DE3617679A1 - Elektrischer heizkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Kaltleiter sind Bauelemente, deren Widerstand, ausgehend von der Raumtemperatur, bis zu einem durch den Aufbau des Elementes definierten Temperaturwert absinkt und dann sprunghaft ansteigt. Wenn man darum ein solches Element mit einer konstanten Spannung versorgt, so regelt es seine Strom- bzw. Leistungsaufnahme selbstätig so ein, daß die Temperatur im Bereich des sprungför­ migen Anstieges bleibt. Durch diese Charakteristik kann man derartige Heizelemente zur Konstruktion von elektrischen Heiz­ körpern verwenden, die ihre Temperatur selbstätig regeln, ohne daß hierfür gesonderte Thermoschalter oder dergleichen notwendig wären.

Bei der Konstruktion derartiger elektrischer Heizkörper müssen aber einige, den PTC-Elementen (PTC = positiver Temperaturkoeffizient) immanente Eigenschaften berücksich­ tigt werden. Zum einen werden die PTC-Elemente als mög­ lichst dünne Stäbchen oder Scheiben gefertigt, damit ein möglichst homogener Temperaturverlauf im Inneren des Ele­ mentes gewährleistet ist. Zum anderen dürfen die PTC-Ele­ mente nur relativ geringen Oberflächendrücken ausgesetzt werden, da sie sehr spröde sind. Weiterhin ist darauf zu achten, daß die Wärme möglichst gleichmäßig von der Ober­ fläche der Elemente abgeleitet wird, wobei die Stromzu­ führung ebenso über die beiden Flächen der Elemente ge­ schieht.

Es ist nun eine Vielzahl von Konstruktionen bekannt, wie man PTC-Elemente in elektrischen Heizkörpern anordnen kann. Bei Heizpatronen wird z.B. vorgeschlagen (DE-PS 26 14 433, DE-OS 29 02 909, DE-Gm 81 14 420) mehrere PTC-Elemente in einer Reihe anzuordnen und zwar zwischen zwei Kontaktstreifen, welche gleichzeitig die Ableitung der Wärme gewährleisten. Die ganze Anordnung ist dann in ein Rohr eingebracht und zwar derart, daß die Kontakt­ flächen bzw. Wärme- und Stromab- bzw. zuleitelemente fest auf die Flächen der PTC-Elemente gedrückt werden. Will man nun die Wärme auf eine größere Fläche verteilen, so ist bekannt (DE-OS 29 02 909) eine derartige Heiz­ patrone in ein größeres Metallstück einzubringen, das dann die Heizplatte oder Kühlkörper oder dergleichen trägt. Bei dieser Anordnung tritt aber zwischen dem ei­ gentlichen Heizkörper, nämlich dem Gesamt-Kühlkörper und den PTC-Elementen ein sehr hoher Temperaturgradient auf, d.h., die Außentemperatur des Heizkörpers ist we­ sentlich geringer als die Temperatur der PTC-Elemente. Dies bringt nun verschiedene Nachteile mit sich. Zum einen kann man nämlich nur relativ niedrige Maximaltem­ peraturen des Heizkörpers erreichen, da die Sprungtem­ peraturen von PTC-Elementen lediglich bis etwa 300°C reichen. Weiterhin ist das Regelverhalten solcher Anord­ nungen relativ schlecht, da die hohen Wärmeübergangswi­ derstände zwischen den PTC-Elementen und den eigentlichen wärmeabgebenden Flächen des Heizkörpers sehr hoch sind, die Wärmekapazität der Gesamtanordnung aber ebenfalls sehr hoch ist. Schließlich ist die den PTC-Elementen entnehmbare Leistung wesentlich geringer, als die theore­ tisch mögliche Maximalleistung der Elemente. Diese Tat­ sache resultiert daraus, daß die entnehmbare Leistung proportional der Temperaturdifferenz zwischen der PTC- Elementoberfläche und der Umgebungstemperatur geteilt durch den Wärmewiderstand ist. Hierzu wird auf die Druckschrift Siemens Components 19 (1981), Heft 2, Sei­ ten 56 bis 59, verwiesen.

