DE2804860A1 - Resistance heating element of PTC - is fixed into slots in block by elastic heat-conducting ceramic pins and slots are then filled with encapsulant - Google Patents
Resistance heating element of PTC - is fixed into slots in block by elastic heat-conducting ceramic pins and slots are then filled with encapsulantInfo
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Abstract
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. Electrical resistance heating device The invention relates to a electrical resistance heating device, consisting of a base body and of at least one fleece element made of a material with a positive temperature coefficient the electrical resistance (PTC material), the heating element or the heating elements arranged in at least one recess of the base body and with a filling compound are shed.
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. In a known heater as described above Genus (see. DT-OS 23 51 956) consists of the base body from a cup-shaped Container in which Interior of the pill-shaped ileizelement PTC material is used. The heating element is on both sides in the usual way metallized and connected to connecting wires by soldering. The interior of the container is potted with silicone rubber or the like.Kiese known isorder has different Disadvantages resulting from the special properties of PTC heating eluents.
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. PTC heating elements usually consist of a ceramic material based on barium titanate and have the property that they reduce their electrical power consumption stabilize yourself, as it were. When cold, their resistance is low, and accordingly, with a given electrical voltage, a relatively high flow high current. As a result, the operating temperature will be with the intended in a short time Operating resistance reached. Takes the temperature of the for some reason If the PTC heating element increases beyond the intended temperature, the resistance increases continues to so that the converted electrical power is reduced.
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.For an optimal effect of the given regulation, the aim is to that the heating element is in the best possible thermal contact with the corresponding Heat release surface or a heat consumer that is in contact with it. At the same time, good thermal contact should be aimed for in order to achieve good thermal efficiency to reach. These requirements are only inadequate with the known arrangement enough. In addition, this known arrangement is also from a structural point of view not satisfied. For use in electrically heated devices, for example Heating plates, instantaneous water heaters, etc. for beverage preparation machines such as coffee machines or the like, for which the heating device according to the invention is preferred, but not exclusively is provided, the aim is that the heating device produce with little effort with high reliability, as well as in simple Way can be installed in the device taking into account the thermal requirements. From a thermal point of view, there are therefore small gaps between the Ileizelemente and the main body or the heat emission surface to strive for0 This can be done within the framework Realize the known arrangement but only to a very unsatisfactory degree because At the same time, care must be taken that there is no electrical contact with the base body entry. These requirements can be met in the context of industrial production not, at least not with reasonable effort.
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. The invention is based on the object of an electrical resistance heating device to develop the type described above so that with simpler and cheaper Creation of optimal heat transfer conditions with safe electrical insulation be created.
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. This object is achieved according to the invention in that the recess or the recesses consist of grooves provided in the base body and that the Heating elements before potting by means of both sides between the heating element and the wall of the groove arranged locating pins are fixed.
- 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.- According to the invention, the heating elements are thus prior to potting precisely positioned so that the intended location is clearly recorded and is can no longer change even during casting. With this there is the possibility without the risk of an electrical short to ground between one or both of the electrodes of the heating element and the base body extremely small distances from the base body, d. H. so to be adhered to by the wall of the grooves. Fixing the heating elements through Insertion of the fixing pins can be done in the simplest way and with little Execute expenditure of time, the intended position solely through the dimensions of grooves, stimulus elements and locating pins is given and none special Adjustment required. To ensure the desired electrical insulation can the heating elements are provided with an insulating intermediate layer. In this In this case, there are no restrictions on the selection of the material for the locating pins, for example, these can be made of elastic material to the mechanical To keep the stress on the heating elements low. Burn this point of view no plays a decisive role, but it is recommended that you take out the locating pins yourself Manufacture insulating material, preferably a good thermally conductive, but electrical insulating ceramic material such as alumina ceramic is used will.
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. Usually the heating elements are plane-parallel and on their Broad sides for the electrical connection carried out metallized platelets, with the grooves with as little oversize as possible depending on the circumstances of the heating elements have a correspondingly adapted rectangular cross-section. These Training leads to very low thermal resistance. In principle, however, both Grooves as well as heating elements have other, largely arbitrary cross-sections.
