DE2946842A1

DE2946842A1 - Aus einem wabenfoermigen koerper bestehendes heizleiterelement aus kaltleitermaterial

Info

Publication number: DE2946842A1
Application number: DE19792946842
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. Schwanberg Ott; Alfred Deutschlandsberg Pennitz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-11-20
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1981-05-21
Also published as: DE2946842C2; AT375803B; ATA544280A

Description

AUS einem wabenformigen Körper bestehendes Heizleiter-
element aus Kaltleitermaterial Die Erfindung betrifft ein Heizelement, bestehend aus einem wabenförmigen Körper aus Kaltleitermaterial auf der Basis von durch Dotierung halbleitender Titanatkeramik und Stromzuftlhrungsbelegungen auf den beiden gegenüberliegenden Flächen des Körpers unter Freilassung der Öffnungen der Wabenkanäle, insbesondere mit einem Kaltleiterkörper, der aus einzelnen Röhrchen geringen Durchmessers (d.h. 0,5 bis 5 mm) und geringer Wandstärke (d.h. 0,2 bis 2 mm) zusammengesetzt ist, die durch Keramikmaterial gleicher Zusammensetzung wie das Kaltleitermaterial miteinander durch keramischen Sinterprozeß fest verbunden sind.
Ein Heizelement dieser Art ist beispielsweise in der DE-AS 24 10 999 (entsprechend US-PS 3,927,300) im Rahmen einer elektrischen Heizvorrichtung beschrieben. Diese elektrische Heizvorrichtung enthält ein eine dünne Wandung aufweisendes säulenförmiges Heizelement aus einem keramischen Material mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) auf, wobei das Heizelement eine wabenartige Struktur mit mehreren parallelen Kanälen besitzt. Die Wabenstruktur des Heizelements ist an ihren senkrecht zur Längsrichtung der Kanäle verlaufenden Endflächen mit ohmschen Elektroden versehen. Die ohmschen Elektroden können jedoch auch an anderen Stellen der Wabenstruktur angeordnet sein, beispielsweise indem die Trennwände an gegenüberliegenden Enden,u.zw. senkrecht zur Axialrichtung der Kanäle, mit einem Paar von Elektroden versehen sind. Ferner kann an den Seitenflächen des Heizelementes, welche im wesentlichen parallel zur Längsrichtung der Kanäle verlaufen, an gegenüberliegenden Seiten ein Paar von Elektroden vorgesehen sein.
Alle diese Arten der Anbringung der Elektroden bewirken, daß bei angelegter Spannung infolge Stromflusses durch den keramischen Kaltleiter das gesamte Heizelement erwärmt wird. Eine Variation der Temperatur ist dabei nur dadurch moglich, daß unterschiedlich hohe Spannungen und demzufolge unterschiedlich starke Ströme verwendet werden.
Es ist in anderem Zusammenhang, nämlich bei der Verwendung eines Kaltleiters in einer Entmagnetisierungsschaltung von Farbfernseh-Bildröhren, bekannt, auf der einen Seite des keramischen Kaltleiterkorpers, der keine hindurchreichenden Kanäle aufweist, sondern vollmassiv ist, einen auf gleichem Potential liegenden Belag und auf der gegenüberliegenden Seite zwei durch einen Schlitz bestimmter Breite voneinander getrennte Beläge auizubringen. Diese Art der Aufteilung der Belegungen hat den Zweck, im Rahmen der Entmagnetisierungsschaltung den als Heizer dienenden Teil des Kaltleiterkörpers aufzuwärmen, damit der als Schalter dienende Teil nach einer bestimmten Zeit ebenfalls erwärmt wird, so daß auf diese Weise die Entaagnetisierung erfolgen kann (vgl. DB;PS 24 33 000, entsprechend US-PS 4,031,499).
In der D!;OS 26 19 312, entsprechend der US-PS 40 34 207, ist ein Balbleiter-Heizeleient mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) mit einem flachen Halblelterkõrper beschrieben, dessen Oberseite und ggf. auch Unterseite zwei Elektroden aufweist, von denen jede im Abstand voneinander Streifen besitzt, die miteinander verbunden sind, wobei die Streifen der beiden Elektroden abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und wobei zwei an der Rückseite des Halbleiterkörpers angebrachte Anschlußsttlcke vorhanden sind, von denen jedes mit einer der Xlektroden verbunden ist. Jede der Elektroden ist gabel- oder kaszförmlg ausgebildet und besitzt mehrere Arme oder Finger in Form dünner Streifen, die im Abstand voneinander von der Basis abstehen, so daß auf dem Saltlelterkörper eine vergraßerte Wärmeerzeugungsfläche entsteht. Die beiden auf einer Seite befindlichen Elektroden sind dabei gegenpolig, so daß der elektrische Strom von einer Elektrode zur anderen benachbarten Gegenelektrode fließt, und zwar durch die Außenbereiche des Halbleiterkarpers.
Wenn die zweite Elektrode an der gegenüberliegenden Fläche des Halbleiterkörpers angeordnet ist, dann fließt der Strom durch das Innere des Halbleiterkõrpers in Richtung seiner Dicke. Mit der bekannten Anordnung wird angestrebt, daß der Wärme erzeugungsbereich unter dem Gesichtspunkt einer schnellen Reaktion der Wärme emission auf den Strom an der Außenseite des Halbleiterkörpers liegt. Die Halbleiterkörper sind auch bei diesem Heizelement vollmassiv, die Erwärmung nur von Teilbereichen durch den Körper hindurch ist nicht vorgesehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement der eingangs angegebenen Art zu schaffen,das eine stufenweise Leistungsregelung ermöglicht, so daß bei gleicher Spannung unterschiedliche Wärmeabgabe resultiert.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Heizelement der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Stromzuführungsbelegung in zumindest zwei Flächenbereiche aufgeteilt ist, die voneinander isoliert sind und je mit einem StromzufUhrungselement versehen sind.
