DE8507557U1 - Heizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasförmigen Medien - Google Patents
Heizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasförmigen MedienInfo
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-
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Description
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VPA
Heizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasformigen Medien.
Die Erfindung betrifft ein Heizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasförmigen Medien, bei
dem als Wärmetauscher ein Metallkörper dient, der mit scheibenförmigen keramischen Kaltleitern (PTC-Widerstände)
beheizt wird, die an einem Teil der Oberfläche des Metallkörpers mit thermisch leitfähigem und elektrisch
isolierendem Kunststoffkleber oder mit thermisch und elektrisch leitfähigem Kunststoffkleber befestigt sind,
Das Heizelement der Erfindung wird mit besonderem Vorzug bei Kraftfahrzeugen zur Erwärmung der Ansaugluft oder
des Luft-Brennstoff-Gemisches und zum Erwärmen der Luft für die Beheizung der Fahrgastzelle bei Betriebsspannungen
bis 60 V, vorzugsweise 12 oder 24 V, eingesetzt, aber auch bei Betriebsspannungen bis 220 V, z. B. in
Haushaltsgeräten.
Ein Heizelement, das die oben genannten Merkmale aufweist, jedoch nicht unmittelbar zum Erwärmen strömender
Medien dient, ist in der US-PS 3 748 439 beschrieben. In dieser Schrift ist auch angegeben, was unter dem Begriff
"PTC-Widerstand" zu verstehen ist, nämlich ein Keramikmaterial auf der Basis von dotiertem Bariumtitanat, das
in Form von relativ dünnen, jedoch großflächigen Scheiben nach einem keramischen Brennprozeß und Auftragen von metallischen
Belegungen als Elektroden beim Anlegen einer Spannung einen positiven Temperaturkoeffizienten des
Widerstandswertes aufweist, wobei der Widerstandswert in einem geringen Temperaturbereich sprunghaft um mehr als
zwei Zehnerpotenzen zunimmt.
- 2 - VPA 85 P 7 O O 8 DE
Die scheibenförmigen Kaltleiter sind bei der Vorrichtung, die in der genannten Patentschrift beschrieben ist, entweder
mittels thermisch leitendem, jedoch elektrisch isolierendem Kunststoffkleber, beispielsweise auf der Basis
von Polyester- mit Polyacryl- oder Polyester- mit Silikonharz befestigt. In diesem Fall wird der Strom der dem Metallkörper
zugewandten. Belegung der Kaltleiterscheibe durch eine besondere Zuleitung zugeführt. Es ist auch beschrieben,
daß der Kurisfestöffkleber sowohl theriiiiäüh als
8LCh elektrisch leitend sein kann, beispielsweise ein
Kleber auf der Basis von Epoxid-Harz, das mit 60 - 70 Gewichtsprozent Silber gefüllt ist.
Ein Heizelement, das ebenfalls die eingangs angegebenen Merkmale aufweist, bei dem jedoch die Keramikscheibe mit
sowohl thermisch als auch elektrisch leitendem Kleber befestigt ist, ist in der DE-AS 24 59 664 (entsprechend der
US-PS 3 898 422) beschrieben, wobei dort Kleber angegeben sind, die auch bei hohen Temperaturen in der Größenordnung
von mindestens 150 *C und höher wirksam sind.
In der EP-A2 0 055 350 ist eine Heißklebepistole beschrieben, bei der ei« Aluminiumkörper eine durchgehende und f.ine
einseitig geschlossene Bohrung aufweist. In der einseitig geschlossenen Bohrung ist, zusammen mit Wärmeübertragungskörpern,
ein Kaltleiter als Heizelement untergebracht, der den gesamten Aluminiumkörper beheizt, so daß
patronenförmiger Kunststoff aus thermoplastischem Material durch die durchgehende 8ohrung geschoben und dort bis zum
nahezu flüssigen Zustand erweicht werden kann. Bei dieser Heißklebepistole wird somit ein festes Medium in einen
nahezu flüssigen Zustand überführt, wobei die Durchschubgeschwindigkeit relativ gering ist. Auf die Erwärmung strö-
VPA 85 P 7 O O 8 DE
mender, insbesondere gasformiger Medien, ist dieses
Prinzip nicht anwendbar.
Prinzip nicht anwendbar.
