DE102011011692B4

DE102011011692B4 - Heizmodul und Verdampfungsvorrichtung mit einem Heizmodul

Info

Publication number: DE102011011692B4
Application number: DE102011011692.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Ihle; Werner Kahr; Steffen Mehlig
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2031-02-19
Also published as: JP2013539982A; US9242020B2; WO2012052321A1; CN103283303B; JP5774710B2; CN103283303A; US20130266297A1; DE102011011692A1; EP2630838A1

Abstract

Heizmodul (1), aufweisend- ein Gehäuse (3) mit einer Öffnung (31),- ein im Gehäuse (3) angeordnetes PTC-Keramik-Heizelement (2), das eine der Öffnung (31) zugewandte Innenseite (21), eine der Öffnung (31) abgewandte Außenseite (22) und zwei die Innen- und Außenseite (21, 22) verbindende Stirnseiten (23, 24) aufweist, wobei die Innenseite (21) zumindest teilweise an die Öffnung (31) angepasst ist, und- drei Kontaktelemente (41, 42, 43), die an die Form des PTC-Keramik-Heizelements (2) angepasst sind, wobei zwei Kontaktelemente (42, 43) auf der einen Stirnseite (24) des PTC-Keramik-Heizelements (2) angeordnet sind und ein Kontaktelement (41) auf der anderen Stirnseite (23) des PTC-Keramik-Heizelements (2) angeordnet ist.

Description

Es werden ein Heizmodul und eine Verdampfungsvorrichtung mit einem Heizmodul angegeben.
Es sind Heizungen für das Verdampfen von Fluiden, die Duft- oder Wirkstoffe beispielsweise zum Vertreiben von Insekten wie etwa Mücken enthalten, bekannt. Solche Wirkstoff enthaltende Fluide werden beispielsweise über einen Docht verdampft, der aus einem mit dem Fluid gefüllten Behältnis herausragt und durch eine am Dochtende positionierte Heizeinheit erhitzt wird.
Für die Beheizung von Systemen für die Verdampfung von Wirkstoff enthaltenden Fluiden werden vorwiegend PTC-Heizelemente eingesetzt. Die Beheizung erfolgt dabei üblicherweise durch flächige PTC-Heizelemente, insbesondere durch PTC-Heizelemente, die als Scheiben oder Rechteckelemente ausgebildet sind und die zwischen Kontaktblechen in einem Gehäuse aus Kunststoff oder Keramik angeordnet sind.
Um die für die Verdampfung notwendige Wärme zu erzeugen, muss eine entsprechend hohe Temperatur am Docht erzielt werden, wobei aufgrund eines für die Ausbildung einer Konvektion notwendigen Ringspaltes zwischen Docht und Heizeinheit kein direkter Kontakt für einen guten Wärmeübergang besteht. Meistens wird die von einem PTC-Heizelement erzeugte Wärme auf einen Wärmeleiter, der den Docht umschließen kann, übertragen und dieser kann wiederum den Docht erhitzen.
Dadurch ist es erforderlich, das PTC-Heizelement auf eine Temperatur aufzuheizen, die erheblich über der zur Verdampfung am Docht erforderlichen Temperatur liegt.
Nachteil bei den derzeitigen Anwendungen ist somit der geringe Wirkungsgrad aufgrund des ungünstigen Oberflächen-Volumenverhältnisses der PTC-Keramik sowie der von der eigentlichen Wärmeübergangsfläche weit entfernten Anordnung des PTC-Heizelements. Meist folgt daraus, das erheblich höhere Heizleistungen vorgesehen werden müssen und/oder Kompromisse in der konstruktiven Gestaltung notwendig sind.
Die Patentanmeldung EP 0 290 159 A2 beschreibt beispielsweise eine PTC-Heizvorrichtung, die in einer elektrischen Verdampfungsvorrichtung zum Verdampfen von Fluiden eingesetzt wird. Die PTC-Heizvorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer Abdeckplatte, ein ringförmiges PTC-Thermistorelement mit einer oberen und einer unteren Elektrode sowie eine obere und eine untere ringförmige Elektrodenplatte zwischen denen das PTC-Thermistorelement angeordnet ist.
Die Patentanmeldung EP 0 689 766 A1 beschreibt weiterhin eine Vorrichtung zum Verdampfen von Insektizidlösungen, die ein Gehäuse mit einem zylindrischen Körper, einen Deckel sowie eine Leiterplatte mit elektrischen Widerständen umfasst, wobei die Leiterplatte zwischen einer Scheibe und einem Aufsatz zum Abdecken der Widerstände angeordnet ist. Weiterhin weisen die Scheibe, die Leiterplatte und der Aufsatz jeweils eine Öffnung auf, durch die ein Docht geführt werden kann, welcher mit seinem einen Ende in ein Behältnis mit einer Insektizidlösung ragt.
