DE2804860A1

DE2804860A1 - Elektrische widerstandsheizeinrichtung

Info

Publication number: DE2804860A1
Application number: DE19782804860
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Nauerth
Original assignee: Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1978-02-04
Filing date: 1978-02-04
Publication date: 1979-08-16

Description

Elektrische Widerstandsheizeinrichtung Die erfindung betrifft eine elektrische ;fiderstandsheizeinrichtung, bestehend aus einem Grundkörper und aus mindestens einem fleizelement aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands (PTC-Material), wobei das Heizelement bzw. die Heizelemente in mindestens einer Ausnehmung des Grundkörpers angeordnet und mit einer Füllmasse vergossen sind.
Bei einer bekannten Heizeinrichtung der vorstehend beschriebenen Gattung (vgl. DT-OS 23 51 956) besteht der Grundkörper aus einem becherförmigen Behälter, in dessen Innenraum das pillenförmige ileizelement aus PTC-ivlaterial eingesetzt ist. Das Heizelement ist dabei in üblicher Weise beiseitig metallisiert und durch Löten mit Anschlußdrähten verbunden. Der Innenraum des Behälters ist mit Silikonkautschuk od. dgl. vergossen0 kiese bekannte isnordnung hat verschiedene Nachteile, die sich aus den speziellen Eigenschaften von PTC-Heizeleluenten ergeben.
PTC-Heizelemente bestehen üblicherweise aus einem Keramikmaterial auf Bariumtitanat-Basis und haben die Eigenschaft, daß sie ihre elektrische Leistungsaufnahme gleichsam selbst stabilisieren. Im kalten Zustand ist ihr Widerstand gering, und es fließt dementsprechend bei vorgegebener elektrischer Spannung ein verhältnismäßig hoher Strom. Dadurch wird in kurzer Zeit die Betriebstemperatur mit dem vorgesehenen Betriebswiderstand erreicht. Nimmt aus irgendwelchen Gründen die Temperatur des PTC-Heizelements über die vorgesehene Temperatur hinaus zu, so steigt der Widerstand weiter an, so daß die umgesetzte elektrische Leistung reduziert wird.
Für eine optimale Wirkung der damit gegebenen Regelung ist anzustreben, daß das Heizelement in möglichst gutem thermischen Kontakt mit der entsprechenden Wärmeabgabefläche bzw. einem mit dieser in Kontakt stehenden Wärmverbraucher steht. Zugleich ist ein guter thermischer Kontakt anzustreben um einen guten Wärmewirkungsgrad zu erreichen. Diesen Forderungen wird mit der bekannten Anordnung nur unzureichend genügt. es kommt hinzu, daß diese bekannte Anordnung auch unter konstruktiven Gesichtspunkten nicht befriedigt. Für den Einsatz in elektrisch beheizten Geräten, beispielsweise Heizplatten, Durchlauferhitzer etc. für Getränkezubereitungs maschinen wie Kaffeemaschinen od. dgl., für die die erfindungsgemäße Heizeinrichtung vorzugsweise, aber nicht ausschließlich vorgesehen ist, ist anzustreben, daß die Heizeinrichtung sich bei geringem Aufwand mit hoher Zuverlässigkeit herstellen, sowie in einfacher Weise unter Berücksichtigung der thermischen Forderungen im Gerät montieren läßt. In thermischer Hinsicht sind somit geringe Abstände zwischen den Ileizelementen und dem Grundkörper bzw0 der Wärmeabgabefläche anzustreben0 Das läßt sich im Rahmen der bekannten Anordnung aber nur in sehr unbefriedigendem Maß verwirklichen, weil zugleich darauf geachtet werden muß, daß kein elektrischer Kontakt mit dem Grundkörper eintritt. Diese Forderungen lassen sich im Rahmen einer industriellen Fertigung nicht, jedenfalls nicht mit vertretbarem Aufwand vereinbaren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzubilden, daß bei einfacher und kostengünstiger Herstellung optimale Wärmeübergangsverhältnisse bei sicherer elektrischer Isolation geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausnehmung bzw. die Ausnehmungen aus im Grundkörper vorgesehenen Nuten bestehen und daß die Heizelemente vor dem Vergießen mittels beiseitig zwischen Heizelement und Nutenwandung angeordneten Fixierstiften fixiert sind.
