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Elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für Warmhalte-
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platten od.dgl.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere
für Warmhalteplatten od.dgl., mit einem ersten, der zu beheizenden Fläche entsprechenden
einteiligen Heizbelag, einermit Aussparungen für Kaltleiterplättchen versehenen
Isolierschicht und einem darauf angeordneten, insbesondere mit Ausprägungen für
die Kaltleiterplättchen versehenen dünnen, den ersten Heizbelag im wesentlichen
überdeckenden zweiten Heizbelag, wobei die Heizbeläge gleichzeitig die Stromzuführungen
zu den die eigentlichen Heizelemente darstellenden Kaltleiterplättchen bilden.
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Eine derartige im Hauptpatent vorgeschlagene elektrische Heizvorrichtung,
wie sie beispielsweise zur Beheizung der Außenspiegel elektrischer Kraftfahrzeuge
eingesetzt werden kann, hat gegenüber einer Vielzahl bereits vorgeschlagener Heizsysteme
unter Verwendung von Kaltleitern den Vorteil, daß bei einfachstem Aufbau von vornherein
die Gefahr von Kurzschlüssen, Durchbrüchen oder schädlichen Spannungsdifferenzen
auf der zu beheizenden Fläche vermieden wird. Derartige Spannungsunterschiede führen
beispielsweise bei der Spiegelheizung zu einem Blindwerden des Spiegels aufgrund
von Elektrolyseprozessen.
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In Fällen, in denen es auf eine besonders wirksame Ausnutzung der
Heizleistung derartiger Heizvorrichtungen ankommt - bei der Be-heizung von Kraftfahrzeugspiegeln
genügt bereits ein Bruchteil der normalen über die Batterie erzielbaren
Heizleistung
- sollte sinnvollerweise auch die auf der Rückseite, d. h. der der beheizten Fläche
abgelegenen Seite des Systems aus sandwichartig miteinander verbundenen Heizbelägen
auftretende Wärme genutzt werden. Anders ausgedrückt sollte versucht werden, daß
nicht nur auf der einen Seite die Wärme nutzbringend abgeleitet wird, während sie
auf der anderen Seite unwirksam an die Umgebung abgegeben wird. Solange die Wärmeleistung
des Heizsystems und die Aufnahmefähigkeit, sprich die Wärmeleitfähigkeit der zu
beheizenden Platte, einigermaßen in Einklang zueinander stehen, spielt dies auch
keine zu entscheidende Rolle, insbesondere wenn man sowieso nur eine Beheizung zur
Verhinderung einer Beschlagbildung bei Spiegeln od. dgl. anstrebt. Bei den hierbei
auftretenden relativ geringen Temperaturen ist die Strahlungswärme auf der Rückseite
vernachlässigbar. Versucht man jedoch, auf der beschriebenen Basis mit sandwichartig
übereinander angeordneten Heizbelägen mit dazwischen angeordneten Kaltleiterplättchen
ein allgemeines Flächenheizsystem aufzubauen, mit welchem man - die Flächen könnten
selbstverständlich auch zur Beheizung von Rohren od. dgl.
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gewölbt ausgebildet sein - ein wirksames Heizsystem auch mit höheren
Betriebstemperaturen erzielen will, so ergeben sich eine Reihe von Schwierigkeiten.
Zum einen ist in diesen Fällen die Wärmeableitung über die Rückseite nicht mehr
vernachlässigbar. Zum anderen besteht die Gefahr, daß durch die erhöhten Temperaturen
die Kaltleiterplättchen in einen Temperaturbereich ausgesteuert werden, in denen
sie aufgrund ihrer temperaturabhängigen Widerstandscharakteristik quasi "abschalten",-
d. h. eine nenneswerte Heizleistung gar nicht mehr erbringen können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie auch bei höheren Betriebstemperaturen
unter Vermeidung größerer Verluste einerseits sowie des Unwirksamwerdens des Regelsystems
der Kaltleiterplättchen andererseits eingesetzt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen,
daß auf der der zu beheizenden Fläche abgelegenen Unterseite eine Wärmeisolierung
in Verbindung mit Wärmeabführein-richtungen zur erhöhten Wärmeabfuhr von den Unterseiten
der Kaltleiterplättchen vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß sich die vorstehend
beschriebenen Probleme teilweise widersprechen. So bedingt die Verhinderung eines
übermäßigen nutziosen Wärmeabflusses über die Unterseite der eigentlichen Sandwich-Heizeinrichtung
eine Wärmeisolierung, die jedoch in erhöhtem Maß die Probleme verstärkt, die dadurch
auftreten, daß die Kaltleiterplättchen eine höhere Betriebstemperatur annehmen und
damit infolge des erhöhten Widerstandes auch die Aufnahme elektrischer Energie drosseln.