In der DE-OS 30 16 725 (entsprechend der US-PS 4 264
888) und auch der DE-AS 24 10 999 (entsprechend der US-PS
3 927 300) sind Heizvorrichtungen zum Erwärmen insbesondere gasformiger Medien beschrieben, bei denen der
Wärmeaustauschkörper aus einem eine Wabenstruktur aufweisenden Keramikkörper aus PTC-Material besteht, wobei
durch die Anordnung der Belegungen der Strom entweder
durch die dünnnen Wände zwischen den Kanälen der Waben | fließt, oder von Stirnseite zu Stirnseite des wabenform!- | gen Körpers verläuft. |
888) und auch der DE-AS 24 10 999 (entsprechend der US-PS
3 927 300) sind Heizvorrichtungen zum Erwärmen insbesondere gasformiger Medien beschrieben, bei denen der
Wärmeaustauschkörper aus einem eine Wabenstruktur aufweisenden Keramikkörper aus PTC-Material besteht, wobei
durch die Anordnung der Belegungen der Strom entweder
durch die dünnnen Wände zwischen den Kanälen der Waben | fließt, oder von Stirnseite zu Stirnseite des wabenform!- | gen Körpers verläuft. |
Derartige wabenförmige Körper aus Keramikmaterial sind |
jedoch nur mit erheblichem Aufwand herstellbar und erge- * ben auch nicht die für eine ausreichende Erwärmung des
durchströmenden Mediums erforderliche Wärmekapazität. Es ; kommt hinzu, daß die Kanäle des wabenförmigen Körpers herstellungsbedingt durchgehend eine konstante lichte Weite
aufweisen müssen, so daß Turbulenzen auftreten, die einen
Stau des strömenden Mediums hervorrufen. Für eine kostengünstige Massenproduktion, d.h. die Herstellung sehr gros- : er Stückzahlen in kurzer Zeit, sind derartige Körper nicht
geeignet. Ferner ist die Herstellung nur mit unerwünscht ; großen elektrischen Toleranzen möglich, z. B. mit Schwan- f kungen des Widerstandswertes zwischen 1,5 - 4 Ohm. Dadurch \ ergeben sich Probleme bei der Definition des Leistungsbe- \ darfs. Ferner ist der maximal mögliche Leistungsumsatz aus \ konstruktiven Gründen (minimal erforderliche Wandstärke)
und technologischen Gründen (minimal erzielbarer spezifischer Widerstand der Keramik) stark begrenzt, so daß eine
wirksame Erwärmung entsprechend der Strömung nicht mehr
möglich ist.
durchströmenden Mediums erforderliche Wärmekapazität. Es ; kommt hinzu, daß die Kanäle des wabenförmigen Körpers herstellungsbedingt durchgehend eine konstante lichte Weite
aufweisen müssen, so daß Turbulenzen auftreten, die einen
Stau des strömenden Mediums hervorrufen. Für eine kostengünstige Massenproduktion, d.h. die Herstellung sehr gros- : er Stückzahlen in kurzer Zeit, sind derartige Körper nicht
geeignet. Ferner ist die Herstellung nur mit unerwünscht ; großen elektrischen Toleranzen möglich, z. B. mit Schwan- f kungen des Widerstandswertes zwischen 1,5 - 4 Ohm. Dadurch \ ergeben sich Probleme bei der Definition des Leistungsbe- \ darfs. Ferner ist der maximal mögliche Leistungsumsatz aus \ konstruktiven Gründen (minimal erforderliche Wandstärke)
und technologischen Gründen (minimal erzielbarer spezifischer Widerstand der Keramik) stark begrenzt, so daß eine
wirksame Erwärmung entsprechend der Strömung nicht mehr
möglich ist.
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- 4 - VPA 85 P 7 O O 8 DE
In dem Prospektblatt "POSISTOR for hot wind air heater
PTH 500" von Februar 1983 der Firma Murata-Erie-Elektronik
GmbH, Katalog Nr. R 001 EG, ist ein Heizelement beschrieben, bei dem der Wärmetauscher aus einem Aluminiumkörper
mit quadratischen und über ihre Länge konstanten Querschnitt aufweisenden Durchlaßöffnungen besteht. Dieser
Aluminiumkörper wird mit Kaltleitern (PTC-Widerständen) beheizt, die - wie aus auf dem Markt befindlichen Mustexa
entnehmbar ist - in einem Rahmen aus Kunststoff in zwei parallelen Rinnen eingesetzt und dort mittels Klemmkontakt
gegen die Oberfläche gedruckt werden.
Dieses Heizelement kann zwar neben anderen Anwendungen auch bei Klimaanlagen in Eisenbahnzügen und Kraftfahrzeugen
eingesetzt werden, jedoch ist die Wärmeausbeute gering, weil die Querschnitte der Durchlaßöffnungen quadratisch
und über ihre Länge gleichbleibend sind und weil wegen der sehr dünnen Wände zwischen den Durchlaßöffnungen
nur wenig Wärmekapazität zur Verfügung steht. Dabei kommt noch als wesentlicher Umstand hinzu, daß der
Wärmeübergang von den Kaltleiterscheiben auf den Aluminiumkörper nicht optimal ist.