- Erfindungsgemäß werden somit die Heizelemente vor dem Vergießen genau positioniert, so daß die vorgesehene Lage eindeutig festgehalten ist und sich auch während des Vergießens nicht mehr ändern kann. Damit besteht die Möglichkeit, ohne Gefahr eines elektrischen Masseschlusses zwischen einer oder beiden der Elektroden des Heizelements und dem Grundkörper extrem geringe Abstände vom Grundkörper, d. h. also von der Wandung der Nuten einzuhalten. Das Fixieren der Heizelemente durch Einsetzen der Fixierstifte läßt sich dabei in einfachster Weise und mit geringem Zeitaufwand ausführen, wobei die vorgesehene Stellung allein durch die Abmessungen von Nuten, Reizelementen und Fixierstiften vorgegeben ist und keiner besonderen Justierung bedarf. Zur Gewährleistung der angestrebten elektrischen Isolation können die Heizelemente mit einer isolierenden Zwischenlage versehen werden. In diesem Fall bestehen für die Auswahl des Materials der Fixierstifte keine Einschränkungen, beispielsweise können diese aus elastischem Material bestehen, um die mechanische Beanspruchung der Heizelemente gering zu halten. Brenn dieser Gesichtspunkt keine ausschlaggebende Rolle spielt, empfiehlt es sich aber, die Fixierstifte selbst aus Isoliermaterial herzustellen, wobei vorzugsweise ein gut wärmleitendes, aber elektrisch isolierendes Keramikmaterial wie beispielsweise Aluminiumoxid-Keramik verwendet wird.
Üblicherweise sind die Heizelemente als planparallele und auf ihren Breitseiten für den elektrischen Anschluß metallisierte Plättchen ausgeführt, wobei die Nuten bei entsprechend den Umständen möglichst geringem Übermaß einen dem Querschnitt der Heizelemente entsprechend angepaßten rechteckigen Querschnitt aufweisen. Diese Ausbildung führt zu sehr geringem Wärmewiderstand. Grundsätzlich können aber sowohl Nuten als auch Heizelemente anderen, weitgehend beliebigen Querschnitt aufweisen.
In einer besonders zu bevorzugenden Ausführungsform sind die Nutenwandungen mit Führungskanälen für die ixierstifte versehen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, den Durchmesser der Fixierstifte so groß zu wählen, daß diese sich ohne Schwierigkeiten handhaben lassen, und dennoch kleine Wandabstände eizuhalten. Vorzugsweise verlaufen die Führungskanäle im wesentlichen senkrecht zur Längsausdehnung der Nuten und in der Ebene der Nutenwandung. Die Fixierstifte selbst sind in den Führungskanälen formschlüssig geführt. Eine besonders einfache Montage wird dadurch erreicht, daß die Führungskanäle hinterschnitten und die Fixierstifte in den Führungskanälen formschlüssig festgehalten sind. Beispielsweise können die Führungskanäle im Grundriß als über weniger als dem halben Umfang aufgebrochener Kreisbogen oder schwalbenschwanzförmig ausgeführt sein. In jedem Fall wird dabei die Möglichkeit geschaffen, bei der Montage zunächst die Fixierstifte in die Führungskanäle so einzusetzen, daß sie darin formschlüssig festgehalten sind, um anschließend die Heizelemente zwischen den Fixierstiften anzuordnen.
Werden, wie die Erfindung in einer weiteren Ausfitirungsform lehrt, die Nutenwandungen einer Nut sowie die an beiden Seiten der die Nut eingesetzten Heizelemente angeordneten Fixierstifte von der Oberseite des Grundkörpers ausgehend konvergierend ausgeführt, so besteht die Möglichkeit, die Heizelemente gleichsam in der Nut zu verkeilen und damit positiv festzulegen0 Eine erste Möglichkeit für die gegenseitige Anordnung der Fixierstifte bzw. Führungskanäle besteht darin, daß diese einander paarweise gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei sind für eine eindeutige Positionierung eines iieizelements insgesamt vier Fixierstifte notwendig. Es ist auch möglich, die Fixierstifte bzw.
Führungskanäle einer Nutenwandung gegenüber den Fisierstiften bzw. Führungskanälen der anderen Nutenwandung derselben Nut versetzt anzuordnen, so daß für jedes Iieizelement eine Dreipunktabstützung resultiert, sofern die in Längsrichtung der Nut gemessene Länge der ileizelemente größer ist als der Abstand benachbarter Fixierstifte bzw.
Führungskanäle an zumindest einer der Nutenwandungen. Eine für die meisten Anwendungsfälle hinreichend sichere Positionierung der ileizelemente wird allerdings schon mit einer Zweipunktlagerung zwischen einander genau paarweise gegenüberliegenden ixierstiften erreicht.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine Aufsicht auf eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung; figur 2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsform des Gegenstands der Figur 1; Figur 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstands der Figur 2.
Die in Figur 1 dargestellte Heizeinrichtung besteht zunächst und im wesentlichen aus einem Grundkörper 1 in Form einer lleizplatte. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich ui die Heizeinrichtung für eine Kaffeemaschine, die somit einerseits zur Erhitzung des Kaffeewassers und andererseits zur Warmhaltung des fertigen Kaffees dient.