Eine Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen ist es, ein Heizmodul anzugeben. Eine weitere Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen ist es, eine Verdampfungsvorrichtung mit einem Heizmodul anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Ein Heizmodul gemäß zumindest einer Ausführungsform weist ein Gehäuse mit einer Öffnung und ein im Gehäuse angeordnetes PTC-Keramik-Heizelement auf. Das PTC-Keramik-Heizelement weist eine der Öffnung zugewandte Innenseite, eine der Öffnung abgewandte Außenseite und zwei die Innen- und Außenseite verbindende Stirnseiten auf. Weiterhin ist die Innenseite des PTC-Keramik-Heizelements zumindest teilweise an die Öffnung angepasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Form des PTC-Keramik-Heizelements an die Form der Öffnung angepasst. Vorzugsweise ist insbesondere die gesamte Form der der Öffnung zugewandten Innenseite des PTC-Keramik-Heizelements an die Form der Öffnung angepasst. Insbesondere weist die Innenseite des PTC-Keramik-Heizelements eine gekrümmte Oberfläche auf, die die Öffnung des Gehäuses zumindest teilweise umschließt. Vorzugsweise weist die Oberfläche der Innenseite einen gebogenen Querschnitt auf.
Das Heizmodul kann insbesondere zur Erhitzung eines flüssigkeitsleitenden Elements, beispielsweise eines Dochts oder einer Kapillare, ausgestaltet sein oder dazu verwendet werden.
Beispielsweise kann das flüssigkeitsleitende Element durch die Öffnung des Gehäuses geführt werden. Das Heizmodul ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass das PTC-Keramik-Heizelement nahe an der Öffnung angeordnet ist. Das PTC-Keramik-Heizelement umschließt dabei den Docht zumindest teilweise. Vorteilhafterweise kann dadurch auf weitere Elemente zur Wärmeleitung zwischen dem PTC-Keramik-Heizelement und dem flüssigkeitsleitenden Element verzichtet werden, so dass das flüssigkeitsleitende Element unmittelbar durch das PTC-Keramik-Heizelement erhitzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist das PTC-Keramik-Heizelement eine Funktionskeramik, beispielsweise auf Basis von BaTi0₃, auf, die zum Beispiel mittels Presstechnologie oder Spritzgusstechnologie hergestellt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das PTC-Keramik-Heizelement an seinen Stirnseiten Elektroden auf. Die Elektroden werden beispielsweise durch Metallisierungen gebildet, die auf das PTC-Keramik-Heizelement aufgetragen sind. Die Elektroden dienen zur elektrischen Kontaktierung des PTC-Keramik-Heizelements.
Weiterhin ist an den Stirnseiten des PTC-Keramik-Heizelements jeweils ein Kontaktelement angeordnet. Die Kontaktelemente können beispielsweise als Kontaktbleche ausgeführt sein. In einer Ausführungsform weisen die Kontaktelemente Aluminium auf oder sind aus Aluminium. Bevorzugt weisen die Kontaktelemente Reinaluminium, beispielsweise solches mit der Bezeichnung EN AW-Al 99,5 (3.0255), auf oder sind aus diesem Material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das PTC-Keramik-Heizelement zwischen den Kontaktelementen über eine Klemmkontaktierung angeordnet. Vorzugsweise ist das PTC-Keramik-Heizelement durch Klemmung zwischen den Kontaktelementen befestigt. Für die Klemmkontaktierung zwischen den Kontaktelementen und dem PTC-Keramik-Heizelement sind keine Federelemente notwendig, vielmehr können die Kontaktelemente, das PTC-Keramik-Heizelement und das Gehäuse derart ausgestaltet sein, dass auf die Kontaktelemente und das PTC-Keramik-Heizelement ein mechanischer Druck ausgeübt wird, durch den die Kontaktelemente und das PTC-Keramik-Heizelement gegeneinander gepresst und damit geklemmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontaktelemente in ihrer Form zumindest teilweise an die Form des PTC-Keramik-Heizelements angepasst.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kontaktelemente zumindest teilweise ringförmig oder U-förmig ausgebildet. Weiterhin können die Kontaktelemente eine Kegelstumpfform oder einen kegelstumpfförmigen Bereich aufweisen, die an eine konische Form des PTC-Keramik-Heizelements an dessen Stirnseiten angepasst ist. Ebenso kann das Gehäuse entsprechende konische Bereiche aufweisen, über die im zusammengebauten Zustand die Kontaktelemente mit dem jeweiligen kegelstumpfförmigen Bereich an die konischen Stirnseiten des PTC-Keramik-Heizelements angepresst werden.
