DE9309071U1 - Electrical resistance heating element - Google Patents
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Description
GEBRAUCHSMUSTER -ANMELDUNGUTILITY MODEL REGISTRATION
Kennwort: Elektrisches Widerstandsheizelement Keyword: Electric resistance heating element
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement, mit mindestens einem Heizleiter aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten, angeordnet zwischen zwei Kontaktschienen im Verbund mit einer vorgefertigten Umhüllung aus wärmehärtbarem Silikonkautschuk eingeschoben, die wiederum in einer zylindrischen Metallhülse aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise aus Aluminium, vorher eingeschoben ist und anschließend die Baugruppe mit dem im Verbund mit den beiden Kontaktschienen gehaltenen PTC-Heizleiter eingeschoben wird.The invention relates to an electrical resistance heating element, with at least one heating conductor made of a material with a positive temperature coefficient, arranged between two contact rails in combination with a prefabricated casing made of thermosetting silicone rubber, which in turn is previously inserted into a cylindrical metal sleeve made of a material with good heat conduction, preferably aluminum, and then the assembly with the PTC heating conductor held in combination with the two contact rails is inserted.
Aus der DE-PS 2 948 592 ist ein elektrisches zylinderförmiges Widerstandsheizelement bekannt, bei dem das PTC-Element zwischen zwei Kontaktblechen gehalten wird und diese im Verbund gehaltene Kontaktanordnung klemmend in den Innenraum, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Kontaktanordnung, einer vorgefertigten zylindrischen Hülse aus wärmeleitfähigem Silikonkautschuk eingeführt wird.From DE-PS 2 948 592 an electrical cylindrical resistance heating element is known in which the PTC element is held between two contact plates and this contact arrangement held in the composite is inserted in a clamped manner into the interior, the diameter of which is smaller than the diameter of the contact arrangement, of a prefabricated cylindrical sleeve made of thermally conductive silicone rubber.
Diese Anordnung hat zur Folge, daß mit der Maßgabe, indem die Höhe des Innenraumes knapp unter der Höhe der Kontaktanordnung liegt, die in der Ebene der Kontaktbleche erforderliche senkrechte Andruckkraft nur durch die Elastizität der Hülse erfolgt. Nachdem die Pressung ausschließlich durch diese Elastizität der Hülse erfolgt, ist eine optimale Auskopplung der Wärmeenergie aus dem PTC-Baustein nicht möglich.This arrangement means that, provided that the height of the interior is just below the height of the contact arrangement, the vertical pressure force required in the plane of the contact plates is only achieved through the elasticity of the sleeve. Since the pressure is achieved exclusively through this elasticity of the sleeve, optimal extraction of the heat energy from the PTC module is not possible.
Der Einsatz dieses Heizelementes, z.B. bei der Direktbeheizung von Flüssigkeiten, führt deswegen nicht zu dem gewünschten Ergebnis, da die Elastizität der Hülse nicht die notwendige senkrechte Pressung auf die Kontaktanordnung mit dem dazwischenliegenden PTC-Baustein ausübt.The use of this heating element, e.g. for the direct heating of liquids, does not lead to the desired result because the elasticity of the sleeve does not exert the necessary vertical pressure on the contact arrangement with the PTC component in between.
Es sind weitere Anwendungen dieser gleichartigen Widerstandsheizelemente mit PTC-Bausteinen bekannt, bei denen das zylindrische PTC-Heizelement in Gehäusebohrungen bzw. in vorgefertigte Metallhülsen eingeschoben wird. Nachdem hierbei das zylindrische PTC-Heizelement mit der gut wärmeleitenden Silikonkautschukmasse als äußere Hülle in die Metallhülse bzw. Bohrung eingeschoben wird, müssen hier, um Beschädigungen der Silikonkautschukhülse zu vermeiden, Toleranzgrößen gewählt werden, die wiederum der optimalen und gleichmäßigen Wärmeauskopplung des PTC-Bausteines hinderlich sind.There are other known applications of these similar resistance heating elements with PTC components, in which the cylindrical PTC heating element is inserted into housing holes or into prefabricated metal sleeves. After the cylindrical PTC heating element with the highly heat-conducting silicone rubber mass as an outer shell is inserted into the metal sleeve or hole, tolerance sizes must be selected here in order to avoid damage to the silicone rubber sleeve, which in turn hinders the optimal and even heat extraction of the PTC component.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen elektrischen PTC-Heizelementes mit einer Baugruppe aus mindestens einem PTC-Baustein und zwei diesem zwischen sich einschließenden Anschlußteilen ist in der DE-PS 3 545 414 beschrieben. Die Aufgabe der Erfindung ist dort, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von PTC-Heizelementen anzugeben, das eine gleichmäßige Wärmeableitung des PTC-Bausteines gewährleistet.Another method for producing a cylindrical electrical PTC heating element with an assembly consisting of at least one PTC component and two connecting parts sandwiched between them is described in DE-PS 3 545 414. The object of the invention is to provide a simplified method for producing PTC heating elements that ensures uniform heat dissipation from the PTC component.
