DE102011014626A1 - Electric heater - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Elektrische Heizeinrichtung mit einem Metallgehäuse (1), das von einem Deckel (2) verschlossen ist, wenigstens einem Heizelement (3), das in einem Innenraum des Metallgehäuses (1) angeordnet ist und mindestens zwei Kontaktflächen aufweist, an denen es elektrisch kontaktiert ist, wobei eine der Kontaktflächen dem Deckel (2) zugewandt ist, und einem Kontaktblech (4), welches das Heizelement (3) an einer der Kontaktflächen elektrisch kontaktiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kontaktblech (4) einen Mantel (5) aus einem Dichtwerkstoff trägt, wobei der Mantel (5) eine Aussparung aufweist, in der das Heizelement (3) an dem Kontaktblech (4) anliegt, und wobei der Mantel (5) ein ringförmiges Dichtelement (5a) bildet, das die Aussparung und das Heizelement (3) umgibt.The invention relates to an electrical heating device with a metal housing (1) which is closed by a cover (2), at least one heating element (3) which is arranged in an interior of the metal housing (1) and has at least two contact surfaces on which it is electrically contacted, one of the contact surfaces facing the cover (2), and a contact plate (4) which makes electrical contact with the heating element (3) on one of the contact surfaces. According to the invention it is provided that the contact plate (4) carries a jacket (5) made of a sealing material, the jacket (5) having a recess in which the heating element (3) rests on the contact plate (4), and the jacket ( 5) forms an annular sealing element (5a) which surrounds the recess and the heating element (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to an electric heater with the features specified in the preamble of
Bei Heizeinrichtungen zum Erwärmen von aggressiven Flüssigkeiten oder brennbaren Gasgemischen muss das Heizelement vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid geschützt werden. Um dies zu erreichen ist es bekannt, den Innenraum eines Heizungsgehäuses mit Kunststoff auszugießen oder das Gehäuse mit Kunststoff zu Umspritzen. Beide Maßnahmen sind aufwendig und bewirken eine nachteilige Wärmedämmung, so dass von einem Heizelement erzeugte Wärme schlechter an das zu erwärmende Fluid abgegeben werden kann.In heaters for heating aggressive liquids or combustible gas mixtures, the heating element must be protected from contact with the fluid to be heated. To achieve this, it is known to pour the interior of a heating housing with plastic or to encapsulate the housing with plastic. Both measures are complicated and cause a disadvantageous thermal insulation, so that heat generated by a heating element can be given off worse to the fluid to be heated.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie bei einer elektrischen Heizeinrichtung ein zuverlässiger Schutz des Heizelements vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid mit einer guten Wärmeabgabe kombiniert werden kann.The object of the present invention is to show a way in which reliable protection of the heating element from contact with the fluid to be heated can be combined with good heat dissipation in the case of an electrical heating device.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Heizeinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.This object is achieved by an electric heater with the features specified in
Das Kontaktblech einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung trägt einen elektrisch isolierenden Mantel aus einem Dichtwerkstoff, beispielsweise aus elastomerem Kunststoff. Der Mantel weist eine Aussparung auf, in der das Heizelement liegt, und bildet ein ringförmiges Dichtelement, vorzugsweise einen Ringwulst, der das Heizelement umgibt. Das Dichtelement kann in axialer Richtung, also in Richtung senkrecht zu der Kontaktfläche des Heizelements, verpresst sein. Beispielsweise kann das Dichtelement zwischen dem Kontaktblech und einem Massekontakt des Heizelements verpresst sein.The contact plate of a heating device according to the invention carries an electrically insulating jacket made of a sealing material, for example of elastomeric plastic. The jacket has a recess in which the heating element lies, and forms an annular sealing element, preferably an annular bead, which surrounds the heating element. The sealing element can be pressed in the axial direction, ie in the direction perpendicular to the contact surface of the heating element. For example, the sealing element may be pressed between the contact plate and a ground contact of the heating element.