Um nun möglichst hohe Leistungen den PTC-Elementen ent­ ziehen zu können, geht man im allgemeinen von Konstruk­ tionen aus, wie sie in der DE-OS 28 54 804, DE-PS 30 46 995, DE-OS 32 08 802, DE-AS 27 43 880 oder in der DE-OS 30 22 034 gezeigt sind. Alle diese Druckschriften zeigen Konstruktionen, bei denen Wärmeableitelemente vorgesehen sind, die an einer Verbindungsfläche mit den Flachseiten der PTC-Elemente in Verbindung stehen. Die wärmeabgebenden Flächen sind hierbei parallel zu den Verbindungsflächen angeordnet. Im Prinzip sind also die PTC-Elemente zwischen zwei Bänder gelegt. In jedem Fall weisen diese Heizkörper nun den Nachteil auf, daß dann, wenn die Wärmeableitelemente nur mit einer Fläche an einen aufzuheizenden Gegenstand, z.B. an den Boden eines Wassertopfes gekoppelt sind, die zweite Fläche des PTC- Elementes nicht zur Wärmeableitung dienen kann. Dement­ sprechend erniedrigt sich die abnehmbare Leistung (bzw. erhöht sich der Wärmeübergangswiderstand). Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, daß bei derartigen Konstruk­ tionen sehr leicht zu hohe Flächenpreßkräfte auf die PTC-Elemente aufgebracht werden, da man ja einen mög­ lichst niedrigen Wärmeübergangswiderstand zwischen PTC- Element und Wärmeableitelement herstellen will. Dies führt zum Bruch und damit zur Unbrauchbarkeit der PTC- Elemente. Eine weitere Schwierigkeit tritt bei den be­ kannten Anordnungen dadurch auf, daß alle PTC-Elemente in einer direkten thermischen Koppelung untereinander stehen. Dadurch ergibt sich aber ein unexaktes Regel­ verhalten, da nicht jedes PTC-Element nur seine eigene Wärmeerzeugung überwacht, sondern auch die der anderen PTC-Elemente. Schließlich sind diese bekannten Konstruk­ tionen nur dazu geeignet, eine relativ geringe Anzahl von PTC-Elementen parallel zu schalten, da durch mecha­ nische Fertigungstoleranzen Dickenunterschiede unver­ meidbar sind. Diese Dickenunterschiede führen aber da­ zu, daß die dickeren PTC-Elemente zu fest gepreßt werden, bzw. die dünneren PTC-Elemente gar keinen Kontakt zu den wärmeableitenden Elementen haben. Kommt es nun zu der (zwangsläufigen) Erwärmung und damit Wärmeausdeh­ nung sowohl der PTC-Elemente als auch der Wärmeableit­ elemente, so wird der oben genannte Effekt weiter ver­ stärkt.

Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Heizkörper-Anordnung der eingangs genannten Art dahin­ gehend weiterzubilden, daß hohe Heizleistungen bei gleich­ zeitig mechanisch einfachem und unempfindlichem Aufbau erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die wärmeabgeben­ den Flächen im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungs­ flächen angeordnet sind. Man leitet also sozusagen die Wärme um die Ecke, so daß man zwischen den Wärmeableit­ elementen ganz andere (definierte und niedrigere) Kräfte wirken lassen kann, die auf das PTC-Element drücken, als zwischen den Wärmeableitelementen und dem Wärmever­ braucher, z.B. einer Heizplatte.

Vorzugsweise wird die wärmeabgebende Fläche eines jeden Wärmeableitelementes um ein Vielfaches größer gewählt als die Verbindungsfläche zum PTC-Element. Auf diese Weise ist eine sichere Ableitung der vom PTC-Element erzeugten Wärmeleistung gewährleistet.

Vorzugsweise sind jedem PTC-Element zwei Wärmeableitele­ mente zugeordnet. Die Wärme wird also von beiden Seiten vom PTC-Element abgeführt, so daß der Wärmeübergangs­ widerstand ganz wesentlich reduziert werden kann, die Heizleistung eines PTC-Elementes somit wesentlich an­ steigt.

