DE3590491T1 - Elektrische Heizvorrichtung - Google Patents

Elektrische Heizvorrichtung

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DE3590491T1 DE19853590491 DE3590491T DE3590491T1 DE 3590491 T1 DE3590491 T1 DE 3590491T1 DE 19853590491 DE19853590491 DE 19853590491 DE 3590491 T DE3590491 T DE 3590491T DE 3590491 T1 DE3590491 T1 DE 3590491T1
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Description

BESCHREIBUNG Diese Erfindung betrifft elektrische Heizvorrichtungen.
j,\i In der US-Patentschrift 4,485,297, auf die hier Bezug genommen wird, werden fLexibLe Flächenheizungen mit einem Paar von Längs verlaufenden Leitern (typischerweise Kupfer) und einem sich zwischen den Leitern erstreckenden und elektrisch mit diesen verbundenen HaLbleitermuster. Die dort beschriebenen Heizungen sind im allgemeinen höchst leistungsfähig und haben eine im wesentlichen gleichmäßige Hitzeverteilung und sind in einem weiten Anwendungsbereich verwendungsfähig.
Es gibt jedoch Fälle, in denen es wünschenswert ist, daß die Heizung näher bis zu den Seitenkanten der Heizung wirksam ist als es mit der in der vorstehend genannten Anmeldung, gezeigten Heizung erreicht werden kann, oder über eine lange, schmale Fläche. Auch könnte es wünschenswert sein, eine Heizungskonstruktion zu schaffen, die weniger kostspielig ist als die Heizungskonstruktion der vorstehend genannten Anmeldung, da bei ihr keine Notwendigkeit für lange Kupferleiter besteht.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine elektrische Flächenheizvorrichtung geschaffen, bei der unter Beibehaltung der wichtigen Konstruktionsvorteile der Struktur der in der oben gekannten Anmeldung beschriebenen Heizungen keine Notwendigkeit für lange Kupferleiter besteht, der Anschluß erleichtert wird und die Heizung eines langen, schmalen Bereiches und bis nahe an die Heizungsseitenkanten bewirkt wird.
Prinzipiell liegt hier die Entdeckung zugrunde, daß eine elektrische Heizvorrichtung, die ein Trägermaterial mit einer darauf befindlichen isolierenden Oberfläche, ein von der isolierten Oberfläche getragenes HalbleiterMuster und ein Paar metallischer,
mit dem HalbLeitermuster in gegenseitigem Kontakt angebrachter Leiter umfaßt, die oben genannten Vorteile aufweisen kann, wenn das Halbleitermuster im allgemeinen U-förmige Heizbereiche, die sich in entgegengesetzte Richtungen von und elektrisch verbunden mit einem Paar metallischer Leiter erstrecken. Jeder der Leiter befindet sich in gegenseitigem Kontakt mit einem jeweiligen Kontaktbereich des Halbleitermusters und jeder der Heizbereiche enthält elektrisch in Serie geschaltete Flächen unterschiedlicher spezifischer Widerstände (Ohm/Quadrat).
Bei bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das Trägermaterial, das Halbleitermuster und die metallischen Leiter von einer isolierenden Schicht bedeckt sind, haben die beiden Heizbereiche ungefähr die gleiche Watt- oder Leistungsdichte. Auch bildet jeder der Heizbereiche näherungsweise eine sich zwischen den Kontaktbereichen erstreckende 180 -Schleife und enthält ein Paar paralleler, beabstandeter Fußbereiche mit einer ersten Leitfähigkeit und einen dazwischen liegenden (Basis-) Bereich mit einer zweiten Leitfähigkeit; ferner weist jeder der metallischen Leiter eine Verhältnis Fläche:Umfang im Bereich von ungefähr d/2 bis d/4 auf, wobei d die größte Abmessung (Höhe, Breite oder Durchmesser) .des Leiters ist. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen haben die Kontaktbereiche eine größere Leitfähigkeit und eine größere Breite als die anstoßenden Enden des Heizbereiches und die Gesamtlänge der Kanten der metallischen Leiter, die die Kontaktbereiche überdecken und kontaktieren, ist größer als die doppelte Breite der anstoßenden Enden des Heizbereichs.
R Fig. 1 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene ExpLosionsansicht einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
Fig. 2 zeigt einen nicht als Explosionsansicht dargestellten Schnitt der Heizung in Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Fig. 1.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird dort eine elekrische Flächenheizvorrichtung (10) gezeigt, die für die Verwendung im Mittelpfosten zwischen dem Gefrier- und dem Kühlfach eines Kühlschrankes konstruiert ist. Die Heizvorrichtung (10) enthält ein Kunststoffsträgermaterial (12), auf das ein Halbleitermuster (14) aus kolloidem Graphit aufgedruckt ist. Die dargestellte Heizung (10) ist 5 cm (2 Zoll) breit und 75 cm (30 Zoll) lang. Das Trägermaterial (12) besteht aus 0,1 mm (0.004 Zoll) dickem, im wesentlichen transparentem Polyester ("Mylar").
