DE2845965A1

DE2845965A1 - Elektrisches widerstandsheizelement

Info

Publication number: DE2845965A1
Application number: DE19782845965
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Nauerth
Original assignee: FA FRITZ EICHENAUER; Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1978-10-21
Filing date: 1978-10-21
Publication date: 1980-04-24
Also published as: DE2845965C2; GB2033709A; JPS6310873B2; IT1123167B; JPS5557288A; GB2033709B; FR2439530B1; CH649430A5; US4327282A; FR2439530A1; IT7925736A0

Description

DR. INQ. HANS LICHTI · DIPL-INQ. HEINER LICHTI

DIPL-PHYS. DR. KLAUS LFUTWEIN _o η / CQCC

PATENTANWÄLTE 2845965

D-75OO KARLSRUHE 41 (GRÖTZINCEN) · DURLACHER STR. 31 (HOCHHAUS)

TELEFON (0721) 48511

Firma 4662/78-Lw

Fritz Eichenauer
D-6744 Kandel/Pfalz

Elektrisches Widerstandsheizelement

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement mit mindestens einem Heizleiter in Form eines an gegenüberliegenden Flächen mit einer Kontaktierung versehenen Elements aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (PTC - Element) sowie mit elektrischen Anschlußelementen für den Heizleiter.

Bei Elektrowärmegeräten, insbesondere elektrisch beheizten Hausgeräten wie Kaffeemaschinen, Heizlüfter, Haarföhne usw. werden in zunehmenden Maße anstelle herkömmlicher Widerstandsheizelementen, deren Heizleiter aus einem metallischen Draht besteht, solche Widerstandsheizelemente eingesetzt, deren Heizleiter ein oder mehrere PTC-Elemente sind. Solche PTC-Elemente haben üblicherweise prismenförmige Gestalt mit zwei gegenüberliegenden planparallelen Flächen und rundem oder polygonalem Grundriss, bestehen gewöhnlich aus einem Keramikmaterial, insbesondere auf Bariumtitanat-Basis und haben die Eigenschaft, daß sie sich in ihrer elektrischen Leistungsaufnahme gleichsam selbst stabilisieren, weil der elektrische Widerstand in einem bestimmten Temperaturbereich stark zunimmt. Der elektrische Anschluß dieser PTC-Elemente erfolgt gewöhnlich da durch, daß die zwei gegenüberliegenden Flächen durch eine in geeigneter Weise aufgebrachte Metallisierung kontaktiert und durch die Anschlußelemente an eine Stromzuführung angeschlossen werden.

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Bei Einsatz solcher PTC-Elemente besteht das Problem, eine Auslegung zu finden, die den Forderungen hinsichtlich des elektrischen Anschlusses und des Wärmeübergangs gerecht wird. Es ist bekannt (vgl.DE-OS 26 14 433), PTC-Elemente in eine rohrförmige Hülse einzusetzen und den Anschluß mit federnden Schienen vorzunehmen, die zugleich der Wärmeableitung dienen. Es ist weiter bekannt (vgl. DE-AS 26 41 894) die PTC-Elemente mit Anschlußdrähten zu verbinden, beispielsweise durch Löten, und mit einer wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Masse in einem Gehäuse einzubetten. Diese bekannten Maßnahmen lassen sich nur verhältnismäßig aufwendig und vor allem mit erheblichem Einsatz von Handarbeit verwirklichen, eignen sich jeweils nur für einen sehr begrenzten Anwendungsbereich und lassen außerdem hinsichtlich der Wärmeableitung von den PTC-Elementen zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Widerstandsheizelement der vorstehend erläuterten Gattung zu schaffen, das sich in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen läßt, den Einsatz in verschiedensten Anwendungsfällen erlaubt und dabei gute Wärmeübertragungsverhältnisse gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlußelemente aus zwei im wesentlichen ebenen, an den Grundriss der PTC-Elemente angepassten Kontaktflächen bestehen, und daß die Kontaktbleche mit den zwischengelegten PTC-Elementen lose übereinandergelegt und randseitig elastisch zusammengehalten sind. Der elektrische Anschluß Wird erfindungsgemäß also dadurch hergestellt, daß die Kontaktbleche, die zumindest an ihren den PTC-Elementen zugewandten Innenseiten selfrverständlich blank und elektrisch leitend sind, unmittelbar an den jeweils gegenüberliegenden, mit Kontaktierung versehnen Flächen der PTC-Elemente anliegen. Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Heizelementes werden lediglich die PTC-Elemente lose zwischen.die Kontaktbleche geschichtet und in geeigneter, nach-