Um größere Heizleistungen zu erzielen, wird der elektri­ sche Heizkörper vorzugsweise mit mehreren PTC-Elementen versehen, die unter Zwischenschaltung der Wärmeableit­ elemente in einem, im wesentlichen durchgehenden Kräfte­ zug - also kräftemäßig seriell - derart angeordnet sind, daß die Anpreßdrücke zwischen allen PTC-Elementflachsei­ ten und den zugehörigen Verbindungsflächen der Wärmeab­ leitelemente im wesentlichen gleich sind. Diese Anord­ nung ist nur durch die erfindungsgemäße Anordnung (wärme­ abgebende Flächen im wesentlichen senkrecht zu den Ver­ bindungsflächen) möglich, da bei der üblichen Bauweise eine kräftemäßige Reihenschaltung zu einer säulenartigen Anordnung führt, wobei im Inneren der Säule überhaupt keine Wärme abgeleitet werden kann. Durch die erfindungs­ gemäße Ausführung können aber alle PTC-Elemente gemein­ sam (mit einer für alle gleichen Kraft) zusammengespannt werden, wobei durch die serielle Anordnung auch Dicken­ toleranzen der PTC-Elemente keine Rolle mehr spielen. Die Koppelung an den Wärmeverbraucher erfolgt vollstän­ dig unabhängig von der Koppelung der PTC-Elemente an die Wärmeableitelemente, so daß beliebig fest gedrückt werden kann, um den Wärmeübergangswiderstand möglichst gering zu halten. Um die Wärmedehnungen und daraus re­ sultierende überhöhte Druckkräfte auf die PTC-Elemente zu eliminieren, ist es von Vorteil, wenn man für alle Gruppen von PTC-Elementen in Serienschaltung (zusammen mit den Wärmeableitelementen) ein einziges Federelement vorsieht, das die Wärmespannungen auffängt und eine de­ finierte Vorspannkraft leicht einstellbar macht.

Vorzugsweise sind die PTC-Elemente elektrisch parallel geschaltet, was im Hinblick auf ihr Regelverhalten be­ sonders vorteilhaft ist (jedes PTC-Element regelt un­ abhängig von den anderen PTC-Elementen).

Bei allen Ausführungsbeispielen ist es von Vorteil, wenn die Wärmeableitelemente für jedes PTC-Element von den Wärmeableitelementen der übrigen PTC-Elemente ther­ misch entkoppelt sind. Der Vorteil dieser Maßnahme wurde eingangs beschrieben. Man kann in verschiedenen Zonen mit unterschiedlicher Energiedichte und Sprungtemperatur arbeiten.

Vorzugsweise dienen die Wärmeableitelemente gleichzeitig als Stromzuführungselektroden.

Vorzugsweise ist ein gemeinsames Gehäuse für mehrere PTC-Elemente zusammen mit ihren Wärmeableitelementen vorgesehen, so daß ein äußerst kompakter Gegenstand ent­ steht. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse ein Wannenelement umfaßt, in dem die PTC-Elemente unter Zwischenschaltung der Wärmeableitelemente gegeneinander (also kräftemäßig seriell) verspannt sind, wobei der Wannenboden zu den wärmeabgebenden Flächen parallel an­ geordnet ist. Eine derartige einfache Anordnung kann als großflächiges Heizelement ausgebildet werden, wobei die Fläche tatsächlich beliebig groß gewählt werden kann, indem man einfach eine beliebige Anzahl von PTC-Elemen­ ten mit Wärmeableitelementen in der beschriebenen Weise zusammen in einer gemeinsamen Wanne anordnet.

Die Konstruktion wird dann besonders kompakt, wenn das Gehäuse ein Deckelelement umfaßt, das vorzugsweise mit­ tels einer Einbördelung des Wannenrandes im Wannenele­ ment unter Anpressung an die wärmeabgebenden Flächen gehalten ist. Die Anpressung durch eine Einbördelung ist bisher nicht möglich gewesen, da dadurch sehr hohe, und nur schwer kontrollierbare, Kräfte auf die PTC-Elemente aufgebracht wurden. Man nahm sich dafür Federelemente zu Hilfe, die zwischen Wannenrand oder Deckel und PTC-Ele­ ment angeordnet waren, wodurch aber andererseits der Wärmeübergangswiderstand (zumindest auf dieser Seite des PTC-Elementes) wesentlich anstieg. Mit der vorlie­ genden Erfindung ist es jedoch möglich, eine lediglich sehr dünne elektrische Isolierfolie mit niedrigem Wärme­ widerstand zu verwenden, und die Bördelung so fest vor­ zunehmen, wie nur möglich, da die Kräfte ausschließlich auf die Wärmeableitelemente wirken, während die PTC-Ele­ mente durch die definierte Kraft des Anpreßdruckes (z.B. des Federelementes) beaufschlagt werden. Man kann das Wannenelement als Ausnehmung eines zu beheizenden Kör­ pers ausbilden, wodurch z.B. bei der Konstruktion eines Heizkessels oder dergleichen, ein besonders niedriger Wärmeübergangswiderstand erzielt wird und gleichzeitig die Bauteilkosten erheblich gesenkt werden können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung weisen die Wärmeableitelemente mindestens einen Flächenabschnitt auf, der senkrecht zur wärmeabgebenden Fläche, aber in einem spitzen Winkel zur Verbindungsfläche, mit dem PTC-Element verläuft. Man kann dann nämlich mehre­ re Gruppen, bestehend aus PTC-Element und zwei Wärmeab­ leitelementen, derart anordnen, daß sich die Wärmeableit­ elemente in einer Rinne "verkeilen", also fest angeordnet sind, wobei die PTC-Elemente in kräftemäßiger Reihen­ schaltung liegen und nur ein einziges Federelement zum Verspannen der Anordnung genügt.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale können den nach­ folgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung entnommen werden, die anhand von Abbildungen erläutert sind. Hier­ bei zeigt:

Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Gehäuse,

Fig. 2 eine Ansicht auf die Ausführungsform nach Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 bis 6 weitere Konfigurationen,

Fig. 7 eine weitere bevorzugte Ausführungsform in Draufsicht,

Fig. 8 einen Schnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 7 entlang der Linie VIII-VIII,

Fig. 8 und 10 Ausschnittsdarstellungen des in Fig. 8 mit mit IX/X gezeigten Bereiches,

Fig. 11 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, ähnlich der nach Fig. 7,

Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII aus Fig. 11,

Fig. 13/13a Ausschnittsvergrößerungen der in Fig. 12 gezeigten Bereiche,

Fig. 14 einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV aus Fig. 15, einer weiteren Anordnung,

Fig. 15 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 14,

Fig. 16 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei der Heizkörper an einem Wasserbad befestigt ist, und

Fig. 17 bis 19 weitere bevorzugte Konfigurationen mit Kreisflächenhälften-Wärmeableitelementen.

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um einen Flächenheizkörper, der vollstän­ dig in einem Gehäuse 30 eingebaut ist. Das Gehäuse 30 umfaßt eine Gehäusewanne 31, die oben offen ist. Das Innere der Wanne 31 ist mit einer Schicht 23 aus isolie­ render Folie ausgekleidet. An den Rändern der Wanne sind über die gesamte Länge Stromschienen 21 und 22 ange­ bracht. Zwischen den Stromschienen sitzen mehrere Grup­ pen von Wärmeableitelementen 10, 10′, die einen im we­ sentlichen gleichschenkelig, rechtwinkeligen Umriß auf­ weisen. Jeweils eine Kathetenfläche der Wärmeableitele­ mente 10, 10′ steht mit einer der Stromschienen 21/22 in Verbindung, während sich die Hypotenusenflächen der Wärmebleitelemente 10, 10′ gegenüberliegen. Zwischen den Hypotenusenflächen der Wärmeableitelemente 10, 10′ sind PTC-Elemente 1 angeordnet. Die Gesamtgruppierung, bestehend aus zwei Wärmeableitelementen 10, 10′ und da­ zwischen liegendem PTC-Element 1 hat im wesentlichen eine quaderförmige Gestalt.

Im Gehäuse 30 sind mehrere derartige "Quaderelemente" an­ geordnet, wobei zwischen zwei Quaderelementen jeweils eine Isolierschicht 23 sitzt. Die Isolierschicht 23 ist hierbei aus elektrisch und thermisch schlecht leitendem Material gefertigt.

Die Wanne 31 weist an ihrem oberen Ende (Fig. 1) Fest­ setznasen 24 auf, die eine Abschlußisolierplatte 23 in Längsrichtung der Wanne 31 festsetzen. Auf der unteren Seite (Fig. 1) ist die Wanne ebenfalls über eine Isolier­ platte 23 abgeschlossen, die an Festsetznasen 24 an­ schlägt.

Die Stromschienen 21 und 22 sind an diesem unteren Ende der Wanne 31 nach innen abgeknickt und über Anschluß­ drähte 16/17 nach außen geführt.

