-
Heizvorrichtung mit einem Halbleiter-Heizelement
-
mit positivem Temperaturkoeffizienten Die Erfindung betrifft eine
Heizvorrichtung mit einem Halbleiter-Heizelement mit positivem Temperaturkoeffiz
ienten (PTCS), bei welcher das Halbleiter-Heizelement zwei einander gegenüberliegende
parallele ebene Flächen aufweist, die mit Elektroden und Anschlüssen für die Wärmeerzeugung
versehen sind, und welche eine metallische Wärmeemissionsplatte zur Emittierung
der von dem Halbleiter-Heizelement erzeugten Wärme aufweist.
-
Die vorliegende Anmeldung nimmt Bezug auf die Patentanmeldung P 26
19 312.4 vom 30. April 1976 mit der Bezeichnung 1Halbleiter-Heizelement".
-
Es sind zahlreiche Arten von Heizelementen bekannt, die verschiedene
Arten von PTCS-Heizelementen benutzen. In den Fig. 1 und 2 ist eine typische PTCS-Heizvorrichtung
A der bekannten Art dargestellt, mit Elektroden b und c, die vollständig auf den
beiden ebenen Hauptseiten eines
PTCS-Körpers d, beispielsweise einem
Thermistor, untergebracht sind. Der mit den Elektroden b und c versehene Eeizkovper
wird hier generell als PTCS-Eeizelesent bezeichnet. Die PTCS-Heizvorrichtung A enthält
außerdem eine Wärmeübertragungsplatte e und eine Wärmeemissionsplatte f, die hintereinander
in dieser Relhenfolge an einer der Elektroden befestigt sind. Die freie Fläche fW
der Wärmeemissionsplatte f ist an einem (nicht dargestellten} zu heizenden Objekt
befestigt. rçenn an die Elektroden b und c eine Spannung gelegt wird, erzeugt der
PTCS-Körper d Wärmeenergie, die auf die Wärmeemissionsplatte f durch die B1änmeubertragungsplatte
e hindurch übertragen wird. Ein Teil der Wärme wird jedoch von der die Elektrode
b tragenden Oberfläche an die Luft abgegeben. Derartige herkömmliche Heizvorrichtungen
sind mit einer einfachen (nicht dargestellten> Abdeckung zur Isolierung gegenüber
der Umgebungungsatmosphäre versehen, oder sie haben überhaupt keine Abdeckung, so
daß ein großer Anteil der in dem Halbleiterkörper erzeugten Wärme an die Luft verlorengeht.
Ferner kann der PTCS-Körper oder das Heizelement sich bei einem von außen einwirkenden
Stoß von der Vorrichtung lösen, da das Heizelement nur an der Platte festgeklebt
ist und die Klebekraft durch die Wärme verringert werden kann.
-
Zusätzlich zu diesen unerwünschten Eigenheiten hat die bekannte Heizvorrichtung
noch die nachstehend aufgeführten Nachteile.
-
Wenn an den PTCS-Körper d eine Spannung in Dickenrichtung angelegt
wird, wird die Wärme nahezu gleichmäßig in den PTCS-Körper d erzeugt. Man kann die
Wärmequelle
daher so betrachten, als würde die Wärme an der Stelle
x erzeugt, die im Mittelpunkt des PTCS-Körpers d liegt.
-
Die von der Stelle x zur Wärmeemissionsplatte (Punkt y) übertragene
Wärme ist jedoch nicht vollständig gleich der in dem PTCS-Körper d erzeugten Wärme,
sondern ein gewisser Anteil geht in der Wärmeübertragungsplatte e und auch in den
PTCS-Körper d verloren. Diese Wärmeverliste gehen auf den Wärmewiderstand R zurück,
der durch folgende Gleichung angegeben werden kann: R = a . D/K . S . Gleichung
(1) worin a eine Konstante, D die Entfernung zwischen dem Wärmeerzeugungspunkt und
der wärmeemittierenden Fläche, K die Wärmeleitfähigkeit und S die wirksame Wärmeemissionsfläche
ist.