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folgend beispielsweise näher erläuterter Weise elastisch zusammengehalten. Anzahl und Abmessung der PTC-Elemente unterliegen praktisch keiner Beschränkung. Es können eines oder beliebig viele PTC-Elemente nebeneinander angeordnet werden, wobei lediglich die Abmessung der Kontaktbleche dem Grundriss der gesamten Anordnung der PTC-Elemente entsprechen müssen. Da die PTC-Elemente beliebig, beispielsweise linear hintereinander oder flächenbedeckend angeordnet werden können, ergeben sich außerordentlich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Ein erfindungsgemäßes Widerstandsheizelement stellt gleichsam eine Sandwich-Anordnung dar, wobei der vorgesehene elastische Zusammenhalt ohne weiteres die erforderliche Manipulierbarkeit gewährleistet, und ein fester, endgültiger Verbund erst beim Einbau in das jeweilige Gerät entsteht. Damit resultiert eine außerordentlich einfache und kostengünstige Fertigung der Widerstandsheizelemente, zugleich werden optimale Verhältnisse für den Wärmeübergang geschaffen, da die Kontaktbleche zugleich - selbverständlich bei entsprechender elektrischer Isolation - als ausgedehnte Wärmeübergangsflächen dienen können. Bei geeigneter Auslegung der entsprechenden Wärmeübertragungsteile eines Geräts lassen erfindungsgemäße Widerstandsheizelemente sich für praktisch alle Anwendungsfälle, wie Durchlauferhitzer, Heizplatten usw. einerseits als auch Radiatoren für Heizlüfter, Haarföhne usw. andererseits einsetzen.

Werden mehrere PTC-Heizelemente nebeneinander angeordnet, so empfiehlt es sich, die Kontaktbleche elastisch oder plastisch biegbar auszuführen, damit sie unter gegenüber der Druckbelastbarkeit der PTC-Elemente schon verhältnismäßig geringer Krafteinwirkung nachgeben und keine unzulässigen Beanspruchungen in die PTC-Elemente eintragen. Der elastische Zusammenhalt der Kontaktbleche wird ftesonders einfacher Weise durch randseitig aufgesetzte Halteelemente erreicht, die selbverständlich keinen elektrischen Kurzschluß der PTC-Elemente herbeiführen dürfen. Die Halteelemente können beispielsweise aus einer Mehrzahl von U-förmigen Spangen aus elastischem Draht besteh_en,

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die mit ihren U-Schenkeln die Kontaktbleche überfassen. In diesem Fall werden also mehrere Einzelelemente vorgesehen, deren seitliche Ausdehnung gegenüber den Abmessungen des Widerstandsheizelements verhältnismäßig gering ist. Diese Spangen können aus einem mit einer entsprechenden Isolation überzogenen metallischen Federdraht oder aus einem Kunststoff entsprechender Wärmebeständigkeit bestehen und im Querschnitt rund - oder vorzugsweise - rechteckig mit zu den Kontaktblechen parallelen Breitseite ausgeführt sein.

Eine im Hinblick auf Herstellung und Wärmeübertragung im eingebauten Zustand besonders vorteilhafteAusführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente aus Profilleisten von U-förmigem Profil aus weichelastischem Material bestehen, die mit ihren Schenkeln die Kontaktbleche an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten überfassen. Die Längsausdehnung dieser Profilleisten entspricht im wesentlichen mehr oder minder der Ausdehnung der Seiten des Heizelementes, an denen sie angeordnet sind, wobei durch die Anbringung an zwei gegenüberliegenden Seiten jedenfalls ein zuverlässiger Verbund erreicht wird. Selbverständlich kann die Profilleiste sich auch um den ganzen Umfang des Heizelementes herumziehen und dazu entsprechend gekrümmt bzw. abgewinkelt gefertigt sein. Aus herstellungstechnischen Gründen empfiehlt sich allerdings eine Anordnung mit zwei an gegenüberliegenden geraden Seiten angeordneten Profilleisten, aus wärmetechnischen Gründen bei rechteckigem Grundriss des Heizelements vorzugsweise an den Längsseiten. Der durch U-Schenkel und U-Steg der Profilleiste umschlossene Profilinnenraum ist vorteilhafterweise beidseitig offen, sodaß die Proftilleisten kontinuierlich beispielsweise durch Strangpressen hergestellt werden können. In manchen Fällen empfiehlt es sich indessen, den Profilinnenraum mindestens einseitig zu schließen, und zwar durch eine vorzugsweise einstückig angeschlossene Verbindung zwischen Schenkel und Steg des U-Profils. Diese ein-oder beidseitig vorgesehene, den Profilinnenraum abschließende Verbindung liegt im zusammengebauten Zustand an Kontaktblechen bzw. PTC-Elementen an und si-