Auf den nach innen geknickten Abschnitten der Stromschie­ nen 21, 22 ist eine weitere Isolierscheibe 23 angeord­ net, auf der ein elastisches Federelement 20 sitzt. Das elastische Federelement stützt sich somit auf der (in­ direkt) an der Wanne 31 festgesetzten Isolierscheibe 23 ab und drückt gegen das in Fig. 1 unterste Wärmeableit­ element 10′. Das in Fig. 1 oberste Wärmeableitelement 10 ist über die Isolierscheibe 23 am Gehäuse 31 festgesetzt, so daß die vom Federelement 20 aufgebrachte Kraft durch die gesamte Anordnung als durchgehender Kräftezug je­ weils durch die PTC-Elemente 1 geführt ist. Auf diese Weise wirkt auf alle PTC-Elemente 1 dieselbe Kraft, bzw. - da die PTC-Elemente 1 identisch ausgebildet sind - der gleiche Flächendruck.

Durch die Dreiecks-Anordnung der Wärmeableitelemente 10, 10′ werden aber nicht nur die PTC-Elemente 1 festgesetzt, sondern die Wärmeableitelemente 10, 10′ werden gleichzei­ tig auch gegen den Rand 35 der Wanne 31 gedrückt. Es findet also hier eine "Verkeilung" derart statt, daß man bei der Montage des Heizkörpers die Teile lediglich (gegebenenfalls leicht fixiert) in die Wanne 31 unter Zwischenschaltung der Isolierschicht 23 einlegen muß, wo­ bei dann, wenn die Gesamtanordnung unter Zusammendrückung des Federelementes 20 durch maschinelle Anbringung der Festsetznasen 24 geschlossen wird, alle Einzelteile mit den exakt gleichen Kräften zueinander justiert und fixiert werden. Hieraus ist ersichtlich, daß bei der an sich äußerst kritischen Montage von PTC-Elementen durch die erfindungsgemäße Anordnung ein ganz erheblicher Vorteil hinsichtlich der Herstellungskosten erzielbar ist.

Dadurch, daß die einzelnen "Heizelementquader" 10-1-10′ durch Isolierscheiben 23 voneinander getrennt sind, ist jeder "Quader" als thermisch von den übrigen Elementen entkoppelter Einzelheitskörper zu betrachten. Das Regel­ verhalten ist dementsprechend gut. Weiterhin ist es mög­ lich, verschiedene PTC-Elemente bzw. solche mit verschie­ denen Sprungtemperaturen zu verwenden, so daß man einen Heizkörper bekommt, der einen bestimmten, gewünschten Temperaturverlauf über die Fläche hat.

Die Wärmeableitung des Heizkörpers auf einen zu heizenden Gegenstand geschieht über die Wärmeableitfläche 11 (siehe Fig. 2). Um dies zu bewerkstelligen, wird der gesamte Heizkörper unter Zwischenschaltung einer sehr dünnen, elektrisch isolierenden Folie auf den zu beheizenden Gegenstand gepreßt. Dadurch, daß die Wärmeableitelemente 10 sehr große Wärmeableitflächen 11 aufweisen - gemessen an den Verbindungsflächen zwischen PTC-Elementen 1 und Wärmeableitelementen 10, 10′ - spielt der Wärmedurchgangs­ widerstand durch die Isolierfolie kaum eine Rolle. Wenn man also die Wärmeableitelemente 10, 10′ aus einem ther­ misch sehr gut leitenden Material, z.B. aus Aluminium, fertigt, bekommt man einen äußerst geringen Wärmewider­ stand zwischen PTC-Elementen 1 und dem zu beheizenden Körper, so daß die erzielbare Wärmeleistung enorm hoch ist. Weiterhin läßt sich diese Anordnung in ihrer Fläche im wesentlichen beliebig vergrößeren, was bisher nicht möglich war. Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die elektrische Kontaktierung besonders einfach und mit geringen Verlusten behaftet ist.

In Fig. 3 ist eine Konfiguration gezeigt, bei der auf die elektrische Isolierung zwischen den aufeinander liegenden Wärmeableitelementen 10 bzw. 10′ verzichtet werden kann, da die PTC-Elemente 1 bzw. die Hypotenusenflächen der Wärmeableitelemente 10, 10′ im Zickzack zwischen den Stromschienen 21 und 22 verlaufen. Diese Anordnung ist vom Bauteileaufwand her nochmal günstiger. Wenn man bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung die Kathetenflächen der Wärmeableitelemente 10, 10′ nicht plan schleift, sondern z.B. mit Füßchen an den Dreiecks-Ecken versieht, so daß lediglich die Füßchen benachbarter Wärmeableit­ elemente 10, 10′ aufeinander sitzen, so kann man die thermische Koppelung zwischen den Wärmeableitelementen 10, 10′ verringern.

