DE4300611A1 - Electric resistance heater, e.g. foil or plate - Google Patents
Electric resistance heater, e.g. foil or plateInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Heizlage zur elektrischen Wider standsheizung, bei der ein flacher Träger aus Isoliermate rial an einer Seite mit mindestens zwei metallischen Leiter bahnen versehen ist, die jeweils in einem Wendelstreifen gleichartig mäanderförmig gewendelt verlaufen, wobei die beiden Wendelstreifen sich parallel zueinander erstrecken und einander randseitig Wendelkehren zuwenden.The invention relates to a heating layer for electrical cons auxiliary heating, in which a flat support made of insulating material rial on one side with at least two metallic conductors is provided, each in a spiral strip run in a similar meandering pattern, with the two spiral strips extend parallel to each other and turn each other around the edges.
Bei einer durch die Praxis bekannten Heizlage dieser Art ist der flache Träger eine rechteckige flexible Kunststoffolie (0,005-0,5 mm), über welche die beiden Wendelstreifen sich nebeneinander erstrecken, wobei die beiden mäanderförmig ge wendelten Leiterbahnen voneinander durchgehend elektrisch isoliert sind. Die beiden Leiterbahnen sind gleichsinnig ge wendelt, d. h. es liegen sich jeweils eine Wendelkehre des einen Wendelstreifens und eine Wendelöffnung des anderen Wendelstreifens unmittelbar gegenüber. Die Leiterbahnen sind von speziellem Widerstandsmetall mit einem hohen ohmschen Widerstand gebildet, wobei die erwünschte Heizleistung bei relativ geringer Länge und relativ großem Querschnitt der Leiterbahnen erzeugt wird. Wenn eine der Leiterbahnen an nur einer Stelle unterbrochen ist, so fällt sie über ihre gesam te Länge, d. h. mit ihrer gesamten Heizleistung aus. Die Ver meidung solcher Unterbrechungen bei der Herstellung ist mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden. Bei der bekannten Heizlage sind die Leiterbahnen auf der dem Träger abgewende ten Seite mit einer zusätzlichen Schutzfolie aus Kunststoff belegt, um Beschädigungen der Leiterbahnen bei der Weiter verarbeitung der Heizlage zu vermeiden.In a heating position of this type known from practice the flat carrier is a rectangular flexible plastic film (0.005-0.5 mm), over which the two spiral strips extend extend side by side, the two meandering ge coiled electrical traces continuously from each other are isolated. The two conductor tracks are in the same direction twists, d. H. there is a turn of each one spiral strip and one spiral opening of the other Spiral strip directly opposite. The traces are of special resistance metal with a high ohmic Resistance is formed, with the desired heating output relatively short length and relatively large cross section of the Traces is generated. If one of the traces is on only is interrupted at one point, it falls over its entire te length, d. H. with their total heating output. The Ver Avoidance of such interruptions in production is included an additional effort. With the known The heating layers are the conductor tracks on the side facing away from the carrier side with an additional protective film made of plastic occupied to damage the conductor tracks during the next Avoid processing the heating layer.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Verlust an Heizleistung, der mit einer Unterbrechung einer der Leiter bahnen verbunden ist, ganz erheblich vermindert ist. Die er findungsgemäße Heizlage ist, diese Aufgabe lösend, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einander benachbarte Wendelkeh ren der beiden Wendelstreifen paarweise miteinander elek trisch leitend verbunden sind.An object of the invention is to provide a heating position to create the kind mentioned at the beginning, in which the loss Heating output, with an interruption of one of the conductors is connected, is significantly reduced. Which he heating position according to the invention, solving this problem, thereby characterized in that each adjacent Wendelkeh the two spiral strips in pairs with each other trisch conductively connected.
Wenn eine Leiterbahn an einer Stelle eine Unterbrechung auf weist, dann wird der Strom - in Stromflußrichtung gesehen - an der der Unterbrechung vorhergehenden Wendelkehrenverbin dung von der unterbrochenen Leiterbahn zur anderen Leiter bahn wechseln und an der nachfolgenden Wendelkehrenverbin dung wieder zurückwechseln. Der Strom durch die Wendelbahn überbrückt bzw. umfließt das Leiterbahnstück, das von den beiden Wendelkehren-Verbindungen begrenzt ist, welche die Unterbrechung zwischen sich aufnehmen. Der Verlust an Heiz leistung ist also maximal auf dieses Leiterbahnstück be grenzt, wobei der umfließende Strom auch in dem überbrücken den Leiterbahnstück der anderen Leiterbahn Heizleistung er zeugt. Auch eine Vielzahl von Fehlstellen führt meist zu kaum meßbaren Verlusten an Heizleistung. Die Heizlage ist unempfindlich gegen Beschädigungen und Fertigungsfehler. Sie ist zuverläßlich und mit einfachen Mitteln herstellbar.If there is a break in a trace at one point points, then the current - seen in the direction of current flow - at the turnaround connection preceding the interruption from the interrupted conductor track to the other conductor change lane and at the following turning bend change back again. The current through the spiral train bridges or flows around the conductor track section that the is limited by two reversing connections, which is the Record interruption between them. The loss of heating performance is therefore maximum on this track section limits, with the flowing current also bridging in the the conductor track section of the other conductor track heating power testifies. A large number of defects also usually lead to hardly measurable losses in heating power. The heating position is insensitive to damage and manufacturing errors. they is reliable and easy to manufacture.
