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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 27. Januar 1955 Bekanntgemacht am 15. März 1956Registration date: January 27, 1955. Advertised on March 15, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf elektrothermische Flächenbeheizungseinrichtungen, z. B. auf Vorrichtungen zum Enteisen von Flugzeugteilen u. dgl. bzw. zur Verhinderung des Eisansatzes an solchen Teilen, die der Gefahr einer Vereisung ausgesetzt sind, und zwar auf Einrichtungen derjenigen Bauart, bei welcher eine dünne Schicht aus einem leitenden Material, die ein Widerstandsheizelement bildet, verwendet wird, wobei diese Schicht gewöhnlich zwischen zwei elektrisch isolierenden Schichten eingelagert ist. Ausführungsbeispiele für derartige Einrichtungen sind in dem Patent 906 661 sowie in dem Patent 936 314 beschrieben; bei den dort beschriebenen Einrichtungen ist das leitende Material in Form einer gespritzten Metallschicht vorgesehen, und die Isolierschichten bestehen aus einem durch Wärmeeinwirkung härtbaren Kunststoff; diese Schichten werden im ungehärteten Zustand aufgebracht und danach gehärtet.The invention relates to electrothermal surface heating devices, e.g. B. on devices for de-icing aircraft parts and the like or to prevent ice from forming on them Parts that are exposed to the risk of icing on equipment of the type which is a thin layer of conductive material which is a resistive heating element forms, is used, this layer usually between two electrically insulating layers is stored. Embodiments for such devices are in the patent 906,661 as well described in patent 936,314; in the devices described there, the material is conductive provided in the form of a sprayed metal layer, and the insulating layers consist of one thermosetting plastic; these layers are in the uncured state applied and then cured.

Bei den Einrichtungen der oben näher bezeichneten Art wird als leitendes Material gewöhnlich gespritztes Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet, da diese Materialien ohne Schwierigkeiten zu beschaffen sind, da sie sich leicht durch Spritzen auftragen lassen und da sie sich für den gedachten Zweck allgemein gut eignen.In the case of devices of the type specified above, the conductive material is usually used Injected aluminum or an aluminum alloy is used as these materials can be used without difficulty because they can be easily applied by spraying and because they are suitable for the are generally well suited to the intended purpose.

Um in jedem Falle auf bequeme Weise Stromleitwege von der erforderlichen Länge schaffen und dabei die erforderliche Fläche bedecken zu können, führt man die leitende Schicht vielfach in FormIn order to create current conduction paths of the required length in a convenient manner and in any case In order to be able to cover the required area, the conductive layer is often shaped

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eines Musters aus, das eine Anzahl von verhältnismäßig breiten Heizstreifen umfaßt, die entweder gegeneinandergeneigt oder parallel zueinander angeordnet und durch schmale Zwischenräume voneinander getrennt sind; die Enden dieser Heizstreifen sind durch Querstreifen, deren Breite annähernd derjenigen der Heizstreifen entspricht, derart miteinander verbunden, daß ein zickzackförmiger oder anders ausgebildeter nichtlinearer Leitungswegof a pattern comprising a number of relatively wide heating strips that either inclined towards one another or arranged parallel to one another and separated from one another by narrow spaces are separated; the ends of these heating strips are surrounded by transverse strips, the width of which is approximate corresponds to that of the heating strips, connected to one another in such a way that a zigzag or differently designed non-linear conduction path

ίο entsteht, bei dem die Heizstreifen elektrisch hintereinandergeschaltet sind. Bei dieser Anordnung zeigt es sich, daß sich an der »Innenseite« der Krümmungen, d. h. bei parallelen Streifen in denjenigen Teilen sämtlicher¹ Querstreifen, die den benachbarten Kanten der eigentlichen Heizstreifen zunächst liegen, eine höhere Stromdichte und damit auch eine stärkere Wärmeabgabe auftritt, während die außenliegenden Teile der Querstreifen und/oder die benachbarten Außenkanten der Heizstreifen vergleichsweise weniger stark erwärmt werden.ίο arises in which the heating strips are electrically connected in series. With this arrangement it is shown that on the "inside" of the curvatures, ie with parallel strips in those parts of all ¹ transverse strips that are next to the adjacent edges of the actual heating strips, a higher current density and thus a stronger heat dissipation occurs while the outer parts of the transverse strips and / or the adjacent outer edges of the heating strips are comparatively less heated.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, bei welcher derartige Wärmekonzentrationen und vergleichsweise kälte Flächenteile vermieden werden und bei der sich somit eine gleichmäßigere Verteilung der Wärme über die ganze gewünschte Fläche erzielen läßt.An object of the invention is to provide an arrangement in which such Heat concentrations and comparatively cold parts of the surface are avoided and in the case of themselves thus can achieve a more even distribution of heat over the entire desired area.