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chert damit einen besonders festen und zuverlässigen Halt der Profilleisten.

In jedem Fall empfiehlt es sich, die Profilleisten aus Silikonkautschuk herzustellen, der durch entsprechende Zusätze, beispielsweise MgO od.dgl. wärmeleitend gemacht worden ist. Diese Ausbildung führt zu optimalen Wärmeverhältnissen und erweist sich als ganz besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich im fertigmontierten Zustand im Gerät ein Verguß mit gleichartigem Material erfolgt.

An den Außenseiten der Kontaktbleche werden vorzugsweise elektrische Isolierschichten vorgesehen. Diese Isolierschichten, die selbverständlich so ausgeführt werden, daß sie die Wärmeableitung von den PTC-Elementen möglichst wenig beeinträchtigen, können beispielsweise in Form einer Lackierung, Kaschierung od. dgl. fest auf die Außenseite der Kontaktbleche aufgebracht werden. Eine ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten auf die Kontaktbleche lose aufgelegt und von Halteelementen überfasst sind. Damit wird die erläuterte Sandwich-Ausbildung eines erfindungsgemäßen Widerstandsheizelements auch auf die Isolierschicht erweitert. Diese lose aufgelegton Isolierschichten können beispielsweise aus synthetischem oder - mit Rücksicht auf die Wärmeübertragung - vorzugsweise natürlichem Glimmer bestehen.

Um in einfacher Weise den elektrischen Anschluß eines erfindungsgemäßen Widerstandsheizelements auszuführen, wird vorgesehen, daß die Kontaktbleche mit angeformten Anschlußzungen versehen sind, die vorzugsweise gleich als Flachsteckelemente ausgebildet sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Figur 1 Ein elektrisches Widerstandsheizelement im Längsschnitt,

Figur 2 Den Gegenstand der Figur 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,

Figur 3 Eine andere Ausführungsform des Gegenstands der Figur im Querschnitt.

Die in den Figuren dargestellten elektrischen Widerstandsheiz— elemente bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus mehreren, linear hintereinander angeordneten PTC-Elementer, 1 von der Form eines Parallelepipeds, deren gegenüberliegende, planparallele Anschlußflächen 2 mit einer metallischen Kontaktierung 3 versehen sind. Die PTC-Elemente 1 sind nach Art eines Sandwich zwischen Kontaktblechen 4 angeordnet, deren Abmessungen den Grundriss der Anordnung der PTC-Elemente 1 entsprechen. Die beiden Kontaktbleche 4 bestehen aus Aluminiumblech und sind mit je einer Anschlußzunge 5 versehen, die als Flachstecker ausgebildet ist und damit in einfacher Weise die Ausführung eines Kabelanschlusses ermöglicht. Im übrigen sind die Kontaktbleche durch geeignete Dickenbemessung biegbar, so daß trotz unvermeidlicher, toleranzbedingter Dickenabweichungen zwischen den PTC-Elementen in diese keine unzulässigen Kräfte eingetragen werden.

