DD289633A5

DD289633A5 - SELF-CONTROLLING ELECTRIC HEATING DEVICE

Info

Publication number: DD289633A5
Application number: DD32473989A
Authority: DD
Inventors: Herbert Gladigow; Wolfgang Schaetzing; Dieter Heymann; Wolfgang Papendieck; Ursula Schild; Guenter Mohs; Bernhard Grill; Ralf Buhtz; Werner Raschka
Original assignee: Messgeraete Gmbh Magdeburg,De; Technische Universitaet "Otto V. Guericke",De
Priority date: 1989-01-02
Filing date: 1989-01-02
Publication date: 1991-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstregelnde elektrische Heizeinrichtung mit PTC-Heizelementen, welche einen Heizkoerper, auf dessen waermeaufnehmender Seite mehrere PTC-Heizelemente in gutem thermischem und elektrischem Kontakt zum Heizkoerper angeordnet sind, mehrere in elektrischem Kontakt zu den PTC-Heizelementen stehende Kontaktelemente, welche auf der der waermeaufnehmenden Seite des Heizkoerpers abgewandten Oberseite der PTC-Heizelemente angeordnet sind, ein zwischen Kontaktelement und PTC-Heizelementen befindliches Waermeleitmittel und ein oder mehrere Halte- und Justierelemente zur sicheren elektrischen Kontaktierung der PTC-Heizelemente aufweist. Erfindungsgemaesz dienen die Waermekapazitaeten der Kontaktelemente zur definierten Bestimmung der Aufheizzeit bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur oder/und zur Verringerung der maximalen Stromaufnahme der elektrischen Heizeinrichtung. Durch Zuordnung sich in ihrer Waermekapazitaet unterscheidende Kontaktelemente fuer je ein PTC-Heizelement wird eine Verringerung der maximalen Stromaufnahme der Heizeinrichtung erreicht. Fig. 2{elektrische Heizeinrichtung, selbstregelnd; PTC-Heizelemente; Kontaktelement; Waermekapazitaet; Stromaufnahme; Aufheizzeit; Begrenzung; Flaechenbereich; Waermeuebergangswiderstand}The invention relates to a self-regulating electrical heating device with PTC heating elements, which are a Heizkoerper, on the thermo receiving side several PTC heating elements are arranged in good thermal and electrical contact to the radiator, several in electrical contact with the PTC heating elements stationary contact elements, which on the The upper side of the PTC heating elements facing away from the radiator side of the radiator, a heat conduction means located between contact element and PTC heating elements and one or more holding and adjusting elements for safe electrical contacting of the PTC heating elements. According to the invention, the heat capacities of the contact elements serve for the defined determination of the heating time until reaching the working temperature or / and for reducing the maximum current consumption of the electric heating device. By assigning different in their heat capacity contact elements for each PTC heating element, a reduction of the maximum current consumption of the heater is achieved. Fig. 2 {electric heater, self-regulating; PTC heating elements; Contact element; heat capacity; Current consumption; warm-up time; limit; Flaechenbereich; Waermeuebergangswiderstand}

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung ist in Wärmegeräten aller Art mit einer Heizstufe, z. B. Löteinrichtungen und Luftduschen, und insbesondere zur Gemisch- oder Luftvorwärmung in Brennkraftmaschinen unter extremen Umgebungstemperaturen anwendbar.The invention is in heaters of all kinds with a heating level, for. As soldering and air showers, and in particular for mixture or air preheating in internal combustion engines under extreme ambient temperatures applicable.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Es sind bereits eine Vielzahl technischer Lösungen für selbstregelnde Heizeinrichtungen mit PTC-Heizelementen bekannt. Gemeinsames Merkmal aller Heizeinrichtungen mit PTC-Heizelementen sind Vorrichtungen zur Realisierung eines guten Wärmekontaktes zwischen PTC-Heizelementen und einem Heizkörper, wobei die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme von einer Seite oder beiden Seiten der PTC-Heizelemente dem Heizkörper zugeführt wird.There are already a variety of technical solutions for self-regulating heaters with PTC heating elements known. A common feature of all heaters with PTC heating elements are devices for realizing a good thermal contact between PTC heating elements and a radiator, wherein the heat generated by the PTC heating elements from one side or both sides of the PTC heating elements is supplied to the radiator.