Vorzugsweise sind die beiden Flächenbereiche der aufgeteilten Stromzuführungsbelegung kammförmig ineinandergreifend ausgebildet.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Flächenbereiche der geteilten StromzufWhrungsbelegungen nach Art einer Spirale aufgeteilt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 ein Heizelement in Draufsicht; Fig. 2 das Heizelement gemäß Fig. 1 im Querschnitt, längs der Linie II-II; Fig. 3 ein Heizelement mit kammartigen Elektroden; Fig. 4 das Heizelement gemäß Fig. 3 im Querschnitt, längs der Linie IV-IV und Fig. 5 ein Heizelement mit spiralförmiger Anordnung von drei Elektroden.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die beiden getrennten Flächenbereiche der Stromzuführung auf einer Seite des Kaltleiterkörpers 5 bezeichnet.
Der Kaltleiter 5 weist gemäß Fig. 2 Kanäle 22 auf, die in der Praxis selbstverständlich nach beiden Seiten hin offen sind - hier aus Gründen der Ubersichtllchkeit nicht gezeigt - und die sich von einer Stirnseite zur anderen erstrecken. Die getrennten Flächenbereiche 1 und 2 der Stromzuführungsbelegung auf der einen Seite stehen einer die gesamte andere Seite des Körpers bedeckenden Elektrode 6 gegenüber. Die Stromzuführungen 3, 4 und 7 sind beispielsweise durch Lötung mit den StFomzuftlhrungsbelegungen 1, 2 und 6 mechanisch fest und elektrisch leitend verbunden.
Die Stromzuführungsbelegungen werden in an sich bekannter Weise aufgebracht (vgl. z.B. DG-PS 14 90 713 entsprechend der GB-PS 10 56 510 = VPA 64/3093). Das Anbringen der Stromzuführungsbelegungen geschieht somit dadurch, daß auf die gegenüberliegenden Stirnflächen des gesinterten keramischen Raltleiterkörpers eine Metallsuspension, insbesondere aus Silber, aufgetragen wird, die dann durch eine Wärmebehandlung eingebrannt wird.
Andere Methoden zum Anbringen der Belegungen sehen vor, daß die Metall schichten der Stromzuführungsbelegungen durch galvanischen Auftrag erzeugt werden (vgl. z.B.
DE-PS 24 33 458, entsprechend der US-PS 4,131,692 bzw.
GB-PS 1 470 132 = VPA 74/1110).
In Fig. 3 ist gezeigt, daß die beiden Flächenbereiche 8 und 9 der Stromzuführungsbelegung auf dem Kaltleiterkörper 5 kammartig ineinandergreifen, wobei die Stromzuführungselemente 12 und 13 an den jeweiligen Verbindungsstreifen der Kammzinken angelötet sind.
Aus Fig. 4 geht hervor, daß auf der RUckseite des Kaltleiterkörpers 5 ebenfalls eine Aufteilung der Stromzuführungsbelegung mit ineinandergreifenden Kammzinken vorgesehen ist, so daß die Flächenbereiche 10 und 11 entstehen, an denen die Stromzuführungen 14 und 15 befestigt sind. Die Anordnung der Flächenbereiche 10 und 11 auf der Rückseite ist jedoch nicht spiegelbildlich zu der in Figur 3 gezeigten Anordnung, sondern drehspiegelsymmetrisch mit einer Drehung um 1800.
In Fig. 5 ist gezeigt, daß drei Flächenbereiche 16, 17 und 18 der Stromzuführungsbelegung vorgesehen sind, die spiralartig ineinandergreifen. Die StromzufUhrungen 19, 20 und 21 sind an die Flächenbereiche 16, 17 und 18 angelötet.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß die einzelnen Elektroden auf jeder Seite des Heizelements durch stufenweises Parallelschalten der einzelnen Elektroden mit Strom versorgt werden, wodurch die wärmeerzeugenden Bereiche des Kaltleiterkörpers stufenweise vergrößert oder verkleinert werden können.
Die Herstellung eines galtleiterkörpers aus einzelnen Röhrchen geringen Durchmessers und geringer Wandstärke ist Gegenstand der am gleichen Tage eingereichten deutschen Patentanmeldung P (VPA 79 P .... = VPA 79 E 1903).
Dieses Verfahren sieht vor, daß aus dem durch Vorbrennen und Mahlen erzeugten Kaltleitermaterial zunächst durch Strangpressen Rohre von einer Länge hergestellt werden, die ein Vielfaches der Dicke des einzelnen Heizelements beträgt, daß diese Rohre bis zum Lederhartzustand getrocknet werden, daß die getrockneten Rohre in eine Lehre, die den Außenabmessungen des Heizelements unter Berücksichtigung der Brennschwindung entspricht, lagenweise unter ZufUhrung von Schlicker aus pulverförmigem, vorgebranntem Kaltleitermaterial gleicher Zusammensetzung wie die Rohre eingebracht werden, daß danach das Bündel aus Rohren und Schlicker getrocknet wird, wonach es in die Heizelementekörper gewünechter Dicke unter Berücksichtigung der Brennschwindung aufgeteilt wird, diese Körper dem Sintervorgang unterworfen und schließlich mit den Stromzuführungsbelegungen versehen werden.
3 Patentansprüche 5 Figuren

