DE3506759C1

DE3506759C1 - Self-regulating electrical heating body

Info

Publication number: DE3506759C1
Application number: DE19853506759
Authority: DE
Inventors: Erich 7200 Tuttlingen Hillinger
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 1985-02-26
Filing date: 1985-02-26
Publication date: 1986-09-18

Abstract

Electrical heating bodies having built-in heating elements consisting of PTC thermistor materials have the advantage that no special regulating devices are required, since the electrical resistance of these heating elements increases as the temperature rises, and a self-regulating effect thus occurs. However, it is a precondition for the effectiveness of this self-regulation that the heat generated by the PTC thermistor elements - also called PTC elements - is dissipated quickly since a thermal bottleneck, and hence a rapid increase in the temperature on the heating element otherwise occurs which causes the self-regulating effect to occur too early and the desired temperature on the object to be heated not to be reached. The present invention prevents such a thermal bottleneck in that the PTC element is pressed in a positively-locking manner with a moulding which consists of a mixture of metal powder and a small proportion of plastic binder in the form of powder to fine powder. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkörper mit selbstregelndem Heizelement auf Kaltleiterbasis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heater with a self-regulating heating element based on PTC thermistors according to the Preamble of claim 1.

Derartige Heizkörper werden im Bereich niedriger Temperaturen, beispielsweise für das Beheizen von Rohren, Warmhalteplatten, Schaltschränken u.s.w. eingesetzt, wobei die im Heizkörper eingebauten Kaltleiter- oder PTC-Elemente scheibenförmig oder quaderförmig ausgebildet sind, oder aber auch die Form eines isolierten Flachkabels haben können.Such radiators are used in the range of low temperatures, for example for heating Pipes, hot plates, switch cabinets, etc. used, whereby the PTC thermistor installed in the radiator or PTC elements are disc-shaped or cuboid, or else the shape of a insulated flat cable.

Wesentlich bei allen Ausführungsarten ist, daß die im PTC-Element entstehende Wärme möglichst rasch und gut an den zu beheizenden Gegenstand abgeleitet wird, andernfalls steigt die Temperatur im PTC-Element rasch an, was wiederum zur Folge hat, daß infolge der Selbstregelung die Temperatur im Element wieder absinkt und so der zu beheizende Gegenstand nicht dieIt is essential in all types of execution that the heat generated in the PTC element is as rapid and as possible is diverted well to the object to be heated, otherwise the temperature in the PTC element rises rapidly, which in turn has the consequence that the temperature in the element drops again as a result of the self-regulation and so the object to be heated is not the

gewünschte Temperatur erreicht.desired temperature reached.

Um diesen Nachteil zu beheben ging man, wie die Euro-PS 0 057 172 offenbart, schon dazu über, das PTC-Element in einer Metallhülse zu lagern und mehrere Isolierfolien zwischen dem PTC-Element und der Metallhülse anzuordnen und die Zwischenräume zwischen diesen Folien mit einer wärmeleitenden^Masse, wie Silikon-Kautschuk zu füllen.
Einen anderen Aufbau, ohne Verwendung von Zwischenfolien zeigt die DE-OS 29 48 593. Hier ist das PTC-Element in einem Mantel aus Silikon-Kautschuk eingegossen, so daß das Ganze eine Art Heizpatrone bildet.In order to remedy this disadvantage, as the Euro-PS 0 057 172 discloses, one already went over to storing the PTC element in a metal sleeve and arranging several insulating foils between the PTC element and the metal sleeve and the spaces between these foils a thermally conductive mass, such as silicone rubber.
DE-OS 29 48 593 shows another structure without the use of intermediate foils. Here the PTC element is encased in a jacket made of silicone rubber, so that the whole thing forms a kind of heating cartridge.

Des weiteren ist es durch die DE-OS 32 01 367 bekannt, PTC-Heizelemente zwischen Metallprofilschienen anzuordnen und diesen Aufbau mittels Isoliermaterial in einem Metallmantel einzubetten und mit diesem zu verpressen.Furthermore, it is known from DE-OS 32 01 367, PTC heating elements between metal profile rails to be arranged and to embed this structure by means of insulating material in a metal jacket and with this to press.