In der GB-PS 1 081 422 ist ein Heizventilator beschrieben, bei dem in die strömende Luft der Strömung angepaßte
Stäbe oder eine Wabe eingesetzt sind, die aus einer Vielzahl einzeln hergestellter, insbesondere sechseckförmiger
Röhrchen zusammengesetzt ist. Das Material der Stäbe oder der Röhrchen besteht dabei aus normaler Keramik. Die Oberfläche
der in den Luftstrom eingesetzten Teile ist mit bei Stromdurchgang sich erwärmendem Widerstandsmaterial
bedeckt, so daß eine Erwärmung der Körper und damit der vorbeistreichenden Luft erfolgt. Die Herstellung derartiger
Keramikteile ist aufwendig, außerdem wird eine ausreichend hohe Erwärmung mit guter Wärmeausbeute nicht erzielt,
- 5 - VPA 85 P 7 O O 8 DE
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement der eingangs angegebenen Art dahingehend
weiterzubilden und zu verbessern, daß für die Anwendung zur Erwärmung strömender, insbesondere gasförmiger Medien
ein guter Wärmeübergang von den Kaltleiterscheiben zum Metallkörper gewährleistet ist, daß für die Erwärmung des
strömenden Mediums der Metallkörper eine ausreichend große Wärmekapazität aufweist, daß die Ausbildung der Durchlaßöffnungen
einen turbulenzfreien und ungestauten Strömungsverlauf gewährleistet und daß der mögliche Leistungsumsatz
zur Erhöhung des Grades der Erwärmung vergrößert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Heizelement der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß gekennzeichnet
durch die Merkmale:
a) Der Metallkörper besteht aus gut wärmeleitendem Metall,
insbesondere Aluminium oder Kupfer, und ist mit regelmäßig angeordneten Durchlaßöffnungen versehen, deren
lichte Weiten zur Schaffung günstiger Strömungsverhältnisse und zur Vermeidung von Turbulenzen von der Einlaßseite
ausgehend abnehmen und an der Auslaßseite höchstens der lichten Weite an der Einlaßseite entsprechen,
b) das Volumen sämtlicher zwischen den Durchlaßöffnungen befindlicher Teile des Metallkörpers ist gleich oder
größer als das Volumen sämtlicher Durchlaßöffnungen,
c) die keramischen Kaltleiter sind an gegenüberliegenden Teilen der Außenoberfläche des Metallkörpers angeklebt.
Die als Wärmetauscher dienenden Metallkörper können in einfacher Weise, z. B. in der Metallspritz-Preß-Technik,
in großer Stückzahl hergestellt werden, und auch die Herstellung der scheibenförmigen Kaltleiter ist besonders
einfach und an sich bekannt.
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- 6 - VPA
85 P 7 O O 8 OE
Beim Einsatz von 4 Kaltleitern an gegenüberliegenden Teilen der Außenoberfläche mit einer Bezugstemperatur von
220 *C und Abmessungen von Länge χ Breite χ Dicke von 20 a 8 κ 1 (je in mm) sowie Abmessungen des Metallkörpers
(Länge χ Breite χ Dicke) von 32 χ 32 χ 10 (je in mm),einem
Durchlaßvolumen bei Öffnungen mit kreisrundem Querschnitt, das um den Faktor 0,8 kleiner ist als das Volumen des Metallkörpers
im Durchlaßbereich, beträgt die Leistungsaufnahme im Betrieb bei Lufttemperatur von 20 *C ca. 300 - 350 W,
der Widerstand bei Raumtemperatur 0,55 Ohm, die typische Oberflächentemperatur in der Mitte des Metallkörpers 200 *C
bei ruhender Luft einer Umgebungstemperatur von 25 "C und bei Luftdurchsatz von 40 kg/h una einer Umgebungstemperatur
von -20 *C in der Mitte des Metallkörpers 90 'C, die maximale Stromaufnahme liegt bei etwa 30 A, wenn eine
Spannung von 12,8 V anliegt.
Zum Vergleich betragen die Werte bei den oben als bekannt beschriebenen Heizelementen 130 "C bei ruhender Luft und
75 *C bei entsprechendem Luftdurchsatz einer Luft von -20 *C , bei einer Leistungsaufnahme von nur 130 W und einer
maximalen Stromaufnahme von 13 A.
Bei Ansaugluft-Vorwärmung mit ca. 30 kg/h Luftdurchsatz wird die Luft, bezogen auf eine Umgebungstemperatur von
0 *C auf ca. 50 - 60 'C erhitzt. Die Strömungsverhältnisse
sind wesentlich besser, denn der Strömungswiderstand gegenüber den bekannten Heizelementen ist um ca. 40 %
verringert.
Zur Beheizung der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges verden
bis zu 800 kg/h durchgesetzt und bei den angegebenen Verhältnissen gut erwärmt.
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Während bei den Heizelementen der Erfindung die Stromaufnahme und der Leistungsumsatz noch erhöht werden können,
stellen die für den Stand der Technik angegebenen Werte Grenzen der Realisierbarkeit dar.
Die Erfindung ermöglicht einen kompakten Aufbau des Heizelementes, durch die Rundumkontaktierung des Metallkörpers
einen exakten Sitz im eingebauten Zustand und den Schutz der Kaltleiter vor direktem Kontakt mit dem Medium,
falls dies erforderlich ist, und vermeidet Materialabsplitterungen im Bereich der DurchlaQöffnungen.
