DE10053415A1

DE10053415A1 - Elektrischer Heizkörper

Info

Publication number: DE10053415A1
Application number: DE10053415A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Muecke; Bert Peters
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2002-05-29
Also published as: CN1471798A; PL361032A1; EP1338174A1; WO2002035885A1; KR20030072337A; JP2004529457A; US20040026411A1; NZ525366A

Abstract

Der elektrische Heizkörper besteht aus einer thermisch gut leitenden Wärmeverteilerplatte 3, mindestens einem Heizleiter 2 aus einer auf die Wärmeverteilerplatte einseitig aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn, die mindestens ein Areal 6 der Wärmeverteilerplatte 3 unbedeckt läßt und einem Anschlußelement 4 für die galvanische Verbindung zu den Leiterbahn-Enden. DOLLAR A Zur kontinuierlichen und möglichst verzögerungsfreien Messung der Temperatur des zu beheizenden Mediums bei laufendem Betrieb der Dickschichtheizung und zur Vermeidung eines weiteren Durchbruches im Behälter ist auf dem Areal 6 ein temperaturabhängiger Widerstand 9 aus einer auf derselben Seite der Wärmeverteilerplatte 3 wie der Heizleiter 2 aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn 8, 9 aus einem Material mit einem zur Auswertung genügend großen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten in einer wie der Heizleiter 2 elektrisch isolierten und thermisch vom Heizleiter 2 weitgehend entkoppelten Position vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizkörper bestehend aus einer thermisch gut leitenden Wärmeverteilerplatte, mindestens einem Heizleiter aus einer auf die Wärme verteilerplatte einseitig aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn, die mindestens ein Areal der Wärmeverteilerplatte unbedeckt läßt und einem Anschlußelement für die galvanische Verbindung zu den Leiterbahn-Enden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Neben diversen bekannten Heizplatten mit wärmetechnisch eng kontaktierten Rohrheiz körpern für die Beheizung von meistens flüssigen Medien in wasserführenden Haushalt geräten wie Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen sind auch sogenannte Dick schichtheizungen bekannt, bei denen unter Zwischenlage einer mineralischen Isolation - heute zumeist aus Silikatglas - flache Heizleiterbahnen als Dickschichten auf einer gut wärmeleitenden, zumeist metallischen Wärmeverteilerplatte aufgebracht sind. Die metal lische Platte ist in einen Ausschnitt des Mediumbehälters eingesetzt und hat direkten Kontakt zum Medium.

Dies hat den Vorteil, daß die von den Dickschicht-Leiterbahnen abgegebene Heizleistung nahezu unmittelbar und verlustfrei auf das Medium übertragen wird. Dies vermindert den erforderlichen Energieaufwand. Außerdem benötigen so flach bauende Heizkörper wie Dickschichtheizungen keinen eigenen Bauraum wie etwa Rohrheizkörper, wodurch sich eine erhebliche Menge an Wasser einsparen läßt.

Zur Überwachung der Temperatur des zu heizenden Mediums (Wasser oder Lauge) be dient man sich beim Einsatz sowohl von Rorheizkörpern wie von Dickschichtheizungen elektromechanischer oder elektronischer Temperatursensoren, die an irgend einer geeig net erscheinenden Stelle des Mediumbehälters angebracht sind. Zumeist muß dazu auch ein Durchbruch im Behälter vorgesehen sein, was fertigungstechnisch aufwendig und wegen Dichtproblemen sicherungstechnisch bedenklich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontinuierliche und möglichst verzöge rungsfreie Messung der Temperatur des zu beheizenden Mediums bei laufendem Betrieb der Dickschichtheizung sicherzustellen. Dabei ist erwünscht, daß für die Messung der Mediumtemperatur kein weiterer Durchbruch im Behälter vorgesehen sein muß.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem elektrischen Heizkörper der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß auf dem Areal ein temperaturabhängiger Wider stand aus einer auf derselben Seite der Wärmeverteilerplatte wie der Heizleiter aufge brachten Dickschicht-Leiterbahn aus einem Material mit einem zur Auswertung genügend großen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten in einer wie der Heizleiter elektrisch isolierten und thermisch vom Heizleiter weitgehend entkoppelten Position vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Integration des Teperatursensors ebenfalls in Dickschichttechnik direkt auf der Wärmeverteilerplatte hat den Vorteil, daß die Temperatur des Mediums sofort nach seiner Beheizung erfaßt wird, ohne daß irgend ein Abkühlvorgang eingesetzt haben kann. Da die Dickschichtheizleiter thermisch besonders gut an die Wärmevertei lerplatte angekoppelt sind, wodurch eine schnelle Übertragung der Heizleistung stattfin det, die dann ihrerseits ebenfalls schnellstens an das Medium übertragen wird, ist die thermische Ankoppelung eines temperaturabhängigen Widerstands in Dickschichttechnik gemäß der Erfindung an dieselbe Wärmeverteilerplatte sogar in einiger Nähe des Heiz leiters möglich, ohne eine wesentliche thermische Kopplung unmittelbar zum Heizleiter befürchten zu müssen. Dadurch hat der Temperatursensor eine bessere thermische An kopplung über die Wärmeverteilerplatte an die erwärmte Flüssigkeit als an den relativ entfernten Heizleiter. Auch über die Wärmeverteilerplatte ist die thermische Kopplung des Sensors zum nächsten Heizleiter schlechter, weil der Wärmestrom dazu zweimalig die thermische Isolation durchlaufen muß. Erfahrungsgemäß hat daher ein Abstand von we nigen Millimetern zwischen dem Sensor und dem nächsten Heizleiter bereits für eine gute thermische Entkopplung gesorgt.