Auch bei der Verwendung der eingangs genannten Heizkabel mit PTC-Charakteristik, ist es erforderlich, beispielsweise durch Anordnen von Blechen oder Metallformteilen unmittelbar im Kontakt mit dem Heizkabel, eine rasche Abführung der im Heizelement erzeugten Wärme herbeizuführen, um die genannten Nachteile zu vermeiden.Even when using the heating cables with PTC characteristics mentioned at the outset, it is necessary to for example by arranging sheet metal or metal moldings directly in contact with the heating cable, to bring about a rapid dissipation of the heat generated in the heating element to the disadvantages mentioned to avoid.

Wie die DE-AS 26 41894 offenbart, ist man auch schon dazu übergegangen, die PTC-Elemente in einem Gemisch aus Metalloxyden und vulkanisiertem Kunststoff einzubetten und auch für das Gehäuse, das die PTC-Elemente umhüllt, ein solches Gemisch zu verwenden. Dieser an sich einfache Aufbau ergibt jedoch auch noch nicht das Maximum an Wärmeleitfähigkeit, das in vielen Fällen verlangt wird.As DE-AS 26 41894 discloses, one is too already switched to the PTC elements in a mixture of metal oxides and vulcanized plastic to embed and also to use such a mixture for the housing that encloses the PTC elements. However, this structure, which is simple in itself, does not yet produce the maximum thermal conductivity that can be achieved in is required in many cases.

Auch die US-PS 34 40 589 zeigt einen Aufbau, bei dem ein Widerstandskörper in einer Masse, bestehend aus Metallteilchen und einem Kunststoff, eingebettet ist. Als besonderes Kennzeichen wird hier hervorgehoben, daß die Metallteilchen in Form kleiner Hohlkügelchen ausgebildet sind, um so den Widerstandskörper gegen Schwingungen und Temperatureinflüsse von außen zu schützen. Der hier gewollte hohe thermische Widerstandswert der Einbettmasse schließt jedoch die Verwendung derselben für PTC-Elemente aus den oben genannten Gründen aus.
Schließlich ist es durch das DE-GM 80 19 250 auch bekannt, einen besonders gestalteten Becher aus Isoliermaterial vorzusehen, in dem das PTC-Element axial angeordnet ist. Die Hohlräume zwischen dem Element und der Gehäuseinnenwand sind mit Metallpulver gefüllt. Dieser etwas aufwendige Aufbau ergibt wohl eine gute elektrische Isolierung des PTC-Elements, doch wird die Wärmeableitung durch das Isoliergehäuse behindert. The US-PS 34 40 589 shows a structure in which a resistor body is embedded in a mass consisting of metal particles and a plastic. As a special feature, it is emphasized here that the metal particles are designed in the form of small hollow spheres in order to protect the resistance body against external vibrations and temperature influences. The high thermal resistance of the investment desired here, however, excludes the use of the same for PTC elements for the reasons mentioned above.
Finally, it is also known from DE-GM 80 19 250 to provide a specially designed cup made of insulating material in which the PTC element is arranged axially. The cavities between the element and the inner wall of the housing are filled with metal powder. This somewhat complex structure results in good electrical insulation of the PTC element, but the heat dissipation is hindered by the insulating housing.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Heizkörper der eingangs genannten Art zu schaffen, der in beliebiger Form gestaltet werden kann und eine rasche Abführung der im PTC-Element erzeugten Wärme und Ableitung derselben an den zu beheizenden Gegenstand gewährleistet. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.In contrast, the object of the invention is to provide an electric heater of the type mentioned at the beginning Art to create that can be designed in any shape and a rapid removal of the im PTC element generated heat and dissipation of the same to the object to be heated guaranteed. This object is achieved by the features characterized in claim 1.

