DE2948593C2

DE2948593C2 - Elektrisches Widerstandsheizelement

Info

Publication number: DE2948593C2
Application number: DE19792948593
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 6741 Erlenbach Nauerth; Hanno 6744 Kandel Roller
Original assignee: Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1987-05-07
Also published as: DE2948593A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement mit einer Kontaktanordnung aus mindestens einem PTC-Element und zwei ebenen Kontaktplatten, wobei die Kontaktanordnung federnd in einer festen, elektrisch isolierenden Umhüllung einsetzt und die Kontaktplatten das PTC-Element in Längsrichtung überragen.

Ein gattungsgemäß elektrisches Heizelement ist aus der US-PS 39 96 447 bekannt. Bei dem bekannten Heizelement ist eine Kontaktanordnung aus einem PTC-Element und auf diesem aufliegenden, dieses mindestens in zwei Richtungen überragenden Kontaktblechen vorgesehen, wobei das eine Kontaktblech an zwei gegenüberliegenden Rändern über das Blech gebogene federnde Laschen aufweist, an deren Ausrichtung der Querschnitt des Gehäuses, der an den Querschnitt eines Hauses mit einem Satteldach erinnert, angepaßt ist, so daß durch die Dachflächen des Gehäuses über die entsprechenden Laschen die Kontaktanordnung gegen den Boden des Gehäuses und fest zusammengedrückt wird. Das Gehäuse wird anschließend mit Füllsilikon vergossen.

Aus der DE-OS 26 14 433 sind Heizelemente bekannt, bei denen eine Kontaktanordnung aus PTC-Elementen und aufliegenden Kontaktplatten mit ebenfalls am Rande bogenförmig abgebogenen Laschen klemmend in einem einseitig geschlossenen Röhrchen aus Glas eingesetzt sind, das gegebenenfalls auch von einem Metall- oder Kunststoffrohr umgeben ist. Bei der genannten Ausführungsform wird der Andruck der Kontaktanordnung durch die federnden Laschen bewirkt. Bei einer anderen Ausführungsform sind die federnden Laschen durch eine im Glasröhrchen aufgebrachte elastische Beschichtung ersetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement zu schaffen, das fertigungstechnisch einfach herzustellen ist, als solches oder nach weiteren Maßnahmen einsetzbar ist und eine optimale Wärmeableitung der vom Heiz-PTC-Element erzeugten Wärme gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Heizelement mit einer Kontaktanordnung aus mindestens einem PTC-Element und zwei ebenen Kontaktplatten gelöst, wobei die Kontaktanordnung federnd in einer festen, elektrisch isolierenden Umhüllung eingesetzt ist und die Kontaktplatten das PTC-Element in Längsrichtung überragen, bei dem die Längsabmessung der Umhüllung im wesentlichen der des PTC- Elementes entspricht, der Innenraum der Umhüllung im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist; der federnde Andruck durch ein gewelltes Federblech bewirkt wird und die Kontaktplatten auch die Umhüllung in Längsrichtung der Kontaktanordnung an mindestens einer Seite überragen.

Bei dem erfindungsgemäßen Widerstandsheizelement dient die Feder lediglich dazu, den für den Wärmeübergang vom PTC-Element zu den Kontaktplatten erforderlichen Andruck herzustellen, während die Druckkraft von der Umhüllung als Widerlager aufgenommen wird, die genausowenig wie die Feder nennenswert zur Wärmeabgabe beizutragen braucht; diese erfolgt vielmehr derart durch die Kontaktplatten, die erfindungsgemäß nicht nur zur Stromzuführung, sondern zugleich zur Wärmeableitung dienen, daß diese nicht nur das PTC-Element, sondern auch die feste Umhüllung in Längsrichtung an wenigstens einer Seite vorzugsweise um einen Betrag überragen, der mindestens der Längsausdehnung des PTC-Elementes entspricht. Die Kontaktplatten bestehen dazu aus einem nicht nur elektrisch leitenden, sondern auch gut wärmeleitenden Metall, beispielsweise Kupfer, Aluminium od. dgl. Durch entsprechende Bemessung der Länge der Kontaktplatten läßt sich der Wärmewiderstand vom PTC- Element zum Wärmeverbraucher in weiten Grenzen einstellen. Der elektrische Anschluß erfolgt dadurch, daß Anschlußdrähte in üblicher Weise durch Löten, Punktschweißen, Klemmen od. dgl. mit den Kontaktplatten verbunden werden.