Das Heizelement einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ist durch das von dem Mantel gebildeten Dichtelement zuverlässig vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid geschützt. Die Ober- und die Unterseite des Heizelements sind von der Kontaktfläche des Kontaktblechs bzw. dem Massekontakt, der beispielsweise von dem Gehäuse gebildet sein kann, bedeckt, während das Dichtelement rund um das Heizelement herum einen Spalt zwischen dem Kontaktblech und einem weiteren Kontakt, bevorzugt einem Massekontakt, füllt und abdichtet. Durch den Mantel aus einem Dichtwerkstoff, bevorzugt einem Elastomer, ist vorteilhaft auch das im Betrieb auf elektrischem Potential liegende Kontaktblech vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid geschützt. Die Heizeinrichtung kann deshalb ohne Probleme zum Erwärmen brennbarer Fluide verwendet werden, da durch den Mantel alle im Betrieb auf elektrischem Potential liegenden Bauteile der Heizeinrichtung elektrisch gegenüber dem zu erwärmenden Fluid isoliert sind und folglich keine Gefahr einer Funkenbildung besteht.The heating element of a heating device according to the invention is reliably protected from contact with the fluid to be heated by the sealing element formed by the jacket. The top and the bottom of the heating element are covered by the contact surface of the contact sheet or the ground contact, which may be formed for example by the housing, while the sealing element around the heating element around a gap between the contact plate and another contact, preferably one Ground contact, fills and seals. Due to the jacket made of a sealing material, preferably an elastomer, the contact sheet lying at electrical potential during operation is also advantageously protected from contact with the fluid to be heated. The heating device can therefore be used without problems for heating combustible fluids, since all the components of the heating device which are in operation at electrical potential are electrically insulated from the fluid to be heated by the jacket and consequently there is no risk of sparking.
Das Heizelement ist bevorzugt ein PTC-Heizelement, insbesondere ein keramisches Heizelement, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat.The heating element is preferably a PTC heating element, in particular a ceramic heating element, for example based on barium titanate.
Eine elektrische Isolation des Massekontakts ist bei Heizeinrichtungen, die mit kleineren Spannungen arbeiten, nicht erforderlich, so dass das Metallgehäuse der Heizeinrichtung den Massekontakt des Heizelements bilden kann. Wenn für Heizeinrichtungen, die mit höheren Spannungen arbeiten, eine elektrische Isolation des Massekontakts erwünscht ist, kann ein zweites Kontaktblech verwendet werden, das ebenfalls einen Mantel aus einem Dichtwerkstoff, bevorzugt aus Elastomer, trägt, der eine Aussparung für eine Kontaktfläche zu dem bevorzugt keramischen Heizelement hat.Electrical isolation of the ground contact is not required for heaters operating at lower voltages, so that the metal housing of the heater can form the ground contact of the heating element. If electrical insulation of the ground contact is desired for heaters operating at higher voltages, a second contact sheet may be used, which also carries a sheath of a sealing material, preferably of elastomer, having a recess for a contact surface with the preferred ceramic heating element Has.
Der Mantel des Kontaktblechs ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Elastomer. Geeignet sind insbesondere Elastomerlegierungen, beispielsweise Mischungen aus Polypropylen und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Es können aber auch Blockcopolymere verwendet werden.The jacket of the contact sheet is preferably made of a thermoplastic elastomer. Particularly suitable are elastomer alloys, for example mixtures of polypropylene and ethylene-propylene-diene rubber. However, block copolymers can also be used.
Das Metallgehäuse einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung kann einen Boden aufweisen, der einstückig mit einer Seitenwand ausgebildet ist, oder eine Öffnung eines Gehäuseteils verschließt, das die Seitenwand bildet. Das Heizelement ist bevorzugt mit einer Kontaktfläche, also einer der beiden Seiten, an denen es elektrisch kontaktiert ist, dem Boden zugewandt, beispielsweise kann es an dem Boden anliegen. Die Seitenwand kann gekrümmt sein, beispielsweise kann das Heizelement in einem zylindrischen Innenraum angeordnet sein. Von der Seitenwand können Wärmeabgaberippen ausgehen. Bevorzugt ist das Heizelement von Wärmeabgaberippen umgeben, insbesondere können die Wärmeabgaberippen um das Heizelement herum verteilt angeordnet sein.The metal housing of a heating device according to the invention may have a bottom, which is formed integrally with a side wall, or closes an opening of a housing part, which forms the side wall. The heating element is preferably with a contact surface, that is, one of the two sides, where it is electrically contacted, facing the ground, for example, it may rest against the ground. The side wall may be curved, for example, the heating element may be arranged in a cylindrical interior. From the side wall heat release ribs can emanate. Preferably, the heating element is surrounded by heat-emitting ribs, in particular the heat-emitting ribs can be distributed around the heating element.