发明内容

所述目的通过具有权利要求1特征的电加热元件、具有权利要求16特征的电加热装置以及具有权利要求17特征的用于制造具有这种电加热元件的电加热装置的方法来实现。本发明的有利的进展是各个从属权利要求的主题。

根据本发明的电加热装置的电加热元件包括具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝和至少一个、通常是一个或两个连接组件。具有扁平带状几何形状的电阻丝盘缠绕成通常具有内径、外径和相邻线圈之间的距离的线圈，以使具有扁平带状几何形状的电阻丝的扁平侧基本上平行于线圈轴线延伸。在这里使用术语“基本上”是因为严格地说，扁平带的宽度大致以螺距的角度延伸；另外，扁平带的变形可能在缠绕期间发生。换句话说，这意味着存在假想的圆柱体的套筒，其圆柱体轴线由线圈轴线形成，电阻丝的一个宽边位于所述线圈轴线上，其中各个假想的圆柱体由于其半径而不同(即差距基本上是具有扁平带状几何形状的电阻丝的高度)。

尽管在大多数情况下，在具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的两端存在两个连接组件，但如果安装有电加热元件的电加热装置的电金属护套用作返回导体，并且直接或间接地电连接到具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的端部，则可以实现仅具有一个连接组件的实施例，或者可以存在在同一侧具有两个连接组件的实施例。

连接组件具有至少一个连接元件，所述连接元件与具有扁平带状几何形状的电阻丝的一部分表面接触。如下面将更详细阐述，所述连接元件可以特别是连接螺栓或管。

即使实际上不需要解释该术语，在此也应提及，电阻丝的扁平带状几何形状是在垂直于电阻丝延伸方向的电阻丝横截面的性质范围内。所述横截面基本上是矩形的，该矩形长的延伸方向限定宽度，而短的延伸方向限定高度。然而，拐角可以是圆形的，并且侧面的走向，特别是在高度方向上的走向，以及在宽度方向上的走向，不必精确地是线性的。实际上，当缠绕具有扁平带状几何形状的电阻丝时，理想地基本上为矩形的横截面几何形状可能会受到轻微影响，但这仍然证明使用术语扁平带状几何形状是合理的。

电阻丝的扁平侧应理解为基本上平行于其横截面的长度方向延伸的一侧。

在扁平侧平行于线圈轴线延伸的方向上使用具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝导致以下事实：一方面，即使使用电加热元件的电加热装置的直径可能很小，但却可以使用较大横截面的电阻丝，这对于高电流负载很重要。与之前在这种情况下使用的具有相对较高横截面的拉伸的电阻丝相反，螺旋结构使电加热元件对交变热负载具有更大的弹性反应，使得在根据本发明的解决方案中脆化和材料疲劳明显变慢，并且降低破裂的风险。

另外，存在第二个非常重要的方面，即在所要求保护的构造中的具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝自动具有比实现与连接组件表面接触的接触表面更大的上表面，这在工艺可靠地产生连接、特别是在高电流负载时与低接触电阻的连接方面具有很大的优势，而已知的解决方案要么通过线接触，要么增加所需的安装空间，从而增加了使用电加热元件的电加热装置可实现的最小直径。任选地，这些接触面还可以例如通过对具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的端部部分进行变形或修改来进行优化，例如对具有扁平带状几何形状的线圈进行变形，也可以组合具有扁平带状几何形状的线圈，然后将其引入具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的管状端部部分。

申请人的实验表明，具有扁平带状几何形状的电阻丝的宽度对应于线圈内径的至少30％是有利的。已经发现特别优选的是具有扁平带状几何形状的电阻丝的宽度对应于线圈外径。

实验还显示，具有扁平带状几何形状的电阻丝的宽度至少是其高度的两倍，在某些应用中，宽度也可以是高度的十倍。优选地，选择高度足够大，以使螺旋电阻丝能够承受其自身的重量，从而即使其仅在一端被支撑也能保持其形状，而不受到重力的影响而改变不受支撑的地方。在顶部，高度特别地受以下事实限制：电阻丝仍必须能够以应用中给定的线圈直径缠绕。太宽的扁平带不再容易以足够的倾斜度缠绕。

还通过实验确定，相邻线圈之间的距离优选地小于具有扁平带状几何形状的电阻丝的宽度。大约15％的宽度的距离值被认为是现实的，并争取较小的距离值。

在连接组件和具有扁平带状几何形状的电阻丝之间建立表面接触的第一种优选的可能性是，连接组件具有连接螺栓作为连接元件，所述连接螺栓或者与具有扁平带状几何形状的电阻丝的至少一个线圈的内侧进行电气表面接触，或者与具有扁平带状几何形状的电阻丝的变形的端部部分的内侧进行电气表面接触。如果连接螺栓的外径对应于具有扁平带状几何形状的电阻丝的线圈的内径，或者对应于具有扁平带状几何形状的电阻丝的变形的端部部分内侧的拱形部，其中拱形部的弯曲方向对应于连接螺栓的外径的弯曲方向，则可以以特别优选的方式实现这一点。

然而，原则上如果连接螺栓的外轮廓的截面适配于电阻丝线圈的内径，并且在那里进行表面接触，例如在所述连接螺栓的四分之一圆的横截面处，其中所述连接螺栓半径适配于电阻丝线圈的内径，则就足够了。

如果连接螺栓与具有扁平带状几何形状的电阻丝的一个或多个线圈的整个内表面进行电气表面接触，则可以确保更加安全的表面接触。这也特别地可以以如下方式实现：具有扁平带状几何形状的电阻丝的多个线圈彼此连接，从而形成管状部分。