Das Heizmodul weist drei Kontaktelemente auf. Die Kontaktelemente sind an die Form des PTC-Keramik-Heizelements angepasst. Zwei der drei Kontaktelemente sind auf der einen Stirnseite des PTC-Keramik-Heizelements und ein Kontaktelement ist auf der anderen Stirnseite des PTC-Keramik-Heizelements angeordnet. Hierbei kann das PTC-Keramik-Heizelement auf der einen Stirnseite zwei separate Elektroden aufweisen, die jeweils durch voneinander getrennte Metallisierungen der Stirnseite realisiert sind. Das Heizmodul kann somit derart ausgestaltet sein, dass es drei separate Anschlüsse aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Stirnseiten des PTC-Keramik-Heizelements zumindest teilweise angeschrägt. Durch die zumindest teilweise angeschrägten Stirnseiten kann die Klemmungswirkung zwischen dem PTC-Keramik-Heizelement und den Kontaktelementen im Gehäuse weiter verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das PTC-Keramik-Heizelement ringförmig ausgebildet. Das PTC-Keramik-Heizelement kann insbesondere eine Öffnung aufweisen, die vorzugsweise hinsichtlich ihrer Form und ihrer Größe der Öffnung des Gehäuses angepasst ist. Dadurch kann der Wärmeübergang zwischen dem PTC-Keramik-Heizelement und einem in der Öffnung des Gehäuses angeordneten flüssigkeitsleitenden Element optimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das PTC-Keramik-Heizelement an den Stirnseiten zumindest teilweise konisch ausgebildet. Beispielsweise weisen die Stirnseiten des PTC-Keramik-Heizelements konische Bereiche auf, die auch als so genannte Phasen bezeichnet werden können. Durch die konische Ausbildung der Stirnseiten kann die Klemmkontaktierung zwischen dem PTC-Keramik-Heizelement und den Kontaktelementen verbessert werden. Vorzugsweise sind die Stirnseiten des PTC-Keramik-Heizelements in Richtung Außenseite angeschrägt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das PTC-Keramik-Heizelement U-förmig beziehungsweise hufeisenförmig ausgebildet. Durch die U-förmige Ausgestaltung des PTC-Keramik-Heizelements kann dieses das flüssigkeitsleitende Element, beispielsweise einen Docht oder eine Kapillare, zumindest teilweise umschließen. Das PTC-Keramik-Heizelement befindet sich somit in unmittelbarer Nähe des flüssigkeitsleitenden Elements, wodurch der Wärmeübertrag von dem PTC-Keramik-Heizelement zu dem flüssigkeitsleitenden Element optimiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das PTC-Keramik-Heizelement an der der Öffnung zugewandten Innenseite eine geringere Höhe auf als an der der Öffnung abgewandten Außenseite. Beispielsweise kann das PTC-Keramik-Heizelement von einem Mittelpunkt der Öffnung aus gesehen keilförmig ausgebildet sein.
Weiterhin kann das Gehäuse einen Innenraum aufweisen, der im Querschnitt eine Keilform aufweist. Vorzugsweise ist die Keilform radial nach innen, also in Richtung der Öffnung, verjüngt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Keilform des Innenraums des Gehäuses und die Form des PTC-Keramik-Heizelements aneinander angepasst. Wird das Gehäuse verschlossen, so rutscht das PTC-Keramik-Heizelement in eine Position, in der es zwischen den Kontaktelementen und dem Gehäuse eingeklemmt ist. Dies sorgt im Gehäuse für eine dauerhafte Klemmkontaktierung zwischen dem PTC-Keramik-Heizelement und den Kontaktelementen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Gehäuse zumindest zwei Gehäuseteile, die durch eine Rastverbindung miteinander verbunden sind. Durch die Rastverbindung der Gehäuseteile wird auf die im Gehäuse angeordneten Kontaktelemente und auf das PTC-Keramik-Heizelement ein mechanischer Druck ausgeübt, so dass die Kontaktelemente und das PTC-Keramik-Heizelement miteinander verklemmt sind.
Mechanische Schädigungen des PTC-Keramik-Heizelements durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen der Materialien können bei den hier beschriebenen Ausführungsformen durch eine dauerhafte Klemmkontaktierung und der damit verbundenen Druckspannung in der Keramik vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zumindest zwei Gehäuseteile mit einer gebördelten Innenhülse verbunden. Die Innenhülse weist vorzugsweise Metall auf. Weiterhin wird bevorzugt, dass die Innenhülse zumindest teilweise in der Öffnung des Gehäuses angeordnet ist. Sie kann beispielsweise beim Zusammenbau gebördelt werden und kann dadurch eine dauerhafte Klemmung des Gehäuses und des PTC-Keramik-Heizelements bewirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Gehäuseteile einen Kunststoff auf. Das Gehäuse beziehungsweise die Gehäuseteile können beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Flüssigkristallpolymer („liquid crystal polymer“, LCP), aufweisen. Des Weiteren können die Gehäuseteile zur elektrischen Isolation der Innenhülse so ausgeführt sein, dass das PTC-Keramik-Heizelement durch eine innere Schale abgetrennt ist. Mit anderen Worten kann das Gehäuse zwischen der Innenseite des PTC-Keramik-Heizelements und der Öffnung eine Wand oder einen Wandbereich aufweisen, der die Öffnung umschließt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung aus dem Gehäuse herausragende Anschlussfahnen auf. Weiterhin können die Anschlussfahnen so ausgeführt sein, dass handelsübliche Flachstecker angeschlossen werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können zur elektrischen Kontaktierung an den Kontaktelementen zum Beispiel Crimp-Anschlüsse vorgesehen werden.