Das Halbleitermuster (14) befindet sich in der Mitte auf dem Trägermaterial (12), so daß sich längs der Seitenkanten und an jedem Ende ein unbeschichteter Bereich (16) ergibt. Der unbeschichtete Bereich (16) längs der Kanten ist ungefähr 5 mm (3/16 Zoll) breit; an jedem Ende hat er eine Minimalbreite von ungefähr 10 mm (3/8 Zoll).
Wie dargestellt, enthält das Muster (14) ein Paar von parallelen Bereichen (18), die jeweils 68,5 cm (27 Zoll) lang und 1,90 cm (0,75 Zoll) breit sind, zwischen denen sich ein unbeschichteter Zwischenraum (20) (über den größten Teil seiner Länge 3,2 mm (0,125 Zoll) breit) befindet. Jeder parallele Bereich (18) erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Länge des Trägermaterials (12). An den gegenüberliegenden Enden des Trägermaterials sind die benachbarten Enden der Bereiche (18) durch im wesentlichen U-förmige Bereiche (22) verbunden, die jeweils 2,85 cm (1.125 Zoll) lang und 4,15 cm (1.625 Zoll) breit sind. Wie dargestellt.
ist die Basis eines jeden Endbereiches (22) im wesentlichen halbkreisförmig und die zwei Schenkel eines jeden "U" stoßen an einen jeweiligen der parallelen Bereiche (18) an und haben die gleiche Breite wie diese. In jedem Endbereich (22) ist ein kreisförmiger, unbeschichteter Raum (24) mit 1,25 cm (0.5 Zoll) Durchmesser vorgesehen, der konzentrisch mit dessen halbkreisförmigen Abschnitt verläuft.
Nahe der Mitte der Heizvorrichtung (10) ist ein rechteckförmiger (und nahezu quadratischer), so daß das Fläche:Umfang-Verhältnis d/2 nicht übersteigt, wobei d r. die Hauptabmessung, d.h. Höhe oder Breite desselben ist, und vorzugsweise nicht wesentlich größer ist als das d/4-Verhältnis eines Quadrates oder Kreises) Kontaktbereich (26) in der Mitte eines jeden parallelen Bereiches vorgesehen. Jeder Kontaktbereich (26) ist ungefähr 1,90 cm (0.75 Zoll) lang und 2,20 cm (0.875 Zoll) breit und steht, da er auf einem jeweiligen parallelen Bereich (18) mittig angebracht ist, auf jeder Seite desselben um ungefähr 1,60 mm (0.0625 Zoll) über. Es ist offensichtlich, daß die inneren, längs verlaufenden Kanten der beiden Kontaktbereiche (26) fluchten, jedoch sind die beiden Querkanten der beiden Kontaktbereiche (26) um ungefähr 6,35 mm (0.250 Zoll) gegeneinander versetzt. Oa die Kontaktbereiche kompakt sind und sich längs oder quer zur Heizvorrichtung (10) nicht über eine wesentliche Länge erstrecken, können die Heizbereiche des Halbleitermusters (ζ. B. die parallelen Bereiche (18) und die Endbereiche (26) ) sich bis sehr nahe an die benachbarten Seitenkanten des Heizers erstrecken.
Die Kontaktbereiche (26) haben eine größere Leitfähigkeit als die parallelen Bereiche (18) oder die Endbereiche (22) und bei der dargestellten Ausführungsform sind die parallelen Bereiche
(18) stärker leitfähig (d.h. von geringerem Widerstand) als die Endbereiche. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der das Muster (14) in drei aufeinanderfolgenden Druckvorgängen
auf das Trägermaterial (12) aufgedruckt ist, werden die Endbereiche (22) in der Dicke einer Schicht, z. B., ungefähr 0,01 mm (1/2 mi L) bis 0,02 mm (1 mi L), die parallelen Bereiche (18) in einer Dicke von zwei Schichten und die Kontaktbereiche (26) in einer Dicke von drei Schichten aufgedruckt. Alle drei Bereiche werden mit einer leitfähigen Druckfarbe mit einem Widerstand von ungefähr 100 Ohm pro Quadrat bei einer Druckstärke von 0,01 mm (1/2 mil) aufgedruckt.
Es ist zu bemerken, daß das Halbleitermuster (14) der dargestellten Ausführungsform zwei im wesentlichen identische Strompfade zwischen den Kontaktbereichen schafft und daß die beiden Pfade die gleiche Watt-Dichte haben.