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Die erfindungsgemäße Kombination einer Wärmeisolierung in Form entweder
einer thermischen Isolierschicht und/oder einer wärmereflektierenden Platte, gestattet
- wie der Erfindung zugrundeliegende umfangreiche Untersuchungen ergeben haben -
eine wirksame Lösung der angesprochenen Probleme.
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Dabei ist die Verhinderung der Wärmeabfuhr und die gleichzeitige Bekämpfung
des Auftretens zu hoher Temperaturdifferenzen an den Kaltleiterheizsystems umso
bedeutsamer, je geringer die Wärmeleitfähigkeit des zu beheizenden Gegenstandes
ist. Gerade bei Warmhalteplatten aus keramischem Material, deren Wärmeleitfähigkeit
relativ gering ist, stellen sich diese Schwierigkeiten in erhöhtem Ausmaß.
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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist eine bevorzugte Ausführungsform
des Erfindungsgedankens gekennzeichnet durch den Ausprägungen unter den Kaltleiterplättchen
anliegende, gut wärmeleitende Metallbügel od. dgl., deren Schenkelabwinklungen vorzugsweise
zwischen benachbarten Kaltleiterplättchen mit dem zweiten Heizbelag verbunden sind.
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Dabei geht dieser bevorzugte Erfindungsvorschlag davon aus, daß die
Ableitung der Wärme von der der zu beheizenden Fläche abgelegenen Unterseite der
Kaltleiterplättchen deshalb in befriedigtem Maß stattfindet und zu den bereits angesprochenen
Problemen führt, daß der mit den Ausprägungen versehene zweite Heizbelag zum Auffangen
der unvermeidlichen Dicken-Toleranzen der Kaltleiterplättchen eine dünne Metallfolie
sein muß. Eine solche dünne Folie hat zwar die notwendige elektrische Leitfähigkeit
zur elektrischen Kontaktierung der Kaltleiterplättchen, jedoch nur eine sehr geringe
thermische Leitfähigkeit, so daß von der Unterseite der Plättchen eine ausreichende
Wärmeabfuhr nur zum Teil erreicht wird. Durch das Vorsehen einer entsprechend starken
Wärmeleitbrücke aus Metall, die diese Ausprägungen überbrückt und auf ihrer Unterseite
unter guter thermischer Kontaktgabe anliegt - beispielsweise kann hierfür ein Wärmeleitkleber
vorgesehen sein - läßt sich nicht nur die angestrebte erhöhte Wärmeabfuhr realisieren.
Darüber hinaus ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß über den Wärmebauch auf
der Vorderseite, d. h. der der zu beheizenden Fläche zugewandten Seite der Kaltleiterplättchen,
hinaus ein zusätzlicher Wärmebauch, d. h. ein Bereich erhöhter Temperatur durch
erhöhte Wärmezufuhr zwischen jeweils zwei benachbarter Kaltleiterplättchen auftritt.
Dadurch ergibt sich insbesondere bei schlecht wärmeleitenden zu beheizenden Platten,
z. B. keramischen Warmhalteplatten, eine wesentlich gleichmäßigere Wärmezufuhr und
auch eine wesentlich gleichmäßigere und günstigere Erwärmung.
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Darüber hinaus bietet diese Ausgestaltung der Wärmeableitung von der
Unterseite der Kaltleiterplättchen unter gleichzeitiger sinnvoller Ausnutzung dieser
Wärme den Vorteil, daß ein solches Sandwichheizsystem, d. h. die Heizbeläge mit
den dazwischenliegenden Kal tleiterplättchen einschließlich der Wärmeleitbrücken,
von unten mit einer, vorzugsweise durch Ausschäumen gebildeten, Isolierstoffplatte
abgedeckt sein
kann. Gerade bei auf angeformten Füßchen stehenden
keramischen Warmhalteplatten ist aber eine derartige vollständige Abdeckung nach
unten nicht nur wegen des mechanischen Schutzes, sondern insbesondere auch zur Vermeidung
der Gefahr einer Berührung irgendwelcher spannungsführender Teile, außerordentlich
wesentlich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, sowie an Hand
der Zeichnung. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Warmhalteplatte mit
einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch
die Anordnung nach Fig. 1 und Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein Platten-Heizsystem
mit abgewandelter Ausbildung der thermischen Isolierung sowie der erhöhten Abfuhrvorrichtung
von den Unterseiten der Kaltleiterplättchen.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte elektrische Heizvorrichtung für
eine keramische Warmhalteplatte 10' mit angeformten Stützfüßen 10a umfaßt ein Sandwichheizsystem,
wie es im Grundaufbau bereits im Hauptpatent beschrieben ist. Dieses Sandwichheizsystem
weist einen ersten Heizbelag 1 und einen in der Dicke sehr viel dünneren zweiten
Heizbelag 2 auf, zwischen denen eine Isolierschicht 3 und in Ausnehmungen dieser
Isolierschicht 3 Kaltleiterplättchen 4 angeordnet sind. Diese Kaltleiterplättchen
4 liegen unmittelbar an den Heizbelägen 1 und 2 an, die gleichzeitig die Stromzuführungen
für die Kaltleiterplättchen, die die eigentlichen Heizelemente darstellen, bilden.
