ОХЛАЖДАЮЩИЙ И УДЕРЖИВАЮЩИЙ КОРПУС ДЛЯ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩЕГО И УДЕРЖИВАЮЩЕГО КОРПУСА
COOLING AND RETAINING BODY FOR HEATING ELEMENTS, HEATING APPLIANCE AND METHOD FOR PRODUCING A COOLING AND RETAINING BODY

Изобретение относится к охлаждающему и удерживающему корпусу для нагревательных элементов, прежде всего нагревательных элементов с положительным ТКС (Температурным коэффициентом сопротивления), к нагревательному устройству с таким охлаждающим и удерживающим корпусом, а также к способу изготовления такого охлаждающего и удерживающего корпуса. Охлаждающий и удерживающий корпус для нагревательных элементов с признаками ограничительной части п. 1 формулы изобретения известен из DE 102006018151 A1.
Например, в распределительных шкафах изменения температуры вызывают образование водного конденсата, который совместно с пылью и агрессивными газами способен вызывать коррозию. Вследствие этого растет опасность технологических отказов из-за токов утечки или электропробоев. С целью обеспечения неизменных оптимальных климатических условий для безупречного функционирования находящихся в распределительном шкафе компонентов устанавливают нагревательные устройства или же тепловентиляторы, прежде всего полупроводниковые нагреватели с положительным ТКС, надежность и долговечность которых отвечает высоким требованиям.
Такие нагревательные устройства снабжены, как правило, электрическими нагревательными элементами. С одной стороны, крепление этих нагревательных элементов должно обеспечивать хорошую теплопередачу и, с другой стороны, неизменную надежную фиксацию. Частые и, в зависимости от условий эксплуатации, большие изменения температуры могут привести к усталостному старению материала и, тем самым, к уменьшению удерживающей силы, которая фиксирует нагревательные элементы. Вследствие этого теплопередача ухудшается. Если удерживающая функция совсем пропадает, возможен даже полный отказ устройства.
Пример известного нагревательного устройства с элементом с положительным ТКС описан в DE 19604218 A1, где элемент с положительным ТКС укреплен в центрально расположенной прямоугольной выемке. Для крепления в выемке предусмотрено двухклиновое приспособление, которое может перемещаться посредством установочного винта для изменения ширины двухклинового приспособления. За счет этого элемент с положительным ТКС может быть зажат в выемке. Двухклиновое приспособление дорогостоящее и не устраняет проблему уменьшения усилия зажима вследствие усталости материала. Во избежание этого, двухклиновое приспособление должно дополнительно регулироваться посредством винта.
Улучшение этого известного устройства раскрыто в образующей уровень техники DE 2006018151 A1, принадлежащей заявителю. В этом устройстве нагревательный элемент расположен в центрально расположенной выемке теплообменника, причем контактные внутренние поверхности выемки плоско прилегают к нагревательному элементу. Удерживающую силу получают посредством того, что после монтажа нагревательного элемента боковые стенки теплообменника загибаются внутрь, вследствие чего уменьшается расстояние между контактными поверхностями выемки. Расположенный между контактными поверхностями нагревательный элемент вследствие этого зажимается по плоскостям. Такое крепление обеспечивает стабильную фиксацию, которая без необходимости в последующей дополнительной регулировке предоставляет постоянную высокую удерживающую силу и, вместе с тем, постоянную хорошую теплопередачу от нагревательного элемента на теплообменник. Однако загибание боковых стенок приводит к пластичной деформации материала стенок, что не оптимально для условий удержания вследствие частых изменений температуры.
Поэтому целью изобретения является улучшение охлаждающего и удерживающего корпуса ранее упомянутого вида в направлении обеспечения надежного крепления нагревательного элемента или же нагревательных элементов в охлаждающем и удерживающем корпусе вопреки частым изменениям температуры. Дальнейшей целью изобретения является предоставление нагревательного устройства с таким охлаждающим и удерживающим корпусом, а также способа изготовления такого охлаждающего и удерживающего корпуса.
Согласно изобретению эти цели достигнуты охлаждающим и удерживающим корпусом по п. 1 формулы изобретения, нагревательным устройством по п. 11 формулы изобретения и способом по п. 12 формулы изобретения.
Изобретение основано на идее предоставления охлаждающего и удерживающего корпуса для нагревательных элементов, прежде всего, электрических нагревательных элементов, прежде всего нагревательных элементов с положительным ТКС, который содержит установочное устройство нагревательного элемента, в котором зажаты нагревательные элементы. Установочное устройство нагревательного элемента содержит несколько распределенных в окружном направлении установочных областей, в которых расположены в каждом случае по меньшей мере по одному нагревательному элементу. Установочные области образованы между внешней частью и внутренней частью, расположенной во внешней части. По меньшей мере, внешняя часть имеет полигональный профиль с несколькими углами, которые соединены посредством сторон. Установочные области расположены в углах полигонального профиля. Стороны полигонального профиля эластично деформируемы для получения зажимного усилия, причем зажимное усилие воздействует на соответствующие нагревательные элементы.
