmiges Element 8 ist Bestandteil eines in der isometrischen dreidimensionalen Abbildung in Fig. 7 dargestellten Heizelements 9, wobei das rohrförmige Element 8 wie in Fig. 6 einen Heizwiderstand 1 enthält, der in Fig. 7 nicht zu sehen ist. In der Fig. 8 ist eine vereinfachte schematische Längsschnittan- sicht eines derartigen Heizelements 9 mit einem Heizwiderstand 1 im Inneren des rohrförmigen Elements 8 dargestellt. Neben einem rohrförmigen Element 8 und ei- nem Heizwiderstand 1 weist das Heizelement 9 eine Abdeckscheibe 10, ein An- schlussstück 1 1 und ein Befestigungs- und Spannmittel 15 in Form eines sich ent- lang der zentralen Längsachse des Heizelements 9 erstreckenden Stabes aus ei- nem elektrisch isolierenden, hitzebeständigen keramischen Material auf. Das An- schlussstück 1 1 weist zwei äußere elektrische Kontakte 12 auf, die im Inneren des Heizelements 9 jeweils in einen der beiden inneren elektrischen Kontakte 13 über- gehen, wobei jeder der inneren elektrischen Kontakte 13 jeweils im Inneren des rohrförmigen Elements 8 einen der beiden Anschlusselektroden 6, 7 des Heizwi- derstands 1 elektrisch kontaktiert. Das Anschlussstück 1 1 weist zudem vier Aus- nehmungen 14 auf, durch die aus dem Außenraum Luft in das Innere des Heizele- ments 9 strömen, den Heizwiderstand 1 im rohrförmigen Element 8 umströmen und durch Ausnehmungen 16 in der Abdeckscheibe 10 wieder aus dem Inneren des Heizelements 9 herausströmen kann. Das Befestigungs- und Spannmittel 15 er- streckt sich sowohl durch das gesamte rohrförmige Element 8 und damit auch durch den Heizwiderstand 1 als auch durch das Anschlussstück 11 und die Ab- deckscheibe 10 hindurch. Das Befestigungs- und Spannmittel 15 trägt das Heizele- ment 1 und ist mit entsprechenden Lagern an der Außenseite des Anschlussstück 11 und der Abdeckscheibe 10 derart ausgeführt, die gesamte Anordnung aus An- schlussstück 11 , Heizwiderstand 1 und Abdeckscheibe 10 in axialer Richtung zu verspannen. Dies dient auch zur Begrenzung der thermischen Ausdehnung des Heizelements 1 in axialer Richtung. Bei dem in der Längsschnittansicht in Fig. 8 dargestellten Heizwiderstand 1 muss der Verbindungsbereich 5 der beiden Wen- delflächenkörper 2, 3 anders gestaltet sein als bei dem in den Abbildungen in Fig. 1 bis Fig. 5 dargestellten Heizwiderstand 1 , damit sich das Befestigungs- und Spannmittel 15 auch durch diesen Bereich geradlinig hindurch erstrecken kann. Der Heizwiderstand 1 kann hierzu etwa eine entsprechende Durchführung für das Befestigungs- und Spannmittel 15 im Verbindungsbereich 5 aufweisen.

In Fig. 9 ist beispielhaft ein Heißlufthandgerät 17 als Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung eines Fluides, insbesondere von Luft, gezeigt. Bei dem Heißlufthandgerät ist im Heizrohr 18 ein erfindungsgemäßes Heizelement wie das in den Abbildungen in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigte Heizelement 9 angeordnet.

Fig. 10 zeigt als weiteres Beispiel für eine Ausgestaltungsvariante einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung zum Erwärmen eines Fluides, insbesondere Luft, einen Schweißautomaten 19 zum überlappenden Verschweißen von flächigen Kunst- stoff- und/oder Bitumenbahnen, wobei die zu verschweissenden Materiallagen mit- tels eines heißen Luftstroms zumindest in einem Verbindungsbereich wenigstens teilweise plastifiziert werden. Bei dem Schweißautomaten ist in dem Heizrohr 20 ein erfindungsgemäßes Heizelement wie das in den Abbildungen in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigte Heizelement 9 angeordnet. Bezuqszeichenliste

1. Heizwiderstand

2. Erster Wendelflächenkörper

3. Zweiter Wendelflächenkörper

4. Erstes Ende

5. Zweites Ende

6. Erste Anschlusselektrode

7. Zweite Anschlusselektrode

8. Rohrförmiges Element

9. Heizelement

10. Abdeckscheibe

11. Anschlussstück

12. Äußere Kontakte

13. Innere Kontakte

14. Ausnehmungen für Lufteintritt

15. Befestigungsmittel/Spannmittel

16. Ausnehmungen für Luftaustritt

17. Handheißluftgerät

18. Heizrohr

19. Schweißautomat

20. Heizrohr

21. Zentraler Hohlraum

22. Verbindungsbereich