Fig. 4 dient nochmals zur Erläuterung der anhand der Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung ist eine sehr dicke Isolierscheibe 23 zwischen benachbarten Wärmeableitele­ menten 10, 10′ angeordnet, wodurch die Entkoppelung noch besser wird. Eine derartige Anordnung ist dann besonders von Vorteil, wenn der zu beheizende Gegenstand in Ober­ flächenrichtung (auf welche der Heizkörper aufgebracht wird) einen sehr niedrigen Wärmewiderstand hat. Durch die entsprechend weite Beabstandung zwischen zwei Wärme­ ableitelementen 10, 10′ wird dann sichergestellt, daß kein thermischer Kurzschluß durch den zu beheizenden Körper auftritt.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine rechteckige Anordnung, die bei vielen Einsatz­ formen von Vorteil ist. Man kann z.B. bei einer derarti­ gen Anordnung die Wärmeableitelemente 10, 10′ mit Boh­ rungen senkrecht zu den Wärmeableitflächen 11 (senkrecht zur Zeichnungsrichtung) versehen, und die Anordnung als Heizung für durchströmende Luft verwenden.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine Heizung mit kreisförmigem Querschnitt. Hier sind lediglich zwei Wärmeableitelemente 10, 10′ vorgesehen, die gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung von zwei PTC-Elementen 1 dienen. Zu diesem Zweck sind Nuten in den Wärmeableitelementen 10, 10′ eingefräst, in welche Anschlußdrähte 16 und 17 eingelegt werden, die man dann durch einfaches Einklemmen (Einbördeln der Nutenränder) fixieren kann. Die beiden Wärmeableitelemente 10, 10′ werden über einen Spannring 18 zusammengespannt, wobei zwischen dem Spannring 18 und den Wärmeableitelementen 10, 10′ das Federelement 20 angeordnet ist, das gleich­ zeitig zur Isolierung dient (wenn der Spannring 18 elek­ trisch leitend ist).

In den Fig. 9 und 10 sind zwei bevorzugte Ausführungsfor­ men erläutert, wobei Fig. 9 einen Spannring 18 zeigt, der vom Federelement 20 ummantelt ist, während in Fig. 10 das Federelement 20 lediglich ein Band ist. In beiden Fällen sind am Außenrand (mit halbkreisförmigem Quer­ schnitt) der Wärmeableitelemente 10, 10′ Nuten einge­ bracht, in denen der Spannring 18 zusammen mit dem Feder­ element 20 fixiert ist.

Der hier gezeigte Heizkörper ist besonders einfach zu fertigen und darum sehr kostengünstig.

Bei der in den Fig. 11 bis 13 gezeigten Anordnung han­ delt es sich wieder um einen Heizkörper mit kreisförmigem Umriß, wobei in diesem Fall die Anordnung in einem Ge­ häuse 30 sitzt. Das Gehäuse 30 weist ein Wannenelement 31 auf, auf dessen Boden eine Isolierfolie 23 sitzt. Auf seiner Oberseite ist das Gehäuse 30 von einem Deckel­ element 33 abgedeckt. Das Deckelelement 33 wird über Bördelungen 34 des Randes 35 des Wannenelementes 31 ge­ halten. Zwischen dem Deckelelement 33 und dem Boden 32 des Wannenelementes 31 sitzen die zwei Wärmeableitele­ mente 10, 10′, zwischen denen - wie bei der vorher ge­ zeigten Ausführungsform - die PTC-Elemente 1 angeordnet sind. Die elektrische Kontaktierung erfolgt ebenso wie vorher gezeigt (siehe Fig. 13a). Das Deckelelement 33 ist ebenso wie der Wannenboden 32 durch eine Isolier­ schicht 23 von den Wärmeableitelementen 10, 10′ elek­ trisch isoliert. Selbstverständlich kann in beiden Fäl­ len (Deckel und Boden) die Isolierschicht 23 z.B. durch eine Oxidschicht des Gehäusematerials ersetzt werden, was insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als Gehäusematerial relativ leicht möglich ist. Dadurch wird nämlich zwar der notwendige elektrische Widerstand der Isolierlschicht sichergestellt, durch die geringe notwendige Schichtdicke aber wird gleichzeitig ein nie­ driger Wärmeübergangswiderstand zwischen Gehäuse 30 und Wärmeableitelementen 10, 10′ sichergestellt.