В отличие от известного достигаемого пластичной деформацией закрепления нагревательных элементов, согласно изобретению стороны полигонального профиля эластично деформированы. Это означает, что деформация происходит в прямолинейной области зависимости согласно закону Гука и пропорциональна напряжению, которое создается в полигональном профиле. Деформация ниже предела упругости позволяет оптимизировать зажимное усилие, с которым нагревательные элементы зафиксированы в установочной области установочного устройства нагревательного элемента. В противоположность пластичной деформации предотвращена осадка вследствие старения материала. Зажимное усилие, которым фиксируются нагревательные элементы, остается постоянным вопреки изменениям температуры или, по меньшей мере, по существу постоянным. За счет постоянства зажимного усилия достигнута по существу неизменная теплопередача от нагревательных элементов на материал охлаждающего и удерживающего корпуса. Кроме того, эластичная деформация создает силу, которой прижимаются нагревательные элементы, в виде упругой силы. Дополнительная регулировка прижимания или же зажимного усилия не требуется.
Выполнение, по меньшей мере, внешней части в форме полигонального профиля имеет преимуществом повышение тепловой производительности, а также возможность производить зажим нагревательных элементов без использования дополнительных зажимных элементов. Устранение зажимных элементов делает возможной компактную конструкцию охлаждающего и удерживающего корпуса. В отличие от уровня техники предусмотрена не единственная центрально расположенная установочная область, но несколько распределенных в окружном направлении внешней части установочных областей. За счет этого улучшено распределение тепловой производительности в охлаждающем и удерживающем корпусе и сделана возможной эффективная теплоотдача. Благодаря комбинации внутренней части с внешней частью в форме многоугольника упрощен монтаж нагревательных элементов. Выполнение внешней части в форме полигонального профиля имеет преимуществом простоту ее изготовления, например, с помощью экструзионного пресса.
В предпочтительном выполнении углы полигонального профиля образуют зажимные поверхности, которые приспособлены к форме нагревательных элементов, прежде всего уплощены, вследствие чего достигнута особо хорошая теплопередача. Уплощенные зажимные поверхности особенно хорошо подходят для применения плоских нагревательных элементов в виде резисторов с положительным ТКС, которые непосредственно соприкасаются с внешней частью и с внутренней частью, вследствие чего теплопередача далее улучшена. Также могут быть применены другие зажимные устройства, прежде всего профильные зажимные устройства.
Толщина стенки внешней части может быть больше в области углов полигонального профиля, чем в области сторон полигонального профиля. За счет этого достигают равномерной теплоотдачи в области углов и, соответственно, зажимных поверхностей.
Предпочтительно, стороны полигонального профиля выполнены вогнутыми, выпуклыми или прямыми. За счет этого получены различные возможности монтажа нагревательных элементов, прежде всего, различные возможности приложения монтажного усилия.
Толщина сторон полигонального профиля может изменяться в окружном направлении, прежде всего убывать к углам. За счет этого при монтаже улучшается распределение усилий, которые прикладываются в средних областях сторон, прежде всего, в высшей точке соответствующей стороны. Сила воздействует линейно в продольном осевом направлении. Увеличение толщины стенки и, соответственно, толщины стороны в средней области и, соответственно, в высшей точке, позволяет приложенной там силе быть надежно переданной в пограничные области стороны для достижения максимально возможной эластичной деформации.
Внутренняя часть может содержать соответствующее числу углов полигонального профиля число удерживающих поверхностей для нагревательных элементов. Сочетанием зажимных поверхностей получена плоская с обеих сторон опора для нагревательных элементов, которая обеспечивает как надежное механическое крепление, так и хорошую тепловую связь между нагревательным элементом и корпусом.
Внутренняя часть имеет предпочтительно полигональный профиль с несколькими углами, которые соединены посредством сторон, причем удерживающие поверхности соответствуют углам полигонального профиля.
Удерживающие поверхности в предпочтительном выполнении закреплены в радиальном внутреннем направлении только сторонами полигонального профиля. Вследствие эластичности сторон форма внутренней части и тем самым местоположение удерживающих поверхностей может быть изменена. Внутренняя часть обладает собственной подвижностью. За счет действующей в подходящем направлении на стороны полигонального профиля монтажной силы, удерживающие поверхности подвижны радиально внутрь, что увеличивает монтажный зазор между внутренней частью и внешней частью. При изогнутых с выпуклостью наружу сторонах монтажное или же распирающее усилие действует изнутри наружу. Стороны отжимаются наружу и тянут радиально внутрь удерживающие поверхности. При вогнутых внутрь сторонах монтажное или же распирающее усилие действует снаружи внутрь. Стороны отжимаются внутрь и тянут радиально внутрь удерживающие поверхности.
