DE7730233U1

DE7730233U1 - Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE7730233U1
Application number: DE7730233U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1979-03-15

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München YPA 77 G 7 1 5 4 BRD

Heizeinrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.

Aus dem Stand der Technik DT-OS 1 28£ 242 sind Heizeinrichtungen bekannt, in denen das eigentliche, die Elektrowärme erzeu- Ί gende Element eine Scheibe aus einem Material ist, das als Kaltleiter bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um ein ferroelektrisches Eeramikmaterial, beispielsweise aiuf der Basis des Bariumtitanats, das bis zu einer bestimmten materialspezifischen Temperatur relativ niedrigen elektrischen spezifischen Widerstand hat und im Nshbereich dieser Temperatur einen starken Anstieg dieses spezifischen Widerstandes aufweist. Ein Körper aus diesem Kaltleitermaterial, durch den man über Elektroden einen elektrischen Strom fließen läßt, zeigt die Eigenschaft, daß dann, wenn die zugeführte elektrische Energie aus-

reichend ist, den jeweiligen Körper aus diesem Kaltleiterma- ι terial bis zur wie oben angegebenen Temperatur aufzuheizen,, eine relativ scharfe Begrenzung des maximal erreichten Temperatur, wertes des Materials bzw. Körpers zeigt. Das Heizen mit einem Kaltleiter umfaßt somit eine Selbststabilisierung.

Bei bekannten Heizeinrichtungen mit Kaltleiterscheiben, bei denen diese Scheibe mit irgendeinem die Elektrowärme abnehmenden Körper in Verbindung steht, liegt — wie der Erfinder fest-

Bts 1 BIa / 26.9.1977

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gestellt hat — zumindest eine weit unter dem Optimum der Möglichkeiten liegende Ausnutzung dieses Selbststabilisierungseffekts vor. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist essomit,
itänev. Aufbau einer Heizeinrichtung der dem Oberbegriff des
Anspruches 1 entsprechenden Art anzugeben, die das mögliche
Optimum wenigstens weitgehend erreicht.

Diese Aufgabe wird bei einer wie vorgegebenen Heizeinrichtung
erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Anspruches
1 angegeben ist. Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
ünteran£prüchen hervor.

Unter einer 'Im wesentlichen ebenen" Heizfläche ist im Sinne der
Erfindung eine Fläche zu verstehen, wie sie z.B. bei einer Heiz- j platte vorliegt, die nach nur einer Seite Wärme abgibt; im Gegensatz beispielsweise zu einer Heizfläche in Form eines Zylindermantels, wie sie bei Rohrheizkörpern und Tauchsiedern vorkommen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, aaß nur einseitige Wärmeabfuhr aus einer Scheibe aus Kaltleitermaterial dazu führt,
daß der Selbststabilisierungseffekt des Materials praktisch
nur in Zonen der Scheibe mit brauchbarer Wirkung ausgenutzt wird, die nahe dem vorgesehenen thermischen Kontakt zwischen der Kaltleiterscheibe und dem eigentlichen aufzuheizenden Körper der
C 25 Heizeinrichtung ist. Die dagegen mehr oder weniger freiliegende
andere Oberfläche der Kaltleiterscheibe unterliegt demgegenüber ; anderen physikalischen Einflüssen, die zu einer quantitativ da- j von abweichenden Temperatursteuerung führen. j

Damit ist nicht nur die Ausbeute des durch die Eigenschaften i

des Kaltleitermaterials an sich gebotenen Effekts erheblich ge- j

mindert. Darüber hinaus führen solche ungleichen Temperatur- j

Steuerungen im Kaltleitermaterial zu mechanischen Spannungen, j

die Zerstörungen der Scheiben bewirken. j

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Die voranstehend dargelegten Sachverhalte spielen vor allem dann !

eine große Rolle, wenn es sich um die Erzeugung relativ '. j

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großer Wärmemengen handelt, wozu entsprechend große Körper aus Kaltleitermaterial erforderlich sind, damit genügende elektrische Heizleistung bereitgestellt ist. Im Sinne der Erfindung relativ hohe Heizleistung liegt z.B. bei Kochgeräten, wie z.B. Eierkochern oder Kaffeemaschinen, im Haushalt vor, bei denen elektrische Leistungsdichten von z.B. 50 Watt pro cm der die Warme abgebenden Kaltleiterscheibe erforderlich sind.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor.