Es ist denkbar, die beiden Leiterbahnen der beiden Wendel streifen gleichsinnig gewendelt verlaufen zu lassen, wobei die jeweils miteinander verbundenen Wendelkehren gegeneinan der um eine Wendel versetzt sind und über ein Verbindungs stück miteinander verbunden sind, das zwischen den beiden Wendelstreifen schräg verläuft. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Leiterbahnen der beiden Wendelstreifen gegensinnig zueinander gewendelt sind und je weils die beiden miteinander verbundenen Wendelkehren einan der auf gegenüber zugeordnet sind. Dies vereinfacht die Ver bindung der einander zugeordneten Wendelkehren. It is conceivable for the two conductor tracks of the two coils stripes coiled in the same direction, whereby the twist turns connected to each other which are offset by a helix and via a connection pieces are interconnected, that between the two Spiral strip runs obliquely. Particularly useful and However, it is advantageous if the conductor tracks of the two Spiral strips are wound in opposite directions to each other and ever because the two twist turns connected to each other which are assigned to opposite. This simplifies the ver binding of the associated spiral bends.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es dabei, wenn die miteinander verbundenen Wendelkehren einander überlappen. Dies vereinfacht die Verbindung der einander paarweise zuge ordneten Wendelkehren weiter, da jegliches zusätzliches Ver bindungsstück entfällt. Überlappen heißt hier, daß die bei den Wendelkehren von demselben Leiterbahnbereich gebildet sind.It is particularly expedient and advantageous if the interconnected spiral turns overlap each other. This simplifies the connection of each other in pairs ordered spiral turns, since any additional Ver there is no connecting piece. Overlap here means that the the turns are formed by the same conductor track area are.
Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil anwendbar, wenn eine Vielzahl von Wendelstreifen pro Heizlage vorgesehen ist. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es dabei, wenn mindestens drei Wendelstreifen vorgesehen sind und die paar weise Verbindung von Wendelkehren bei dem jeweils mittigen Wendelstreifen an beiden Randseiten vorgesehen ist. Dies er höht bei Leiterbahn-Untorbrechungen die Möglichkeiten für eine die Unterbrechung überbrückende Umleitung des Stromes.The invention can be used with particular advantage if a large number of spiral strips are provided per heating position is. It is particularly expedient and advantageous if at least three spiral strips are provided and the few wise connection of turns at the middle Spiral strips are provided on both edges. This he increases the possibilities for a redirection of the current bridging the interruption.
Als Materialien der Leiterbahnen der erfindungsgemäßen Heiz lage lassen sich die für elektrische Widerstandsheizung üb lichen Widerstandslegierungen mit hohem spezifischem Wider stand verwenden. Unter hohen spezifischem Widerstand wird hier ein Wert über 0,3 Ohm mm2m-1 bei 20°C verstanden. Die Leiterbahnen verlaufen monofilar, nicht bifilar. Die Her stellung der Leiterbahnen auf einer Kunststoffolie unter ätztechnischer Strukturierung läßt sich durchführen.As materials of the conductor tracks of the heating layer according to the invention, the resistance alloys customary for electrical resistance heating with a high specific resistance can be used. High specific resistance here means a value above 0.3 ohm mm 2 m -1 at 20 ° C. The conductor tracks run monofilar, not bifilar. The manufacture of the conductor tracks on a plastic film under etching structuring can be carried out.
Eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Leiterbahnen der mit einander verbundenen Wendelstreifen von Kupfer gebildet sind. Da Kupfer als Material sehr billig ist, läßt sich die erfindungsgemäße Heizlage bei Einsatz von Kupfer für die Leiterbahnen sehr preiswert herstellen. Obwohl Kupfer einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand hat, läßt es sich für die erfindungsgemäße Heizlage mit Vorteil einsetzen. Unter sehr niedrigem spezifischem Widerstand wird hier ein Wert von 0,05 Ohm mm2m-1 bei 20°C oder unter 0,05 verstanden. Das Kupfer ist z. B. Elektrolythkupfer. A particularly expedient and advantageous embodiment of the invention consists in that the conductor tracks of the helical strips connected to one another are formed from copper. Since copper is very cheap as a material, the heating layer according to the invention can be produced very inexpensively when using copper for the conductor tracks. Although copper has a very low specific resistance, it can be used advantageously for the heating system according to the invention. A very low specific resistance is understood here to mean a value of 0.05 ohm mm 2 m -1 at 20 ° C. or below 0.05. The copper is e.g. B. Electrolyte copper.
Bei einer bestimmten geforderten Heizleistung P der Heizlage gilt: P = U2/R, wobei R = (L/A). ro. Es ist L die Länge und A die Querschnittsfläche des Widerstandes R und ro der tem peraturabhängige spezifische Widerstand des Leiterbahnmate rials. Nach diesen Formeln läßt sich festlegen, wieviele Wendelstreifen mit welchem Leiterbahn-Querschnitt vorzusehen sind, um bei Einsatz von Kupfer eine bestimmte Heizleistung zu erreichen. Grundsätzlich besteht ein Interesse daran, möglichst viele Wendelstreifen auf der Heizlage vorzusehen, da bei Beschädigung einer Leiterbahn nur ein entsprechend geringer Anteil an Heizleistung wegfällt. Wegen des sehr ge ringen spezifischen Widerstandes ro von Kupfer kann eine spezielle Heizleistung bei großer Länge L und kleinem Quer schnitt A erreicht werden.With a certain required heating output P of the heating position, the following applies: P = U 2 / R, where R = (L / A). ro. It is L the length and A the cross-sectional area of the resistance R and ro the temperature-dependent specific resistance of the conductor material. These formulas can be used to determine how many spiral strips with which conductor cross-section are to be provided in order to achieve a certain heating output when using copper. Basically, there is an interest in providing as many spiral strips as possible on the heating layer, since only a correspondingly small proportion of heating power is lost when a conductor track is damaged. Because of the very low specific resistance ro of copper, a special heating output with a large length L and a small cross section A can be achieved.
Durch die Verwendung von gute elektrische Leitfähigkeit auf weisendem Kupfer ist für die Leiterbahnen eine große Länge bei kleinem Querschnitt erforderlich, um einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand zu erreichen, der sich aus der Betriebsspannung und der Heizleistung bestimmt. Daraus er geben sich viele Wendelstreifen bzw. Wendeln und kleine Po tentialdifferenzen in Längsrichtung der Wendelstreifen. Da raus ergibt sich, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Leiterbahnstücken derselben Leiterbahn klein gehalten werden kann und eine hohe Packungsdichte ermöglicht ist. Dadurch ist die Verteilung der Heizleistung und der Temperatur über die Heizlage hin vergleichmäßigt. Durch Temperaturunter schiede bedingte mechanische Spannungen des Trägers und des zu beheizenden Gegenstandes sind vermieden. Es ist auch bei kleinen Heizleistungen und kleiner Fläche der Heizlage ein Betrieb an hohen elektrischen Spannungen möglich.By using good electrical conductivity Pointing copper is a long length for the conductor tracks with a small cross-section required to be sufficient to achieve high electrical resistance resulting from the Operating voltage and the heating power determined. From that he give themselves many spiral strips or spirals and small buttocks potential differences in the longitudinal direction of the spiral strips. There it results that the distance between two neighboring Track pieces of the same track are kept small can and a high packing density is made possible. Thereby is the distribution of heating power and temperature over the heating level evened out. By temperature drop different mechanical stresses of the carrier and the objects to be heated are avoided. It is also at small heating outputs and small area of the heating layer Operation at high electrical voltages possible.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Kupfer-Leiterbahnen nach der Druck- und Ätztechnik auf den flachen Träger aufgebracht sind. Das Aufbringen von Leiterbahnen nach der Druck- und Ätztechnik ist ein vielfäl tig und intensiv praktiziertes Verfahren. Die Erfindung setzt diese bekannte Druck- und Ätztechnik bzw. Druckschal tungstechnik für die Herstellung von Heizlagen zur elektri schen Widerstandsheizung ein.It is also particularly expedient and advantageous if the copper conductor tracks according to the printing and etching technology the flat carrier are applied. The application of Conductor tracks according to the printing and etching technology are diverse process that is practiced intensively and intensively. The invention uses this well-known printing and etching technology or pressure scarf tion technology for the production of heating layers for electri resistance heating.
Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es noch, wenn der flache Träger von einer Leiterplatte gebildet ist. Diese Leiterplatten stehen aufgrund der Druckschaltungstechnik preiswert zur Verfügung und genügen allen Anwendungszwecken der Heizlage, bei denen ein flexibles Biegen des Trägers nicht nötig ist. Eine häufige Anwendung besteht in dem Anbau der Heizlage an zu beheizende Steinplatten in Wohnräumen. Die Leiterplatte ist in der Regel 0,5 mm dick und nach DIN 40802 genormt. Besonders wirtschaftlich wird die Erfindung praktiziert, wenn die Leiterbahnen aus Kupfer nach der Druck- und Ätztechnik auf die Leiterplatte aufgebracht werden.It is particularly expedient and advantageous if the flat carrier is formed by a circuit board. This Printed circuit boards are due to the pressure circuit technology reasonably priced and sufficient for all purposes the heating position, where flexible bending of the beam is not necessary. A common application is in cultivation the heating position of stone slabs to be heated in living rooms. The circuit board is usually 0.5 mm thick and according to DIN 40802 standardized. The invention is particularly economical practiced when the copper traces after the Printing and etching technology applied to the circuit board become.
Bei der erfindungsgemäßen Heizlage, die eine Folie oder eine Platte ist, sind die Folgen von Verletzungen, z. B. Unterbre chungen der Leiterbahnen weniger schwerwiegend, weshalb es nicht nötig ist, die Leiterbahnen unmittelbar mit einer zu sätzlichen Schutzschicht abzudecken. Auch wenn die Leiter bahnen aus Kupfer sind, also besonders empfindlich sind, können Unterbrechungen bei vernachlässigbarem Nachteil hin genommen werden. Besonders zweckmäßig und vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn eine Kleberschicht unmittelbar an den Leiterbahnen angreift. Diese Kleberschicht, die z. B. eine Doppelkleberfolie ist, greift unmittelbar am flachen Träger und den Leiterbahnen an und dient der Befestigung der Heizlage an dem zu beheizenden Körper, z. B. an der Stein platte.In the heating position according to the invention, which is a film or a Plate is, the consequences of injury, e.g. B. Submit conductor tracks are less serious, which is why it is not necessary to close the conductor tracks directly with one cover additional protective layer. Even if the ladder are made of copper, so they are particularly sensitive, can cause interruptions with a negligible disadvantage be taken. It is particularly useful and advantageous in this context if an adhesive layer immediately attacks on the conductor tracks. This adhesive layer, the z. B. is a double adhesive film, grabs directly on the flat Carrier and the conductor tracks and serves to attach the Heating position on the body to be heated, e.g. B. on the stone plate.
In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zeigtIn the drawing, preferred embodiments of the Invention shown and shows
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Heizlage zur elektrischen Widerstandsheizung, Fig. 1 is a plan view of a heating layer for electric resistance heating,
Fig. 2 einen Ausschnitt der Darstellung in Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 vergrößerten Maßstab, Fig. 2 shows a detail of the illustration in Fig. 1, in a comparison with FIG. 1 on an enlarged scale
Fig. 3 einen kleinen Ausschnitt einer zweiten Heizlage zur elektrischen Widerstandsheizung, Fig. 3 shows a small section of a second heating layer for electric resistance heating,
Fig. 4 einen kleinen Ausschnitt einer dritten Heizlage zur elektrischen Widerstandsheizung und Fig. 4 shows a small section of a third heating layer for electrical resistance heating and
Fig. 5 einen Schnitt einer an einer Steinplatte angebrachten Heizlage zur Widerstandsheizung. Fig. 5 shows a section of a heating layer attached to a stone slab for resistance heating.