Bei dem hier beschriebenen Heizmodul erfolgt der Wärmeübertrag von dem PTC-Keramik-Heizelement auf das flüssigkeitsleitende Element mit einem hohen Wirkungsgrad. Des Weiteren zeichnet sich das PTC-Keramik-Heizelement vorteilhafterweise durch ein günstiges Oberflächen-Volumenverhältnis aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist eine Verdampfungsvorrichtung einen Behälter, ein flüssigkeitsleitendes Element und ein Heizmodul gemäß einer oder mehrerer der vorgenannten Ausführungsformen auf. Dabei ragt das flüssigkeitsleitende Element mit einem Ende in das Heizmodul. Vorzugsweise wird das flüssigkeitsleitende Element in diesem Bereich zumindest teilweise von dem PTC-Keramik-Heizelement umgeben, so dass ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen dem PTC-Keramik-Heizelement und dem flüssigkeitsleitenden Element erfolgen kann. Mit dem anderen Ende ragt das flüssigkeitsleitende Element in den Behälter, der zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise mit einem Wirkstoff enthaltenden Fluid wie zum Beispiel einer Flüssigkeit, die Naturpyrethrum, Pyrethroide oder ätherische Öle zur Mückenabwehr enthält, gefüllt sein kann. Alternativ kann es sich auch um Flüssigkeiten zur Verbesserung der Raumluft, so genannte Lufterfrischer, handeln.
Mit einer hier beschriebenen Verdampfungsvorrichtung kann beispielsweise zum Vertreiben von Insekten oder zur Verbesserung der Raumluft die beispielsweise einen der vorab genannten Wirkstoffe enthaltende Flüssigkeit verdampft werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des Heizmoduls ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 12 beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:

1 bis 5 Darstellungen eines Heizmoduls sowie Elemente des Heizmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel,
6 und 7 eine Verdampfungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
8 bis 10 Darstellungen eines Heizmoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
11 und 12 Darstellungen eines Heizmoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den 1 bis 5 sind schematische Ansichten eines Heizmoduls 1 sowie von Komponenten dieses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. 1 zeigt das Heizmodul 1 dabei in einem zusammengebauten Zustand, während in 2 eine schematische Ansicht des durchgeschnittenen Heizmoduls 1 aus 1 gezeigt ist. 3 zeigt das Heizmodul 1 aus 1 in Form einer Explosionsdarstellung.
Das Heizmodul 1 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist als Ringheizmodul ausgeführt und weist ein Gehäuse 3 mit einer Öffnung 31 und ein im Gehäuse 3 angeordnetes PTC-Keramik-Heizelement auf. Die Öffnung 31 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet und kann beispielsweise ein flüssigkeitsleitendes Element wie etwa einen Docht oder eine Kapillare aufnehmen.
Das Gehäuse 3 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Gehäuseteile 32, 33. Die Gehäuseteile 32, 33 weisen jeweils Haltearme auf, die sich radial von der Öffnung 31 wegerstrecken und am Ende jeweils einen U-förmigen Bereich aufweisen. Dadurch kann das Heizmodul 1 beispielsweise an einer Haltevorrichtung befestigt werden.
Das PTC-Keramik-Heizelement 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet und umschließt somit die Öffnung 31 des Gehäuses 3. Jeder der Gehäuseteile 31, 32 weist zwischen dem PTC-Keramik-Heizelement 2 und der Öffnung 31 einen Wandbereich auf, durch den das PTC-Keramik-Heizelement 2 von der Öffnung 31 und einer in der Öffnung 31 angeordneten und weiter unten beschriebenen Innenhülse 5 isoliert ist. Die Stirnseiten des PTC-Keramik-Heizelements 2 sind in Richtung Außenseite angeschrägt, wodurch das PTC-Keramik-Heizelement 2 an den Stirnseiten eine Konusform erhält.
In 4 ist das PTC-Keramik-Heizelement 2 in einer Seitenansicht dargestellt. Die angeschrägten Stirnseiten 23, 24 schließen mit der Außenseite 22 einen Winkel 8 ein, der rein beispielhaft 30° aufweist. Die angeschrägten Stirnseiten 23, 24 weisen angeschrägte Bereiche 9 auf, die beispielsweise in Richtung der Öffnungsachse des PTC-Keramik-Heizelement 2 eine Länge von 0,75 mm aufweisen. Die Wandstärke des PTC-Keramik-Heizelements 2 beträgt in etwa 1 mm. Alternativ liegt die Wandstärke des PTC-Keramik-Heizelements 2 zwischen 0,5 mm und 2,5 mm. Der Außendurchmesser 6 des PTC-Keramik-Heizelements 2 beträgt rein beispielhaft 13,26 mm. Des Weiteren weist das PTC-Keramik-Heizelement 2 rein beispielhaft eine Höhe 7 von 4,5 mm auf.