Q In der Figur ist mit 1 ein Körper aus einem gut wärmeleitenden

Material, wie z.B. Metall, bezeichnet. Dieser Korper 1 hat eine Oberfläche 41, an der die zu erzeugende Elektrowärme an ein Medium, wie z.B. Flüssigkeit, abzugeben ist,. Der z.B. für die " Aufnahme einer Flüssigkeit an sich erforderliche Behälter ist der Übersichtlichkeit halber in der Darstellung der Figur nur mit 141 angedeutet. Es kann dies z.B. der Behälter eines Eierkochers sein,

Mit 2 ist eine Scheibe aus Kaltleitermaterial, z.B. mit den Abmessungen 32 mm Durchmesser und 1,5 mm Dicke, für die Abgabe von 500 Watt bezeichnet. Diese Scheibe 2 befindet sich in einer wie aus der Schnittdarstellung der Figur ersichtlichen - 25 Ausnehmung, und zwar derart, daß die eine Fläche 21 der Scheibe 2 möglichst weitgehend eben einer Fläche 31 des Körpers 1 gegenüberliegt.

Um einen wie erfindungsgemäß beidseitigen Wärmeabtransport sieher zu gewährleisten, ist ein Teilstück 11 des Körpers 1 vorgesehen, das an das andere Teilstück 12 des Körpers 1, wie aus der Figur ersichtlich, angepaßt ist. Eine Fläche 32 dieses Teilstückes 11 liegt der zweiten Fläche 22 der Scheibe 2 gegenüber. Zwischen den Teilstücken 11 und 12 liegt ein guter Wärmekontakt vor, z.B. über ein zylindrisches Schraubgewinde 112 oder über eine zylindrische Preßsitz-Einpassung. Zusätzlich kann auch ein Wärmekontakt zwischen sinern deckelartigen Anteil 13

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des Teilstückes 11 mit einer dazu passenden Fläche 14 des anderen Teilstückes 12 des Körpers vorgesehen sein.

Die Scheibe 2 aus Kaltleitermaterial hat auf den beiden Oberflä-5 chen 21 und 22 dünnschichtige Elektrodenbelegungen aus einem für Kaltleiter üblicherweise verwendeten Material. Diese Elektrodenbelegungen sind der Übersichtlichkeit halber nur als stark ausgezogener Strich dargestellt. Lediglich schematisch sind die elektrischen Anschlußleitungen 211 dieser Elektroden angedeu-10 tet.

I '3 Da im Regelfall beide Teilstücke 11 und 12 des Körpers 1 aus

I elektrisch leitfähigem Material, wie z.B. Metall, hergestellt

I sind, ist eine elektrische Isolation erforderlich, die einen Kurz· I 15 Schluß zwischen den auf den Flächen 21 und 22 befindlichen Elek-

I troden verhindert. Eine solche elektrische Isolation, die dabei

I aber eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, läßt sich durch eine

I schichtförmige Zwischenlage 212, 222 aus z.B. Be-Oxid, Al-Oxid,

I Mg-Oxid oder aus Silikonharz herstellen. Eine solche Schicht

I 20 befindet sich zwischen den Flächen 21 und 31 sowie 22 und 32.

I Bei einer wie erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, und zwar ins-

I besondere bei Hochleistungsbetrieb, liegt eine sehr homogene

' f~. Wärmeableitung aus der Scheibe 2 zu der nur einen Wärme sbgeben-I 25 dex. Heizfläche 41 des Körpers 1 vor. Die beiden Teil-Wärme- \ ströme, die von den beiden Flächen 21 und 22 der Scheibe 2 aus-I gehen, vereinigen sich in dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kör-

i per 1 zu einem gemeinsamen Wärmestrom zur Heizfläche 41. Beide I Teilströme sind bezüglich der Wärmeableitung erfindungsgemäß

30 im wesentlichen gleichwertig dimensioniert. Diese Homogenität ermöglicht es, ein Leistungs-Regelverhältnis von z.B. 8:1 zu erreichen. Dieses Verhältnis beschreibt den Rückgang der Erzeugung an Elektrowärme bei Erreichen der Temperatur der Selbststeuerung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.

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Vorzugsweise werden nur sehr dünne, z.B. weniger als 2 mm dicke

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Scheiben 2 verwendet, die lediglich so dick sind, daß noch keine elektrischen Durchschläge durch die Scheibe hindurch auf- \.

treten. %

Die Scheibe 2 wird sowohl vom elektrischen Strom als auch vom Wärmestrom parallel durchströmt. Es empfiehlt sich, für das wärmeleitende, elektrisch isolierende Material zwischen den Flächen 21 und 31 bzw. 22 und 32 eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,2 Watt pro cm°K vorzusehen.