Die elektrische isolierende Umhüllung kann aus üblichen Isoliermaterialien, beispielsweise aus - ggfls. glasfaserverstärktem - Kunststoff, aus Keramik oder auch aus mit einer isolierenden Beschichtung versehenem Metall bestehen. Die in Längsrichtung der Kontaktanordnung gemessene Breite der Umhüllung entspricht im wesentlichen der Breite des PTC-Elementes, um bei größtmöglichen Wärmeabgabeflächen die erfoderliche Stabilität zu erreichen. Die Umhüllung kann - beispielsweise bei Ausführung aus isolierend beschichtetem Metall - aus einem Streifen so zusammengebogen werden, daß ein Schlitz verbleibt, wird im übrigen aber vorzugsweise umfangsseitig geschlossen ausgeführt.

Der Innenraum der Umhüllung ist im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ausgeführt und an den Querschnitt der Kontaktanordnung angepaßt. Die Kontaktplatten und das PTC-Element, das vorzugsweise gleiche Breite wie die Kontaktplatten aufweist, werden dadurch in der Umhüllung geführt. In zur Ebene der Kontaktplatten senkrechter Richtung weist der Innenraum der Umhüllung selbstverständlich entsprechendes Übermaß auf, um das Einsetzen der Feder zu ermöglichen. Die Feder besteht aus einem gewellten Federblech, wobei vorzugsweise die Wellungen senkrecht zur Längsrichtung der Kontaktanordnung verlaufen. Unter Längsrichtung ist dabei die Achsrichtung der Umhüllung zu verstehen, in der auch das Einschieben der Feder zwischen Umhüllung und Kontaktplatte erfolgt.

Bei höherem Leistungsbedarf kann es zweckmäßig sein, mehrere PTC-Elemente vorzusehen. Dazu lehrt die Erfindung, daß die Kontaktanordnung mehrere in Reihe hintereinander zwischen die Kontaktplatten eingelegte PTC-Elemente aufweist und im Bereich jedes PTC-Elementes eine als Haltering ausgebildete Umhüllung mit Federelement angeordnet ist. Mit anderen Worten werden dabei an den Kontaktplatten mehrere PTC- Elemente jeweils mit einem Haltering und einem Federblech hintereinander aufgereiht, die ihre Wärmeenergie über die gemeinsamen, entsprechend lang ausgeführten Kontaktbleche abgeben. Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, seitlich nebeneinander mehrere PTC-Elemente anzuordnen, die Hintereinanderanordnung ist jedoch zu bevorzugen, weil dabei an die Steifigkeit der Halteringe geringere Anforderungen gestellt werden können.

In jedem Fall empfiehlt es sich, daß mindestens eine der Kontaktplatten im wesentlichen biegesteif ausgeführt wird und damit einen mehr oder minder stabilen Träger der ganzen Anordnung darstellt. Dagegen kann die andere Kontaktplatte verhältnismäßig geringe Steifigkeit aufweisen, so daß bei Anordnung mehrerer PTC-Elemente, deren Höhe im Rahmen üblicher Toleranzen differieren kann, hintereinander eine zuverlässige Anlage beider Kontaktplatten an den PTC-Elementen ohne unerwünschte elastische Spannungen gewährleistet ist.