Eine verzinnte Kupferscheibe (30) 0,05 mm (0.002 Zoll) dick und mit einem Durchmesser (D) von 12,7 mm (0.500 Zoll) ist in der Mitte eines jeden Kontaktbereiches (26) angebracht. Das Umfang:Fläche-Verhältnis der Scheibe (30) ist D/4. Der Umfang der Scheibe (30) ist größer als die doppelte Breite der parallelen Bereiche (18) des Musters.
Ein dünnes Plastikabdeckblatt (32), das ein im wesentlichen transparentes Laminat aus 0,05 mm (0.002 Zoll) dickem Polyester ("Mylar") und einem 0,07 mm (0.003 Zoll) dicken klebenden Binder, z. B. Polyethylen, überdeckt das Trägermaterial (12), das Halbleitermuster (14) und die Scheiben (30). Wie dargestellt, ist ein Loch (25) mit 1 cm (3/8 Zoll) Durchmesser durch jedes Ende der Heizvorrichtung konzentrisch mit dem kreisförmigen, unbedruckten Bereich (24) in jedem Endbereich (22) gestanzt, um eine Schraube oder ähnliches aufzunehmen, wenn die Heizvorrichtung (10) installiert wird. Da der Durchmesser des Loches (25) geringer ist als der des unbedruckten Bereiches (24), bleibt ein kreisförmiger unbedruckter, jedes Loch umgebender ringförmiger Bereich übrig.
Die Scheiben (30) sind typischerweise selbst nicht mit dem darunter Liegenden HaLbleitermaterial verbunden, ferner haftet die Abdeckschicht (32) kaum auf dem HaLbLeitermuster. Das die untere Lage der Abdeckschicht (32) bildende Polyethylen verbindet sich jedoch gut mit dem Trägermaterial. Wenn die Abdeckschicht und das Trägermaterial zusammen laminiert sind (wie in der oben genannten Patentschrift 4,485,292 beschrieben), ist die Abdeckschicht (32) durch die aus Polyethylen bestehende untere Lage derselben fest mit den längs verlaufenden, (von Halbleitermaterial) unbedeckten Flächen (16) des Trägermaterials (12) zwischen dem Außenrand des Halbleitermusters (14) und der daneben liegenden Außenkante des Trägermaterials (12) und mit der (mit Halbleitermaterial) unbeschichteten Fläche (20) zwischen den parallelen Halbleitermusterbereichen (18) und mit den ringförmigen, unbeschichteten, jedes Loch (25) umgebenden ringförmigen Flächen (24) fest verbunden. Da das Trägermaterial (12) und die Abdeckschicht (32) auf den Flächen (16) zwischen der Außenkante des Musters (14) und den äußeren Kanten der Heizvorrichtung fest miteinander versiegelt sind, ist die Einheit im wesentlichen hermetisch abgeschlossen.
Um die Heizung mit einer Stromversorgung zu verbinden (nicht dargestellt), und für die in der dargestellten Ausführungsform vorliegende Heizvorrichtung eine übliche Wechselstromquelle) wird ein Draht (40) mit jeder der Scheiben (30) verbunden. Wie am klarsten in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Drahtverbindung hergestellt, indem ein abisoliertes Ende (42) eines jeden Drahtes über einer jeweiligen Scheibe mittig angebracht wird und dann eine Kupferklammer (44) über das abisolierte Ende (42) eines jeden Drahtes durch die gesamte Stärke der Heizvorrichtung getrieben wird, einschließlich der jeweiligen Scheibe (30). Die Klammern (44) vermitteln so einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Scheiben (30) und helfen
ferner die Scheiben (30) fest auf den darunter Liegenden Kontaktbereichen (26) des Halbleitermusters zu fixieren. Bei der bevorzugten Anwendung der Erfindung folgt die Klammerung unter Verwendung eines Verbindungssystems der Marke "Autosplice" der General Staple Co., Woodside, New York, USA. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die Klammern gegenüber der gezeigten in umgekehrter Richtung einzutreiben und die Enden der Klammern über die abisolierten Enden (42) des Drahtes (40) umzubörteln.
Bei anderen Ausführungsformen können die Kontaktbereiche (22) und die Scheiben (30) kreisförmig, länglich, quadratisch oder rechteckig sein, solange das Verhältnis FlächeiUmfang der Scheiben (und der Kontaktbereiche üblicherweise auch) nicht größer ist als ungefähr d/2 oder bzw. D/2. Ähnlich kann die Form der Heizbereiche (z. B., der Parallel- und Endbereiche) des Halbleitermusters geändert werden, ebenso die Anzahl der Heizbereiche, die sich zwischen den Kontaktbereichen ausdehnen. Die Watt-Dichte eines jeden Heizbereiches wird üblicherweise ähnlich sein.