In den DE-OS 2610043, DE-OS 31025 und EP 0061848 sind Heizeinrichtungen zur Saugrohrbeheizung in Brennkraftmaschinen beschrieben, bei denen die PTC-Heizelemente mit einer Seite mittels wärmeleitender Metallplatte, silbergefülltem Epoxidharz, silbergefülltem Klebstoff auf Silikonbasis oder Wärmeleitgitter in einem guten thermischen und elektrischen Kontakt zum Heizkörper stehen. Auf der anderen Seite der PTC-Heizelemente sind elektrisch leitende Kontakte zur Stromzufuhr angebracht. Derartige Heizeinrichtungen besitzen den Nachteil, daß aufgrund der einseitigen Wärmeabführung von den PTC-Heizelementen diese inhomogen erwärmt werden und die Heizleistung der PTC-Heizelemente nicht optimal ausnutzbar ist. Das heißt die mit den elektrischen Kontakten zur Stromzufuhr verbundene Seite der PTC-Heizelemente wird in kürzester Zeit aufgeheizt, der elektrische Widerstand der PTC-Heizelemente steigt schnell an und begrenzt damit den Heizstrom und die von den PTC-Heizelementen maximal äbgebbare Wärmemenge.In DE-OS 2610043, DE-OS 31025 and EP 0061848 heaters are described for Saugrohrbeheizung in internal combustion engines, in which the PTC heating elements with one side by heat-conducting metal plate, silver-filled epoxy resin, silver-filled silicone-based adhesive or Wärmeleitgitter in a good thermal and electrical Contact the radiator stand. On the other side of the PTC heating elements electrically conductive contacts are attached to the power supply. Such heaters have the disadvantage that due to the one-sided heat dissipation from the PTC heating elements they are heated inhomogeneously and the heating power of the PTC heating elements is not optimally exploitable. That is, the connected to the electrical contacts for power supply side of the PTC heating elements is heated in no time, the electrical resistance of the PTC heating elements increases rapidly and thus limits the heating current and the maximum amount of heat from the PTC heating elements.

Ein weiterer Nachteil dieser Heizeinrichtungen besteht in der Erhöhung des Wärmeübergangswiderstandes zwischen den PTC-Heizelementen und dem Heizkörper gegenüber technischen Lösungen mit direktem, innigen Kontakt der PTC-Heizelemente zum Heizkörper, was ebenfalls die maximal erreichbare Heiztemperatur und die Heizleistung vermindert. Von Nachteil ist auch der eingeschränkte Temperatureinsatzbereich dieser Heizeinrichtungen aufgrund der verwendeten Wärmeleitmritel zwischen PTC-Heizelementen und Heizkörper und ihrer Temperaturwechselbeständigkeit bei Extrembeanspruchungen von -40^cC bis +180°C sowie der unterschiedlichen Wärmeausdehnungseigenschaften von PTC-Heizelement, Wärmeleitmittel und Heizkörper, welche nicht mit der erforderlichen konstruktiven Sicherheit und reproduzierbar a isgeglichen werden können. Bei Verwendung von Leitklebern zur Verbindung von PTC-Heizolementen und Heizkörper und in Kombination mit Kontaktfedern relativ geringer Federkraft als Stromzuführung für die PTC-Heizelemente können Schädigungen in der Verbindungsschicht zum Heizkörper oder an den PTC-Heizelementen auftreten und zum Ausfall oder zur Funk'ionsbeeinträchtigung der Heizeinrichtung führen.Another disadvantage of these heaters is to increase the heat transfer resistance between the PTC heating elements and the radiator over technical solutions with direct, intimate contact of the PTC heating elements to the radiator, which also reduces the maximum achievable heating temperature and heat output. Another disadvantage is the limited temperature range of these heaters due to the Wärmeleitmritel used between PTC heating elements and radiators and their thermal shock resistance under extreme loads of -40 ^c C to + 180 ° C and the different thermal expansion properties of PTC heating element, heat conduction and radiator, which does not the required structural safety and reproducibly a . When using conductive adhesives for connecting PTC heating elements and radiators and in combination with relatively small spring force contact springs as a power supply for the PTC heating elements damage in the connecting layer to the radiator or the PTC heating elements may occur and the failure or Funk'ionsbeeinträchtigung Heating device lead.