Альтернативно, удерживающие поверхности укреплены ребрами, причем ребра простираются соответственно в радиальном направлении внутрь. За счет этого получена относительно жесткая по сравнению с вышеописанным выполнением форма внутренней части. Положение удерживающих поверхностей при монтаже относительно стабильно. Кроме того, ребра увеличивают эффективные поверхности теплоотдачи и повышают стабильность внутренней части.
В особо предпочтительном варианте воплощения нагревательные элементы содержат резисторы с положительным ТКС, которые расположены в установочных областях и непосредственно соединены с внешней частью и с внутренней частью, соединены, прежде всего, термически и электрически. Непосредственная связь резисторов с положительным ТКС с внешней частью и с внутренней частью улучшает теплопередачу между нагревательными элементами и охлаждающим и удерживающим корпусом. Альтернативно, возможно в качестве нагревательных элементов размещать в установочных областях известные патроны с положительным ТКС. Для приложений защитного класса 2 предполагается выполнение с изолирующей пленкой и отдельными электродами.
В последующем предпочтительном варианте воплощения по меньшей мере три нагревательных элемента распределены на окружности внешней части, прежде всего, распределены симметрично. Такое число нагревательных элементов образует статически определимую систему, которая, кроме прочего, обеспечивает самоцентрирование. Также возможно и большее число нагревательных элементов.
Для повышения тепловой производительности могут быть предусмотрены несколько расположенных в радиальном направлении положений нагревательных элементов, причем между внешней частью и внутренней частью расположена по меньшей мере одна промежуточная деталь. Установочные области выполнены с одной стороны между внутренней частью и промежуточной деталью и, с другой стороны, между промежуточной деталью и внешней частью. Выполненные между внутренней частью и промежуточной деталью установочные области образуют первое внутреннее положение нагревательных элементов. Выполненные между промежуточной деталью и внешней частью установочные области занимают второе, расположенное радиально далее наружу, положение нагревательных элементов. За счет введения последующих промежуточных деталей число нагревательных положений может быть соответствующим образом увеличено. Возможны 3, 4 или более 4-х нагревательных положений, причем промежуточные детали отдельных нагревательных положений построены в каждом случае соответствующим образом.
В рамках изобретения в дальнейшем раскрыто и заявлено нагревательное устройство, которое содержит соответствующий изобретению охлаждающий и удерживающий корпус. Осевой конец охлаждающего и удерживающего корпуса соединен с вентилятором таким образом, что охлаждающий и удерживающий корпус в продольном направлении доступен для протока воздуха, который охлаждает нагревательные элементы и транспортирует тепло в требуемое место, например, в распределительном шкафе. Расположение внутренней и внешней частей в сочетании с применением вентилятора приводит к более сильному нагреву внутренней части по сравнению с внешней частью в процессе функционирования, что дополнительно увеличивает зажимное усилие благодаря тепловому расширению внутренней части во время функционирования.
Охлаждающий и удерживающий корпус может быть расположен в изолированном кожухе. Этот вариант воплощения особо подходит в случаях, когда резисторы с положительным ТКС непосредственно соединены с внешней частью и/или с внутренней частью.
В рамках изобретения далее раскрыт способ изготовления соответствующего изобретению охлаждающего и удерживающего корпуса, в рамках которого периметр внешней части для монтажа увеличивают. Для увеличения периметра к сторонам полигонального профиля прикладывают соответственно действующую в радиальном внутрь или радиальном наружу направлении монтажную силу. Стороны многоугольника эластично деформируются монтажной силой. Отдельные конструктивные элементы, то есть внутренняя часть, нагревательные элементы и соответственно увеличенная в поперечном сечении внешняя часть собираются тогда таким образом, что нагревательные элементы располагаются в соответствующих установочных областях. Затем внешняя часть охлаждается и/или освобождается от нагрузки таким образом, что она насаживается в расширенном состоянии на нагревательные элементы и удерживает все нагревательные элементы с одинаковой прижимной силой. В рамках соответствующего изобретению способа монтаж внешней части производится либо исключительно термически насаживанием в горячем состоянии, либо исключительно механической эластичной деформацией зажимных элементов, либо за счет комбинации теплового и механического увеличения периметра.