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktblech gebogen, beispielsweise geknickt ist, so dass ein aus dem Metallgehäuse herausragender erster Abschnitt des Kontaktblechs mit seiner Oberseite einer Seitenwand des Metallgehäuses zugewandt ist, während ein zweiter Abschnitt, der mit der Kontaktfläche an dem Heizelement anliegt, einem Boden oder Deckel des Metallgehäuses zugewandt ist. Dies bedeutet, dass die Oberseite und die Unterseite des Heizelements dem Boden oder dem Deckel des Gehäuses zugewandt sind. Die Schmalseiten des Heizelements, welche die Oberseite und die Unterseite des Heizelements miteinander verbinden, sind dann einer Seitenwand des Metallgehäuses zugewandt.An advantageous development of the invention provides that the contact plate is bent, for example bent, so that a protruding from the metal housing first portion of the contact plate faces with its upper side of a side wall of the metal housing, while a second portion, with the contact surface on the heating element is applied, facing a bottom or lid of the metal housing. This means that the top and the bottom of the heating element facing the bottom or the lid of the housing. The narrow sides of the heating element, which are the top and bottom of the heating element connect to each other, then facing a side wall of the metal housing.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktblech in dem Innenraum des Metallgehäuses zwischen einer Silikonscheibe und dem Heizelement liegt. Die Silikonscheibe ist bevorzugt aus einem Silikonelastomer, insbesondere einem vollvernetzten Silikonelastomer. Bevorzugt hat das Silikonelastomer eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 3,5 W/(m·K), besonders bevorzugt 6 W/(m·K) oder mehr. Vorteilhaft ist insbesondere eine unter Druck ansteigende Wärmeleitfähigkeit. Die Silikonscheibe kann vorteilhaft Unebenheiten der Heizelementoberseite und des Deckels ausgleichen.A further advantageous embodiment of the invention provides that the contact plate is located in the interior of the metal housing between a silicone disk and the heating element. The silicone disk is preferably made of a silicone elastomer, in particular a fully crosslinked silicone elastomer. Preferably, the silicone elastomer has a thermal conductivity of at least 3.5 W / (m · K), more preferably 6 W / (m · K) or more. Particularly advantageous is a rising under pressure heat conductivity. The silicone disk can advantageously compensate for unevenness of the heating element upper side and the lid.
Bevorzugt ist der Silikonelastomer mit Fasern, beispielsweise Glasfasern, verstärkt, um dem auf die Scheibe ausgeübten Druck besser standhalten zu können. Die Fasern können ein Gewebe, insbesondere ein Glasfasergewebe bilden.Preferably, the silicone elastomer is reinforced with fibers, such as glass fibers, to better withstand the pressure exerted on the disc. The fibers can form a fabric, in particular a glass fiber fabric.
Bevorzugt weist der Mantel des Kontaktblechs eine weitere Aussparung auf, in der die Silikonscheibe liegt. Durch diese Maßnahme lässt sich die Wärmeableitung durch die Silikonscheibe verbessern. Die Silikonscheibe bewirkt dabei im Bereich der Aussparung eine elektrische Isolierung des Kontaktblechs.Preferably, the jacket of the contact sheet has a further recess in which the silicone disk is located. By this measure, the heat dissipation can be improved by the silicone disk. The silicone disk causes an electrical insulation of the contact plate in the region of the recess.
Durch die Kombination eines elastischen Mantels mit einer Silikonscheibe lassen sich verschiedene Abschnitte der elektrischen Isolation des Kontaktblechs in Bezug auf ihre jeweilige Funktion optimieren. Der Mantel des Kontaktblechs soll sich leicht verformen lassen, um seine Abdichtfunktion gut erfüllen zu können, während die Silikonscheibe Unebenheiten ausgeglichen soll und gute Wärmeleitungseingenschaften haben muss. Zudem soll sich der Mantel gut spritzgießen lassen, was für die Silikonscheibe nicht bedeutsam ist.By combining an elastic sheath with a silicone disc, different sections of the electrical insulation of the contact plate can be optimized with respect to their respective function. The cladding of the contact sheet should be easy to deform in order to fulfill its sealing function well, while the silicone disc should compensate for unevenness and good heat conduction must have properties. In addition, the jacket should be well injection-molded, which is not significant for the silicone disc.
Möglich ist es auch, auf beiden Seiten des ummantelten Kontaktblechs ein Heizelement, insbesondere ein keramisches Heizelement, anzuordnen. Der Mantel hat dann auf zwei Seiten des Kontaktblechs eine Aussparung, in der jeweils ein Heizelement sitzt und von dem Kontaktblech elektrisch kontaktiert ist. Der Mantel kann in einem solchen Fall um beide Heizelemente ein ringförmiges Dichtelement, beispielsweise einen Ringwulst, bilden und die Seitenflächen des Heizelements vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid schützen.It is also possible to arrange a heating element, in particular a ceramic heating element, on both sides of the sheathed contact sheet. The jacket then has a recess on two sides of the contact plate, in each of which a heating element is seated and is electrically contacted by the contact plate. The jacket may in such a case around both heating elements form an annular sealing element, such as a torus, and protect the side surfaces of the heating element from contact with the fluid to be heated.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Deckel aus Metall besteht und in das Gehäuse eingepresst ist. Durch Einpressen des Deckels lässt sich das Gehäuse vorteilhaft verschließen und ein hoher Anpressdruck erzeugen, was zu einem guten wärmeleitenden Kontakt zwischen den im Inneren der Heizeinrichtung angeordneten Komponenten, insbesondere dem Heizelement und dem Kontaktblech, führt. Weiterhin erhält man so vorteilhaft eine kompakte und gut handhabbare Heizeinrichtung.A further advantageous embodiment of the invention provides that the lid is made of metal and is pressed into the housing. By pressing the lid, the housing can be advantageously closed and produce a high contact pressure, which leads to a good heat-conducting contact between the arranged in the interior of the heater components, in particular the heating element and the contact plate. Furthermore, one obtains so advantageous a compact and easy to handle heater.
