DE102015107322A1 - Heizwiderstand und Verfahren zur Herstellung eines Heizwiderstands - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Heizwiderstand mit einem Körper (1) aus einem keramischen PTC-Widerstandsmaterial, wobei wenigstens eine Seite des Körpers mit einer Schicht (2) aus einem NTC-Material überzogen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Heizwiderstand für eine elektrische Heizvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Heizwiderstands.
- Keramische PTC(Positiver Temperaturkoeffizient)-Heizwiderstände werden üblicherweise in verschiedenen elektrischen Heizvorrichtungen verwendet, weil derartige Widerstände oberhalb einer kritischen Temperatur einen Anstieg ihres elektrischen Widerstands um mehrere Größenordnungen zeigen. Im Fall einer Überhitzung reduziert der Anstieg des elektrischen Widerstands die Heizleistung so stark, dass ein weiterer Temperaturanstieg verhindert wird. Keramische Heizwiderstände bieten so einen inhärenten Schutz vor Schäden durch Überhitzung. Keramische Heizwiderstände basieren üblicherweise auf Bariumtitanat oder anderen ferroelektrischen Materialien.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es zu zeigen, wie keramische PTC-Heizwiderstände verbessert werden können.
- Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Heizwiderstand nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird auch durch ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Ein Heizwiderstand nach der vorliegenden Erfindung enthält einen keramischen PTC-Heizwiderstand, der auf wenigstens einer Seite mit einer Schicht aus einem NTC-Widerstandsmaterial (Negativer Temperaturkoeffizient) überzogen ist. Das NTC-Widerstandsmaterial kann eine aufgedruckte Schicht sein. Beispielsweise kann die NTC-Schicht direkt auf den keramischen PTC-Körper oder auf eine Zwischenschicht gedruckt werden.
- Die Kombination eines PTC-Widerstands mit einem NTC-Widerstand beschränkt den Einschaltstrom zu Beginn eines Heizvorgangs, wenn der PTC-Widerstand noch kalt ist und deshalb einen niedrigen elektrischen Widerstand hat. Wenn der Widerstand aufgeheizt wird, nimmt der elektrische Widerstand des NTC-Widerstands ab, während der elektrische Widerstand des PTC-Widerstands zunimmt. Der elektrische Strom ändert sich somit weniger, bis der PTC Widerstand seine kritische Temperatur erreicht, bei welcher sein elektrischer Widerstand um mehrere Größenordnungen ansteigt. Die Reduzierung des elektrischen Stroms zu Beginn des Heizvorgangs ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen, die mit einer beschränkten Stromquelle arbeiten, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie.
- Obwohl eine Begrenzung des Einschaltstroms auch erreicht werden kann, indem separate NTC- und PTC-Widerstandsteile in einer Serienschaltung angeordnet werden, vereinfacht die Kombination von NTC- und PTC-Widerständen in einem einzigen Bauteil, das sich leicht handhaben lässt, die Herstellung einer Heizvorrichtung. Zudem müssen separate NTC- und PTC-Widerstände korrekt in Reihe geschaltet werden, um wirksam zu sein. Dies ist eine mögliche Fehlerquelle bei der Herstellung. Diese Fehlerquelle wird durch einen erfindungsgemäßen Heizwiderstand eliminiert, bei dem eine NTC-Schicht an einem PTC-Körper durch eine stoffschlüssige Verbindung befestigt ist.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Zwischenschicht zwischen dem PTC-Körper und der NTC-Schicht angeordnet ist. Die Zwischenschicht kann eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem PTC-Körper und der der NTC-Schicht bewirken oder verbessern. Die Zwischenschicht kann eine Metallschicht oder eine Keramikschicht sein. Die Zwischenschicht kann alle Seiten des Körpers bedecken, bedeckt bevorzugt aber nur eine einzige Seite des Körpers oder zwei gegenüberliegende Seiten, beispielsweise eine Oberseite und eine Unterseite einer Scheibe oder eines Streifens. Die Ober- und Unterseite des Streifens sind die Seiten, die zusammen den überwiegenden Teil der Gesamtoberfläche eines Streifens oder einer Scheibe ausmachen.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizwiderstands. - Der in
1 dargestellte Heizwiderstand weist einen Körper1 auf, der aus einem keramischen PTC-Material besteht, beispielsweise einer auf Bariumtitanat basierenden Keramik. Der Körper1 trägt eine Schicht2 aus einem keramischen NTC-Material. Das NTC-Material kann beispielsweise auf Oxiden von Mn, Ni, Co, Cu, und/oder Ti basieren. Die Oxide können mit einem Bindemittel zu einer Paste vermischt werden, die dann auf den Körper1 aufgetragen wird, beispielsweise durch drucken, und danach gebrannt wird. - Die NTC-Schicht
2 bedeckt wenigstens eine Seite des PTC-Körpers1 . Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel bedeckt die NTC-Schicht2 zwei gegenüberliegende Seiten des PTC-Körpers1 . Auf diese Weise wird der Beitrag des NTC-Materials zum gesamten elektrischen Widerstand des Heizwiderstands erhöht. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die NTC-Schicht2 relativ dünn ist. Die NTC-Schicht2 kann alle Seiten des PTC-Körpers1 bedecken, beispielsweise indem diese durch ein Tauchverfahren aufgebracht wurde. - Zwischen dem Körper
1 aus keramischem PTC-Material und der Schicht2 aus NTC-Material kann eine Zwischenschicht3 angeordnet sein. Die Zwischenschicht3 kann die mechanische oder elektrische Anbindung der NTC-Schicht2 an den PTC-Körper1 verbessern. Die Zwischenschicht3 kann eine Metallschicht, beispielsweise eine Aluminiumschicht sein. Die NTC-Schicht2 kann auch direkt auf den PTC-Körper1 aufgebracht sein. In jedem Fall wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der NTC-Schicht2 und dem PTC-Körper1 geschaffen. - Die NTC-Schicht
2 kann von einer Metallschicht4 bedeckt sein, um einen elektrischen Anschluss des Heizwiderstands zu erleichtern. Die Metallschicht4 kann galvanisch, durch Abscheidung aus der Gasphase oder irgendein anderes Beschichtungsverfahren aufgebracht werden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- PTC-Körper
- 2
- NTC-Schicht
- 3
- Zwischenschicht
- 4
- Metallschicht
Claims (10)
- Heizwiderstand mit einem Körper (
1 ) aus einem keramischen PTC-Widerstandsmaterial, wobei wenigstens eine Seite des Körpers (1 ) von einer Schicht (2 ) aus einem NTC-Material überzogen ist. - Heizwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das NTC-Material ein keramisches NTC-Material ist.
- Heizwidertand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (
2 ) eine aufgedruckte Schicht ist. - Heizwiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (
1 ) eine Scheibe ist. - Heizwiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (
1 ) ein Quader ist. - Heizwiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Körper (
1 ) und der NTC-Schicht (2 ) eine Zwischenschicht (3 ) angeordnet ist. - Heizwiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (
3 ) eine Metallschicht (4 ) ist. - Heizwiderstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (
2 ) aus dem NTC-Material auf eine Unterseite des Körpers (1 ) und eine Oberseite des Körpers (1 ) aufgebracht wurde. - Verfahren zum Herstellen eines Heizwiderstands, in dem ein keramischer PTC-Widerstand bereitgestellt wird und eine Schicht (
2 ) aus einem NTC-Material auf den PTC-Widerstand aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (
2 ) als eine Paste aufgetragen und danach gebrannt wird.
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