Die Heizlage gemäß Fig. 1 und 2 weist einen flachen Träger 1 auf, der eine rechteckige Leiterplatte von etwa 1,2 mm Dicke ist, die etwas elastisch biegbar ist. Auf eine der beiden Flächen der Leiterplatte verläuft entlang den beiden Schmal seiten je ein Leiterband 2 aus Kupfer und an die Leiterbän der ist über Anschlüsse 3 Netzspannung anschließbar. Zwischen den beiden Leiterbändern 2 verlaufen mehr als drei, im vorliegenden Fall zehn gleichbreite Wendelstreifen 4, wobei jeweils zwei benachbarte Wendelstreifen entlang ge strichelt dargestellten seitlichen Rändern 5 aneinander stoßen. In jedem Wendelstreifen verläuft eine mäanderförmig gewendelte Leiterbahn 6, die eckige Wendelkehren 7 bilden. Die Leiterbahn 6 besteht aus Kupfer und ist relativ dünn dargestellt. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Leiter bahnstücken entspricht etwa der Dicke der Leiterbahn 6. Es sind je zwei benachbarte Leiterbahnen 6 gegensinnig gewen delt, so daß jeweils eine Wendelkehre der einen Leiterbahn und eine Wendelkehre der anderen Leiterbahn einander zugeordnet sind und jeweils eine Wendelöffnung 8 der einen Leiterbahn und eine Wendelöffnung der anderen Leiterbahn einander zugeordnet sind. Es sind jeweils die beiden Wendel kehren 7 eines Paares derart dicht beieinander angeordnet, daß die jeweils zwischen den beiden Ecken geraden Teile der beiden Wendelkehren 7 ineinander verlaufen.The heating layer according to FIGS. 1 and 2 has a flat support 1, which is a rectangular printed circuit board of about 1.2 mm thickness which is slightly elastically bent. On one of the two surfaces of the circuit board runs along each of the two narrow sides, a conductor strip 2 made of copper and to the conductor strips, the mains voltage can be connected via connections 3 . Between the two conductor strips 2 run more than three, in the present case ten equally wide spiral strips 4 , two adjacent spiral strips each abutting along side edges 5 shown in dashed lines. In each spiral strip runs a meandering spiral track 6 , which form angular spiral turns 7 . The conductor track 6 is made of copper and is shown relatively thin. The distance between two adjacent conductor track pieces corresponds approximately to the thickness of the conductor track 6 . There are two adjacent conductor tracks 6 in opposite directions, so that one turn of one track and one turn of the other track are assigned to each other and one coil opening 8 of one track and one coil opening of the other track are assigned to each other. In each case, the two return coil 7 of a pair so close together arranged such that each straight line between the two corners portions of the two helical bends 7 extend into one another.
Bei der Heizlage gemäß Fig. 3 weisen die mäanderförmig ge wendelten Leiterbahnen 6 ebenfalls eckige Wendelkehren 7 auf. Es sind im Unterschied zu Fig. 1 und 2 zwei benachbarte Leiterbahnen 6 gleichsinnig gewendelt und die Wendelkehren der beiden Wendelstreifen sind auf Abstand voneinander ange ordnet. Die paarweise einander zugeordneten Wendelkehren 7 sind jeweils durch ein Verbindungsstück 9 aus Kupfer mitein ander verbunden, das länglich und schräg angeordnet ist. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Wendelkehren 7 kreisbogenförmig gerundet. Bei gegensinniger mäanderförmiger Wendelung benachbarter Leiterbahnen sind die paarweise ein ander zugeordneten Wendelkehren 7 jeweils durch ein Verbin dungsstück 9 aus Kupfer miteinander verbunden, das ein brei ter Steg ist. Gemäß Fig. 5 ist die als Träger 1 vorgesehene Leiterplatte an einer Fläche mit den Leiterbahnen 6 aus Kupfer versehen und an dieser Fläche mit einer Kleberschicht 10 einer Doppelkleberfolie 11 verklebt, deren andere Kleber schicht 12 unmittelbar an einer Steinplatte 13 klebt.In the heating position according to FIG. 3, the meandering spiral tracks 6 also have angular spiral turns 7 . In contrast to FIGS. 1 and 2, two adjacent conductor tracks 6 are wound in the same direction and the turns of the two spiral strips are arranged at a distance from one another. The paired turns 7 are each connected to each other by a connector 9 made of copper, which is arranged obliquely and obliquely. In the embodiment according to FIG. 4, the spiral turns 7 are rounded in a circular arc. With opposing meandering turns of adjacent conductor tracks, the pairs associated with one another are reversed turns 7 each connected by a connec tion piece 9 made of copper, which is a broad web. According to Fig. 5 which is provided as carrier 1 circuit board is provided on a surface to the conductor tracks 6 of copper and glued to this surface with an adhesive layer 10 of a double-sided adhesive sheet 11, the other adhesive layer 12 adhered directly to a stone plate 13.
Es ist im Vorhergehenden stets die Ausführungsform geschil dert, bei der der Träger an nur einer Seite mit Leiterbahnen versehen ist. In besonderen Fällen ist es aber auch von Vor teil, wenn beide Seiten des flachen Trägers mit Leiterbahnen der erfindungsgemäßen Art versehen sind, und zwar besonders dann, wenn der Träger eine Leiterplatte ist.The embodiment is always appropriate in the foregoing where the carrier has conductor tracks on only one side is provided. In special cases, however, it is also from before part if both sides of the flat carrier with conductor tracks of the type according to the invention are provided, specifically when the carrier is a printed circuit board.
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