Vorteilhaft ist es, zwischen den Flächen 31 und/oder 32 einer- = C seits und der Isolation 2\2 und/oder 222 andererseits eine Schicht 412 "bzw. 422 aus einem Material mit duktiler Eigenschaft vorzusehen, das einen gewissen Anlagedruck und Druckausgleich zwisehen der Kaltleiterscheibe und den ihr gegenüberliegenden Flächen des Körpers 1 bewirkt. Als Material eignen sich hierfür Pb, Pb-In, In, Cd-In, Cd-In-Pb. Die Stromzuführung an die Elektroden kann auch über solches duktiles Material erfolgen, wenn dieses zwischen der Scheibe 2 und der jeweiligen Schicht 31 bsrw.

32 aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist.

Eine wie erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit einer Dickenabmessung von 0,5 bis 2 mm der Scheibe 2 läßt sich mit 220 "Volt be-, treiben. Dazu passender spezifischer Widerstand des Kaltleiter-MaterialS-bei Cu-rie-Temperatür*beträgt 1 -1G^ bis 6> 10^1? cm. Die materialspezifische (Curie-)Temperatür sollte wenigstens 50⁰K größer als die vorgegebene Betriebs-Heiztemperatur sein, die z.B. bei Eierkochern 100⁰C beträgt.
Aufgrund des Selbststabilisierungseffekts des Kaltleiter-Materials hat eine wie erfindungsgemäße Heizeinrichtung eine hohe Brandsicherheit, weil unzulässige Überhitzungen von selbst ausgeschlossen sind.

5 Schutzansprüche * ^ ²⁰⁰° Volt/cm gemessen

1 Figur

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Claims

\ "*6" 77 G 7 154 SRD Schutzansprüche

1. Heizeinrichtung mit einer im wesentlichen ebenen Heizfläche und mit einer Scheibe aus Kaltleiter-Material als Quelle für Elektrowärme, die einen Effekt der Temperaturbegrenzung hat, wobei sich diese Scheibe in Wärmekontakt mit einem diese Heizfläche bildenden, gut wärmeleitenden Körper befindet, gekennzeichnet dadurch, daß der wärmeleitende Körper (1) einen inneren Bereich hat, in dem sich die Scheibe (2) aus Kaltleiter-Material derart angeordnet befindet,,daß diese Scheibe (2) mit ihren beiden Scheibenoberflächen (21 und 22) in engem Warmekontakt mit Wärme-Aufnahmeflachen (31 und 32) des Körpers (1) ist, wobei diese Wärme-Aufnahmeflachen (31, 32) mit der Wärme-Abgabefläche (41) des Körpers (1) im wesentlichen gleich groß wirksamen Wärmekontakt haben»

2. Heizbinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Bereich im Korper (1) zur Aufnahme der Scheibe (2) ein>i topfförmige Ausnehmung in einem Teilstück (12) des Körpers (1) ist, daß ein in diese Ausnehmung eingepaßtes weiteres Teilstück (11) vorgesehen ist, dessen eine Oberfläche mit der einen Oberfläche (22) der Scheibe (2) in engem Wärmekontakt ist, und bei dem wenigstens eine andere

Q Fläche in engem Wärmekontakt mit dem die Ausnehmung des Körpers (1) enthaltenden Teilstück (12) desselben ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch,, daß der Warmekontakt zwischen dem weiteren Teilstück (11) und dem die Ausnehmung enthaltenden Teilstück (12) des Körpers (1) ein Schraubgewinde (112) ist.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Warmekontakt awisehen dem weiteren Teilstück (11) und dem die Ausnehmung enthaltenden .Anteil (12) des Körpers (1) eine Passung mit Preßsitz ist.

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Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß für 220 YoIt Betriebsspannung die Scheibe (2) aus Kaltleiter-Material eine Dicke zwischen 0,5 und 2 mm aufweist und das Kaltleiter-Material einen spezifischen elektrischen Widerstand bei Curie-Temperatur und 2000 ToIt/cm gemessen zwischen 1.1C und 6-10^ Ohm· cm und eine Curie-Temperatur hat, die wenigstens 50⁰K höher als die Betriebs-Heiztemperatur ist.