Der Nachteil der einseitigen Wärmeabführung von den PTC-Heizelementen wird nach der Heizeinrichtung gemäß US-PS 4387291 vermieden, wobei auf beiden Seiten der PTC-Heizelemente Wellfedern für den elektrischen Kontakt angebracht sind und für den thermischen Kontakt die PTC-Heizelemente vollständig von einem elektrisch isolierend ».· Wärmeleitmittel auf Silikonb sis umgeben sind sowie auf der dem Heizkörper abgewandten Seite der PTC-Elemente ein Wfirmeleitmittol zur Wärmeabführung von dieser Seite der PTC-Heizelemente und mittelbaren Wärmeübertragung auf den Heizkörper vorhanden ist. Diese Lösung hat den Nachteil verhältnismäßig großer Wärmübertragungswiderstände von den PTC-Heizelementen auf den Heizkörper und eine damit verbundene verminderte Heizleistung der gesamten Heizeinrichtung. Aus der OE-OS 3617679 ist eine weitere Heizeinrichtung mit zweiseitiger Wärmeabführung von dun PTC-Heizelementsn bekannt, die für universelle Anwendung, insbesondere zur Saugrohrbeheizung in Brennkraftmaschinen nicht geeignet ist, da die konkretenürfordernisse der elektrischen Isolation zu einem explosiven Kraftstoff-Luft-G'.misch nicht erfüllt werden. Von Nachteil ist auch die zwischen Wärmeleitmitteln und Heizkörper erforderliche Isolierfolie, weiche die beabsichtigte Wirkung der Heizeinrichtung, eine optimale Ausnutzung der Wärmeenergie der PTC-Heizelemente zu gewährleisten, zumindest teilweise aufhebt. Weiterhin ist die vorgeschlagene Fixierung der PTC-Heizolemente zwischen zwei Wärmeleitmitteln mit elektrisch leitendem Klebstoff nachteilig, da die Klebstoffverbindung den Einsatztemperaturbereich der Heizeinrichtung einschränkt. Weitere bekannte Lösungen für Heizeinrichtungen mit PTC-Heizelomenten und mit zweiseitiger Wärmeabfuhr von den PTC-Heizelementen sind in den DE-OS 2804860, DE-OS 2835742, DE-OS 2932026, DE-OS 2948592, DE-OS 3436826 und DE-OS 3603535 beschrieben. Diese Lösungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß eine optimale Ausnutzung der Wärmeenergie der PTC-Heizelemente durch relativ große Wärmeübertragungswiderstände und erforderliche Maßnahmen zur elektrischen Isolation nicht möglich ist.The disadvantage of one-sided heat dissipation from the PTC heating elements is avoided according to the heating device according to US-PS 4387291, wherein on both sides of the PTC heating corrugated springs for the electrical contact are mounted and for the thermal contact, the PTC heating elements completely of an electrically insulating »· Thermal conduction on Silikonb sis are surrounded and on the side facing away from the radiator side of the PTC elements Wfirmeleitmittol for heat dissipation from this side of the PTC heating elements and indirect heat transfer to the radiator is present. This solution has the disadvantage of relatively large heat transfer resistances from the PTC heating elements to the radiator and an associated reduced heating power of the entire heater. From OE-OS 3617679 another heater with two-sided heat dissipation of dun PTC Heizelementsn is known, which is not suitable for universal application, in particular for Saugrohrbeheizung in internal combustion engines, since the concrete Urfordernisse the electrical insulation to an explosive fuel-air G '. mixed can not be met. Another disadvantage is the required between heat conduction and radiator insulation, soft, the intended effect of the heater to ensure optimal utilization of the thermal energy of the PTC heating elements, at least partially repeals. Furthermore, the proposed fixation of the PTC Heizolemente between two heat conduction with electrically conductive adhesive is disadvantageous, since the adhesive compound limits the operating temperature range of the heater. Further known solutions for heating devices with PTC heating torques and with two-sided heat removal from the PTC heating elements are described in DE-OS 2804860, DE-OS 2835742, DE-OS 2932026, DE-OS 2948592, DE-OS 3436826 and DE-OS 3603535 described. These solutions have the common disadvantage that optimal utilization of the thermal energy of the PTC heating elements by relatively large heat transfer resistances and necessary measures for electrical insulation is not possible.