Zwar ist auch eine Wärmeverteilerplatte verwendbar, die selbst aus elektrisch isolieren dem Werkstoff hergestellt ist, damit die unmittelbar auf diese Platte aufgetragenen Heiz leiter und Sensormaterialien untereinander galvanisch getrennt sind. Allerdings sind elek trische Isolatoren in den meisten Fällen auch keine besonders guten Wärmeleiter, so dass die Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung mit einem elektrisch neutralen Werkstoff für die Wärmeverteilerplatte schlechter gelingt als mit einem elektrisch und thermisch gut leitenden Werkstoff. Daher sind bei einer besonders vorteilhaften Weiter bildung der Erfindung der Heizleiter und der temperaturabhängige Widerstand durch eine temperaturbeständige Isolation von der Wärmeverteilerplatte galvanisch isoliert.

Weiterhin ist diese galvanische Isolation in vorteilhafter Weise durch eine Silikatglas- Schmelzschicht dargestellt. Sie ist fertigungstechnisch unproblematisch und hält auch den Angriffen durch starke Temperaturunterschiede und Laugenbelastungen sehr gut stand.

Wenn die Wärmeverteilerplatte in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kreisförmig ist, der Heizleiter ebenfalls kreisförmig um das Zentrum herum mäandriert ist und der temperaturabhängige Widerstand im Zentrum angeordnet ist, läßt sich eine kon struktive Konstellation mit sehr guten Daten für die Temperaturfestigkeit und gute thermi sche Koppelungen bzw. Isolierungen erzielen.

Zur Veresserung der ohnehin schon guten Laugenbeständigkeit ist es von besonderm Vorteil, wenn gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung die Wärmeverteilerplatte zu sammen mit dem Heizleiter und dem temperaturabhängigen Widerstand durch eine Sili katglas-Schmelzschicht eingeschlossen ist.

In besonders vorteilhafter Weise läßt sich ein Heizkörper mit mindestens einem der vor stehenden Merkmale bei einer Wasch- oder Geschirrspülmaschine mit einem im tiefsten Bereich eines Laugenbehälters angeordneten Heizkörper für die Lauge anwenden.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erfindung nachstehend erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Ansicht auf die mit den Heizleitern und einer Sensoranordnung be legte Fläche eines erfindungsgemäßen Heizkörpers,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1 mit einer anderen Sensoranordnung und mit einer elektrischen Anschlußwanne an einem erfindungsgemäßen Heiz körper und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Heizkörper entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Die Ansicht auf die Heizleiterfläche 1 des erfindungsgemäß gestalteten Heizkörpers in Fig. 1 zeigt die kreisringförmig mäandrierte Führung der Heizleiter 2, die über zwei über den Rand der Wärmeverteilerplatte 3 hinaus ragende Anschlußfahnen 4 mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbindbar sind. Die Mäander-Richtungswechsel der Heizleiter sind so getroffen, daß zwischen ihnen eine Gasse auf der Heizleiterfläche 1 frei bleibt für die Führung von ebenfalls in Dickschichttechnik aufgetragenen Zu- und Abfüh rungsleitungen 5 für einen auf der kleinen kreisförmigen Mittenfläche 6 auch in Dick schichttechnik aufgetragenen Temperatursensor 7. Der Temperatursensor besteht aus zwei halbkreisförmig ein zentrale Areal umschließende Zuleitungen 8, die den eigentli chen, aus Dickschichtleitungen eines Materials mit einem zur Auswertung genügend großen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten bestehenden Thermowiderstand 9 um gibt. Dadurch ist der Thermowiderstand 9 vor thermischen Einflüssen von der Seite her besser geschützt.