-
Wenn diese Gleichung auf die konventionelle Heizvorrichtung A angewandt
wirdr ergibt sich deren Wärmewiderstand R durch die folgende Gleichung: R = a -
DKl t D2 - Gleichung (2) 5 Hierin ist Dl die Entfernung zwischen den Punkt x und
der Elektrode c, und D2 ist die Dicke oder Stärke der Wärmeübertragungsplatte e.
-
Es ist klar, daß eine Heizvorrichtung mit kleinem Widerstand r eine
effizientere Wärmeübertragung auf das Objekt vornimmt.
-
Gemäß Gleichung (2) kann der Wärmewiderstand R klein in
bezug
auf die Verringerung von D1 + D2 oder die Vergrößerung der wirksamen Wärmeemissionsfläche
S gemacht werden. Aus dem Aspekt der Verkleinerung des Wärmewiderstandes R sind
zahlreiche Versuche unternommen worden, das PTCS-Heizelement zu verbessern. Beispielsweise
ist die effektive Wärmeemissionsfläche S verbreitert worden, indem man den PTCS-Körper
d vergrößert hat oder man hat die Stärke des PTCS-Körpers d verkleinert, um den
Punkt x näher an die Oberfläche zu bringen, an der sich die Elektrode c befindet.
Solche Verbesserungen führten jedoch infolge der Vergrößerung des PTCS-Körpers d
zu einer Heizvorrichtung mit sehr großen Abmessungen. Andererseits wurden die dielektrischen
Eigenschaften des PTCS-Körpers d so sehr verringert, daß der PTCS-Körper d die Hochspannung
in dem verwendeten Spannungsbereich nicht mehr vertragen konnte.
-
Ein weiteres bekanntes PTCS-Heizelement besitzt zwei einander gegenüber
angeordnete Elektroden, die an einer der Hauptflächen des PTCS-Körpers angeordnet
sind, und einen bestimmten Abstand voneinander haben. Obwohl bei diesem PTCS-Heizelement
der Wärmeerzeugungspunkt x nahe an der Oberfläche des PTCS-Körpers liegt, befindet
er sich nicht genau an der Oberfläche. Weil zwei Anschlüsse zur Verbindung mit der
Stromquelle auf unterschiedlichen Seiten des Halbleiterkörpers liegen, fließt der
Strom in Dickenrichtung, so daß im Inneren des PTCS-Körpers d Wärme erzeugt wird.
Da die Halteteile des PTCS-Körpers zwischen den Anschlüssen normalerweise verhältnismäßig
großflächig sind, um den Anschlußdraht oder ein vorstehendes Anschlußteil leicht
und sicher ansetzen zu können, wird eine erhebliche Wärmemenge unerwünschter-
weise
in Dickenrichtung insbesondere in dem zwischen den Anschlußstellen liegenden Bereich
des PTCS-Körpers erzeugt. Diese Wärmemenge sollte an sich über die gesamte Oberfläche
des PTCS-Körpers verteilt sein, um eine gleichmäßige Wärmeabstrahlung zu erhalten.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß wirksam und mit verringerten Wärmeverlusten
Wärme nur von der Wärmeemissionsplatte abgegeben wird.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an der
Unterseite des Halbleiter-Heizelementes eine untere Isolationseinrichtung vorgesehen
ist, die die Elektroden elektrisch isoliert, daß die Wärmeemissionsplatte unmittelbar
unterhalb der unteren Isolationseinrichtung angebracht ist und durch diese hindurch
die Wärme von dem Halbleiter-Heizelement erhält, daß ein aus elektrisch isolierendem
Material bestehendes Gehäuse vorgesehen ist, das das Halbleiter-Heizelement sowie
die untere Isolationseinrichtung und die Wärmeemissionsplatte bedeckt, und daß zwei
Anschlußeinheiten, von denen jede mit einem Basisteil mit dem entsprechenden Anschluß
verbunden ist und mit einem Stift aus dem Gehäuse herausragt, zum Anschluß an eine
elektrische Stromquelle vorgesehen sind.