Ferner ermöglicht die Erfindung, wenn erforderlich, eine beliebige Vergrößerung der Dicke de& Elementes, die dem
jeweilig vorliegenden Strömungskanal angepaßt werden kann. Der Grad der Erwärmung kann dadurch entsprechend gesteigert
werden.
Ebenfalls kann problemlos der Querschnitt des Heizelementes den Erfordernissen entsprechend dem Stömungskanal angepaßt
werden.
Größerer Querschnitt kann entweder durch Vergrößerung des Wärmeaustausches oder durch Kombination mehrerer kleiner
Elemente erreicht werden.
Durch das reichhaltige Angebot an Kaltleitern verschiedenster Temperaturcharakteristik sind Temperaturen des
Heizelementes bis zu 300 *C realisierbar. Durch die parallele Kontaktierung der Kaltleiter können
die Widerstandswerte und damit die Leistungsaufnahme nach Bedarf realisiert werden. Leistungen bis zu 1000 Watt sind
ohne weiteres möglich.
Vorteilhaft ist die geringe elektrische Widerstandstoleranz, mit der Heizelemente auf dieser Basis gefertigt
werden können.
- 8 - VPA 85 P 7 Q O 8 DE
Es ist vorteilhaft, anstelle der oder zusätzlich zu den an
der Außenoberfläche angeklebten keramischen Kaltleitern Kaltleiterscheiben auch an Oberflächenteilen des Metallkörpers
anzukleben, die sich in als Taschen ausgsbildeten und zur Auslaßseite einseitig offenen Rippen innerhalb des Metallkörpers
befinden. Diese als Taschen ausgebildeten, einseitig offenen Rippen sind vorteilhafterweise sternförmig
oder kreuzförmig im Metallkörper angeordnet. Zusätzlich zu den an der Außenoberfläche angeklebten Kaltleitern
können mit Vorteil weitere Kaltleiterscheiben in im Zentrum des Metallkörpers angeordneten öffnungen eingeklebt
sein. Diese Öffnungen können viereckigen, insbesondere quadratischen oder auch einen dreieckigen Querschnitt
aufweisen.
Es ist vorteilhaft, bei Verwendung eines thermisch und elektrisch leitfähigen Kunststoffes zum Befestigen der
Kaltleiter am Metallkörper die Stromzuführungen zu den inneren Belegungen durch den Metallkörper zu bewirken.
Die Stromzuführung zu den äußeren, vom Metallkörper abgewandten Belegungen des Kaltleiters erfolgt vorzugsweise
über als Metallfedern ausgebildete Kontakte, wie dies beispielsweise in der oben bereits genannten DE-AS 24
664 beschrieben ist.
Die Durchlaßöffnungen des Metallkörpers können kreisrunden
oder quadratischen Querschnitt aufweisen und sind vorzugsweise in parallelen Reihen so eng nebeneinander angeordnet,
daß durch die Gestaltung der lichten Weite ein ausreichendes Volumen an Metall zum Zwecke der Wärmekapazität
erreicht wird.
Die Durchlaßöffnungen können aber auch als Schlitze mit geradem oder elliptischem Querschnitt ausgebildet sein.
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- 9 - VPA 85 P 7 O O 8 DE
Ferner ist es möglich, die DurchlaQöffnungen jeder Art
von Querschnitt konzentrisch zum Mittelpunkt des Metallkörpers anzuordnen.
Die lichte Weite der DurchlaSöffnungen kann vorzugsweise
von der EinlaSseite bis zur Auslaßseite abnehmen, so daß gewissermaßen in Strömungsrichtung sich verjüngende Durchlaßöffnungen
vorliegen.
Es ist aber auch möglich, die lichte Weite der Durchlaßöffnungen bis etwa zur Mitte des Körpers sich verjüngend
und sich dann wieder erweiternd auszugestalten, wobei jedoch die lichte Weite an der Auslaßseite höchstens gleich
der lichten Weite an der Einlaßseite sein sollte.
Es ist ferner vorteilhaft, die keramischen Kaltleiter in Vertiefungen einzukleben, die sich in den betreffenden
Teilen der Oberfläche des MetallkörDers befinden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnunger?, die in schematischer Weise bevorzugte Ausführungen
der Erfindung darstellen, näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 Ein Heizelement mit den kompletten äußeren Armaturen,
Fig. 3 eine Seitenansicht in Richtung Pfeil A, gemäß Fig. 1
Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Metallkörpers mit in verschiedener Weise angeklebten Kaltleitern,
VPA 85 P 7 0 0 8 DE
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4,
wobei jedoch die angeklebten Kaltleiterscheiben nicht gezeigt sind,
Fig. 6 eine Seitenansicht gemäß Pfeil B in Fig. 4, Fig. 7 eine andere Ausführungsform des Heizelementes,
wobei gleichzeitig drei verschiedene Arten von Durchlaßöffnungen gezeigt sind, die bei einer
solchen Ausführungsform möglich sind,
Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig, Fig. 9 einen Schnitt längs der abgewinkelten Linie
IX-IX in Fig. 7,
Fig.10 eine andere Ausführungsform der Ausbildung des Heizelementes,
Fig.10 eine andere Ausführungsform der Ausbildung des Heizelementes,
Fig.11 eine weitere Ausführungsform des Heizelementes,
Fig. 12 eine weitere Auführungsform des Heizelementes, und Fig. 13 wiederum eine andere Ausführungsform des Heizelementes,
wobei auch hier nebeneinander vier verschiedene Möglichkeiten der Ausbildung der
Durchlaßöffnungen dargestellt sind.