Изобретение разъяснено более подробно при помощи вариантов осуществления со ссылками на приложенные схематические чертежи. На чертежах показано:
фиг. 1 - перспективное представление охлаждающего и удерживающего корпуса согласно соответствующему изобретению варианту осуществления с единственным положением по окружности нагревательных элементов,
фиг. 2 - вид спереди охлаждающего и удерживающего корпуса согласно фиг. 1,
фиг. 3 - перспективный вид охлаждающего и удерживающего корпуса согласно следующему соответствующему изобретению варианту осуществления с двумя положениями по окружности нагревательных элементов,
фиг. 4 - вид спереди охлаждающего и удерживающего корпуса согласно фиг. 3,
фиг. 5 перспективный вид охлаждающего и удерживающего корпуса согласно фиг. 3, осевой конец которого сообщен с вентилятором, а внутреннее положение нагревательных элементов которого содержит вспомогательное соединительное средство,
фиг. 6 - перспективный вид охлаждающего и удерживающего корпуса согласно последующему варианту осуществления, в котором нагревательные элементы выполнены в виде патронов с положительным ТКС,
фиг. 7 - вид спереди охлаждающего и удерживающего корпуса согласно фиг. 6,
фиг. 8 перспективный вид охлаждающего и удерживающего корпуса согласно фиг. 6 со вспомогательным соединительным средством,
фиг. 9 - частичный разрез охлаждающего и удерживающего корпуса согласно фиг. 8,
фиг. 10 - перспективный вид охлаждающего и удерживающего корпуса согласно фиг. 6, который окружен изолирующим кожухом нагревательного устройства,
фиг. 11 - перспективный вид внешней части охлаждающего и удерживающего корпуса, стороны многоугольника которого имеют изменяющуюся в окружном направлении толщину стенки,
фиг. 12 - перспективный вид внутренней части с вогнутым полигональным профилем,
фиг. 13 - перспективный вид внутренней части с выпуклым полигональным профилем.
На фиг. 1 изображен в перспективном представлении охлаждающий и удерживающий корпус для электрического нагревательного элемента 10 согласно соответствующему изобретению варианту осуществления, который может быть встроен в нагревательное устройство, как например, показано на фиг. 5 или 10. В рамках изобретения раскрыты и заявлены как охлаждающий и удерживающий корпус с нагревательными элементами сам по себе, так и конструктивный узел, представленный нагревательным устройством в сборе с таким охлаждающим и удерживающим корпусом.
Под нагревательными элементами подразумеваются как известные нагревательные элементы с положительным ТКС, так и терморезисторы с положительными температурными коэффициентами. Нагревательные элементы 10 имеют в целом форму плоского прямоугольного параллелепипеда. Также возможно применение других нагревательных элементов.
Как показано на фиг. 1 и 3, охлаждающий и удерживающий корпус имеет приближено цилиндрическую форму и простирается в осевом направлении, причем длина охлаждающего и удерживающего корпуса по существу соответствует длине резисторов 10a с положительным ТКС или же произвольных нагревательных элементов 10. На торцовых поверхностях охлаждающий и удерживающий корпус несколько выступает над нагревательными элементами 10.
Охлаждающий и удерживающий корпус согласно фиг. 1 содержит кольцеобразную внешнюю часть 13, которая окружает в виде оболочки внутреннюю часть 14. Внешняя часть 13 образует оболочечный элемент. Внутренняя часть 14 и внешняя часть 13 расположены концентрически. Внутренняя часть 13 и внешняя часть 14 являются двумя отдельными конструктивными элементами, причем внутренняя часть 13 образует сердцевину. Внутренняя часть 13 не соединена непосредственно с внешней частью 14, то есть, не соединена с ней материально, но только посредством расположенных между ними нагревательных элементов 10. Сердцевина или же внутренняя часть 13 свободно расположена во внешней части 14.
Между внутренней частью 14 и внешней частью 13 выполнено установочное устройство 11 нагревательного элемента. С этой целью между внутренней частью 13 и внешней частью 14 образован зазор, прежде всего, кольцеобразный зазор, форма и/или ширина которого изменяются в окружном направлении. В области зазора между внутренней частью 13 и внешней частью 14 предусмотрены несколько распределенных на периметре раздельных установочных областей 15, которые совместно образуют установочное устройство 11 нагревательного элемента. В области установочного устройства 11 нагревательного элемента или же соответствующих установочных областей 15 зазор проходит перпендикулярно радиусу охлаждающего и удерживающего корпуса. Между установочными областями 15 зазор следует контуру зажимных сегментов 16 и, соответственно, ограничен ими снаружи в радиальном направлении. За счет этого установочные области 15 геометрически заданы зажимными сегментами 16. Однако такая конструкция не является необходимой.
В установочных областях 15 расположены нагревательные элементы 10. Нагревательные элементы 10 располагаются между внутренней частью 13 и внешней частью 14 и зафиксированы там прессовой посадкой.
Установочные области 15 расположены внецентрально на периметре охлаждающего и удерживающего корпуса и отстоят друг от друга в окружном направлении. В примере согласно фиг. 1 угол между двумя соседними установочными областями 15 составляет 120°. Вследствие этого нагревательные элементы 10 находятся в условиях идеального воздушного обтекания.