Gemeinsamer Nachteil aller bekannten technischen Lösungen ist, daß eine gezielte Beeinflussung des zeitlichen Verlaufs der Wärmeenergieerzeugung und der Anpassung der Arbeitstemperatur der Heizeinrichtung an die jeweiligen Erfordernisse sowie die Begrenzung der maximalen Stromaufnahme durch die PTC-Heizelemente nicht realisierbar ist. Bei den bekannten Lösungen laufen alle dynamischen elektrischen und thermischen Vorgänge in den PTC-Heizelementen qualitativ und quantitativ nahezu gleichartig und gleichzeitig ah. Dabei treten nach dem Einschalten der Heizeinrichtung sehr hohe elektrische Ströme auf, die in bestimmten Anwendungsfällen bei zu hoher Belastung der Stromversorgungsquelle oder der Stromzuführungsleitungen unzulässig sind.A common disadvantage of all known technical solutions is that a targeted influence on the time course of heat energy generation and the adaptation of the working temperature of the heater to the respective requirements and the limitation of the maximum power consumption by the PTC heating elements is not feasible. In the known solutions all dynamic electrical and thermal processes in the PTC heating elements run qualitatively and quantitatively almost equally and simultaneously ah. After switching on the heating device, very high electrical currents occur, which are inadmissible in certain applications when the power source or the power supply lines are too heavily loaded.

Nicht zuletzt ist bei allen bekannten technischen Lösungen von Nachteil, daß diese wenig montagefreundlich sir J un-i insbesondere die Verwendung von Klebstoffen, viskosen Wärmeleitmitteln oder Federelementen eine Fertigung der Heizeinrichtung mittels Industrierobotern sehr erschweren.Not least is in all known technical solutions of disadvantage that these little easy to install sir J un-i in particular the use of adhesives, viscous heat conductors or spring elements make it difficult to manufacture the heater by means of industrial robots.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu vermeiden und eine selbstregelnde elektrische Heizeinrichtung zu schaffen, die bei geringem Montage- und Materialaufwand sowie robustem unkomplizierten Aufbau in einem extremen Umgebungstemperaturbereich einsetzbar ist und die wesentlich verbesserte dynamische Heizeigenschaften besitzt. Ziel ist es weiterhin, die Lebensdauer der Stromzuführungen und Kontaktbauelemente für die Heizeinrichtung zu erhöhen.The aim of the invention is to avoid the disadvantages of the known prior art and to provide a self-regulating electrical heating device that can be used with low assembly and material costs and robust uncomplicated construction in an extreme ambient temperature range and has significantly improved dynamic heating properties. The aim is also to increase the life of the power supply and contact devices for the heater.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstregulierende elektrische Heizeinrichtung mit PTC-Heizelementen zu schaffen, welche einen Heizkörper, auf dessen wärmeaufnehmender Seite mehrere PTC-Heizelomente in gutem thermischen und elektrischen Kontakt zum Heizkörper angeordnet sind, mehrere in elektrischem Kontakt zu den PTC-Heizelementen stehende Kontaktelemente, welche auf der der wärmeaufnehmenden Seite des Heizkörpers abgewandten Oberseite der PTC-Heizelemente angeordnet sind, ein zwischen Kontaktelementen und PTC-Heizelementen befindliches Wärmeleitmittel und ein oder mehrere Halte- und Justierelemente zur sicheren elektrischen Kontaktierung der PTC-Heizelemente aufweist, und bei welcher die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur und/oder eine Verringerung der maximalen Stromaufnahme der Heizeinrichtung zur Anpassung der Aufheizcharakteristik an verschiedenste Anwendungsfälle vorherbestimmbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmekapazitäten der Kontaktelemente zur definierten Bestimmung der Aufheizzeit bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur oder/und zur Verringerung der maximalen Stromaufnahme der elektrischen Heizeinrichtung in Abhängigkeit von der Größe der Masse oder/und vom spezifischen Wärmespeichervermögen der Kontaktelemente oder/und von der Größe der in thermischen Kontakt zum jeweiligen PTC-Heizelement stehenden Fläche des Kontaktelementes dienen und daß die Kontaktelemente durch den über das Halte- und Justierelement ausgeübten Druck zu den PTC-Heizelementen berührend angeordnet sind. Die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur der Heizeinrichtung ist durch eine Vergrößerung der Masse oder durch eine Erhöhung des spezifischen Wärmespeichervermögens der Kontaktelemente entsprechend dem für die Kontaktelemente verwendeten Materials oder durch eine Vergrößerung der in thermischen Kontakt zu den PTC-Heizelementen stehenden Fläche der Kontaktelemente verlängerbar bzw. im umgekehrten Falle verkürzbar, wobei auch mehrere der genannten Maßnahmen gleichzeitig anwendbar sind. Die definierte Bestimmung der Aufheizzeit ist aus den Temperatur-Zeit-Verläufen des Aufheizvorganges in Abhängigkeit mindestens einer der genannten Parameter leicht möglich.The invention has for its object to provide a self-regulating electric heater with PTC heating elements, which are arranged a radiator on the heat receiving side of several PTC heating torques in good thermal and electrical contact with the radiator, several in electrical contact with the PTC heating elements standing contact elements, which are arranged on the side facing away from the heat-receiving side of the radiator top of the PTC heating elements, located between contact elements and PTC heating elements Wärmeleitmittel and one or more holding and adjusting elements for safe electrical contacting of the PTC heating elements, and in which the heating time to reach the working temperature and / or a reduction in the maximum current consumption of the heater to adapt the heating characteristic to a variety of applications is predictable. According to the invention the object is achieved in that the heat capacities of the contact elements for the defined determination of the heating time to reach the working temperature and / or to reduce the maximum power consumption of the electric heater depending on the size of the mass and / or the specific heat storage capacity of the contact elements or / and serve by the size of the surface of the contact element in thermal contact with the respective PTC heating element, and in that the contact elements are arranged in contact with the PTC heating elements by the pressure exerted via the holding and adjusting element. The heating time until the operating temperature of the heating device is reached can be increased by increasing the mass or by increasing the specific heat storage capacity of the contact elements according to the material used for the contact elements or by increasing the area of the contact elements in thermal contact with the PTC heating elements in the opposite case, whereby several of the measures mentioned are applicable simultaneously. The defined determination of the heating time is easily possible from the temperature-time curves of the heating process as a function of at least one of said parameters.