Auf den angeschrägten Bereichen 9 der Stirnseiten 23, 24 sind Elektroden aufgebracht, über die das PTC-Keramik-Heizelement 2 elektrisch kontaktiert werden kann.
Das PTC-Keramik-Heizelement 2 wird über zwei an den Stirnseiten 23, 24 angeordnete Kontaktelemente 41, 42 über eine konusförmige Klemmung elektrisch kontaktiert. Die Kontaktelemente 41, 42 sind jeweils als kegelstumpfförmiger Kontaktring mit einer Anschlussfahne 44 ausgebildet.
5 zeigt zur Verdeutlichung eine schematische Ansicht des Kontaktelements 41.
Die Kontaktelemente 41, 42 sind ihrer Form nach dem PTC-Keramik-Heizelement 2 angepasst, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen den Kontaktelementen 41, 42 und dem PTC-Keramik-Heizelement 2 erreicht werden kann. Insbesondere ist das PTC-Keramik-Heizelement 2 durch eine Klemmkontaktierung zwischen den Kontaktelementen 41, 42 befestigt. Die Klemmung erfolgt über die konusförmigen Stirnseiten 23, 24, auf die die beiden Kontaktelemente 41, 42 aufgepresst werden. Hierzu weisen die Gehäuseteile 31, 32 in den Bereichen, die an die Kontaktelemente 41, 42 im Bereich der Stirnseiten 23, 24 des PTC-Keramik-Heizelements 2 angrenzen, ebenfalls konische Flächen auf, über die die Kontaktelemente 41, 42 an die Stirnseiten 23, 24 im geschlossen Zustand des Gehäuses 3 angepresst werden.
Eine in der Öffnung 31 angeordnete Metallhülse 5, die vorzugsweise beim Zusammenbau gebördelt wird, sorgt für eine dauerhafte Klemmung, da die beiden Gehäuseteile 32, 33, die im Bereich des Sitzes der Kontaktelemente 41, 42 den gleichen Konus wie die Kontaktelemente 41, 42 und das PTC-Keramik-Heizelement 2 aufweisen, mittels der Metallinnenhülse 5 beim Bördeln zusammengedrückt werden.
In der Explosionsdarstellung der 3 sind die einzelnen Bauelemente des Heizmoduls 1, wie die Innenhülse 5, die Gehäuseteile 32 und 33, die Kontaktelemente 41 und 42 sowie das PTC-Keramik-Heizelement 2 zur Verdeutlichung übereinander dargestellt. Insbesondere lässt sich erkennen, dass das PTC-Keramik-Heizelements 2 hinsichtlich der Form seiner der Öffnung 31 zugewandten Innenseite 21 an die Form der Öffnung 31 angepasst ist. Des Weiteren lassen sich die angeschrägten Stirnseiten 23, 24 des PTC-Keramik-Heizelements 2 sowie die in ihrer Form dem PTC-Keramik-Heizelement 2 angepassten, kegelstumpfförmigen Kontaktelemente 41, 42 erkennen.
Die Innenhülse 5 und/oder eines oder beide der Kontaktelemente 41, 42 können besonders bevorzugt Aluminium, etwa Reinaluminium, beispielsweise solches mit der Bezeichnung EN AW-Al 99,5 (3.0255), aufweisen oder daraus sein. Die Innenhülse 5 hat beispielsweise eine Masse von etwa 0,3 g, die Kontaktelemente 41, 42 haben beispielsweise jeweils eine Masse von etwa 0,1 g. Die Gehäuseteile 32, 33 können beispielsweise Kunststoffmaterialien, wie zum Beispiel Polybutylenterephthalat (PBT) oder Flüssigkristallpolymer („liquid crystal polymer“, LCP), aufweisen. Die Gehäuseteile 32, 33 haben beispielsweise eine Masse von etwa 0,4 g.
Der Durchmesser des Heizmoduls 1 ist der entsprechenden Applikation angepasst und beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 20 mm. Alternativ kann der Durchmesser des Heizmoduls 1 zwischen 1 mm und 50 mm betragen.
Die Höhe des Heizmoduls 1 beträgt in etwa 6,8 mm. Alternativ kann die Höhe des Heizmoduls 1 je nach Anforderung zwischen 2 mm und 20 mm variieren. Längere Heizmodule sind denkbar, je nach Anforderung können sich aber vor allem solche bis 20 mm als besonders vorteilhaft erweisen.
Das hier beschriebenes Heizmodul 1 stellt eine kostengünstige und effiziente Heizanordnung dar, die zum einen ohne eine zusätzliche elektronische Regelung der Heizleistung vollständig am gesamten Umfang Wärme erzeugt und zum anderen eine Klemmkontaktierung ohne Federelemente aufweist.