In den Figuren 1, 2 und 3 ist ein Heizelement mit den Armaturen zur äußeren Befestigung dargestellt.
Der als Wärmetauscher dienende Metallkörper 1 enthält in parallelen Reihen angeordnete und von Reihe zu Reihe
gegeneinander versetzte Durchlaßöffnungen 2 mit kreisförmigem Querschnitt. Die lichten Weiten der Durchlaßöffnungen
2 nehmen von der Einlaßseite 3 zunächst etwa bis zur Mitte des Metallkörpers 1 ab, um dann allmählich wieder
zuzunehmen und an der Auslaßseite 4 etwa wieder die lichte Weite der Einlaßseite zu erreichen.
Die Metallaschen 5 dienen einerseits, ebenso wie die Metallasche 6, zur mechanischen Besfestigung des Heizelementes
innerhalb des Leitungssystems, durch das das zu
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- Ii - VPA 85 P 7 O O 8 DE
erwärmende Medium geleitet wird. Dies kann bei Kraftfahrzeugen das Luftansaugrohr oder der Krümmer für das Luft-Brennstoff-Gemisch
oder auch das Leitungssystem für dia Beheizung der Fahrgastzelle sein.
Ferner dienen die Metallaschen 5 zur Stromzuführung an den Metallkörper 1, denn in einem Kraftfahrzeug sind diese an
Metallteilen befestigt, die auf gemeinsamem Potential (Masse) liegen und mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden
sind.
bis 2 mm dick, etwa 2 cm lang und etwa 1 cm breit sind, mittels an sich bekanntem leitfähigem Kleber an Teilen der f
die dem Metallkörper 1 zugewandten metallischen Belegungen der Kaltleiter 7 über den Metallkörper 1 mit Strom versorgt.
Die metallischen Belegungen auf der vom Metallkörper 1 abgewandten Oberfläche der Kaltleiter 7 sind mit als
Metallfedern 9 ausgebildeten Kontakten verbunden. Die Metallfedern 9 sind Teil eines Federelementes 10, das
gegenüber den übrigen Metallteilen isoliert an einem aus Isolierstoff bestehenden Gehäuse mittels Schrauben
oder Nieten 11 befestigt ist. Das Federelement 10 ist ferner mit der Metallasche 6 verbunden, die mit dem
anderen Pol der Spannungsquelle des Kraftfahrzeuges elektrisch leitend kontaktiert ist.
Im vorliegenden Fall sind Kaltleiter 7 an vier AuOenflächenoberteilen,
die einander gegenüberliegen, befestigt, so daß die Beheizung des Metallkörpers 1 von |
vier Seiten her erfolgt. i
- 12 - VPA 85 P 7 O O 8 DE
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform des Metallkörpers 1. Bei Figur 4 ist ferner erläutert,
daß die Kaltleiter 7 sowohl unmittelbar mit leitfähigem Kleber an dem Metallkörper 1, als auch mittelbar
über einen thermisch leitfähigen, jedoch isolierenden Kleber befestigt sein können.
Der Metallkörper ist in den Figuren 4, 5 und 6 ebenfall?
mit 1 bezeichnet. Figur 5 stellt einen Schnitt längs der Linie V-V in Figur 4 dar, während Figur 6 eine Seitenansicht
entsprechend Pfeil B in Figur 4 zeigt.
Die Durchlaßöffnungen 12 im Metallkörper 1 sind als längliche Schlitze mit elliptischem Querschnitt ausgeführt
und gewissermaßen diagonal im Metallkörper 1 angeordnet. Die lichte Weite der Durchlaßöffnungen 12
nimmt von der Einlaßseite 3 praktische bis zur Auslaßseite 4 kontinuierlich ab, so daß das Medium, das
in Richtung der Pfeile C strömt einerseits mit der inneren Oberfläche des Metallkörpers 1 und den Durchlaßöffnungen
12 gut in Kontakt gebracht wird, andererseits Turbulenzen vermieden werden, wodurch günstige
Strömungsverhältnisse resultieren. In Fig. 5 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die der Beheizung dienenden
Kaltleiter weggelassen.