Die Verringerung der maximalen Stromaufnahme der Heizeinrichtung erfolgt durch Zuordnung sich in ihrer Wärmekapazität unterscheidenden Kontaktelemente zu je einem PTC-Heizelement, wobei mindestens zwei Kontaktelemente in ihrer Masse, im spezifischen Wärmespeichervermögen, d. h. im Material, oder in ihrer Größe voneinander verschiedet, sind. Damit wird erreicht, daß die Maxima der Stromabnahme der einzelnen PTC-Heizelemente zeitlich gestaffelt sind. Da die Summe der Stromaufnahme jedes einzelnen PTC-Heizelementes die Stromaufnahme der Heizeinrichtung bestimmt, wird durch die zeitliche Staffelung das Maximum der Stromaufnahme der Heizeinrichtung verringort.The reduction of the maximum current consumption of the heater is made by assigning different in their heat capacity contact elements to a PTC heating element, wherein at least two contact elements in their mass, in the specific heat storage capacity, d. H. in the material, or differ in size from each other, are. This ensures that the maximums of the current decrease of the individual PTC heating elements are staggered over time. Since the sum of the current consumption of each individual PTC heating element determines the current consumption of the heating device, the temporal staggering reduces the maximum current consumption of the heating device.

Die Erfindung soll anhand nachfolgendem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to the following embodiment. Show

Fig. 1 a: the thermal equivalent circuit diagram of a heating device according to the invention FIG. 1b shows the current-time characteristic of a heating device according to the invention. FIG 2 shows an arrangement according to the invention for a mixture preheater in motor vehicles 4 shows the illustration of an arrangement according to the invention for a PTC heating element 2.

Gemäß Fig. 2 besteht die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung für einen Gemischvorwärmer bekannterweise aus einem Heizkörper 1 mit mehreren PTC-Heizelementen, welche in Vertiefungen der Bodenfläche de*; Heizkörpers 1 lagefixiert sind und zur Gewährleistung eines guten thermischen Kontaktes zwischen der dem Heizkörper 1 zugewandten Unterseite 21 der PTC Heizelemente 2 und der Bodenfläche des Heizkörpers 1 ein Wärmeleitmittel 41 angeordnet ist. Auf der dem Heizkörper 1 abgewandten Oberseite 22 der PTC-Heizelemente 2 befinden sich die Kontaktelemente 3, welche elektrisch leitfähig sind und über eine oder mehrere Anschlußfahnen 7 und ein Stromkabel 8 die Stromzuführung für die elektrische Heizeinrichtung realisieren sowie über ein Wärmeleitmittel 42 in gutem thermischen Kontakt zur Oberseite 22 der PTC-Heizelemente 2 steht. Zur lagerichtigen Fixierung des Kontaktelementes 3 bzw. der PTC-Heizelemente 2 ist oberhalb der Kontaktelemente 3 ein Haltemittel a igeordnet, welches aus einer Isolierplatte 5 und Druckfedern 6 besteht. Die Gegenkraft für die Druckfedern 6 wird durch einen am Heizkörper 1 befestigte'ι Deckel 3 gebildet.According to FIG. 2, the electric heater for a mixture preheater according to the invention is known to consist of a radiator 1 with a plurality of PTC heating elements, which in recesses of the bottom surface de *; Radiator 1 are fixed in position and to ensure good thermal contact between the radiator 1 facing bottom 21 of the PTC heating elements 2 and the bottom surface of the radiator 1, a heat conducting 41 is arranged. On the upper side 22 of the PTC heating elements 2 facing away from the radiator 1 are the contact elements 3, which are electrically conductive and realize via one or more terminal lugs 7 and a power cable 8, the power supply for the electric heater and via a heat conducting 42 in good thermal contact to the top 22 of the PTC heating elements 2 stands. For the correct fixing of the contact element 3 and the PTC heating elements 2, a holding means a is arranged above the contact elements 3, which consists of an insulating plate 5 and compression springs 6. The counterforce for the compression springs 6 is formed by a fastened to the radiator 1 lid 3.