Der das Heizelement umschließende Formkörper weist, da er nahezu ausschließlich aus Metall besteht, eine gegenüber den bisher zur Einbettung der PTC-Elemente verwendeten Isolierstoffen eine vielfach bessere Wärmeleitfähigkeit auf, ohne daß jedoch der elektrische Widerstand merkbar vermindert wird. Ein weiterer, ganz erheblicher Vorteil dieses neuartigen Heizkörpers besteht darin, daß keine zusätzlichen Maßnahmen zurThe molded body surrounding the heating element, since it consists almost exclusively of metal, a much better one than the insulating materials previously used to embed the PTC elements Thermal conductivity without, however, the electrical resistance is noticeably reduced. Another, The very significant advantage of this new type of radiator is that no additional measures are taken

Wärmeableitung und Verteilung der erzeugten Wärme erforderlich sind, so daß sich die Fertigung solcher Heizkörper sehr preisgünstig gestaltet.Heat dissipation and distribution of the heat generated are required, so that the manufacture of such radiators very inexpensive designed.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements of the invention are characterized in the subclaims.

Zwei Ausführungsbeispiele für die Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben und erläutert. Es zeigtTwo exemplary embodiments of the invention are described and explained below with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 eine Warmhalteplatte mit PTC-Heizelement,F i g. 1 a hotplate with PTC heating element,

F i g. 2 einen Querschnitt in der Ebene II-II der F i g. 1,F i g. 2 shows a cross section in the plane II-II of FIG. 1,

F i g. 3 einen Heizkörper zur Begleitheizung von Rohren, F i g. 3 a radiator for trace heating of pipes,

Fig.4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV der Fig. 3.4 shows a cross section in the plane IV-IV of Fig. 3.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Warmhalteplatte besteht aus einem flachen, mit Isolierung versehenen Heizkabel 1 mit PTC-Charakteristik und einem Formkörper 2, der die eigentliche Warmhalteplatte bildet und das U-förmig gestaltete Heizkabel 1 allseitig umschließt. Der elektrische Anschluß 3 des Heizkabels ist einseitig aus dem Formkörper 2 herausgeführt und in bekannter Weise mittels eines Schrumpfschlauchstücks 5 abgedichtet. Auch das andere Ende des Heizkabels ist mit einem solchen Schlauchstück verschlossen.The in the F i g. 1 and 2 shown hot plate consists of a flat, provided with insulation Heating cable 1 with PTC characteristics and a molded body 2, which forms the actual hotplate and the U-shaped heating cable 1 encloses on all sides. The electrical connection 3 of the heating cable is one-sided led out of the molded body 2 and sealed in a known manner by means of a piece of shrink tubing 5. The other end of the heating cable is also closed with such a piece of hose.

Der Formkörper 2 läßt sich entsprechend dem Verwendungszweck beliebig gestalten, so auch, wie die F i g. 3 und 4 zeigen, mit einer muldenförmigen Anlagefläche 4 zur Anlage beispielsweise an einem Rohr, das ein zu erwärmendes, oder warmzuhaltendes Medium führt.The molded body 2 can be according to the intended use design arbitrarily, as well as the F i g. 3 and 4 show with a trough-shaped contact surface 4 for installation, for example, on a pipe that contains a medium to be heated or kept warm leads.

Die zur Befestigung der Heizkörper erforderlichen Bohrungen 6 werden zweckmäßigerweise beim Pressen des Formkörpers mit eingeformt, ebenso auch Aufnahmebohrungen 7 zum etwaigen Einsetzen von Thermoelementen. Letztere können gegebenenfalls gleich mit den Formkörper eingepreßt werden.The holes 6 required for fastening the radiator are expediently when pressing of the molded body, as well as receiving bores 7 for the possible insertion of thermocouples. The latter can optionally be pressed in with the molded body.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der beschriebenen Heizkörper besteht darin, daß das Heizkabel 1 zunächst zugerichtet, d. h. mit dem elektrischen Anschluß 3,5 versehen, am anderen Ende verschlossen und U-förmig gebogen wird.A preferred method of manufacturing the radiators described is that the heating cable 1 first prepared, d. H. provided with the electrical connection 3.5, closed at the other end and is bent into a U-shape.