Die Figuren 4 und 6 zeigen, daß die links und rechts am Metallkörper 1 befestigten Kaltleiter 7 im Gegensatz zu
Ίβη oben und unten befestigten Kaltleitern 7, die mit einem
wie oben angegebenen, an sich bekannten, thermisch und elektrisch leitfähigen Kunststoffkleber 13 am Metallkörper
1 befestigt sind, mit einem ebenfalls bekannten, nur thermisch leitfähigen, jedoch elektrisch isolierenden
Kunststoffkleber 14 befestigt sind. An diesem Kunststoffkleber 14 ist zunächst eine hinsichtlich der Fläche des
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- 13 - VPA 85 P 7 O O 8 DE
Kaltleiters 7 nahezu gleichgroße, jedoch dünne Metallplatte 15 angeklebt, die anstelle des Metallkörpers 1 als
Stromzuführungselement für die dem Metallkörper 1 zugewandte Belegung 16 des Kaltleiters 7 dient. Der Kaltleiter 7 ist an
der Metallplatte 15 mittels thermisch und elektrisch leitfähigen Kunststoffklebers 13 befestigt.
Die Stromzuführung zu den Kaltleitern 7 erfolgt somit entweder für die in Fig. 4 oben und unten gezeigten Kaltleiter
7 über die Zuleitung 17 zum Metallkörper 1 und über diesen durch die thermisch und elektrisch leitfähige
Kunststoffkleberschicht 13 zu den dem Metallkörper 1 zugewandten Belegungen 16 der Kaltleiter 7 oder über die Zuleitung 18, das Metallblech 15 und die Schicht aus thermisch
und elektrisch leitfähigem Kunststoffkleber 13 zu den de«n Metallkörper 1 zugewandten Belegungen 16 der Kaltleiter
7. Biese zuletzt angegebene Stromversorgung ist dann von Vorteil wenn der Metallkörper 1 nicht von Strom
durchflossen sein soll.
Die Zuführung des Stromes zu den vom Metallkörper 7 abgewandten Belegungen 19 an den Kaltleitern 7 erfolgt über
die Zuleitungen 20, die vorzugsweise als federndes Element ausgebildet sind, das an die Belegungen 19 angedrückt
wird.
Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen eine andere Ausführungsform des Metallkörpers, wobei Fig. 8 einen Schnitt längs der
Linie VIII-VIII und Fig. 9 einen Schnitt längs der abgewinkelten Linie IX-IX in Fig. 7 darstellen.
Der Metallkörper 1 enthält in seinem Mittelteil sternförmig angeordnete und gewissermaßen als Taschen ausgebildete,
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- 14 - VPA 85 P 7 O O 3 DE
zur Auslaßseite 4 geöffnete Rippen 21, die im vorliegenden
Fall zur an der Einlaßseite 3 geschlossenen Seite verjüngend verlaufen. In den drei resultierenden Feldern sind
drei verschiedene Arten von Durchlauföffnungen gezeigt, wobei aber darauf hingewiesen wird, daß in der Praxis fur
jede Ausführungsform nur eine Art von Durchlauföffnungen gewählt werden sollte. Im linken Feld handelt es sich um
Durchlaßöffnungen 2 mit kreisförmigem Querschnitt, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläutert sind.
Der Verlauf der lichten Weite kann dem der in Fig, 2
entsprechen, er kann aber auch dem in Fig. 5 gezeigten Verlauf angepaßt sein.
Im rechten Feld sind die Durchlaßöffnungen 21 als Schlitze mit geradem Verlauf ausgebildet, wobei der Verlauf der
lichten Weiten denen entsprechen kann, die im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 5 erläutert sind.
Die Durchlaßöffnungen 23 im unteren Feld sind als konzentrisch zum Mittelpunkt angeordnete Schlitze ausgeführt.
Auch hier kann der Verlauf der lichten Weite durch den Körper hindurch dem bereits oben beschriebenen entsprechen.
In Fig. 8 ist gezeigt, daß der Verlauf dem entspricht,
der im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert wurde,
Im Inneren der Rippen 21 sind, gegebenenfalls zusätzlich
zu am Außenumfang angebrachten Kaltleitern 7, Kaltleiterscheiben 24 untergebracht die je zu beiden Seiten
mit in der Fig. 7 nicht gezeigten Metallbelegungen versehen und mittels Kunststoffkleber, wie oben beschrieben,
an der Innenoberfläche der Rippen 21 befestigt sind. Die Kontaktfeder 25 sorgt für die Stromzuführung an die dem
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- 15 - VPA 85 P 70 0 8 DE
Metallkörper abgewandten Belegungen der Keramikscheiben 24. Der Strom wird der Kontaktfeder über die Zuleitung
26 zugeführt.