Das thermische Ersatzschaltbild für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung gemäß Fig. 2 bzw. für ein einzelnes PTC-Heizelement 2 gemäfi Fig.4 ist in Fig. 1 a dargestellt. Dabei wird das Wärmespeichervermögen des Heizkörpers 1 durch die Wärmekapazität CA charakterisiert. Der Heizkörper 1 besitzt die Temperatur TA und hat zur Umgebungsluft einen Wärmeübergangswiderstand RA. Gegenüber dem Wärmeübergangswiderstand RA kann der Wärmewiderstand des Heizkörpers 1 «.vslcher aus thermisch gut leitendem Material besteht, vernachlässigt werden. Die PTC-Heizelemento 2 werden durch ihren Wärmewiderstand RG und durch ihre Wärmekapazität CG charakterisiert. Zwischen PTC-Heizelementen 2 und Heizkörper 1 besteht ein Wärmeübergangswiderstand RUG. Er kennzeichnet die thermischen Eigenschaften des Wärmeleitmittels *2. Das Wärmeleitmittel 41 wird durch den Wärmeübergangswiderstand RIG zwischen den PTC-Heizelementen 2 und den Kontaktelementen 3 gekennzeichnet. Die Kontaktelemente 3 besitzen die Wärmekapazität CAI. Erfindungsgemäß dient die Wärmekapazität CAI der Kontaktelemente 3 der definierten Bestimmung der Aufheizzeit des Gemischvorwärmers bis zum Erreichen seiner Arboitstemperatur oder/und zur Verringerung der maximalen Stromaufnahme des Gemischvorwärmers. In Abhängigkeit von der Größe, der Masse oder/und vom spezifischen Wärmespeichervermögen der Kontaktelemente 3 oder/und von der Größe der in thermischen Kontakt zum jeweiligen PTC-Heizelement 2 stehenden Fläche der Kontaktelemente 3 ist die Aufheizzeit des Gemischvorwärr^ers vorherbestimmbar, da durch Veränderung einer der genannten Parameter mehr oder weniger Wärme von der Oberseite :2 der PTC-Heizelemente 2 an die Kontaktelemente 3 abgeführt wird und damit die Strom-Zeit-Kennlinie des Gemischvorwänners oder einer anderen erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung definiert beeinflußbar ist. Das heißt je mehr Wärme von der Oberseite 22 der PTC-Heizelemente 2 abgeführt wird und solange die von der Oberseite 22 der PTC-Heizelemento 2 abgeführte Wärmemenge kleiner i st als die von der Unterseite 21 der PTC-Heizelemente 2 vom Heizkörper 1 abgeführte Wärmemenge, um so langsamer heizen sich die PTC-Heizelemente 2 und der Heizkörper t auf, um so spätererreicht die elektrische Heizeinrichtung ihren maximalen Stromverbrauch und um so kürzer ist die Aufheizzeit bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur der elektrischen Heizeinrichtung. Die Verkürzung der Aufheizzeit bei einem später eintretenden Maximum der Stromaufnahme der PTC-Heizelemente 2 ist aufgrund der geringeren Steilheit der Strom-Zeit-Kennlinie, in Fig. 1 b dargestellt, und damit auch der Temperatur-Zeit-Kennlinie der jeweiligen Heizeinrichtung nachweisbar, d. h. in der gleichen Zeiteinheit wird eine größere Wärmemenge an den Heizkörper 1 abgegeben. Die kürzeste Aufheizzeit bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur wird erreicht, wenn auf beiden Seiten der PTC-Heizelemente 2 eine gleich große Wärmemenge abgeführt wird. Der Fall der Abführung einer größeren Wärmemenge von der Oberseite 22 der PTC-Heizelemente 2 als von ihrer Unterseite 21 führt wieder zu einer Verlängerung der Aufheizzeit der elektrischen Heizeinrichtung und ist wegen des umgekehrten Heizeffektes für den praktischen Einsatz nicht relevant. Die definierte Bestimmung der Aufheizzeit ist aus den Temperatur-Zeit-Verläufen des Aufheizvorganges entsprechend der Kennlinienoptimierung in Abhängigkeit eineroder mehrerer der den Wärmeübergang zwischen Oberseite 22 der PTC-Heizelemente 2 und den Kontaktelementen 3 oder der Wärmekapazität CAI der Kontaktelemente 3 beeinflussenden Parameter leicht möglich. Eine Verringerung der maximalen Stromaufnahme der elektrischen Heizeinrichtung wird durch Zuordnung sich in ihrer Wärmekapazität unterscheidenden Kontaktelemente 3 zu je einem PTC-Heizelement 2 erreicht, wobei mindestens zwei Kontaktelemente 3 in ihrer Masse, im spezifischen Wärmespeichervormögen oder in ihrer Größe voneinander verschieden sind. Aus dieser Zuordnung resultiert eine zeitliche Staffelung der maximalen Stromaufnahme jeder PTC-Heizelementekombination gemäß Fig.4. Das Maximum dor Stromaufnahme der elektrischen Heizeinrichtung resultierend aus der Summe der Strom-Zeit-Verläufe der PTC-Heizelementekombinationen verringert sich aufgrund der zeitlichen Staffelung der Maxima der Stromaufnahme der einzelnen PTC-Heizelementekombinationen.The thermal equivalent circuit diagram for a heating device according to the invention according to FIG. 2 or for a single PTC heating element 2 according to FIG. 4 is shown in FIG. 1 a. In this case, the heat storage capacity of the radiator 1 is characterized by the heat capacity CA. The radiator 1 has the temperature TA and has a heat transfer resistance RA to the ambient air. Compared with the heat transfer resistance RA, the thermal resistance of the heating element 1 .Vslcher consists of thermally highly conductive material can be neglected. The PTC Heizelemento 2 are characterized by their thermal resistance RG and by their heat capacity CG. Between PTC heating elements 2 and radiator 1 there is a heat transfer resistance RUG. It identifies the thermal properties of the heat conducting agent * 2. The heat conducting means 41 is characterized by the heat transfer resistance RIG between the PTC heating elements 2 and the contact elements 3. The contact elements 3 have the heat capacity CAI. According to the invention, the heat capacity CAI of the contact elements 3 serves for the defined determination of the heating time of the mixture preheater until it reaches its arboit temperature or / and for reducing the maximum current consumption of the mixture preheater. Depending on the size, the mass and / or the specific heat storage capacity of the contact elements 3 and / or the size of the surface in thermal contact with the respective PTC heating element 2 surface of the contact elements 3, the heating time of the mixture preheater is predictable, as by change one of said parameters more or less heat from the top: 2 of the PTC heating elements 2 is discharged to the contact elements 3 and thus the current-time characteristic of Gemischvorwänners or another inventive electric heater defined influenced. That is, the more heat is dissipated from the upper side 22 of the PTC heating elements 2 and as long as the amount of heat dissipated from the upper side 22 of the PTC Heizelemento 2 smaller than the amount of heat dissipated from the bottom 21 of the PTC heating elements 2 2 from the radiator 1, the slower the PTC heating elements 2 and the radiator t heat up, so later reaches the electric heater their maximum power consumption and the shorter is the heating time to reach the working temperature of the electric heater. The shortening of the heating time at a later occurring maximum power consumption of the PTC heating elements 2 is due to the lower slope of the current-time characteristic, shown in Fig. 1 b, and thus the temperature-time characteristic of the respective heater detectable, ie in the same time unit, a larger amount of heat is given to the radiator 1. The shortest heating time until reaching the working temperature is achieved when an equal amount of heat is dissipated on both sides of the PTC heating elements 2. The case of discharging a larger amount of heat from the upper surface 22 of the PTC heating elements 2 than from its lower side 21 again leads to an extension of the heating time of the electric heater and is not relevant for practical use because of the reverse heating effect. The defined determination of the heating time is easily possible from the temperature-time curves of the heating process according to the characteristic optimization as a function of one or more of the heat transfer between the top 22 of the PTC heating elements 2 and the contact elements 3 or the heat capacity CAI of the contact elements 3 influencing parameters. A reduction in the maximum current consumption of the electric heater is achieved by assigning different in their heat capacity contact elements 3 each to a PTC heating element 2, wherein at least two contact elements 3 in their mass, in the specific heat storage units or in their size are different. This assignment results in a temporal staggering of the maximum power consumption of each PTC heating element combination according to FIG. The maximum dor current consumption of the electric heater resulting from the sum of the current-time profiles of the PTC heating element combinations decreases due to the time staggering of the maximum current consumption of the individual PTC heating element combinations.