-
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung enthält ein PTCS-Heizelement,
das von mindestens einer seiner beiden Hauptflächen Warme abgibt, während in seinem
Inneren nur ganz geringe Wärmeverluste entstehen, d.h. der Wärmeerzeugungspunkt
x liegt direkt an der Oberfläche des PTCS-
Körpers.
-
Die von dem PTCS-Heizelement erzeugte Wärme wird der Wärmeemissionsplatte
wirksam und gleichmäßig zugeführt und die Verteilung der Wärmeemission von der Wärmeemissionsplatte
ist an allen Stellen nahezu gleichmäßig.
-
Der PTCS-Körper löst sich bei einem Stoß bei der erfindungsgemäßen
Heizvorrichtung infolge der Festlegung innerhalb des Gehäuses nicht ohne weiteres.
-
Schließlich hat die erfindungsgemäße Heizvorrichtung den Vorteil einer
einfachen und leicht herzustellenden Konstruktion.
-
Die erfindungsgemäße PTCS-Heizvorrichtung enthält ein PTCS-Heizelement,
das von einem elektrisch isolierenden Material mit guter Wärmeleitfähigkeit umgeben
ist, sowie eine Wärmeemissionsplatte, die das PTCS-Heizelement trägt und ein Gehäuse,
das zusammen mit der Wärmeemissionsplatte das Heizelement vollständig umschließt.
-
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das
Halbleiter-Heizelement aus einem flachen Halbleiterkörper besteht,dessen Oberseite
zwei Elektroden aufweist, von denen jede im Abstand voneinanderliegende Streifen
besitzt, die miteinander verbunden sind, wobei die Streifen der beiden Elektroden
abwechselnd nebeneinander angeordnet sind, daß an der Unterseite des Halbleiterkörpers
Anschlüsse angebracht sind, von denen jeder mit einer der Elektroden verbunden ist,
daß mindestens ein Streifen einer jeden Elektrode kürzer ist als die übrigen Streifen,
und daß die Anschlüsse derart an der Unterseite des Halbleiterkörpers angeordnet
sind, daß sie sich nicht mit den Streifen der jeweils anderen Elektrode durch den
Halbleiterkörper hindurch überlappen.
-
Im einzelnen besitzt das oben beschriebene PTCS-Heizelement einen
flachen PTCS-Körper mit zwei Elektroden an jeder der beiden flachen Hauptseiten.
Jede Elektrode weist mehrere Streifen, die finger- oder kammförmig angeordnet sind,
auf, und jeder Streifen ist zwischen zwei Elektrodenstreifen der jeweils anderen
Elektrode angeordnet. Ferner besitzt jede Elektrode eine Metallfilmfläche, die als
elektrische Anschlußstelle dient und auf.
-
der gegenüberliegenden Seite des PTCS-Körpers derart angeordnet ist,
daß die kammförmigen Streifen verschiedenpoliger Elektroden sich nicht durch den
PTCS-Körper hindurch mit dem Metallfilm der Anschlußstelle überlappen.
-
Wenn an das PTCS-Heizelement eine Spannung angelegt wird, fließt der
Strom in dem PTCS-Körper nahezu ausschließlich an der Oberfläche entlang zwischen
benachbarten Elektroden, so daß nur ein dünner Oberflächenbereich des PTCS-Körpers
zwischen den beiden Elektroden als Wärmeerzeugungsfläche wirkt. Dadurch erhält man
eine schnelle Reaktion der Wärmeemission auf die elektrische Stromstärke. Die erfindungsgemäße
Heizvorrichtung reagiert daher außerordentlich schnell und empfindlich auf Stromänderungen,
so daß sie sich vorzüglich für Regelzwecke eignet. Der Wärmeerzeugungspunkt x kann
als auf derjenigen Fläche des Halbleiterkörpers liegend angesehen werden, die die
beiden Elektroden trägt. Diese Elektrode ist der Wärmeemissionsplatte zugewandt.