Als Lösung dieser Aufgabe wird angegeben, daß eine Umhüllung aus wärmehärtbarem, nicht oder unvollständig ausgehärtetem Silikonkautschuk verwendet wird, bei der die lichte Weite des Innenhohlraumes etwas größer als die Außenabmessungen der Baugruppe ist, und daß die Umhüllung anschließend durch Temperaturbehandlung und der damit einhergehenden vollkommenen Aushärtung des Silikonkautschuks auf die vorher eingeführte Baugruppe aufgeschrumpft wird.The solution to this problem is to use a sheath made of heat-curable, non- or incompletely cured silicone rubber, in which the clear width of the inner cavity is slightly larger than the outer dimensions of the assembly, and that the sheath is then shrunk onto the previously inserted assembly by means of temperature treatment and the associated complete curing of the silicone rubber.
Auch für diesen Fall kann keine vollkommen gleichmäßige und optimale Wärmeableitung des PTC-Bausteines gewährleistet werden, da auch hier nur die Elastizität der Hülse den senkrechten Druck auf die Anschlußteile mit dem zwischen diesen angeordneten PTC-Baustein ausüben kann. Beim Einbau des nach diesem Verfahren hergestellten zylindrischen elektrischen PTC-Heizelementes in eine weitere Hülse aus Metall, müssen auch hier, um Beschädigungen vorzubeugen, Toleranzen zwischen der Bohrung und der Hülse des PTC-Heizelementes gewählt werden,Even in this case, completely even and optimal heat dissipation of the PTC module cannot be guaranteed, since here too only the elasticity of the sleeve can exert the vertical pressure on the connecting parts with the PTC module arranged between them. When installing the cylindrical electrical PTC heating element manufactured using this process in another metal sleeve, tolerances must also be selected between the bore and the sleeve of the PTC heating element in order to prevent damage.
womit eine optimale und gleichmäßige Wärmeauskopplung in Frage gestellt ist.which calls into question optimal and uniform heat extraction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zylindrisches elektrisches Heizelement zu schaffen, welches für die direkte Beheizung von Flüssigkeiten verwendet werden kann und eine optimale und gleichmäßige Auskopplung der Wärmeenergie aus dem PTC-Baustein gewährleistet ist.The invention is based on the object of creating a cylindrical electrical heating element which can be used for the direct heating of liquids and which ensures an optimal and uniform extraction of the thermal energy from the PTC module.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine vollständig ausgehärtete Hülle aus gut wärmeleitendem Silikonkautschuk in eine zylindrische Metallhülse eingeschoben wird, deren Innendurchmesser zwischen 0,1 mm und 0,2 mm kleiner ist als die äußere Abmessung der vollständig ausgehärteten Silikonkautschukhülse. Damit die beim Einschieben der Silikonkautschukhülse in die Metallhülse sich darin komprimierende Luft entweichen kann, ist am Boden der Silikonkautschukhülse eine Bohrung vorgesehen. Eine weitere Möglichkeit, die sich komprimierende Luft abzuführen, kann durch eine an der Oberfläche der Silikonkautschukhülse in Längsrichtung angeordnete Rille oder Nut geschaffen werden.This object is achieved according to the invention in that a fully cured sleeve made of good heat-conducting silicone rubber is inserted into a cylindrical metal sleeve, the inner diameter of which is between 0.1 mm and 0.2 mm smaller than the outer dimension of the fully cured silicone rubber sleeve. A hole is provided on the bottom of the silicone rubber sleeve so that the air that compresses when the silicone rubber sleeve is inserted into the metal sleeve can escape. Another possibility for discharging the compressed air can be created by a groove or slot arranged lengthwise on the surface of the silicone rubber sleeve.