Die 6 und 7 zeigen eine Verdampfungsvorrichtung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, die ein Heizmodul 1, ein flüssigkeitsleitendes Element 12 und ein Behälter 11 umfasst. Das Heizmodul 1 ist dabei im Wesentlich wie das Heizmodul gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 ausgebildet.
Der Behälter 11 weist eine Haltevorrichtung 13 auf, an der das Heizmodul 1 befestigt ist. Dazu weist die Haltevorrichtung 13 zwei Nippel auf, an denen das Gehäuse des Heizmoduls 1 mittels Klemmung befestigt wird.
Das flüssigkeitsleitende Element 12 ist als Docht ausgeführt. Alternativ kann das flüssigkeitsleitende Element 12 auch als Kapillare ausgeführt sein. Das flüssigkeitsleitende Element 12 ragt mit einem Ende in das Heizmodul 1 und wird in diesem Bereich zumindest teilweise von dem im Heizmodul 1 angeordneten PTC-Keramik-Heizelement umschlossen. Mit dem anderen Ende ragt das flüssigkeitsleitende Element 12 in den Behälter 11, der zumindest teilweise beispielsweise mit einer Flüssigkeit, die Naturpyrethrum, Pyrethroide oder ätherische Öle zur Mückenabwehr enthält, gefüllt ist. Alternativ kann es sich auch um eine Flüssigkeit zur Verbesserung der Raumluft handeln. Der Durchmesser und/oder die Struktur des flüssigkeitsleitenden Elements 12 ist vorzugsweise so gewählt, dass ein sich im Behälter 11 befindendes Fluid bis zum PTC-Keramik-Heizelement aufsteigen kann.
Das Fluid wird, beispielsweise durch eine Kapillarkraft im flüssigkeitsleitenden Element 12, zum Heizmodul 1 und damit zum PTC-Keramik-Heizelement geleitet und durch die Heizwirkung verdampft.
Die hier beschriebene Verdampfungsvorrichtung 10 weist einen sehr hohen Wirkungsgrad bei einer vergleichsweise geringen elektrischen Leistungsaufnahme auf, da die zur Verdampfung erforderliche Wärme sehr nahe und im gezeigten Ausführungsbeispiel um das ganze flüssigkeitsleitende Element 12 herum erzeugt wird.
Die 8 bis 10 zeigen ein Heizmodul 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei in 8 eine Explosionsdarstellung des Heizmoduls 1, in 9 eine schematische Ansicht eines geschlossenen Heizmoduls 1 und in 10 ein durchgeschnittenes Heizmodul 1 gezeigt ist.
Das Heizmodul 1 weist ein zweiteiliges Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 umfasst die Gehäuseteile 32, 33. Dabei ist das Gehäuseteil 32 als Gehäusekörper und das Gehäuseteil 33 als Gehäusedeckel ausgebildet. Der Gehäusekörper 32 bildet die Unterseite, die Oberseite und drei Seitenflächen des Gehäuses 3 aus. Der Gehäusedeckel 33 bildet im geschlossenen Zustand des Gehäuses 3 die vierte Seitenfläche des Gehäuses 3. Weiterhin weist das Gehäuse 3 U-förmige Montagearme auf, mittels derer das Heizmodul 1 befestigt werden kann.
Der Gehäusedeckel 33 und der Gehäusekörper 32 können getrennt oder alternativ auch in einem gemeinsamen Spritzgussverfahren hergestellt sein und sind dabei im letzteren Fall zunächst an einer Stelle durch ein so genanntes Film-Gate miteinander verbunden, wobei diese Verbindung instabil und brüchig ist. In einem sich daran anschließenden Montageschritt wird der Gehäusedeckel 33 vom Gehäusekörper 32 gelöst. Der Gehäusedeckel 33 kann zum Schließen des Gehäuses dann mit dem Gehäusekörper 32 verrastet werden, wobei der Gehäusedeckel 33 und der Gehäusekörper 32 über eine Rastverbindung miteinander verbunden werden.
Das Gehäuse 3 beziehungsweise der Gehäusekörper 32 weist auf der Oberseite und der Unterseite jeweils mittig eine durchgehende Öffnung 31 auf. Wird das Heizmodul 1 zur Erhitzung eines flüssigkeitsleitenden Elements verwendet, so kann das flüssigkeitsleitende Element durch diese Öffnung 31 geführt werden.
Das Heizmodul 1 weist ein U-förmiges PTC-Keramik-Heizelement 2 auf. Die Stirnseiten 23, 24 des U-förmigen PTC-Keramik-Heizelements sind angeschrägt. Bei dem in 10 gezeigten Schnitt durch das Heizmodul 1 lässt sich erkennen, dass das PTC-Keramik-Heizelement 2 an der der Öffnung zugewandten Innenseite 21 eine geringere Höhe aufweist als an der der Öffnung abgewandten Außenseite 22. Somit ist das PTC-Keramik-Heizelement im Querschnitt keilförmig ausgebildet, wobei es sich zur Innenseite 21 hin verjüngt.