In den Fig. 10, 11 und 12 sind weitere Ausführungsformen des Heizelementes der Erfindung schematisch dargestellt,
wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit ggf. vorhandene Teile weggelassen wurden. Es ist aber darauf hinzuweisen,
daß das Heizelement, wie bei sämtlichen Ausfünrungsföfrnen
der Figuren 4 bis 13, mit äuSeren Armaturen versehen ist, wie dies in Figur 1 gezeigt und in diesem Zusammenhang
erläutert ist.
Gemäß Fig. 10 ist in der Mitte des Wßtallkörpers 1 eine
nahezu quadratische Öffnung 27 gezeigt, in der an zwei Seitenflächen weitere Kaltleiterscheiben 24 befestigt
sind, die an der vom Metallkörper 1 abgewandten Seite mit der Feder 25 kontaktiert sind, die mit der Stromzuleitung
26 verbunden ist. Die an der Peripherie des Metallkörpers 1 angebrachten Kaltleiter sind hier nicht gezeigt. Die
DurchlaOöffnungen 2 weisen bei dieser Ausführungsform kreisrunden Querschnitt auf.
Fig. 11 zeigt, daß die Kaltleiter 7 und ggf. auch die Kaltleiterscheiben 24 in Vertiefungen 28 untergebracht
und dort mittels Kunststoffkleber befestigt sein können. Für diesen Fall empfiehlt sich die Verwendung
eines thermisch und elektrisch leitfähigen Kunststoffklebers.
Aus Fig. 12 geht hervor, daß die innere Öffnung 27 im Metallkörper 1 auch Dreiecksquerschnitt aufweisen kann
und an den inneren Oberflächen dieses dreieckigen Hohlraumes Kaltleiterscheiben 24 befestigt sein können.
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Die in der Mitte des Metallkörpers 1 angeordneten Öffnungen
27 können zu beiden Seiten offen sein, es ist aber auch möglich, den der Einlaßseite zugewandten Teil
der öffnungen 27 geschlossen auszubilden.
Die in Fig. 13 gezeigte Ausführungsform läßt erkennen, daß die Rippen 21 bei entsprechender Ausbildung zu den
Figuren 7, 8 und 9 auch kreuzförmig angeordnet sein können. Neben Durchlaßöffnungen 2 mit kreisförmigem
Querschnitt, Durchlaßöffnungen 23 mit konzentrischer Anordnung und Durchlaßöffnungen 22 mit geradem Querschnitt
sind auch Durchlaßöffnungen 29 mit quadratischem Querschnitt gezeigt, wobei auch für diese Ausführungsform
gilt, daß im konkreten Fall in der Regel jeweils nur eine Art von Durchlaßöffnungen vorhanden
ist. Der Verlauf der lichten Weite der Durchlaßöffnungen 29 mit quadratischem Querschnitt entspricht dem bei
den Fig. 2 und 5 erläuterten Verlauf.
Anlagen
Bezugszeichenliste
13 Patentansprüche
Zusammenfassung
13 Figuren
13 Patentansprüche
Zusammenfassung
13 Figuren
- 17 - 85 P 70 08 ΠΕ
85 E 7006 AT 85 E 118 5 DE
1 Metallkörper als Wärmetauscher
2 Durchlaßöffnungen
3 Einlaßseite
A And afteaHo
? Metallaschen
6 Metallasche
7 scheibenförmige Kaltleiter
8 Teile der Außenoberfläche des Metallkörpers
9 Metallfedern
10 Federelenent
11 Schrauben oder Nieten
12 Durchlaßöffnungen
13 thermisch und elektrisch leitfähiger Kunststoffkleber
14 thermisch leitfähiger, elektrisch isolierender Kunststoffkleber
15 Metallplatte
16 Belegung am Kaltleiter 7, dem Metallkörper 1 zugewandt
17 Zuleitung zum Metallkörper
18 Zuleitung zur Metallplatte
19 Belegung am Kaltleiter 7, vom Metallkörper 1 abgewandt
20 Zuleitungen
21 Rippen, sternförmig oder kreuzförmig angeordnet
22 Durchlaßöffnungen
23 Durchlaßöffnungen
24 Kaltleiterscheiben
25 Metallfeder
26 Zuleitung zur Kontaktfeder
27 Öffnung im Metallkörper
28 Vertiefungen
29 Durchlaßöffnungen
Claims (13)
- - 18 - 85-P7 0 08 0EVPA 6 -AT*"> - J- -■ — *■ Lf.