Die Baugruppe mit dem zwischen zwei Kontaktstreifen angeordneten PTC-Baustein, welche im wesentlichen den Abmessungen des Innenhohlraumes der vorher in die gut wärmeleitende Metallhülse eingeschoben und vollkommen ausgehärteten Silikonkautschukhülse entspricht, wird so eingeführt, daß eine allseitige Pressung gegeben ist.The assembly with the PTC component arranged between two contact strips, which essentially corresponds to the dimensions of the inner cavity of the silicone rubber sleeve that was previously inserted into the highly heat-conducting metal sleeve and completely cured, is inserted in such a way that there is pressure on all sides.
Dieses und in dieser vorbeschriebenen Art hergestellte zylindrische elektrische Widerstandsheizelement mit dem PTC-Baustein kann zur direkten Beheizung von Flüssigkeitsbädern eingesetzt und benutzt werden.This cylindrical electrical resistance heating element with the PTC module, manufactured in the manner described above, can be used for the direct heating of liquid baths.
Versuche in der Praxis haben gezeigt, daß die Leistungssteigerung gegenüber den herkömmlichen bekannten und obengenannten Ausführungsformen bei > 50 % liegt. Diese Leistungssteigerung beruht auf der allseitig vorhandenen Pressung durch den vorherigen Einbau der vollständig ausgehärteten Hülle aus wärmeleitendem Silikonkautschuk in die zylindrische Metallhülse.Practical tests have shown that the increase in performance is > 50% compared to the conventional, known and above-mentioned designs. This increase in performance is based on the compression on all sides due to the prior installation of the fully cured cover made of heat-conducting silicone rubber in the cylindrical metal sleeve.
Durch die vorherige vollkommene Aushärtung der Silikonkautschukhülse ist ein Schrumpfen und damit einhergehende Abstandsbildung zur Innen-Due to the prior complete hardening of the silicone rubber sleeve, shrinkage and the resulting gap formation to the inner
fläche der metallenen Hülse vollkommen ausgeschlossen. Somit ist auch ein konstanter senkrechter Druck auf die sich am PTC-Baustein gegenüberliegenden Kontaktflächen über die Kontaktstreifen gegeben, was wiederum die optimale Auskopplung der Wärmeenergie aus dem PTC-Baustein zur Folge hat.surface of the metal sleeve is completely excluded. This also ensures that there is a constant vertical pressure on the contact surfaces opposite each other on the PTC module via the contact strips, which in turn results in the optimal extraction of heat energy from the PTC module.
Die Erfindung wird nachfolgend und anhand der Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail below and with reference to the drawings.
Es zeigenShow it
Fig. 1 das zylindrische Heizelement in der bevor Fig. 1 the cylindrical heating element in the before
zugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung - in der Gesamtansicht;preferred embodiment of the present
Invention - in the overall view;
Fig. 2 einen Querschnitt in Längsrichtung des Fig. 2 a longitudinal cross section of the
zylindrischen Heizelementes in der Fig. 1, cylindrical heating element in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilausschnitt für die einfache An Fig. 3 a partial section for easy
ordnung einer bevorzugten Ausführungsform in einem Behälter zur Erwärmung von
Flüssigkeiten.arrangement of a preferred embodiment in a container for heating
Liquids.
In der Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des zylindrischen Heizelementes (1) mit der äußeren Hülse (2) aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise Aluminium, dargestellt. Über die beiden Anschlußdrähte (3 + 4) erfolgt der Anschluß an die Betriebsspannung. Der an die metallene Hülse (2) angeformte Rand (5) dient als Anschlag beim Einbau des zylindrischen Heizelementes (1) in einem nicht dargestelltenIn Fig. 1, a preferred embodiment of the cylindrical heating element (1) with the outer sleeve (2) made of a material with good thermal conductivity, preferably aluminum, is shown. The connection to the operating voltage is made via the two connecting wires (3 + 4). The edge (5) formed on the metal sleeve (2) serves as a stop when installing the cylindrical heating element (1) in a not shown
Behälter. Mit Hilfe dieser Randanformung (5) ist eine einfache Montage und Abdichtung in einer Behälterwand möglich.Container. This edge formation (5) enables simple installation and sealing in a container wall.