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. In a particularly preferred embodiment, the groove walls are provided with guide channels for the fixing pins. This gives the opportunity to choose the diameter of the fixing pins so large that they can be moved without difficulty can be handled, and still keep small distances to the wall. Preferably run the guide channels essentially perpendicular to the longitudinal extent of the grooves and in the plane of the groove wall. The locating pins themselves are in the guide channels positively guided. A particularly simple assembly is achieved in that the guide channels undercut and the locating pins form-fit in the guide channels are held. For example, the guide channels can be viewed in plan as over less than half the circumference broken arc or dovetail shape be executed. In any case, the possibility is created during assembly first insert the locating pins into the guide channels so that they are positively locked therein are held in order to then arrange the heating elements between the locating pins.
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. Will, as the invention teaches in a further Ausfitirungsform, the groove walls of a groove and those used on both sides of the groove Heating elements arranged fixing pins starting from the top of the base body executed converging, so there is the possibility of the heating elements as it were wedged in the groove and thus positively defined0 A first possibility for the mutual arrangement of the locating pins or guide channels is that these are arranged opposite one another in pairs. These are for a unique positioning an iieizelements a total of four locating pins necessary. It is also possible to use the locating pins or
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.Guide channels of a groove wall opposite the locating pins or To arrange guide channels of the other groove wall of the same groove offset so that for each Iieizelement a three-point support results, provided that it is in the longitudinal direction The length of the ileizelemente measured in the groove is greater than the distance between adjacent ones Fixing pins or
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.Guide channels on at least one of the groove walls. One for them In most cases of application, the positioning of the ileizelemente will be sufficiently secure however, already with a two-point support between each other exactly in pairs opposite one another ixing pins reached.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. The invention is described below on the basis of a mere exemplary embodiment Illustrative drawing explained in more detail.
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.The figures show: FIG. 1 a plan view of an electrical resistance heating device; FIG. 2 shows an enlarged view of a section from another embodiment the subject of Figure 1; Figure 3 shows another embodiment of the object of Figure 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. The heating device shown in Figure 1 consists initially and essentially of a base body 1 in the form of a sheet metal. In the exemplary embodiment it is ui the heating device for a coffee machine, which is on the one hand to heat the coffee water and, on the other hand, to keep the finished coffee warm serves.
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.Accordingly, a water flow channel 2 is provided which is meandering molded into the base body 1 from the underside and replaced by a (not shown) Glued-on cover plate closed and through connection piece 3 on inlet and outlet is connectable.
Die Oberseite des Grundkörpers 1 bildet eine Wärmeabgabefläche 4, auf die zur Warmhaltung ein Gefäß aufgesetzt werden kann.The top of the base body 1 forms a heat release surface 4, on which a vessel can be placed to keep it warm.
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. Heating elements 5 in the form of plane-parallel plates are used for heating made of PTC material based on barium titanate. The electrical connection is made with leads 6 which are soldered to the metallized side surfaces of the heating elements 5 sind0 The heating elements 5 are inserted in grooves 7 which are cast in the base body 1, are milled or formed in another suitable way0 The grooves 7 are according to the insertion of the heating elements 5 with an electrically insulating and highly thermally conductive Filling compound 8, encapsulated with silicone rubber in the exemplary embodiment.
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. As the figures show, the heating elements 5 are before Potting with the filling compound 8 fixed in the grooves 7, with fixing pins 9 placed on either side of each heating element 5 between it, i.e. H. so his metallized side surfaces and the facing groove walls are arranged. The fixing pins 9 consist of an electrical one in the illustrated embodiment insulating, highly thermally conductive ceramic material, namely made of aluminum oxide ceramic.
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. Guide channels 10 are incorporated into the walls of the grooves 7, in which the fixing pins 9 are guided in a form-fitting manner. There are in the exemplary embodiment according to Figure 1, the guide channels 10 of a groove wall opposite the guide channels 10 of the opposite groove wall arranged offset, so that a three-point bearing for the heating elements 5 results. In contrast, in the embodiments according to Figures 2 and 3, the guide channels 10 on opposite groove walls to each other arranged in pairs exactly opposite one another and the heating elements 5 under two-point mounting held.
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. While in the case of Figure 1, the guide channels 10 substantially are semicircular, Figures 2 and 3 show embodiments, in which the guide channels 10 are undercut and the fixing pins 9 accordingly are held positively in the guide channels 10. In the case of Figure 2 the guide channels 10 in plan the shape of one over less than half Perimeter broken circle and Figure 3 shows a dovetail-shaped Execution of the guide channels 10.
Die Fixierstifte 9 sind jeweils an den Querschnitt der Führungskanäle 10 angepaßt.The fixing pins 9 are each on the cross section of the guide channels 10 adapted.
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