Der dünnwandige zweite (untere) Heizbelag 2 ist mit Ausprägungen 7 versehen, in
denen jeweils die Kaltleiterplättchen 4 angeordnet sind. Die Dünnwandigkeit ist
dabei
in erster Linie deshalb vorgesehen, um einen einfachen Ausgleich für die unvermeidbaren
Dickentoleranzen der Kaltleiterplättchen 4 bei deren Herstellung zu erhalten und
es also zu vermeiden, daß die Kaltleiterplättchen 4 auf eine bestimmte Dicke hin
plangenau geschliffen werden müssen. Auf der anderen Seite aber bedingt die dünnwandige
Folie des zweiten unteren Heizbelags 2 eine geringere thermische Leitfähigkeit,
so daß von der Unterseite der Kaltleiterplättchen 4 die Wärne nur in geringerem
Maße abgeführt werden kann. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß gut wärmeleitende
Metallbügel 13 vorgesehen, die bevorzugt aus dem gleichen Material bestehen können
wie der zweite untere Heizbelag 2, z. B.
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Aluminium oder Kupfer. Diese relativ dicken und damit gut wärmeleitenden
Metallbügel-können nicht nur die Wärme von der Unterseite der Kaltleiterplättchen
4 (selbstverständlich durch die Ausprägung 6 des Heizbelags hindurch) wegführen,
sondern leiten die so abgeführte Wärme über Abwinklungen 14 ihrer Schenkel 15 zwischen
benachbarten Kaltleiterplättchen 4 wieder auf den Heizbelag 2 und damit auf das
Sandwichheizsystem zurück, so daß diese Wärme nutzbringend wieder zur Beheizung
der Warmhalteplatte 10' zur Verfügung steht. Dies ist in Fig. 2 durch strichpunktierte
schematische Wölbungen 16b angedeutet, die darstellen, daß außer den Zonen erhöhter
Wärmeabgabe 16a auf der Oberseite der Kaltleiterplättchen 4 somit noch zusätzliche,
wie gesonderte Heizungen wirkende Wärmezuführstellen an den Fußpunkten der Abwinklungen
14 der Metallbügel 13 geschaffen worden sind. Das gesamte Sachwichheizsystem ist
von unten her, vorzugsweise durch Ausschäumen mit einer Isolierstoffplatte 17, abgedeckt,
die über-die thermische Isolierung nach unten hin auch eine elektrische Isolierung
bildet, die eine absolute Gewähr dafür bildet, daß die Gefahr von Berührungen spannungsführender
Teile ausgeschaltet ist.
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Alternativ ließe sich eine Ausführungsform gemaß Fig. 3 herstellen,
bei der eine wärmereflektierende Platte 17b vorgesehen ist, die die Wärme wieder
nach oben zurückwirft, während durch eine Aussparung 20 am Ort der Kaltleiterplättchen
4 eine stärkere Wärmeabfuhr nach unten und damit ein störender Wärmestau ausgeschlossen
ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. So ist die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Wärmeabführbügel 13 nicht
auf Ausführungsformen beschränkt, bei denen Ausprägungen 7 vorgesehen sind. Selbstverständlich
ginge es auch, wenn der zweite untere Heizbelag durchgehend eine ebene Fläche bilden
würde. In diesem Fall müßte man die Bügel 13 nur so ausbilden, daß der unter den
Kaltleiterplättchen 4 anliegende Abschnitt gewölbt ausgebildet ist, so daß er sich
erst wieder in Abstand von diesem Bereich zum Heizbelag hin zurückkrümmt. Auch tellerartige
Wärmeleitbrücken, die die Wärme an eine Kreisfläche, mit dem Kaltleiter als Zentrum,
auf den Heizbelag 2 zurückführen, sind denkbar.