Для зажима нагревательных элементов 10 внешняя часть 13 содержит зажимные поверхности 16, а внутренняя часть 14 содержит соответствующие удерживающие поверхности 17, которые лежат напротив зажимных поверхностей 16. Выполненные с внутренней стороны внешней части 13 зажимные поверхности 16 и выполненные с внешней стороны внутренней части 14 удерживающие поверхности 17 образуют внешние и внутренние контактные поверхности 12 соответствующих установочных областей 15. Нагревательные элементы 10 прилегают к контактным поверхностям 12. Зажимные поверхности и удерживающие поверхности 16, 17 ограничивают зазор или же соответствующие установочные области 15 в радиальном направлении. В окружном направлении установочные области 15 открыты. В варианте осуществления согласно фиг. 1 зажимные поверхности и удерживающие поверхности 16, 17 выполнены уплощенными или же прямыми. Такая форма зажимных поверхностей и удерживающих поверхностей 16, 17 подходит особенно хорошо для непосредственной связи с плоскими резисторами 10a с положительным ТКС, как показано на фиг. 1. Другие формы также возможны.
Непосредственно соседние в окружном направлении зажимные поверхности 16 соединены выпукло изогнутым зажимным сегментом 18. Зажимной сегмент 18 может быть также вогнуто изогнут или быть выполнен прямым. В смонтированном состоянии зажимной сегмент 18 эластично деформируется и воздействует на зафиксированный соответствующей зажимной поверхностью 16 нагревательный элемент 10 прижимной силой, которая действует подобно пружине в направлении соответствующей удерживающей поверхности 17.
Как показано на фиг. 1, внешняя часть 13 имеет полигональный профиль, причем зажимные поверхности 16 расположены в области углов 19a полигонального профиля.
Зажимные сегменты 18 образуют стороны 19b полигонального профиля. В варианте осуществления согласно фиг. 3 предусмотрены 3 стороны, вследствие чего получена статически определимая конструкция. При выполнении со статически определимым расположением поверхностей давление прижима приложено к нагревательным элементам 10 концентрически. Трехсторонний полигональный профиль обладает также тем преимуществом, что расположение является самоцентрирующимся, вследствие чего упрощается монтаж. Другое количество углов многоугольника также возможно.
Полигональный профиль внешней части 13 обладает также тем преимуществом, что стороны 19b полигонального профиля или же зажимные сегменты 18 при монтаже подвергаются воздействию со стороны направленной радиально внутрь монтажной силы, как показано на фиг. 2 в виде направленных радиально внутрь стрелок М. Монтажная сила может быть произведена, например, соответствующим монтажным плунжером (не представлен). Действием монтажной силы зажимные сегменты 18 несколько расширяются или же удлиняются таким образом, что зажимные поверхности 16 перемещаются радиально наружу, как показано на фиг. 2 маленькими, направленными радиально наружу стрелками L. Незначительное изменение положения зажимных поверхностей 16 достаточно для получения возможности монтажа охлаждающего и удерживающего корпуса. После монтажа нагревательных элементов 10 между внутренней частью 14 и внешней частью 13 монтажная сила снимается и начинается зажимное действие внешней части 13 за счет эластичной деформации материала.
За счет этого в смонтированном состоянии нагревательные элементы 10 зафиксированы прессовой посадкой между внутренней частью 14 и внешней частью 13, конкретно между соответствующей удерживающей поверхностью 17 внутренней части 14 и соответствующей зажимной поверхностью 16 внешней части 13. При этом натяг между соответствующим нагревательным элементом 10 и внешней частью 13 задан такой величины, что обеспечена эластичная деформация сторон многоугольника или же зажимных сегментов 18. Деформация происходит в прямолинейной области зависимости согласно закону Гука, то есть ниже предела упругости. Данное условие действительно для всех установочных областей 15. Специалист осуществляет назначение подходящей величины натяга в зависимости от соответствующих качеств материала.
Альтернативно или дополнительно, монтаж охлаждающего и удерживающего корпуса может быть произведен термически, путем нагрева внешней части 13. После монтажа нагревательных элементов 10 тепловым расширением, внешняя часть 13 охлаждается и осаживается на них. Механическое и тепловое расширение внешней части 13 могут быть применены комбинированно. Способ применения механического расширения зависит от формы зажимных сегментов 18. Например, внешняя часть 13 с выпуклыми зажимными сегментами 18 (не представлено) может быть расширена радиально наружу действием монтажной силы.
Для обеспечения равномерной теплоотдачи толщина стенки внешней части 13 увеличена в области зажимных поверхностей 17. Конкретно, толщина стенки больше в области зажимных поверхностей 17, чем толщина стенки в области зажимных сегментов 18. Теплоотдача может быть повышена с помощью дополнительных ребер охлаждения на внешнем периметре внешней части 13 (не представлено).