Nun wird das so vorbereitete Heizkabel 1 in eine Preßform an sich bekannter Art eingelegt und diese mit einer Mischung aus Metallpulver und einem geringen Anteil an sehr feinkörnigem, vorzugsweise puderförmigern Kunststoff-Binder beschickt. Ein solcher Kunststoff-Binder kann beispielsweise Silikon-Festharz sein. Der Anteil beträgt vorzugsweise 3 bis 5%.Now the heating cable 1 prepared in this way is placed in a compression mold of a type known per se and this with it a mixture of metal powder and a small proportion of very fine-grained, preferably powdery Plastic binder loaded. Such a plastic binder can be solid silicone resin, for example. The proportion is preferably 3 to 5%.

Der nachfolgende Preßvorgang erfolgt unter hohem Druck in der Größenordnung von über 1000 bar. Der so hergestellte Grünling wird nun einem Aushärtungsprozeß unterworfen. Die Temperatur liegt hier bei ca. 200° C, d. h. bei einer Temperatur, bei der der Kunststoff-Binder schmilzt. Dies hat zur Folge, daß bei dem Aushärtevorgang die Metallteilchen zum größten Teil von dem Kunststoff-Binder benetzt und so diese Teilchen fest miteinander verbunden werden. Der zwischen den Metallteilchen liegende, äußerst dünne Kunstharzfilm stellt für den Wärmeübergang nur einen sehr geringen Widerstand dar, während dieser Film andererseits für den elektrischen Strom einen hohen Widerstand bildet. The subsequent pressing process takes place under high pressure in the order of magnitude of over 1000 bar. The so The green compact produced is now subjected to a hardening process. The temperature is here at approx. 200 ° C, d. H. at a temperature at which the plastic binder melts. This has the consequence that the The hardening process wets the metal particles for the most part from the plastic binder and so these particles be firmly connected to each other. The extremely thin synthetic resin film between the metal particles represents only a very low resistance for the heat transfer, while this film on the other hand forms a high resistance to the electric current.

Die verhältnismäßig niedrige Aushärtetemperatur ist unschädlich für die PTC-Elemente, seien sie nun scheibenförmig, oder, wie im vorliegenden Beispiel, in Form eines isolierten PTC-Heizkabels.The relatively low curing temperature is harmless to the PTC elements, be they disc-shaped, or, as in the present example, in the form of an insulated PTC heating cable.

Ergänzend wird noch hinzugefügt, daß zum Zwecke der Erzielung höherer mechanischer Festigkeiten des Formkörpers auch Metalloxyde in fein verteilter Form der Mischung aus Metallpulver und Kunststoff-Binder beigefügt werden können.It is also added that for the purpose of achieving higher mechanical strengths of the Shaped body also metal oxides in finely divided form of the mixture of metal powder and plastic binder can be attached.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Self-regulating, electric radiator with built-in heating element with PTC characteristics, which is embedded in an electrically insulating and heat-conducting compound, characterized in that, that this mass of metal powder and a proportion of less than 5 wt .-% powdery There is a plastic binder and is pressed into any shaped body (2) that contains the PTC element (1) encased in a form-fitting manner.

2. Radiator according to claim 1, characterized in that the PTC element (1) has a PTC cable is of a known type.

3. Radiator according to claims 1 or 2, characterized in that the shaped body (2) directly is designed as a hot plate.

4. Heater according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shaped body (2) is provided with at least one contact surface (4) which corresponds to the outline of the to be heated Subject is designed.

5. Radiator according to one of claims 1 to 4, characterized in that bores (6, 7) for Fastening of the radiator and for receiving thermal elements molded into the molded body (2) are.

6. A method for producing radiators according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that the PTC heating element (1) is inserted into a pressing tool and this with a free-flowing Mixture of metal powder and less than 5% by weight of powdery Plastic binder is charged, this mixture is molded around the PTC element (1) in a pressing process is, and that this green compact thus produced is subjected to a curing process.

7. The method according to claim 6, characterized in that the plastic binder is a solid silicone resin is used.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the mixture of metal powder and a metal oxide is added to the plastic binder.