Claims

Patentansprüche Heizelement, bestehend aus einem wabenförmigen Körper aus Kaltleitermaterial auf der Basis von durch Dotierung halbleitender Titanatkeramik und Stromzufuhrungsbelegungen auf den beiden gegenüberliegenden Flächen des Körpers unter Freilassung der Öffnungen der Wabenkanäle, insbesondere mit einem Kaltleiterkörper, der aus einzelnen Röhrchen geringen Durchmessers (d.h. 0,5 bis 5 mm) und geringer Wandstärke (d.h. 0,2 bis 2 mm) zusammengesetzt ist, die durch Keramikmaterial gleicher Zusammensetzung wie das Kaltleitermaterial miteinander durch keramischen Sinterprozeß fest verbunden sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens eine Stromzuführungsbelegung in zumindest zwei Flächenbereiche (1,2 8,9,10,1116,17,18) aufgeteilt ist, die voneinander isoliert sind und je mit einem Stromzuführungselement (3,4, 7,12,14,15,19,20,21) versehen sind.
2. Heizelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Flächenbereiche (8,9) der geteilten Stromzuführungsbelegungen kammförmig ineinandergreifen ( Fig.3 + 4).
3. Heizelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Flächenbereiche (16,17, 18) der geteilten Stromzuführungsbelegungen nach Art einer Spirale aufgeteilt sind (Fig.5).