Внутренняя часть 14, конкретно удерживающие поверхности 17, на которых расположены нагревательные элементы 10, выполняет функцию упора. За счет этого внутренняя часть 14 выполнена таким образом, чтобы воспринимать приложенные от внешней части 13 удерживающие силы. За счет этого внешняя часть 13 способна эластично деформироваться сильнее, чем внутренняя часть 14. Жесткость внутренней части 14 обеспечена несколькими ребрами 20, простирающимися в радиальном направлении. На радиально внешнем конце ребер 20 расположена в каждом случае одна удерживающая поверхность 17. В области удерживающей поверхности 17 ребра выполнены T-образно, причем верхняя сторона T-профиля образует удерживающую поверхность 17. Ребра 20 содержат в каждом случае одно основание 21, соединенное в варианте осуществления согласно фиг. 2 с внутренним цилиндром 22. Внутренний цилиндр 22 расположен концентрически по отношению к охлаждающему и удерживающему корпусу. При этом имеется в виду полый внутренний цилиндр 22. Внутренний цилиндр может иметь другое поперечное сечение, чем показанное на фиг. 2.
Внутренняя часть 14 имеет полигональный профиль, который по существу соответствует своей формой полигональному профилю внешней части 13, как например, показано на фиг. 1. Стороны 19b′ полигонального профиля внутренней части 14 связывают в области углов 19a′ полигонального профиля предусмотренные удерживающие поверхности 17. За счет этого повышена стабильность внутренней части 14.
Между ребрами 20 выполнены пустые камеры с целью эффективного и быстрого отведения нагретого воздуха от нагревательного элемента. С помощью специальной обработки поверхности это отведение может быть дополнительно улучшено (вихревые эффекты).
Изобретение не ограничено представленными на фиг. 1, 2 полигональными профилями, но предусматривает также и другие геометрии внешней части 13 и, соответственно, внутренней части 14. Как правило, стороны 19b многоугольника и, соответственно, зажимные сегменты 18 выполнены изогнутыми между углами 19a, конкретно, изогнутыми выпукло наружу или изогнутыми вогнуто внутрь. Стороны 19b многоугольника и, соответственно, зажимные сегменты 18 могут быть выполнены также прямыми. Под углами 19a многоугольника нужно понимать области, в которых соединены смежные стороны многоугольника 19b. Углы 19a многоугольника простираются поперечно к продольной оси охлаждающего и удерживающего корпуса и образуют поверхности прилегания или же контактные поверхности 12 для нагревательных элементов 10. Углы 19a многоугольника уплощены, прежде всего уплощены с внутренней стороны.
Количество нагревательных элементов 10 может варьироваться. Возможно использование более трех нагревательных элементов 10, например, в сочетании с 4-, 5- или многоугольными полигональными профилями внешней части 13. Установочные области 10 многоугольного полигонального профиля равномерно распределены по окружности. В варианте осуществления согласно фиг. 1 с тремя нагревательными элементами 10 установочные области 15 и, соответственно, нагревательные элементы 10 расположены с угловыми интервалами величиной 120° друг от друга по окружности.
В качестве материала изготовления может использоваться, например, алюминий или алюминиевые сплавы как для внешней части 13, так и для внутренней части 14. Использование других материалов также возможно. При выборе материала учитывают, что после монтажа эластичная деформация зажимных сегментов 18 должна обеспечивать упругое усилие в направлении удерживающих поверхностей 17 со стороны зажимных поверхностей 16 на нагревательные элементы 10. Сплавы для изготовления внутренней части 14 и внешней части 13 могут быть различными для обеспечения различных тепловых расширений при одинаковой температуре. Тепловой коэффициент расширения внутренней части 14 должен был быть больше теплового коэффициента расширения внешней части 13.
На фиг. 3 и 4 представлен усовершенствованный вариант осуществления согласно фиг. 1, 2, в котором предусмотрены несколько положений нагревательного элемента. Конкретно, в варианте осуществления согласно фиг. 3, 4 предусмотрены два положения нагревательного элемента. В остальном варианты осуществления согласно фиг. 1, 2 и, соответственно, фиг. 3, 4 совпадают. До сих пор в связи с вариантом осуществления согласно фиг. 3 и 4 производились отсылки на вышеупомянутый вариант осуществления на фиг. 1, 2. Вариант осуществления согласно фиг. 3 отличается от варианта осуществления согласно фиг. 1 промежуточной деталью 23, которая расположена между внутренней частью 14 и внешней частью 13. Форма промежуточной детали 23 соответствует по существу форме внешней части 13. Соответственно, промежуточная деталь 23 имеет полигональный профиль, причем в области углов полигонального профиля стенка как на наружном периметре, так и на внутреннем периметре уплощена. Кроме того, толщина стенки больше в области углов многоугольника, чем в области сторон многоугольника. Переход между стороной многоугольника или же хордовым участком и углом многоугольника выполнен с радиусом скругления таким образом, чтобы уменьшить или же минимизировать концентрацию напряжений в переходной области. Это применимо также для варианта осуществления согласно фиг. 1.