Obwohl die Dickenabmessungen der Wärmeverteilerplatte 3 und der aufgetragenen elektrischen Leiter 2, 8 und 9 gegenüber dem Durchmesser des Heizkörpers 10 zur Ver deutlichung der Anordnung übertrieben groß dargestellt sind, ist aus Fig. 2 schon erkenn bar, daß der thermische Widerstand R_{th vert} in vertikaler Richtung zwischen dem Tempe ratursensor 7 und der unmittelbar an der Oberseite der Wärmeverteilerplatte 3 im Kontakt stehenden Lauge H₂O + X deutlich geringer ist als der thermische Widerstand R_{th lateral} zwi schen dem Temperatursensor 7 und den ihn umgebenden Heizleitern 2.

Für die elektrische Isolation zwischen der metallischen Wärmeverteilerplatte 3 und den jeweiligen Dickschicht-Leitern 2, 8 und 9 wird von einer mineralischen Schicht 11, vor zugsweise einer Silikatglas-Schmelzschicht bewerkstelligt. Sie hat zwar auch einen nicht sehr kleinen thermischen Widerstand. Da sie aber extrem dünn aufgetragen ist, was der geforderten elektrischen Isolation entspricht, kann der thermische Widerstand noch als genügend klein betrachtet werden.

Der Randbereich 12 der Wärmeverteilerplatte 3 ist nach oben umgebogen und korre spondiert in seiner Form mit einem entgegengebogenen Randbereich 13 eines entspre chenden Ausschnittes im Laugenbehälter 14 einer nicht näher dargestellten Waschma schine.

Der in Fig. 3 dargestellte Heizkörper 20 hat einen anders gestalteten Temperatursensor 15 als in Fig. 1. Zwischen einzelnen seiner Leiterbahnfalten 16 sind temperaturabhängige Widerstandsleiterbahnen 17 angeordnet, deren temperaturabhängige Widerstandswerte elektrisch registriert werden können. Sowohl die Enden der Heizleiter 2 wie auch die An schlußleitungen 18 des Temperatursensors 15 sind an Kontaktstellen 19 und 21 oberhalb der Isolierlage 11 geführt. Diese Kontaktstellen 19 und 21 sind mit fußartigen Anschlußfah nen 22 und 23 einer Messerleiste 24 galvanisch verbunden. Eine solche Verbindung kann durch Löten oder Schweißen hergestellt werden. Außerdem ist die Messerleiste 24 auch noch durch Füße 25 mit der Wärmeverteilerplatte 3 auf die gleiche Weise mechanisch verbunden.

Durch die Ausführungsform nach Fig. 3 kann der elektrische Anschluß an den Heizkörper auf einfachere, mechanisch sicherere und bauraumbedingt montagefreundlichere Weise geschehen.

Claims

1. Elektrischer Heizkörper bestehend aus einer thermisch gut leitenden Wärmever teilerplatte (3), mindestens einem Heizleiter (2) aus einer auf die Wärmeverteiler platte einseitig aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn, die mindestens ein Areal (6) der Wärmeverteilerplatte (3) unbedeckt läßt und einem Anschlußelement (4, 24) für die galvanische Verbindung zu den Leiterbahn-Enden, dadurch gekennzeich net, daß auf dem Areal (6) ein temperaturabhängiger Widerstand (9, 16, 17) aus einer auf derselben Seite der Wärmeverteilerplatte (3) wie der Heizleiter (2) auf gebrachten Dickschicht-Leiterbahn (8, 9, 16) aus einem Material mit einem zur Auswertung genügend großen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten in ei ner wie der Heizleiter (2) elektrisch isolierten und thermisch vom Heizleiter (2) weitgehend entkoppelten Position vorgesehen ist.

2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (2) und der temperaturabhängige Widerstand (9, 16, 17) durch eine temperaturbeständige Isolation (11) von der Wärmeverteilerplatte (3) galvanisch isoliert sind.

3. Heizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Isola tion durch eine Silikatglas-Schmelzschicht dargestellt ist.

4. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverteilerplatte (3) kreisförmig ist und der Heizleiter (2) ebenfalls kreisförmig um das Zentrum (6) herum mäandriert ist und daß der temperaturabhängige Wi derstand im Zentrum (6) angeordnet ist.

5. Heizkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverteilerplatte (3) zusammen mit dem Heizleiter (3) und dem tempera turabhängigen Widerstand (9, 16, 17) durch eine Silikatglas-Schmelzschicht ein geschlossen ist.

6. Wasch- oder Geschirrspülmaschine mit einem im tiefsten Bereich eines Laugen behälters angeordneten Heizkörper für die Lauge, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.