Demedsprechend ist ein Wasserdurchlaufkanal 2 vorgesehen, der mäanderförmig von der Unterseite her in den Grundkörper 1 eingeformt und durch eine (nicht dargestellte) aufgeklebte Abdeckplatte geschlossen sowie durch Anschlußstutzen 3 an Zu- und Ableitung anschließbar ist.
Die Oberseite des Grundkörpers 1 bildet eine Wärmeabgabefläche 4, auf die zur Warmhaltung ein Gefäß aufgesetzt werden kann.
Zur Beheizung sind Heizelemente 5 in Form von planparalleln Plättchen aus PTC-Material auf Bariumtitanat-Basis vorgesehen. Der elektrische Anschluß erfolgt mit Zuleitungen 6, die an die metallisierten Seitenflächen der IIeizelemente 5 angelötet sind0 Die Heizelemente 5 sind in Nuten 7 eingesetzt, die in den Grundkörper 1 eingegossen, eingefräst oder auf andere geeignete Weise eingeformt sind0 Die Nuten 7 sind nach dem Einsetzen der Heizelemente 5 mit einer elektrisch isolierenden und gut wärmeleitenden Füllmasse 8, im Ausführungsbeispiel mit Silikonkautschuk vergossen.
Wie die Figuren erkennen lassen, sind die Heizelemente 5 vor dem Vergießen mit der Füllmasse 8 in den Nuten 7 fixiert, und zwar mit Fixierstiften 9, die auf beiden Seiten jedes Heizelements 5 zwischen diesem, d. h. also seinen metallisierten Seitenflächen und den zugewandten Nutenwandungen angeordnet sind. Die Fixierstifte 9 bestehen im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch isolierenden, gut wärmeleitenden Keramikmaterial, nämlich aus Aluminiumoxid-Keramik.
In die Wandungen der Nuten 7 sind Führungskanäle 10 eingearbeitet, in denen die Fixierstifte 9 formschlüssig geführt sind. Dabei sind im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 die Führungskanäle 10 einer Nutenwandung gegenüber den Führungskanälen 10 der gegenüberliegenden Nutenwandung versetzt angeordnet, so daß eine Dreipunktlagerung für die Heizelemente 5 resultiert. Dagegen sind bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 2 und 3 die Führungskanäle 10 an gegenüberliegenden Nutenwandungen einander paarweise genau gegenüberliegend angeordnet und die Heizelemente 5 unter Zweipunktlagerung gehalten.
Während im Fall der Figur 1 die Führungskanäle 10 im wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet sind, zeigen die Figuren 2 und 3 Ausführungsformen, bei denen die Führungskanäle 10 hinterschnitten und die Fixierstifte 9 dementsprechend formschlüssig in den Führungskanälen 10 festgehalten sind. Dabei haben im Fall der Figur 2 die Führungskanäle 10 im Grundriß die Form eines über weniger als dem halben Umfang aufgebrochenen Kreises und zeigt die Figur 3 eine schwalbenschwanzförmige Ausführung der Führungskanäle 10.
Die Fixierstifte 9 sind jeweils an den Querschnitt der Führungskanäle 10 angepaßt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Elektrische Widerstandsheizeinrichtung, bestehend aus einem Grundkörper und aus mindestens einen! Heizelement aus einem Material mit positivem Temperatur koeffizienten des elektrischen widerstands (PTC-Nat erial), wobei das Heizelement bzwO ciie Heizelemente in mindestens einer Ausnehmung des Grundkörpers angeordnet und mit einer Füllmasse vergossen sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e daß die ausnehmung bzw. die Ausnehmungen aus im Grundkörper (1) vorgesehenen Nuten (7) bestehen und daß die Heizelemente (5) vor dem Vergießen mittels beidseitig zwischen Heizelement (5) und Nutenwandung angeordneten Fixierstiften (9) fixiert sind.
2. eizeinrichtung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierstifte (9) aus elastischen Material bestehen.
3. ileizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierstifte (9) aus gut wärmeleitendem lieramikmaterial bestehen.
4. fleizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenwandungen mit Führungskanälen (10) für die Fixierstifte (9) versehen sind.
5. fleizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (10) hinterschnitten und die Fixierstifte (9) in den Führungskanälen (10) formschlüssig festgehalten sind.
6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenwandungen einer Nut (7) sowie die an beiden Seiten der in die Nut (7) eingesetzten Heizeletnente (5) angeordneten Fixierstifte (9) von der Oberseite des Grundkörpers (1) ausgehend konvergieren.
7. Ileizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierstifte (9) bzwO Führungskanäle (10) einander paarweise gegenüberliegend angeordnet sind.
8. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierstifte (9) bzwo Führungskanäle (10) einer Nutenwandungen gegenüber den Fixierstiften (9) bzw. Führungskanälen (10) der anderen Nutenwandung derselben Nut (7) versetzt angeordnet sind0