В смонтированном состоянии установочная область 15 для нагревательных элементов 10 располагается, с одной стороны, между внутренней частью 14 и промежуточной деталью 23. Эти установочные области 15 образуют расположенные радиально внутренние установочные области установочного устройства 11 нагревательного элемента. Выполненные между промежуточной деталью 23 и внешней частью 13 установочные области 15 образуют радиально внешние установочные области. Как показано на фиг. 3, внутренняя и внешняя установочные области располагаются соответственно в радиальном направлении друг над другом.
Между установочными областями 15 предусмотрены зажимные сегменты 18, причем в смонтированном состоянии зажимные сегменты 18 промежуточной детали 23 и зажимные сегменты 18 внешней части 13 расположены друг над другом. Положения различных частей и, соответственно, областей промежуточной детали 23 и внешней части 13 расположены соответствующим образом.
Внутренняя часть 14 варианта осуществления согласно фиг. 3 соответствует по существу внутренней части 14 варианта осуществления согласно фиг. 1, по меньшей мере в том, что касается расположения радиальных ребер 20.
Двухслойное расположение согласно фиг. 3 может быть расширено до трехслойного, четырехслойного или, в общем, многослойного расположения, причем количество промежуточных деталей 23 приспособлено соответствующим образом. Форма промежуточных деталей 23 соответствует в каждом случае форме и положению внешней части 13.
Для монтажа нагревательных элементов могут использоваться вспомогательные соединительные средства 26, которые фиксируют нагревательные элементы 10 при монтаже в правильном положении. Как представлено на фиг. 5, вспомогательные соединительные средства 26 выполнены в виде зажимов, которые охватывают ребра 20 в осевом направлении. За счет этого зажимы зафиксированы по внутреннему периметру внутренней части 14, по меньшей мере, в окружном направлении.
В вариантах осуществления согласно фиг. 1, 2 и, соответственно, 3, 4 резисторы 10a с положительным ТКС соединены непосредственно с внутренней частью 14 и, соответственно, внешней частью 13. В отличие от этого на фиг. 6 представлено как с охлаждающим и удерживающим корпусом могут быть использованы патроны 10b с положительным ТКС, которые расположены в соответствующих положениях в области углов 19 полигонального профиля. Форма удерживающих поверхностей 17 и, соответственно, зажимных поверхностей 16 приспособлена к внешнему контуру, например, цилиндрических патронов 10b с положительным ТКС, как показано на фиг. 7. Удерживающие поверхности 17 и, соответственно, зажимные поверхности 16 выполнены в виде полуцилиндров. Полуцилиндры профилированы и взаимодействуют с соответствующим сопряженным профилем патронов с положительным ТКС, подобно системе паза и пружины.
На фиг. 8, 9 представлено вспомогательное соединительное средство 26, которое в отличие от варианта осуществления согласно фиг. 5, способно взаимодействовать с внешней частью 13.
На фиг. 10 охлаждающий и удерживающий корпус представлен в установленном состоянии, причем осевой конец 24 охлаждающего и удерживающего корпуса соединен с вентилятором 25. Охлаждающий и удерживающий корпус располагается в кожухе 27, который может быть изолирован, например, если электропроводящие резисторы с положительным ТКС непосредственно соединены с внешней частью 13 и внутренней частью 14, как в варианте осуществления согласно фиг. 1. Торцовая поверхность кожуха 27 может быть закрыта не представленной защитной сеткой.
Видоизменение внешней части 13 представлено на фиг. 11, при этом толщина стенки или же толщина сторон 19b многоугольника изменяется в окружном направлении внешней части 13. Конкретно, толщина стенки убывает в направлении к пограничным областям сторон 19b многоугольника, то есть к углам 19a. Стороны 19b многоугольника утончаются к углам 19a. Максимальная толщина стенки существует в средней области, конкретно, в области высшей точки стороны 19b многоугольника. Высшая точка отмечена штрихпунктирной линией S, которая проходит через центр внешней части 13 и делит пополам сторону 19b многоугольника. Как понятно из фиг. 11, изменение толщины стенки происходит непрерывно. Радиус стороны 19b многоугольника на участке между высшей точкой и углом 19a указан как R. За счет увеличения толщины стенки в области высшей точки стороны 19b многоугольника достигнуто увеличение жесткости стороны 19b многоугольника, что позволяет улучшить передачу усилий в пограничные области. Возможны также и другие средства увеличения жесткости стороны 19b многоугольника, например ребра жесткости, которые предотвращают или же уменьшают локальные деформации стороны 19b многоугольника в области высшей точки или же в точке приложения монтажной силы.