Die Fig. 2 zeigt die metallene äußere Hülse (2) des zylindrischen Heizelementes (1). In diese metallene Hülse (2) ist die vollständig ausgehärtete Hülle (6) aus wärmeleitfähigem Silikonkautschuk eingeschoben. Der innere Durchmesser d^ der metallenen Hülse (2) ist zwischen 0,1 mm und 0,2 mm kleiner als der Durchmesser d2 der Hülle (6), so daß die Hülle (6) saugend in die metallene Hülse (2) eingeschoben wird. Damit die beim Einschieben der Hülle (6) sich komprimierende Luft entweichen kann, ist eine Bohrung (7) am Boden (8) der Hülle (6) vorgesehen. Die notwendige Entlüftung beim Einschieben der Hülle (6) kann ebenso über eine in der Fig. nicht dargestellten, längslaufenden Rille an der Innenseite der metallenen Hülse (2) oder auf der Außenseite der Hülle (6) vorgenommen werden. Zwischen den beiden Anschlußleisten (9 +10) liegt der PTC-Baustein (11) mit dem positiven Temperaturkoeffizienten zusammen als Baugruppe, die den inneren Abmessungen und dem Querschnitt des Innenraumes der Hülle (6) entspricht und als solche Baugruppe in den Innenraum der Hülle (6) eingeschoben wird. Die Anschlüsse (3 + 4) sind die Zuleitungen zu den Anschlußleisten (9 + 10), welche die beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen (12 + 13) des PTC-Bausteines (11) kontaktieren. Fig. 2 shows the metal outer sleeve (2) of the cylindrical heating element (1). The fully cured sleeve (6) made of thermally conductive silicone rubber is inserted into this metal sleeve (2). The inner diameter d^ of the metal sleeve (2) is between 0.1 mm and 0.2 mm smaller than the diameter d2 of the sleeve (6), so that the sleeve (6) is inserted into the metal sleeve (2) by suction. A hole (7) is provided in the base (8) of the sleeve (6) so that the air compressed when the sleeve (6) is inserted can escape. The necessary ventilation when the sleeve (6) is inserted can also be carried out via a longitudinal groove (not shown in the figure) on the inside of the metal sleeve (2) or on the outside of the sleeve (6). The PTC module (11) with the positive temperature coefficient is located between the two terminal blocks (9 + 10) as an assembly that corresponds to the internal dimensions and cross-section of the interior of the casing (6) and is inserted into the interior of the casing (6) as such an assembly. The connections (3 + 4) are the supply lines to the terminal blocks (9 + 10), which contact the two opposing surfaces (12 + 13) of the PTC module (11).
Die Fig. 3 zeigt einen Teilausschnitt zum Einbau und zur Abdichtung der zylindrischen PTC-Heizpatrone (1). Die Behälterwand (14) ist am oberen Rand (15) um 45° abgeschrägt. In das dabei sich ergebende Dreieck (16) wird der O-Ring (17) eingelegt. Durch das Aufschrauben des Abschlußdeckels (18) wird der O-Ring (17) in dem Dreieck (16) so gepreßt, daß eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen Behälterwand (14) und der zylindrischen Heizpatrone (1) erfolgt. Der Abschlußdeckel (18) ist wiederum umlaufend gemäß der Darstellung in der Fig. 3 so geformt, daß der dazwischenliegende O-Ring (19) den Anschlußdeckel (18) von außen abdichtet. Fig. 3 shows a partial section for the installation and sealing of the cylindrical PTC heating cartridge (1). The container wall (14) is bevelled at 45° at the upper edge (15). The O-ring (17) is placed in the resulting triangle (16). By screwing on the cover cap (18), the O-ring (17) is pressed into the triangle (16) so that a liquid-tight seal is created between the container wall (14) and the cylindrical heating cartridge (1). The cover cap (18) is again shaped all the way around as shown in Fig. 3 so that the O-ring (19) in between seals the connection cap (18) from the outside.
Claims (5)
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