-
Die erfindungsgemäße PTCS-Heizvorrichtung enthält ferner zwei L-förmige
Anschlußeinheiten, von denen jede an der Anschlußstelle des PTCS-Elementes angeordnet
ist und von der PTCS-Heizvorrichtung durch eine öffnung des Gehäuses hindurch nach
außen ragt.
-
Wenn an die Anschlußeinheiten eine Spannung angelegt wird, wird die
in dem PTCS-Körper erzeugte Wärme zum
größten Teil durch das elektrisch
isolierende Material hindurch auf die Wärmeemissionsplatte geleitet und ein Teil
der Wärme wird durch das Gehäuse übertragen. Da das Gehäuse und die Wärmeemissionsplatte
durch einen Rand oder Flansch des Gehäuses fest miteinander verbunden sind, kann
die auf das Gehäuse übertragene Wärme leicht zur Wärmeemissionsplatte abgeführt
nd auf das zu heizende Objekt übertragen werden.
-
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
-
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des PTCS-Heizelementes
nach der Erfindung, Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig.
3, Fig. 5 zeigt die PTCS-Heizvorrichtung der Fig. 3 in Explosionsdarstellung, Fig.
6 und 7 zeigen eine Draufsicht und eine Ansicht von unten des PTCS-Heizelementes,
das in der Heizvorrichtung der Fig. 3 verwendet werden kann, Fig. 8 zeigt eine perspektivische
Ansicht der elektrisch isolierenden Platte, Fig. 9 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
der Platte in ähnlicher Darstellung wie Fig. 8, Fig. 10 zeigt eine perspektivische
Ansicht der Anschlußeinheit, Fig. 11 zeigt eine Modifizierung der Anschlußeinheit
in ähnlicher Darstellung wie Fig. 10, Fig. 12 zeigt eine zweite Ausführungsform
der Erfindung in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4, Fig. 13 zeigt eine perspektivische
Darstellung eines
Isolierschuhs, der in der Heizvorrichtung nach
Fig. 12 verwendet werden kann, Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung
in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4, Fig. 15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4, Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4, Fig. 17 zeigt eine Draufsicht
auf ein anderes Ausführungsbeispiel in ähnlicher Darstellung wie Fig. 3, Fig. 18
zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XIIX-XIIX der Fig. 17, und Fig. 19 zeigt
eine Explosionsdarstellung der PTCS-Heizvorrichtung nach Fig. 17.
-
Bevor mit der Beschreibung der einzelnen Ausführungsbeispiele begonnen
wird, sei darauf hingewiesen, daß jeweils gleiche Teile durchgehend durch sämtliche
Darstellungen und Ausführungsbeispiele hindurch mit denselben Bezugszeichen versehen
sind.
-
Die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellte Heizvorrichtung 1a enthält
ein Heizelement 2 mit einem Halbleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTCS)
und besitzt eine obere Isolierplatte 3 sowie eie untere Isolierplatte 4, die zu
beiden Seiten des PTCS-Heizelementes 2
sandwichartig angeordnet
sind> eine Wärmeemissionsplatte 5, auf der das PTCS-Heizelement 2 zusammen mit
den Isolierplatten 3 und 4 installiert ist, sowie ein Gehäuse 6, das sämtliche Lagen
aus dem PTCS-Heizelement 2 und den Isolierplatten 5 und 4 umschließt. Im folgenden
wird jedes der Teile, aus denen die PTCS-Heizvorrichtung la besteht, detailliert
beschrieben.
-
Gemäß Fig. 6 und 7 besteht das PTCS-Heizelement 2, das in der Heizvorrichtung
benutzt wird, aus einem rechtwinkligen PTCS-Körper 2' mit zwei einander gegenüberliegenden
flachen und parallel zueinander verlaufenden Hauptflächen 2a und 2b. Die Fläche
2a, an der die untere Isolierplatte 4 anliegt, trägt zwei Metallfilmelektroden 10
und 11. Jede Elektrode besitzt mehrere Streifen, die einen gabel- oder kammförmigen
Aufbau bilden, in dem jeder Streifen derart angeordnet ist, daß benachbarte Streifen
durch den Abstand T voneinander getrennt sind, während die benachbarten Streifen
unterschiedlichen Elektroden angehören, und mindestens einer der Streifen ist kürzer
als die anderen Streifen. Jeder Rand oiner Elektrode hat den Abstand T von dem Rand
der entgegengesetzten Elektrode. Auf der Fläche 2b befinden sich zwei Anschlußstellen
12 und 15, die elektrisch mit der jeweiligen Elektrode 10 bzw. 11 verbunden sind.