Подразумевается, что увеличение толщины стенки простирается вдоль всей осевой длины области внешней части в области высшей точки стороны 19b многоугольника.
На фиг. 12 и 13 представлены варианты осуществления, в которых внутренняя часть 14, то есть внутренняя сердцевина нагревательных элементов, выполнена подвижной. Внешний периметр сердцевины нагревательных элементов и, соответственно, внутренней части 14 может быть уменьшен путем приложения силы подходящим образом. За счет этого достигают увеличения зазора между внутренней частью 14 согласно фиг. 12, 13 и внешней частью 13 согласно одному из вышеупомянутых вариантов осуществления. Зазор большей толщины позволяет более эффективно компенсировать отклонения размеров нагревательных элементов, размещаемых в установочной области 15. Соответственно этому раскрыты и заявлены в последующем описанные признаки внутренних частей согласно фиг. 12, 13 в соответствии со всеми вышеупомянутыми вариантами осуществления.
Повышенная гибкость внутренней части 14 согласно фиг. 12, 13 достигнута посредством того, что удерживающие поверхности 17 укреплены в радиальном внутреннем направлении только сторонами 19b′ полигонального профиля. Другими словами, в отличие от варианта осуществления согласно фиг. 1, не предусмотрены ребра, которые укрепляют в радиальном внутреннем направлении удерживающие поверхности 17 и, тем самым, повышают жесткость внутренней части 14. Внутренняя часть 14 согласно фиг. 12, 13 выполнена свободной от вставок, то есть внутри внутренней части 14 не предусмотрены какие-либо опорные элементы для удерживающих поверхностей 17.
Удерживающие поверхности 17 могут перемещаться радиально внутрь и, соответственно, радиально наружу в зависимости от свойств материала и приложенной монтажной силы.
Этого достигают посредством выполнения внутренней части 14 согласно фиг. 12, 13 в форме полигонального профиля, причем примеры согласно фиг. 12, 13 отличаются формой сторон 19b′ многоугольника. В примере согласно фиг. 12 стороны 19b′ многоугольника вогнуты, то есть выполнены изогнутыми внутрь. Если действующая внутрь прессующая или же монтажная сила приложена к сторонам 19b′ многоугольника, удерживающие поверхности 17 отклоняются радиально внутрь и внутренняя часть 14 уменьшается. В примере согласно фиг. 13 стороны 19b′ многоугольника выполнены выпуклыми. Стороны 19b′ многоугольника изогнуты наружу. Если на внутреннюю часть 14 согласно фиг. 13 действует распирающее усилие или же монтажная сила, которая направлена на стороны 19b′ многоугольника изнутри наружу, плоские стороны и, соответственно, удерживающие поверхности 17 отклоняются также радиально внутрь, вследствие чего монтажный зазор увеличивается.
Также является возможным выполнение сторон 19b′ многоугольника прямыми.
Обобщая, внешняя часть 13 представляет собой механический зажимной элемент в форме полигонального профиля, причем прижимная сила получена посредством эластичной деформации внешней части 13. Деформация происходит в области прямолинейной зависимости диаграммы растяжения и напряжения согласно закону Гука. Преимуществом этого является возможность отказа от дополнительных упругих элементов. Зажимное действие усилено геометрией внешней части 13, которая содержит между зажимными поверхностями 16 зажимные сегменты 18, прежде всего выпуклые, или вогнутые, или прямые зажимные сегменты 18. Зажимные сегменты 18 покрывают расстояние между зажимными поверхностями 16 и соединяют их. Тот же принцип может быть осуществлен на внутренней части, которая выполнена также в виде полигонального профиля.
Благодаря, в целом, незначительной массе внешней части 13, а также сильному прижимному давлению, которое внешняя часть 13 оказывает на нагревательные элементы 10, достигнуто оптимальное отведение тепла.
Теплоотвод поддержан также посредством расположения нагревательных элементов на внешнем периметре охлаждающего и удерживающего корпуса. Для обеспечения прямого электропитания в материале охлаждающего и удерживающего корпуса может быть выполнен канал, непосредственно охватывающий фазовый или нулевой провод.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10 Нагревательный элемент
11 Установочное устройство нагревательного элемента
12 Контактные поверхности
13 Внешняя часть
14 Внутренняя часть
15 Установочные области
16 Зажимные поверхности
17 Удерживающие поверхности
18 Зажимные сегменты
19 Углы 19a, 19a′ полигонального профиля/стороны 19b, 19b′ полигонального профиля
20 Ребра
21 Основание
22 Внутренний цилиндр
23 Промежуточная деталь
24 Осевой конец
25 Вентилятор
26 Вспомогательное соединительное средство
27 Кожух
R Радиус
S Линия высшей точки