Die in den Fig. 11 bis 13 gezeigte Ausführungsform weist noch eine Besonderheit insofern auf, als das Federele­ ment und das zum Zusammenspannen notwendige Teil durch die Einbördelung 34 gesichert wird, der eine Schrägfläche in den Wärmeableitelementen 10, 10′ gegenübersteht (siehe Fig. 12 und 13). Wenn man nämlich die Börderlung 34 anbringt, so wirkt nicht nur eine zum Wannenboden 32 senkrechte Kraft, sondern auch eine Kraft parallel zum Wannenboden auf die Wärmeableitelemente 10, 10′, so daß diese in Richtung aufeinander zu bewegt bzw. gepreßt werden, wobei dann die PTC-Elemente 1 festgesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil bei der in Fig. 11 gezeigten Anord­ nung wird durch eine kreisförmige Ausnehmung im Inneren des Elementes gewährleistet, bzw. durch halbkreisförmige Ausnehmungen an beiden Wärmeableitelementen 10, 10′. Durch diese Ausnehmung wird nämlich eine gewisse thermi­ sche Entkoppelung zwischen den zwei PTC-Elementen 1 er­ zielt.

Weiterhin kann die Montage der Anordnung dadurch erleich­ tert werden, daß man - wie in Fig. 13 gezeigt - im Spalt zwischen den zwei Wärmeableitelementen 10, 10′ einen Isolierstreifen anordnet, auf den die PTC-Elemente 1 vor dem Auflegen des Deckels 33 aufgesetzt werden (siehe Fig. 13a).

Selbstverständlich ist es auch möglich, nur mit einem einzigen PTC-Element 1 zu arbeiten, wie dies in den Fig. 14 und 15 schematisch dargestellt ist.

Die in Fig. 16 gezeigte Anordnung unterscheidet sich in­ sofern von der nach Fig. 12, als das Wannenelement 31 integraler Bestandteil des zu beheizenden Körpers 40 ist. Die Festsetzung des Deckels 33 und das Zusammen­ spannen der zwei Wärmeableitelemente 10, 10′ geschieht ebenso wie anhand von Fig. 13 oben erläutert.

Anhand der Fig. 17 und 19 soll verdeutlicht werden, daß Einzelelemente, wie sie in den Fig. 14 und 15 gezeigt wurden, auch sehr gut zu Gruppen zusammengefaßt werden können. Diese Anordnung hat insbesondere den Vorteil, daß zwischen den Wärmeableitelementen 10, 10′ zwar ein hinreichender elektrischer Kontakt besteht, durch die linienförmige Berührung aber andererseits eine ganz ge­ ringe thermische Koppelung zu erwarten ist, was wiederum das Regelverhalten der Anordnungen verbessert. Bei den in den Fig. 17 und 18 gezeigten Anordnungen dienen die Wärmeableitelemente 10, 10′ ebenfalls wieder zur elek­ trischen Kontaktierung, wobei im Inneren der Anordnungen nach den Fig. 17 und 18 die (kreisförmigen) Stromschienen 21 bzw. 21′ gleichzeitig als Federelemente 20 dienen kön­ nen. Die Scheibenelemente nach den Fig. 14 und 15 sind auch in linearen Anordnungen aufstellbar, wie sie in Fig. 19 gezeigt sind. Auch hier tritt wieder der Vorteil der hinreichenden thermischen Entkoppelung auf, wobei diese Anordnung besonders leicht großflächig ausgelegt werden kann, da man eine beliebige Anzahl von einzelnen "Heizscheibchen" in ein Gitter aus Stromschienen 21-22-21... legen kann.

Bei Verwendung der Heizscheibchen nach den Fig. 14 und 15 ist es von Vorteil, wenn man diese dadurch als vor­ gefertige Einzelteile herstellt, daß man die PTC-Ele­ mente 1 zwischen zwei Wärmeableitelementen 10, 10′ durch einen (elektrisch leitenden) Kleber fixiert. Man kann dann auch diese Elemente an ihren wärmeabgebenden Flächen 11 (oben und unten) durch einen Lack oder auf andere an sich bekannte Weise, elektrisch isolieren, der Rand der Elemente muß jedoch elektrisch leitend bleiben.