Eine vorherbestimmbare maximale Stromaufnahme der Heizeinrichtung ist aus der Summe der Strom-Zeit-Kennlinien jeder PTC-Heizelementekombination in Abhängigkeit von mindestens einem der genannten Parameter ermittelbar. Zur Verbesserung des thermischen Kontaktes mit der Oberseite der PTC-Heizelemente 2 sind die Kontaktelemente 3 durch den über die Druckfedern 6 ausgeübten Druck berührend angeordnet, wobei gleichzeitig der elektrische Kontakt realisiert wird. Eine derartige Anordnung der Kontaktelemente 3 hat den wesentlichen Vorteil, daß das Wärmeleitmittel 42 auch elektrisch isolierend sein kann und daher über einen in der Isolierplatte 5 befindlichen Einfüllstutzen 10 nach dem Zusammenbau des Gemischvorwärmers bzw. einer anderen erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung die identischen Wärmeleitmittel 41 und 42 gleichzeitig eingebracht werden können. Die Verwendung von teueren, elektrisch leitfähigen Stoffen, z.B. silbergefüllte Silikonklebstoffe, als Wärmeleitmittel entfällt damit. Als Wärmeleitmittel 41 bzw. 42 für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist z.B. Silikonfett verwendbar, was aufgrund seinerTemperaturwechselbeständigkeit, insbesondere in Gemischvorwärmern für Kraftfahrzeuge, fir Temperatureinsatzbereiche von -40 Grad Celsius bis +180 Grad Celsius ausgezeichnet geeignet ist.A predeterminable maximum current consumption of the heating device can be determined from the sum of the current-time characteristics of each PTC heating element combination as a function of at least one of the parameters mentioned. To improve the thermal contact with the top of the PTC heating elements 2, the contact elements 3 are arranged touching by the pressure exerted on the compression springs 6, wherein at the same time the electrical contact is realized. Such an arrangement of the contact elements 3 has the significant advantage that the heat-conducting 42 can also be electrically insulating and therefore the heat transfer means 41 and 42 at the same time via a filler neck 10 located in the insulating 5 after assembly of the mixture preheater or other electrical heating device according to the invention can be introduced. The use of expensive, electrically conductive materials, e.g. Silver-filled silicone adhesives, as a heat transfer fluid is eliminated. As heat conducting means 41 or 42 for a heating device according to the invention, e.g. Silicone grease usable, which is due to its thermal shock resistance, especially in mixture preheaters for motor vehicles, for temperature ranges from -40 degrees Celsius to +180 degrees Celsius excellent.