Wenn die Anschlüsse 12 und 13 auf der Fläche 2b angebracht werden, sollen sie so
angeordnet werden, daß jeder Anschluß sich nicht durch den PTCS-Körper 2' hindurch
mit irgendeinem Bereich der Gegenelektrode überlappt und daß der äußere Rand der
Anschlußstelle von dem Rand der gegenüberliegenden Elektrode um mindestens im Abstand
T entfernt ist, so daß der elektrische Strom keine stärkere Komponente hat, die
zwischen dem jeweiligen Anschluß und der Gegenelektrode durch den PTCS-Körper in
Dickenrichtung fließt, so daß der elektrische Strom nicht in Dickenrichtung des
Körpers fließt.
-
Ein derartiges PTCS-Heizelement 2 eignet sich insbesondere dazu, die
Wärme direkt an der flachen Oberseite 2a unter gleichmäßiger Wärmeverteilung zu
erzeugen.
-
Gemäß Fig. 5 hat die untere Isolierplatte 4 eine ähnliche Gestalt
wie das PTCS-Heizelement 2, wobei sie gleichgroß oder größer ist als das PTCS-Heizelement
2.
-
Die Isolierplatte 4 besteht aus hoch-wärmeleitfähigem Material, wie
Aluminiumoxyd (alumina) oder Beryllerde-Porzellan oder aus einem Kunstharz, das
vorzugsweise elastisch ist, isoliert die Elektroden 10 und 11 voneinander und überträgt
die Wärme auf die Wärmeemissionsplatte 5.
-
Die obere Isolierplatte 3 ist von ähnlicher Gestalt wie das PTCS-Heizelement
2 und ist gleichgroß oder größer als dieses. Die Isolierplatte 3 besteht aus elektrisch
isolierendem und hoch-wärmeleitfähigem Material, wie die untere Isolierplatte 4,
besitzt jedoch zwei nach innen gekrümmte Ausnehmungen 14 und 15, die an denjenigen
Stellen angeordnet sind, die den beiden auf der Fläche 2b des PTCS-Heizelementes
2 vorgesehenen Anschlußstellen entsprechen. Jede Ausnehmung nimmt eine Anschlußeinheit
20 auf, die aus einem rechteckigen flachen Basisteil 21 mit einem rechtwinklig abstehenden
Stift 22 besteht.
-
Das Basisteil und der Stift sind einstückig hergestellt.
-
Wenn die Anschlußeinheit 20 in der PTCS-Heizvorrichtung montiert wird,
muß das Basisteil 21 fest an der entsprechenden Anschlußstelle angeordnet werden,
während der Stift 22 in die entsprechende Öffnung 16 eingesetzt wird und durch die
obere Isolierplatte 4 hindurchragt.
-
Da die Form der Ausnehmung derjenigen des Basisteils 21 angepaßt ist,
kann die obere Isolierplatte 3 dicht und fest auf dem PTCS-Heizelement aufliegen.
-
Unter der unteren Isolierplatte 4 befindet sich die Wärme-
emissionsplatte
5, die aus einem gut-wärmeleitfähigem Material, z.B. einem Metall, besteht und rechtwinklig
ausgebildet ist.
-
Das oberhalb der oberen Isolierplatte 3 angebrachte Gehäuse ist z.B.
durch einen Preßvorgang aus einer Metallplatte hergestellt und weist einen rechtwinkligen
Hohlraum 7 auf, der die einzelnen Lagen aus der Isolierplatte 4 dem PTCS-Heizelement
2 und der oberen Isolierplatte 3 vollständig bedeckt. Um den Hohlraum 7 herum verläuft
ein Flansch 8, der auf den Randbereich der Wärmeemissionsplatte 5 aufsetzbar ist,
und sich diesem anpaßt. An der Wand des Hohlraumes 7 befinden sich zwei Löcher,durch
die jeweils ein Stift 22 einer jeden Anschlußeinheit 20 hindurchragt.