Die oben gezeigten Ausführungsbeispiele bzw. die ihnen entnehmbaren Gedanken sind für sich alleine sowie in Kom­ bination als erfindungswesentlich zu betrachten. Insbe­ sondere ist der Erfindungsgedanke auch auf andere Heiz- oder Kühlelemente anwendbar. Bei Peltier-Elementen würde man dann (bei leicht abgeänderter räumlicher Anordnung, gegebenenfalls unter Zwischenfügung von thermischen Iso­ latoren) die Wärmeableitelemente 10, als "heiße Seite", die Wärmeableitelemente 10′ als "kalte Seite" verwenden.

Bei Bedarf kann die gesamte Anordnung vergossen werden.

• Bezugszeichenliste:  1 PTC-Element
  10/10′ Wärmeableitelement
  11 Wärmeabgabefläche
  12 Verbindungsfläche zum PTC-Element
  13 Kathetenfläche
  14 Kathetenfläche
  16 Anschlußdraht
  17 Anschlußdraht
  18 Spannring
  20 Federelement
  21 Stromschiene
  22 Stromschiene
  23 Isolierung
  24 Festsetznase
  30 Gehäuse
  31 Wannenelement
  32 Wannenboden
  33 Deckelelement
  34 Einbördelung
  35 Wannenrand
  40 zu beheizender Körper

Claims (14)

1. Elektrischer Heizkörper mit mindestens einem Kaltleiter- Heizelement (1) oder PTC-Element, mit Wärmeableitelementen (10, 10′), die an einer Verbindungsfläche (12) mit den Flachseiten des PTC-Elementes (1) in Verbindung stehen und mindestens eine Wärmeabgabefläche (11) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabeflächen (11) im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen (12) angeordnet sind.

2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabeflächen (11) um ein Vielfaches größer sind als die Verbindungsflächen (12).

3. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem PTC-Element (1) zwei Wärmeableitelemente (10, 10′) zugeordnet sind.

4. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere PTC-Elemente (1) vorgesehen sind, die unter Zwischenschaltung der Wärmeableitelemente (10, 10′) in einem im wesentlichen durchgehenden Kräftezug seriell derart angeordnet sind, daß die Anpreßdrücke zwischen allen PTC-Elementflachseiten und den dazu­ gehörigen Verbindungsflächen (12) im wesentlichen gleich sind.

5. Heizkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Gruppen von PTC-Elementen (1) mit Wärme­ ableitelementen (10, 10′) ein einziges Federelement (20) vorgesehen ist.

6. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Elemente (1) elektrisch parallel geschal­ tet sind.

7. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitelemente (10, 10′) eines PTC-Ele­ mentes (1) von denjenigen eines (bzw. aller) anderen PTC-Elementes (1) thermisch entkoppelt sind.

8. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitelemente (10, 10′) die Stromzu­ führungselektroden bilden.

9. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Gehäuse (30) für mehrere PTC-Ele­ mente (1) mit Wärmeableitelementen (10, 10′) vorge­ sehen ist.

10. Heizkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) ein Wannenelement (31) umfaßt, in dem die PTC-Elemente (1) unter Zwischenschaltung der Wärmeableitelemente (10, 10′) gegeneinander (kräfte­ mäßig seriell) verspannt sind, wobei der Wannenboden (32) parallel zu den wärmeabgebenden Flächen (11) liegt.

11. Heizkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (30) ein Deckelelement (33) umfaßt, das vorzugsweise mittels einer Einbördelung (34) des Wan­ nenrandes (35) im Wannenelement (31) unter Anpressung an die wärmeabgebenden Flächen (11) gehalten ist.

12. Heizkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Wannenelement (31) als Ausnehmung eines zu beheizenden Körpers (40) ausgebildet ist.

13. Wannenelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitelemente (10, 10′) mindestens einen Flächenabschnitt (13, 14, 15) aufweisen, der senkrecht zur Wärmeabgabefläche (11) und in einem spitzen Winkel (α) zur Verbindungsfläche (12) verläuft.

14. Heizkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) 45° beträgt und die Wärmeabgabe­ fläche (11) im wesentlichen den Umriß eines gleich­ schenkelig-rechtwinkeligen Dreiecks aufweist.