Des Weiteren weist das Gehäuse 3 einen Innenraum 34 auf. Der Innenraum 34 kann sich beispielsweise in Richtung Öffnung 31 des Gehäuses 3 verjüngen. Vorzugsweise ist die Verjüngung des Gehäuses 2 an die Verjüngung des PTC-Keramik-Heizelements 2 angepasst. Beispielsweise können beide Verjüngungen unter dem gleichen Winkel erfolgen. Wird das Gehäuse 3 verschlossen, so rutscht das PTC-Keramik-Heizelement 2 in eine Position, in der es im Gehäuse 3 eingeklemmt ist.
Das PTC-Keramik-Heizelement 2 weist an seinen beiden Stirnseiten 23, 24 Elektroden auf. Diese werden von auf der Keramik aufgebrachten Metallisierungen gebildet.
Das PTC-Keramik-Heizelement 2 weist an der Außenseite 22 eine Rippe auf, die im Wesentlichen der mechanischen Stabilisierung des PTC-Keramik-Heizelements 2 dient.
Durch die U-förmige Ausgestaltung des PTC-Keramik-Heizelements 2 kann dieses einen Docht zumindest teilweise umschließen. Das PTC-Keramik-Heizelement 2 befindet sich somit in unmittelbarer Nähe des Dochts, wodurch der Wärmeübertrag von dem PTC-Keramik-Heizelement 2 auf den Docht mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgen kann.
Weiterhin weist das Heizmodul 1 zwei Kontaktelemente 41, 42 auf. Das erste Kontaktelement 41 ist entlang der Öffnungsachse unter dem PTC-Keramik-Heizelement 2 angeordnet und das zweite Kontaktelement 42 ist über dem PTC-Keramik-Heizelement 2 angeordnet. Dementsprechend liegt das erste Kontaktelement 41 an der Stirnseite 23 des PTC-Keramik-Heizelements 2 an. Das zweite Kontaktelement 42 liegt an der zweiten Stirnseite 24 des PTC-Keramik-Heizelements 2 an.
Die Kontaktelemente 41, 42 sind flach ausgeführt und an die Form des PTC-Keramik-Heizelements 2 angepasst. Dementsprechend weisen die Kontaktelemente 41, 42 eine U-förmige Ausnehmung auf. Ferner weisen die Kontaktelemente 41, 42 Anschlussfahnen 44 auf, die zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktelemente 41, 42 und damit auch zur elektrischen Kontaktierung des PTC-Keramik-Heizelements 2 dienen, das bei geschlossenem Gehäuse 2 mit den Kontaktelemente 41, 42 elektrisch leitend verbunden ist.
Wird das Gehäuse 3 geschlossen, d.h. wird der Gehäusedeckel 33 mit dem Gehäusekörper 32 verrastet, so werden dabei das PTC-Keramik-Heizelement 2 und die Kontaktelemente 41, 42 in das Gehäuse 3 gedrückt. Dadurch werden die Kontaktelemente 41, 42 und das PTC-Keramik-Heizelement 2 miteinander verklemmt. Durch diese Klemmkontaktierung sind die Kontaktelemente 41, 42 und das PTC-Keramik-Heizelement 2 elektrisch miteinander verbunden.
Für die Klemmkontaktierung zwischen den Kontaktelementen 41, 42 und dem PTC-Keramik-Heizelement 2 ist keinerlei Federelement notwendig. Vielmehr kann das Gehäuse 3 derart ausgestaltet sein, dass in geschlossenem Zustand des Gehäuses 3 auf die Kontaktelemente 41, 42 und das PTC-Keramik-Heizelement 2 ein mechanischer Druck ausgeübt wird, durch den die Kontaktelemente 41, 42 und das PTC-Keramik-Heizelement 2 zusammengepresst und damit geklemmt werden. Beispielsweise kann das PTC-Keramik-Heizelement 2 beim Verschließen des Gehäuses 3 in eine Position rutschen, in der es zwischen den Kontaktelementen 41, 42 und dem Gehäuse 3 eingeklemmt ist.
Beispielsweise können die über die Keilform von PTC-Keramik-Heizelement 2 und Gehäuse 3 realisierte Klemmkontaktierung und die einhergehende Druckspannung in der Keramik mechanische Schädigungen des PTC-Keramik-Heizelements 2 durch unterschiedliche Wärmedehnungen der verschiedenen Materialien verhindern.
11 und 12 zeigen schematische Ansichten eines Heizmoduls 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. In 11 ist das Heizmodul in Form einer Explosionsdarstellung gezeigt, während 12 das Heizmodul 1 in einem zusammengebauten Zustand zeigt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eines der beiden Kontaktelemente aus dem vorherigen Ausführungsbeispiel aus zwei Kontaktelementen 42 und 43 gebildet. Das Kontaktblech 42 und das Kontaktblech 43 sind an der Stirnseite 24 des PTC-Keramik-Heizelements 2 angeordnet.