I α. ί&ΤΤΐΐΒΓΙrisprücheHeizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasförmigen Medien, bei dem als Wärmetauscher ein Metallkörper (1) dient, der mit scheibenförmigen keramischen Kaltleitern (PTC-Widerstände) (7,24) beheizt wird, die an einem Teil der Oberfläche des Metallkörpers mit thermisch leitfähigem und elektrisch isolierendem Kunststoffkleber (14) oder mit thermisch und elektrisch leitfähigem Kunststoffkleber (13) befestigt sind,
gekennzeichnet durch die Merkmale:a) Der Metallkörper ( 1 ) besteht aus gut wärmeleitendem Me'all, insbesondere Aluminium oder Kupfer, und ist mit regelmäßig angeordneten Durchlaßöffnungen (2,12,22,23,29) versehen, deren lichte Weiten zur Schaffung günstiger Strömungsverhältnisse und zur Vermeidung von Turbulenzen von der Einlaßseite ( 3 ) ausgehend abnehmen und an der Auslaßseite ( 4 ) höchstens der lichten Weite an der Einlaßseite ( 3 ) entsprechen,b) das Volumen sämtlicher zwischen den Durchlaßöffnungen (2,12,22,23,29) befindlicher Teile des Metailkörpers ( 1 ) ist gleich oder größer als das Volumen sämtlicher Durchlaßöffnungen (2,12,22,23, 29),c) die keramischen Kaltleiter ( 7 ) sind an gegenüberliegenden Teilen der Außenoberfläche des Metallkörpers ( 1 ) angeklebt.- 19 - VPA85 P 7 O O 3 OE - 2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der oder zusätzlich zu den an der Außenoberfläche angeklebten keramischen Kaltleitern ( 7 ) Kaltleiterscheiben ( 24 ) auch an Oberflächenteilen des Metallkörpers ( 1 ) angeklebt sind, die sich in'"■ als Taschen ausgebildeten und zur Auslaßseite ( 4 )'· einseitig offenen Rippen ( 21 ) innerhalb des Metall-körpers ( 1 ) befinden.ε
- 3. Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,% daß die als Taschen ausgebildeten, einseitig offenenk Rippen ( 21 ) sternförmig oder kreuzförmig im Metallkörper ( 1 ) angeordnet sind.
- 4. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den an der Außenoberfläche angeklebten Kaltleitern ( 7 ) weitere Kaltleiterscheiben ( 24 ) in im Zentrum des Metallkörpers ( 1 ) angeordneten Öffnungen ( 27 ) eingeklebt sind.
- 5. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines thermisch und elektrisch leitfähigen Kunststoffklebers ( 13 ) zum Befestigen der Kaltleiter ( 7, 24 ) sm Metallkörper ( 1 ) die Stromzuführung zu den dem Metallkörper ( 1 ) zugeordneten Belegungen ( 16 ) durch den Metallkörper ( 1 ) erfolgt.- 20 - VPA 85 p 70 0 8 DE
- 6. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung zu den äußeren, vom Metallkörper ( 1 ) abgewandten Belegungen ( 19 ) der Kaltleiter ( 7, 24 ) über als Metallfedern ( 9, 25 ) ausgebildete Kontakte erfolgt.
- 7. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen (2) kreisrunden Querschnitt aufweisen.
- 8. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dyrchlaßöffnungen ( 12, 22 ) als Schlitze mit geradem oder elliptischem Querschnitt ausgebildet sind.
- 9. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Duichlaßöffnungen ( 29 ) rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweisen.
- 10. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen ( 2, 29 ) in parallelen Reihen angeordnet sind.
- 11. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßoffnungen ( 2, 23 , 29 ) konzentrisch zum Mittelpunkt des Metallkörpers ( 1 ) angeordnet sind.- 21 - VPA 85 ρ 70 0 8 DE
- 12. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite der Durchlaßöffnungen ( 2, 12, 22, 23 24 ) von der Einlaßseite ( .7 ) bis zur Auslaßseite ( 4 ) abnimmt.
- 13. Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keramischen Kaltleiter ( 7, 24 ) in Vertiefungen ( 26 ) eingeklebt sind, die sich in den Teilen der Oberfläche des Metallkörpers ( 1 ) befinden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19858507557 DE8507557U1 (de) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | Heizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasförmigen Medien |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19858507557 DE8507557U1 (de) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | Heizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasförmigen Medien |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8507557U1 true DE8507557U1 (de) | 1985-09-05 |
Family
ID=6778663
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19858507557 Expired DE8507557U1 (de) | 1985-03-14 | 1985-03-14 | Heizelement zum Erwärmen von strömenden, insbesondere gasförmigen Medien |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8507557U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0248285A1 (de) * | 1986-05-26 | 1987-12-09 | Stego Elektrotechnik Gmbh | Elektrischer Heizkörper |
DE102009040023A1 (de) * | 2009-09-03 | 2011-03-10 | Eichenauer Heizelemente Gmbh & Co. Kg | Luftheizer |
-
1985
- 1985-03-14 DE DE19858507557 patent/DE8507557U1/de not_active Expired
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0248285A1 (de) * | 1986-05-26 | 1987-12-09 | Stego Elektrotechnik Gmbh | Elektrischer Heizkörper |
DE102009040023A1 (de) * | 2009-09-03 | 2011-03-10 | Eichenauer Heizelemente Gmbh & Co. Kg | Luftheizer |
DE102009040023A8 (de) * | 2009-09-03 | 2011-06-16 | Borgwarner Beru Systems Gmbh | Luftheizer |
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