-
Die Oberflächen der beiden Isolierplatten 3 und 4 und der Wärmeemissionsplatte
5 sind durch Polieren, sog.
-
Läppen, bearbeitet, so daß sie exakt aneinanderpassen und ein außerordentlich
guter Wärmeübergang zwischen ihnen stattfindet.
-
Beim Zusammensetzen der verschiedenen Teile werden die einzelnen Lagen
und die Wärmeemissionsplatte 5 durch eine geeignete Verbindung fest miteinander
verbunden, während das Basisteil 21 der Anschlußeinheit 20 eng gegen die entsprechenden
Anschlüsse des PTCS-Heizelementes 2 gedrückt und mit einem elektrisch leitenden
Kleber oder durch Löten an diesem befestigt werden. Das Gehäuse 6 ist an der Wärmeemissionsplatte
5 durch Schrauben befestigt, die an jeder der Ecken angebracht sind, oder durch
andere Verbindungsmittel.
-
Die Gesamtstärke der Lagen ist etwa gleich der Tiefe des Hohlraumes
7, so daß das Gehäuse 6 das gesamte Paket exakt bedeckt und das PTCS-IIeizelement
2 in der Heizvorrichtung in festem Verbund gehalten ist.
-
Wenn an die Stifte 22 der Anschlußeinheit 20 eine Spannung angelegt
wird, fließt ein Strom zwischen den Streifen der beiden Elektroden durch den PTCS-Körper
2, und zwar vorwiegend in der Nähe der Fläche 2a, so daß an dieser Wärme erzeugt
wird. Der überwiegende Teil der erzeugten Wärme wird durch die untere Isolierplatte
4 der Wärmeemissionsplatte 5 und dem (nicht dargestellten) zu heizenden Objekt zugeführt.
Ein Teil der erzeugten Wärme wird jedoch der gegenüberliegenden Fläche 2b des PTCS-Heizelementes
2 und durch die obere Isolierplatte 3 hindurch dem Gehäuse 6 zugeleitet. Wenn das
Gehäuse 6 nicht mit einem wärmeableitenden Objekt verbunden ist, wird die dem Gehäuse
6 zugeführte Wärme über den Verbindungsflansch 8 des Gehäuses der Wärmeemissionsplatte
5 zugeführt. Die in dem PTCS-Heizelement 2 erzeugte Wärme wird auf diese Weise wirksam
und schnell der Wärmeemissionsplatte 5 zugeführt, wodurch dem zu heizenden Objekt
eine große Wärmemenge zugeleitet werden kann. Ferner wird die von der Wärmeemissionsplatte
5 zu emittierende oder zu transmittierende Wärme gleichmäßig auf der Wärmeemissionsplatte
verteilt.
-
Wenn die PTCS-Heizvorrichtung an ein Objekt angesetzt wird, um beispielsweise
dessen Temperatur in einem bestimmten Bereich zu halten, hält der schnelle Wärmeübergang
die Temperatur des Objektes in engen Grenzen, so daß nur geringe Temperaturänderungen
gegenüber der Soll-
temperatur entstehen. Die erfindungsgemäße
Heizvorrichtung reagiert außerordentlich schnell auf die Umgebungstemperatur, was
bedeutet, daß Änderungen der Umgebungstemperatur das PTCS-Heizelement beeinflussen,
so daß es schnell reagiert, indem es seinen Arbeitspunkt verlagert und die elektrische
Leistung entsprechend ändert. Auf diese Weise wird die Temperatur des Objektes zuverlässig
in dem gewünschten Bereich gehalten.