Der Wärmeübergang von den Kontaktplatten eines erfindungsgemäßen Widerstandsheizelementes auf einen Wärmeverbraucher kann auf unterschiedliche Weise bewirkt werden. Häufig wird das Widerstandsheizelement in eine entsprechende Ausnehmung des Wärmeverbrauchers eingesetzt und mit einer geeigneten Füllmasse, beispielsweise wärmeleitendem Silikonkautschuk, vergossen oder bei Ausführung als "Heizpatrone" in einen Mantel aus einer solchen Füllmasse eingegossen. Um das Vergießen in einfacher Weise zu ermöglichen, lehrt die Erfindung, daß der Haltering an seiner Außenseite angeschlossene im wesentlichen radial verlaufende Abstützflügel aufweist. Damit besteht in einfacher Weise die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Widerstandsheizelement in Ausnehmung bzw. Gießform genau positioniert unter Abstützung durch die Abstützflügel einzusetzen und den Verguß vorzunehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein elektrisches Widerstandsheizelement in Seitenansicht,
Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 im Querschnitt II-II
Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstands der Fig. 2 im Längsschnitt III-III,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines elektrischen Widerstandsheizelementes im Querschnitt,
Fig. 5 den Gegenstand der Fig. 4 im Längsschnitt V-V.
Das in Fig. 1 dargestellte elektrische Widerstandsheizelement besteht im wesentlichen aus einer Kontaktanordnung 1 und einem die Kontaktanordnung 1 umgebenden Haltering 2. Die Kontaktanordnung 1 ist aus zwei ebenen und zueinander parallelen Kontaktplatten 3 aus Kupfer und einem zwischen den Kontaktplatten 3 angeordneten PTC-Element 4 aufgebaut, das an gegenüberliegenden, an den Kontaktblechen 3 anliegenden Flächen mit einer (in den Figuren nicht dargestellten) Kontaktierung versehen ist. Zur Stromzuführung sind an die Kontaktplatten oder -bleche 3 Anschlußleitungen 5 angelötet. Wie die Fig. 1 deutlich zeigt, überragen die Kontaktplatten 3 das PTC-Element 4 an beiden Seiten, während (vgl. Fig. 2) Kontaktplatten 3 und PTC-Element 4 im wesentlichen gleiche Breite aufweisen.
Die Kontaktanordnung 1 ist in Längsrichtung in den Innenraum des Halterings 2 eingeschoben, dessen Längsabmessung im wesentlichen mit der Längsabmessung des PTC-Elementes 4 übereinstimmt. Der Haltering 2 besteht aus einem üblichen Isoliermaterial entsprechender Biegefestigkeit und ist umfangsseitig geschlossen. Der Innenraum des Halterings 2 ist im Querschnitt rechteckig und hinsichtlich seiner Breitenabmessung an den Querschnitt der Kontaktanordnung 1 angepaßt. Zwischen der oberen Kontaktplatte 3&min; und der Innenwandung des Halterings 2 ist ein Federelement 6 unter elastischer Verformung eingesetzt, durch das unter Abstützung am Haltering 2 Kontaktplatten 3 und PTC-Element 4 elastisch zusammengehalten werden, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Das Federelement 6 besteht aus einem gewellten Federblech mit senkrecht zur Längsrichtung der Kontaktanordnung 1 verlaufenden Wellungen, und ist in Längsrichtung in den Spalt zwischen Kontaktplatten 3&min; und Haltering 2 eingeschoben. Eine am Federelement 6 angebogene Nase 7 liegt in eingeschobenem Zustand am Haltering 2 an und sichert eine eindeutige Positionierung des Federelementes 6.
Die aufgrund des durch die Kontaktbleche 3 zugeführten Stroms im PTC-Element 4 freigesetzte Wärmeenergie geht auf die Kontaktbleche 3 über und wird von diesen an einen (nicht dargestellten) in Wärmekontakt stehenden Verbraucher abgegeben. In den Fig. 1 und 2 ist angedeutet, daß die untere Kontaktplatte 3&min;&min; gegenüber der oberen Kontaktplatte 3&min; stärker und damit so biegesteif ausgeführt ist, daß es zugleich als Träger der ganzen Anordnung benutzt werden kann.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform für höhere Wärmeleistung bei der mehrere PTC-Elemente 4 in Reihe hintereinander zwischen die Kontaktplatten 3 eingelegt sind. Im Bereich jedes einzelnen der PTC-Elemente 4 ist ein eigener Haltering 2 mit Federelement 6 angeordnet. Die PTC-Elemente 4 sind mit gegenseitigem Abstand angeordnet, so daß durch die dazwischen liegenden Bereiche der Kontaktplatten 3 die Wärmeabgabe erfolgt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform als " Heizpatrone", bei der das Widerstandsheizelement in einen Mantel 8 aus wärmeleitendem Silikonkautschuk eingegossen ist. Zur Positionierung des Widerstandsheizelementes in einer (nicht dargestellten) Gießform beim Vergießen sind an der Außenseite des Halterings drei Abstützflügel 9 angeschlossen, die im wesentlichen radial verlaufen und sich im übrigen nur über einen Teil der Länge des Halterings 2 erstrecken müssen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.

Claims

1. Elektrisches Widerstandsheizelement mit einer Kontaktanordnung aus mindestens einem PTC-Element und zwei ebenen Kontaktplatten, wobei die Kontaktanordnung federnd in einer festen, elektrisch isolierenden Umhüllung eingesetzt ist und die Kontaktplatten das PTC-Element in Längsrichtung überragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsabmessung der Umhüllung (2) im wesentlichen der des PTC-Elementes entspricht, daß der Innenraum der Umhüllung (2) im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist, daß der federnde Andruck durch ein gewelltes Federblech (6) bewirkt wird und daß die Kontaktplatten auch die Umhüllung (2) in Längsrichtung der Kontaktanordnung an mindestens einer Seite überragen.

2. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanordnung (1) mehrere in Reihe hintereinander zwischen die Kontaktplatten (3) eingelegte PTC-Elemente (4) aufweist und im Bereich jedes PTC-Elementes (4) eine als Haltering (2) ausgebildete Umhüllung mit Federblech (6) angeordnet ist.

3. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kontaktplatten (3&min;&min;) im wesentlichen biegesteif ist.

4. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (2) an ihrer Außenseite angeschlossene im wesentlichen radial verlaufende Abstützflügel (9) aufweist.