Claims

A self-regulating electric heater having PTC heating elements comprising a radiator on the heat-receiving side of which a plurality of PTC heating elements are disposed in good thermal and electrical contact with the radiator, a plurality of contact elements in electrical contact with the PTC heating elements disposed on the heat-receiving surface Side of the radiator facing away from the top of the PTC heating elements are arranged, located between contact elements and PTC heating elements heat conduction and one or more holding and adjusting elements for safe electrical contacting of the PTC heating elements, characterized in that the heat capacities of the contact elements to the defined Determining the heating time until reaching the working temperature and / or reducing the maximum current consumption of the electric heater depending on the size of the mass or / and the specific heat storage capacity of the contact elements o the / and of the size of the standing in thermal contact with the respective PTC heating element surface of the corresponding contact element and that the contact elements are arranged touching by the force exerted on the holding and adjusting pressure to the PTC heating elements.

2. Self-regulating electric heater with PTC heating elements according to claim 1, characterized in that each PTC heating element is associated with a contact element, wherein the contact elements have a heat capacity of different sizes.

3. Self-regulating electric heater with PTC heating elements according to claim 2, characterized in that the contact elements have a mutually different sized area and each other a high heat transfer resistance.

4. Self-regulating electrical heating device according to claim 3, characterized in that the individual PTC heating elements associated differently sized contact elements have an arbitrary shape.

5. Self-regulating electrical heating device with PTC heating elements according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual PTC heating elements respectively associated contact elements differ in material and / or in their mass from each other.