-
Die Fig. 8 und 9 zeigen modifizierte Beispiele für die Isolierplatte
3. Anstelle der Hohlräume 14 und 15, die nach innen gekrümmt sind, können die Hohlräume
beliebige andere Formen haben. Beispielsweise können sie als rechteckige Ausnehmungen
ausgebildet sein, wie man klar aus Fig. 8 erkennt, oder sie sind langgestreckt oder
stufenförmig wie in Fig. 9. Ferner kann die Öffnung 16 in der Ausnehmung nutförmig
sein, wie Fig. 9 zeigt.
-
In den Fig. 10 und 11 sind Modifizierungen der Anschlußeinheit 20
dargestellt. Der Basisteil 21 der Anschlußeinheit, der eine flache und rechteckige
Form aufweist, kann ferner mit mindestens einer Öffnung 23 (in diesem Falle drei
öffnungen) versehen sein, wie Fig. 10 zeigt, damit überschüssiger Kleber oder Lötmittel
durch die Öffnungen 23 hindurch entweichen kann, wenn die Anschlußeinheit 20 fest
gegen die entsprechenden Anschlußstellen 12 bzw. 13 gedrückt wird. Bei dem in Fig.
11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Basisteil 21' zur Erzeugung einer Federkraft
gekrümmt ausgebildet, so daß die Verbindung zwischen der Anschlußeinheit 20 und
den entsprechenden Anschlüssen 12 uns 13 sichergestellt wird, wenn die obere Isolierplatte
3 exakt auf dem PTCS-Heiz-
element 2 positioniert wird.
-
Bei der in Fig. 12 dargestellten PTCS-Heizvorrichtung 1b, die eine
Modifizierung der oben beschriebenen PTCS-Heizvorrichtung 1a darstellt, ist die
obere Isolierplatte 3 durch zwei Hülsen 25 ersetzt, von denen jede aus Isoliermaterial,
z.B. Hartkautschuk, Porzellan oder Kunstharz, besteht, und die die Aufgabe haben,
die Anschlußeinheit 25 zu positionieren und festzuhalten und darüber hinaus das
PTCS-Heizelement 2 gegenüber dem Gehäuse 6 zu isolieren. Jede Hülse 25 weist, wie
man am besten aus Fig. 13 ersieht, einen Basisblock 26 mit einer (in Fig. 13 nicht
sichtbaren) Ausnehmung am Boden auf, um den Basisteil 21 der Anschlußeinheit 20
darin einsetzen zu können, und besitzt einen vorstehenden Bereich 27, der dem Basisbereich
21 einstückig angeformt ist und ein Durchgangsloch zum Durchstecken des Stiftes
22 aufweist. Die beiden bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse 6 vorgesehenen
Bohrungen 9' sind hinreichend groß, um den vorstehenden Bereich 27 der Hülse 25
hindurch stecken zu können, so daß das Gehäuse 6 an dem schulterförmigen Bereich
28 der Hülse 25 anliegt, wenn es exakt auf der Wärmeemissionsplatte 5 positioniert
ist, und die Lagen des PTCS-Heizelementes 2 und der unteren Isolierplatte 3 gegen
die Wärmeemissionsplatte 5 drückt, wie Fig. 12 zeigt.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung
1c nach Fig. 14 ist das Innere des von der Wärmeemissionsplatte 5 verschlossenen
Gehäuses 6 mit injiziertem Material 30 gefüllt, um die Lagen des PTCS-Heizelementes
2 und der unteren Isolierplatte 4 in Stel-
lung zu halten.
-
Ein solches Material kann beispielsweise ein durch Wärme vernetzbares
Harz sein, das in den Hohlraum durch eine (nicht dargestellte) Öffnung des Gehäuses
6 hindurch injiziert wurde.
-
In Fig. 15 ist eine PTCS-Heizvorrichtung 1d als weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt. Hier ist die Hülse 25, die zur Positionierung und zum Festhalten der
Anschlußeinheit 20 dient, durch das injizierte Material 30 ersetzt. Hierdurch werden
die Herstellungsstufen vereinfacht und die Herstellungskosten verringert.