Die Kontaktbleche 4 mit den zwischengelegten PTC-Elementen 1 sind durch randseitig aufgesetzte Halteelemente elastisch zusammengehalten. Dies Halteelemente bestehen im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 aus je einer Profilleiste 7 aus weichelastischem Silikonkautschuk von U-förmigem Profil mit U-Schenkeln 8 und U-Steg 9. Die Profilleiste 7 ist so aufgesetzt, daß die U-Schenkel 8 von außen her die Kontaktbleche 4 überfassen und elastisch gegen die PTC-Elemente 1 drücken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Profilinnenraum der Profilleisten 7 an einer Seite durch eine an U-Schenkel und U-Steg angeformte Verbindung 10 geschlossen, die in zusammengesetztem Zustand (vgl. Figur 1) an PTC-Element 1 und Kontaktblechen 4 anliegt und damit einen festen Sitz der Profilleiste

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7 gewährleistet. Die Profilleisten 7 sind, wie die Figuren 1 und 2 erkennen lassen, an den Längsseiten des im wesentlichen rechteckigen Widerstandsheizelements angeordnet und entsprechend in ihrer Länge im wesentlichen der Ausdehnung dieser
Längsseiten. Im übrigen ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Profilinnenraum der Profilleisten 7 an der den Anschlußzungen 5 zugewandten Seite offen.

An den Außenseiten der Kontaktbleche 4 sind elektrische Isolierschichten 11 vorgesehen, diese bestehen im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 aus natürlichem, gespaltenem
Glimmer und sind lose auf die Kontaktbleche 4 aufgelegt und
durch die Profilleisten 7 mit diesen und den PTC-Elementen 1 elastisch zusammengehalten.

Die Ausführungsform gemäß Figur 3 entspricht im wesentlichen derjenigen gemäß Figur 1 bzw. 2. Hier bestehen die elektrischen Isolierschichten 11 jedoch aus je einer auf die Kontaktbleche fest aufgebrachten Kaschierung aus einem Kunststoff geeigneter Wärmebeständigkait. Ferner sind hier als Halteelemente je
Längsseite der Anordnung mehrere Spangen 12 aus einem elastischen Kunststoff geeigneter Wärmefestigkeit vorgesehen, die in entsprechenden Abständen über die Längsseiten des Widerstandsheizelements verteilt angeordnet sind.

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Claims

DR. INQ. HANS LIChTI · DIPL.-INQ. HEINER LICHTI

DIPL.-PHYS. DR. KLAUS LEUTWEIN

PATENTANWÄLTE 2845965

D-7500 KARLSRUHE 41 (GRÖTZINGEN) ■ DURLACHER STR. 31 (HOCHHAUS)

TELEFON (0721) 48511

Firma 4662/78-Lw

Fritz Eichenauer
D-6744 Kandel/Pfalz

Patentansprüche'

!./Elektrisches Widerstandsheizelement, mit mindestens einem Heizleiter in Form eines an gegenüberliegenden Flächen mit einer Kontaktierung versehenen Elements aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (PTC-Element) sowie mit elektrischen Anschlußelementen für den Heizleiter dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente aus zwei im wesentlichen ebenen, an den Grundriss der PTC-Elemente (1) angepassten Kontaktblechen (4) bestehen, und daß die Kontaktbleche (4) mit den dazwischengelegten PTC-Elementen (1) lose übereinandergelegt und randseitig elastisch zusammengehalten sind.
2. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbleche (4) biegbar sind.
3. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbleche (4) durch randseitig aufgesetzte Halteelemente (7,12) zusammengehalten sind.
4. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente aus einer Mehrzahl von U-förmigen Spangen (12) aus elastischem Material bestehen , die mit ihren U-Schenkeln die Kon-

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ORIGINAL INSPECTED

taktbleche (4) überfassen.
5. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Helteelemente aus Profilleisten (7) von U-förmigem Profil aus weichelastischem Material bestehen, die mit ihren U-Schenkeln (8) die Kontaktbleche (4) an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten überfassen.
6. Widerstandsheizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Profilleisten (7) umschlossene Profilinnenraum beidseitig offen ist.
7. Widerstandsheizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Profilleisten (7) umschlossene Profilinnenraum mindestens einseitig geschlossen ist.
8. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilleisten (7) aus

. wärmeleitendem Silikonkautschuk bestehen.
9. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Außenseiten der Kon— taktbleche (4) elektrische Isolierschichten (11) vorgesehen sind.
10.Widerstandsheizelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschichten (11) auf die Kontaktbleche (4) lose aufgelegt und von den Halteelementen (7,12) Uberfasst sind.
11.Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbleche (4) mit angeformten Anschlußzungen (5) versehen sind.

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