即使在某些情况下压力接触可能就足够了，但优选地将连接螺栓焊接或钎焊到具有扁平带状几何形状的电阻丝的线圈内侧的一部分或具有扁平带状几何形状的电阻丝的变形的端部部分的内侧。当将电加热装置与电加热元件组装在一起时，这也特别简化了所述电加热元件作为连续组件的操作。

用于连接螺栓的优选材料例如是镍，因为它具有良好的可焊接性，同时具有相对较高的电导；标准钢和铜也适用于许多应用。

为了将连接组件区域中不需要的热量保持得尽可能低，如果所述连接组件还具有管则是有利的，所述管由具有与制成连接螺栓的材料至少相同的、优选地具有更高的电导的材料制成，其中所述管具有至少部分地适配于所述连接螺栓外轮廓的管内壁，使得所述管与所述连接螺栓之间存在电气表面接触。管的外径优选地不大于电热丝线圈的外径，以便不增加所需安装空间。所述管特别可以由铜制成。

如有必要，可通过此构造的进一步发展来进一步增加连接组件区域中的产生的热量，其中第二个连接螺栓从背对具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的一侧布置在管内，所述第二连接螺栓由具有与制成连接螺栓的材料至少相同的、优选地具有更高的电导的材料制成。

在连接组件和具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝之间实现表面接触并同时避免在所述连接组件区域内产生不需要的热量的另一种替代可能性是，所述连接组件具有管作为连接元件，所述管内侧与伸入所述管中的具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的变形的端部部分的外侧进行电气表面接触，所述管由比制成具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的材料的电导更高的材料制成。

所述变形的端部部分例如可以形成为圆形或椭圆形，而存在一种变体特别容易制造，其中变形的端部部分是通过缠绕具有减小的外径的具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝而形成的。

通过修改刚刚描述的技术方案，可以进一步减少连接组件区域中不需要的热量产生，在管内部从背对具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的一侧布置第二连接螺栓，所述第二连接螺栓特别地由具有比制成具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的材料更高的电导的材料制成。

为了最佳地利用电加热装置中的电加热元件的可用安装空间，如果连接组件的最大外径对应于具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的外径，则是有利的。

根据本发明的电加热装置具有管状金属护套和根据本发明的电加热元件，其中将所述电加热元件的具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝至少布置在管状金属护套的内部，使得所述电具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝至少部分地与管状金属护套电气隔离。

根据本发明的用于制造具有管状金属护套的电加热装置的方法包括以下步骤：

-制造具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝，

-提供连接组件或连接组件的部件以及管状金属护套，

-组装连接组件和具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝以形成电加热元件，

-在螺旋电阻丝的端部部分和连接组件的部件(特别是连接元件)之间建立表面接触，

-至少部分地将电加热元件引入管状金属护套的内部，

-将电绝缘材料引入到管状金属护套内部剩余的空闲体积中，以及

-压缩由此预先配置的电加热器。

应当注意，该过程的顺序仅是部分固定的。当然，所述方法的前两个步骤也可以相反的顺序进行，但是在逻辑上必须在其他步骤之前进行。强调这一点很重要，因为为了符合本发明，所使用的电加热元件必须已经包括具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝。螺旋电阻丝在安装之前不得变形。最后提到的方法步骤也必须在引入导电材料之后进行。

然而，所述方法的其他上述步骤不一定必须以此顺序进行，并且也可以部分地并行或一起执行。

基本上，例如组装连接组件和具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝以形成电加热元件的步骤，可以与在螺旋电阻丝的端部部分与连接组件的部件之间建立表面接触的步骤同时进行，例如通过压制、焊接或钎焊将连接组件的部件和电阻丝的部分彼此连接的情况。

还应考虑的是，仅引入具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝而没有连接组件或引入不完整的连接组件，这在任何情况下表示将电加热元件部分地引入到管状金属护套的内部，因为其代表了电加热元件的一部分。

可以通过缠绕具有扁平带状几何形状的电阻丝、或者更确切地说是缠绕以具有扁平带状几何形状的形式制成的连续材料的一部分来完成具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的生产，例如可以在具有所需线圈内径的心轴上完成。然而，用这种方法有时对于缠绕而言需要相当大的力，该力特别适用于进给以达到螺旋螺距。

一种可能的替代方案是，通过将任何电阻丝缠绕在例如给定所需线圈内径的心轴上，然后将电阻丝变形为扁平带状，来制造具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝。在这种情况下，缠绕可以更简单，但是压制步骤必须以非常高的精度执行，以实际上不再次破坏所需的螺旋几何形状并确保扁平带状几何形状具有所需的特性。

提供具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的第三种可能性是提供一种管状电阻丝，所述管状电阻丝具有穿过管壁的以螺线形形式的凹槽，这可以例如通过激光切割来实现。所述线圈可以在管的整个长度上延伸；如果一方面未将其引入管状电阻丝的端部区域，则还形成相同的管状连接部分，所述相同的管状连接部分对应于具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的多个线圈的连接(或分隔的间隙(Auslassung))。

用于建立表面接触的一种方法在于，提供具有连接螺栓的连接组件，所述连接螺栓的外径优选地对应于具有扁平带状几何形状的电阻丝的线圈的内径，并且为了建立表面接触，将所述连接螺栓或者推入具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝中，或者使其与具有扁平带状几何形状的电阻丝的变形的端部部分的内侧接触，从而使所述连接螺栓与具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的至少一个线圈的内侧进行电气表面接触。在此建议通过焊接或钎焊来稳定化表面接触。

第二种方法规定，提供具有管的连接组件，使具有扁平带状几何形状的螺旋电阻丝的端部部分变形为适配于管开口的形状，并且通过将端部部分插入所述管开口中来进行电气表面接触，其中优选地随后通过压制步骤使表面接触稳定化。