Die Stirnseite 24 des PTC-Keramik-Heizelements 2 weist in diesem Fall zwei voneinander getrennte Elektroden auf, die jeweils von einer auf dem PTC-Keramik-Heizelement 2 aufgebrachten Metallisierung gebildet werden.
Zusätzlich zu den Kontaktfahnen 44 der Kontaktbleche 41, 42 weist das Kontaktblech 43 eine Anschlussfahne 44 auf, die einen dritten elektrischen Kontakt des Heizmoduls 1 ausbildet. Durch die drei Kontaktelemente 41, 42, 43 kann das Heizmodul 1 zweistufig betrieben werden.
Die Heizmodule der Ausführungsbeispiele der 8 bis 10 und der 11 und 12 können beispielsweise in einer Verdampfungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 6 und 7 verwendet werden.
Die hier beschriebenen Heizmodule 1 weisen wenige Elemente auf, so dass sie einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar sind und durch die nahe und zumindest teilweise umschließende Anordnung des PTC-Keramik-Heizelements 2 an der Öffnung des Gehäuses eine geringe Leistungsaufnahme aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen.
Bezugszeichenliste

1: Heizmodul
2: PTC-Keramik-Heizelement
21: Innenseite
22: Außenseite
23, 24: Stirnseite
3: Gehäuse
31: Öffnung
32, 33: Gehäuseteil
34: Innenraum
41, 42, 43: Kontaktelement
44: Anschlussfahne
5: Innenhülse
6: Außendurchmesser des PTC-Keramik-Heizelements
7: Höhe des PTC-Keramik-Heizelements
8: Winkel
9: angeschrägter Bereich
91: Länge des angeschrägten Bereichs
10: Verdampfungsvorrichtung
11: Behälter
12: flüssigkeitsleitendes Element
13: Haltevorrichtung

Claims

Heizmodul (1), aufweisend - ein Gehäuse (3) mit einer Öffnung (31), - ein im Gehäuse (3) angeordnetes PTC-Keramik-Heizelement (2), das eine der Öffnung (31) zugewandte Innenseite (21), eine der Öffnung (31) abgewandte Außenseite (22) und zwei die Innen- und Außenseite (21, 22) verbindende Stirnseiten (23, 24) aufweist, wobei die Innenseite (21) zumindest teilweise an die Öffnung (31) angepasst ist, und - drei Kontaktelemente (41, 42, 43), die an die Form des PTC-Keramik-Heizelements (2) angepasst sind, wobei zwei Kontaktelemente (42, 43) auf der einen Stirnseite (24) des PTC-Keramik-Heizelements (2) angeordnet sind und ein Kontaktelement (41) auf der anderen Stirnseite (23) des PTC-Keramik-Heizelements (2) angeordnet ist.
Heizmodul (1) gemäß Anspruch 1, bei dem das PTC-Keramik-Heizelement (2) durch Klemmung zwischen den Kontaktelementen (41, 42) befestigt ist.
Heizmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Kontaktelemente (41, 42) zumindest teilweise ringförmig oder zumindest teilweise U-förmig ausgebildet sind.
Heizmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Kontaktelemente (41, 42) zur elektrischen Kontaktierung aus dem Gehäuse herausragende Anschlussfahnen (44) aufweisen.
Heizmodul (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Stirnseiten (23, 24) zumindest teilweise angeschrägt sind.
Heizmodul (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das PTC-Keramik-Heizelement (2) ringförmig ausgebildet ist.
Heizmodul (1) gemäß Anspruch 6, bei dem das PTC-Keramik-Heizelement (2) an den Stirnseiten (22) zumindest teilweise konisch ausgebildet ist.
Heizmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das PTC-Keramik-Heizelement (2) U-förmig ausgebildet ist.
Heizmodul (1) gemäß Anspruch 8, bei dem das PTC-Keramik-Heizelement (2) an der Innenseite (21) eine geringere Höhe aufweist als an der Außenseite (22).
Heizmodul (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Gehäuse (3) zumindest zwei Gehäuseteile (32, 33) umfasst, die durch eine Rastverbindung miteinander verbunden sind.
Heizmodul (1) gemäß Anspruch 10, bei dem die zumindest zwei Gehäuseteile (32, 33) mit einer gebördelten Innenhülse (5) verbunden sind.
Heizmodul (1) gemäß Anspruch 11, bei dem die Innenhülse (5) zumindest teilweise in der Öffnung (31) des Gehäuses (3) angeordnet ist.
Verdampfungsvorrichtung (10) mit einem Behälter (11), mit einem flüssigkeitsleitenden Element (12) und mit einem Heizmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das flüssigkeitsleitende Element (12) mit einem Ende in das Heizmodul (1) und mit dem anderen Ende in den Behälter (11) hineinragt.