-
Bei der in Fig. 16 dargestellten PTCS-Heizvorrichtung le, die ein
weiteres Ausführungsbeispiel darstellt, erstrecken sich die Anschlußeinheiten 20,
die bei den zuvor beschriebenen Heizvorrichtungen von der Oberseite abstehen, seitlich
aus dem Gehäuse 6 heraus nach außen, so daß der Stift 22 das (nicht dargestellte)
benachbarte Objekt nicht behindert.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel der Heizvorrichtung 1f nach den Fig. 17,
18 und 19 besteht das Gehäuse 6' aus elektrisch isolierendem und gut-wärmeleitfähigem
Material, wie Porzellan mit Aluminiumoxyd (alumina) als Füllstoff und nicht, wie
das oben beschriebene Gehäuse 6, aus Metall. Das Gehäuse 6 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
unmittelbar auf dem PTCS-Heizelement 2 angeordnet, da es aus elektrisch isolierendem
Material besteht, so daß die Lagen aus dem PTCS-Heizelement 2 und der unteren Isolierplatte
zwischen dem Gehäuse 6' und der Wärme-
emissionsplatte 5 festgehalten
werden.
-
Die mit den entsprechenden Anschlüssen verbundene Anschlußeinheit
20 greift in einen Rand- oder Stufenabschnitt des Loches 9" ein und wird hier in
Position gehalten, während ihr Basisbereich 21 über eine Feder elektrisch mit dem
entsprechenden Anschlußpunkt des PTCS-Heizelementes in Verbindung steht, so daß
ein Kontakt gewährleistet ist, oder der Basisbereich 21 ist auf andere Weise fest
durch Lötung oder eine andere elektrisch leitfähige Bindung mit dem Anschluß verbunden.
-
Da bei dem zuletzt beschriebenen Ausführungsbeispiel für die PTCS-Heizvorrichtung
1f weniger Konstruktionsteile benötigt werden als für die zuvor beschriebenen Vorrichtungen,
ist die Herstellung hier noch einfacher und kostengünstiger durchzuführen.
-
Bei den oben erwähnten Ausführungsbeispielen haben die PTCS-Heizelemente
2 Elektrodenstreifen auf der Fläche 2a. Zusätzlich können weitere Streifen auf der
Fläche 2b vorgesehen sein, die den Streifen auf der Fläche 2a gleichen, um an beiden
Hauptflächen 2a und 2b Wärme zu erzeugen. Da die Streifen gleichpoliger Elektroden
auf beiden Seiten des Halbleiterkörpers einander gegenüberliegen, fließt kein Strom
durch den Halbleiterkörper 2' in dessen Dickenrichtung hindurch, so daß im Innenbereich
keine Wärme erzeugt wird,sondern nur in den Bereichen an den Außenflächen 2a und
2b zwischen ungleichnahmig gepolten Elektroden. Von den Flächen 2a und 2b wird die
Wärme schnell emittiert. Der PTCS-Körper 2' kann aus einer verhältnismäßig dünnen
Schicht bestehen.
-
Ferner können die Schichten der Wärmeemissionsplatten 5 der unteren
Isolierplatte 4, des PTCS-Heizelementes 2, der oberen Isolierplatte 3, sofern sie
vorhanden ist, und des Gehäuses 6 oder 6' mit Filmen aus hoch-wärmeleitfähigem Material
versehen sein, beispielsweise aus Siliconkautschuk oder Siliconfett.
-
Da die erfindungsgemäße PTCS-Heizvorrichtung ein sehr effektives PTCS-Heizelement
2 aufweist und die von diesem erzeugte Wärme mit hoher Übertragungsrate an die Wärmeemissionsplatte
5 abgegeben wird, erhält das zu heizende Objekt die Wärme schnell und mit hohem
Wirkungsgrad. Die in der PTCS-Heizvorrichtung enthaltenen Schichten oder Lagen,
z.B. die obere Isolierplatte 3, das PTCS-Heizelement 2 und die untere Isolierplatte
4, sind so dicht und fest von der Hülse 25 und/oder von dem injizierten Material
30 geschichtet, daß diese Schichten durch einen Stoß sich nicht verschieben oder
voneinander entfernen.