Claims (17)

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrische Heizvorrichtung mit einem im allgemeinen flachen Trägermaterial, das eine obere isolierende Oberfläche, ein von der oberen Oberfläche des Trägermaterial getragenes Halbleitermuster und ein Paar von in gegenseitigem Kontakt mit dem Halbleitermuster angebrachten metallischen Leitern enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermuster (14) im allgemeinen U-förmige in entgegengesetze Richtungen von jedem der Leiter verlaufende elektrisch mit diesen verbundene Heizbereiche (18, 22) enthält und daß jeder der Heizbereiche elektrisch in Serie geschaltete Flächen (18, 22) verschiedener spezifischer Widerstände (Ohm/Quadrat) enthält.
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Heizbereich ein Paar paralleler, voneinander beabstandeter Fußbereiche (18) einer ersten Leitfähigkeit und einen Zwischenbereich (22) einer zweiten, von der ersten verschiedenen, Leitfähigkeit enthält.
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleitermuster (14) ein Paar beabstandeter Kontaktbereiche (26) enthält, daß ein Ende eines jeden Fußbereiches (18) mit einem jeweiligen Kontaktbereich verbunden ist und daß dessen anderes Ende mit einem der Zwischenbereiche (22) verbunden ist.
4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizbereiche (18, 22) im wesentlichen identisch sind.
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5. Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktbereiche (26) aneinanderanstoßen und daß sich von jedem der Kontaktbereiche ein Heizbereich (18) in eine Richtung erstreckt, die mit einer direkt von einem der Kontaktbereiche zum anderen Kontaktbereich verlaufenden Linie einen Winkel von nicht weniger als ungefähr 90 bildet.
6. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermuster (14) ein Paar von beabstandeten Kontaktbereichen (26) enthält, daß sich jeder der Heizbereiche (18, 22) zwischen den Kontaktbereichen erstreckt und elektrisch mit diesen verbunden ist und daß die Kontaktbereiche eine elektrische Leitfähigkeit haben, die größer ist als die des Heizbereiches.
7. Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder der metallischen Leiter (30) in gegenseitigem Kontakt mit einem jeweiligen der Kontaktbereiche (26) befindet und eine Fläche hat, die kleiner ist als die eines jeweiligen der Kontaktbereiche und ein Verhältnis Fläche:Umfang, das nicht größer ist als ungefähr D/2, wobei D die größte Abmessung (Länge, Breite oder Durchmesser) eines jeweiligen der Leiter ist.
8. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende Schicht (32) das Halbleitermuster (14) und die Leiter (30) überdeckt und auf Bereichen (16, 20, 24) des Trägermaterials (12), die von Halbleitermuster frei sind, in versiegelnder Weise haftet.
9. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktbereiche (26) ein Verhältnis Fläche:Umfang haben, das nicht größer ist als ungefähr d/2, wobei d die größte Abmessung des jeweiligen Kontaktbereiiches ist.
10. Heizvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse Fläche:Umfang jeweils ungefähr d/4 und D/4 betragen.
11. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mit jedem der Leiter (30) ein Draht (40) elektrisch verbunden ist, und daß jede der elektrischen Verbindungen durch einen Anschluß erfolgt, der den Draht kontaktiert und sich durch eine jeweilige Kontaktscheibe erstreckt.
12. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Entfernung vom Heizbereich (18, 22)zu einer Seitenkante der Heizvorrichtung kleiner ist als die Breite jedes der Heizbereiche.
13. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Heizbereich (18, 22) von einem der Kontaktbereiche (26) durch eine Schleife von r
Kontaktbereich (26) verläuft.
(26) durch eine Schleife von mindestens 180 zum anderen
14. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Heizbereiche (18, 22) im wesentlichen die gleiche Watt-Dichte haben.
15. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleitermuster (14) ein Paar beabstandeter Kontaktbereiche (26) enthält, daß jeder Leiter (30) einen jeweiligen Kontaktbereich überdeckt und sich mit diesem im gegenseitigen Kontakt befindet, daß jeder der Heizbereiche (18, 22) zwischen den Kontaktbereichen verläuft und mit einem jeden von diesen elektrisch verbunden ist und daß die Breite eines jeden der Kontaktbereiche größer ist als die der anstoßenden Bereiche der damit verbundenen Heizbereiche und die Leitfähigkeit der Kontaktbereiche nicht kleiner ist als die der Heizbereiche.
/a-
16. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtlänge der Kanten eines jeden der Leiter (30), die das HaLbLeitermuster (14) überdecken und kontaktieren, größer ist aLs zweimal die Breite der Heizbereiche (18).
17. Heizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbereiche (26) eine größere Leitfähigkeit haben aLs die anstoßenden Bereiche (18) der Heizbereiche und daß die Gesamtlänge der Kanten eines jeden der metallischen Leiter (30), die einen Kontaktbereich überdecken und kontaktieren, größer ist als zweimal die Breite der anstoßenden Bereiche der Heizbereiche.
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