Bevorzugt ist der Deckel topfförmig ausgebildet. Diese Maßnahme hat den Vorteil, einer guten Wärmeankopplung des Deckels an das Gehäuse. Ein topfförmiger Deckel hat nämlich eine Deckelfläche, von der umlaufend eine Seitenfläche ausgeht. Die Seitenfläche liegt an dem Gehäuse an und sorgt somit für einen gut Wärmekontakt.Preferably, the lid is cup-shaped. This measure has the advantage of good heat coupling of the lid to the housing. Namely, a cup-shaped lid has a lid surface from which a side surface extends circumferentially. The side surface abuts the housing and thus ensures good thermal contact.
Der Deckel kann in ein Gussteil eingepresst werden, dass sowohl einen Boden als auch eine umlaufende Seitenwand des Innenraums bildet. Möglich ist es auch, den Deckel in ein Strangpressteil einzupressen, das am anderen Ende durch ein weiteres Teil, das dann den Boden des Innenraums bildet, verschlossen wird. Bevorzugt ist dieses Teil ebenfalls topfförmig und in das Strangpressteil eingepresst.The lid can be pressed into a casting that forms both a bottom and a circumferential side wall of the interior. It is also possible to press the lid in an extrusion, which is closed at the other end by another part, which then forms the bottom of the interior. Preferably, this part is also pot-shaped and pressed into the extruded part.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenraum, in dem das Heizelement angeordnet ist, eine kreisförmig gekrümmte Seitenwand aufweist. Das Metallgehäuse kann auf diese Weise eine zylindrische Form haben, in die sich ein Deckel besonders gut einpressen lässt.A further advantageous development of the invention provides that the interior, in which the heating element is arranged, has a circularly curved side wall. The metal housing can in this way have a cylindrical shape in which a lid can be particularly well pressed.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will be explained with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die in den
Das PTC-Heizelement
Das Metallgehäuse
Das PTC-Heizelement
Der elastomere Mantel
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Ringwulst
Der Ringwulst
Das Kontaktblech
Mit anderen Worten gesagt hat das Kontaktblech
Der Mantel
Der streifenförmige erste Abschnitt des Kontaktblechs
Die Heizeinrichtung kann ein zweites Kontaktblech
Der Deckel kann topfförmig ausgebildet sein, also eine umlaufende Seitenwand aufweisen, die von einer Deckelfläche ausgeht. Die Seitenwand kann dann vorteilhaft an dem Metallgehäuse anliegen und so für einen guten Wärmekontakt sorgen.The lid may be cup-shaped, ie have a circumferential side wall, which extends from a cover surface. The side wall can then advantageously abut against the metal housing and thus ensure good thermal contact.
Der Deckel hat vor dem Einpressen ein leichtes Übermaß gegenüber dem Innenraum des Metallgehäuses. Vorzugsweise verhakt sich beim Einpressen die Deckelkante in der Seitenwand des Innenraumes. Zusätzlich oder alternativ kann der Deckel mit der Seitenwand aber auch verstemmt oder verrastet werden.The lid has a slight excess over the interior of the metal housing before pressing. Preferably, when pressed in the lid edge hooked in the side wall of the interior. Additionally or alternatively, the lid with the side wall but also caulked or locked.
Das Metallgehäuse kann, wie in den Figuren dargestellt, Wärmeabgaberippen aufweisen. Die Wärmeabgaberippen können insbesondere Teil des Hauptteils
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Metalldeckelmetal lid
- 33
- PCT-HeizelementPCT heating element
- 44
- Kontaktblechcontact sheet
- 55
- Mantelcoat
- 5a5a
- Ringwulsttorus
- 5b5b
- Ringwulsttorus
- 66
- Silikonscheibesilicone disc
- 77
- Kontaktblechcontact sheet
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