Gemäß der Erfindung ist das leitende Verbindungselement zwischen den benachbarten Enden der Heizstreifen schmaler als die beiden Heizstreifen, die es verbindet, und weist je Längeneinheit einen geringeren elektrischen Widerstand auf als die Heizstreifen, wobei das Verbindungselement die Enden der Heizstreifen im wesentlichen .über . deren ganze Breite berührt.According to the invention, the conductive connecting element is between the adjacent ends the heating strip is narrower than the two heating strips that it connects and has a unit of length a lower electrical resistance than the heating strips, wherein the connecting element the ends of the heating strips essentially .over. touches its full width.

Wie man sieht, bildet somit jedes Verbindungselement seiner Wirkung nach eine Sammelschiene, die den elektrischen Strom im wesentlichen über die ganze Breite der Enden der Heizstreifen verteilt, die durch das betreff ende Element miteinander verbunden sind.As you can see, each connecting element thus forms a busbar according to its effect, which distributes the electrical current essentially over the entire width of the ends of the heating strips, which are connected to one another by the relevant element.

Vorzugsweise stellt man das Verbindungselement wenigstens zum Teil aus einem Material her, das eine höhere effektive elektrische Leitfähigkeit besitzt als die Heizstreifen. Ferner bildet man das Verbindungselement vorzugsweise so aus, daß die Heizwirkung je Flächeneinheit des Verbindungselements im wesentlichen die gleiche ist wie die Heizwirkung je Flächeneinheit jedes der Heizstreifen. The connecting element is preferably made at least in part from a material which has a higher effective electrical conductivity than the heating strips. The connecting element is also formed preferably so that the heating effect per unit area of the connecting element is substantially the same as that Heating effect per unit area of each of the heating strips.

Es ist zweckmäßig, dem Verbindungselement eine größere Dicke zu geben als dem Heizstreifen. Die Breite des Verbindungselements kann variieren, vorzugsweise beträgt sie jedoch weniger als ein Drittel der Breite des Heizstreifens, und sie kann sogar weniger als ein Viertel dieser Breite betragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Hauptheizstreifen aus Aluminium, während das Verbindungselement wenigstens zum Teil aus Kupfer oder Silber hergestellt ist, und das Metall kann durch Spritzen aufgetragen sein.It is advisable to give the connecting element a greater thickness than the heating strip. The width of the connecting element can vary, but is preferably less than one Third of the width of the heating strip, and it can even be less than a quarter of that width. In a preferred embodiment exist the main heating strips are made of aluminum, while the connecting element is at least partly made of copper or silver, and the metal can be applied by spraying.

Es ist jedoch zweckmäßig, wenn das Verbindungselement eine untere Schicht besitzt, welche die gleiche Dicke aufweist und aus dem gleichen Material besteht wie die Heizstreifen sowie eine ergänzende obere Schicht, die auf die untere Schicht aufgebracht ist.However, it is useful if the connecting element has a lower layer which has the same thickness and is made of the same material as the heating strips and one complementary top layer applied to the bottom layer.

Verlaufen die beiden Heizstreifen parallel zuein-' ander, so erstreckt sich nach einer Ausführungsform der Erfindung das Verbindungselement quer über die beiden benachbarten Enden der Heizstreifen. If the two heating strips run parallel to one another, then, according to one embodiment of the invention, the connecting element extends transversely over the two adjacent ends of the heating strips.

Sind die beiden Heizstreifen unter einem Winkel zueinander angeordnet, wobei das Ende eines Streifens eine stumpfe Stoßstelle mit einer Seitenkante des anderen Streifens bildet, so ist nach einer anderen Ausführungsform das Verbindungselement abgewinkelt und weist zwei Abschnitte auf, von denen je einer jeweils mit einem Ende eines der beiden Heizstreifen in Berührung steht.Are the two heating strips arranged at an angle to each other, with the end of one Strip forms a blunt joint with a side edge of the other strip, so is after one Another embodiment, the connecting element angled and has two sections, of each of which is in contact with one end of one of the two heating strips.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is illustrated in more detail below with reference to the subject Drawings of several exemplary embodiments explained in more detail.

Fig. ι ist ein Stück der Draufsicht einer Biegung bzw. eines Umkehrbogens eines elektrischen Heizelements bekannter Ausführung;Fig. Ι is a piece of the plan view of a bend or a reverse arc of an electrical heating element of known design;

Fig. 2 ist eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines Teils eines Heizelements nach der Erfindung; FIG. 2 is a representation corresponding to FIG. 1 part of a heating element according to the invention;

Fig. 3 ist eine schematisch gezeichnete perspektivische Darstellung des in Fig. 2 gezeigten Heizelements; Fig. 3 is a schematically drawn perspective view of the heating element shown in Fig. 2;

Fig. 4 ist ein in größerem Maßstab gezeichneter Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2, wobei auf eine maßstäbliche Darstellung verzichtet wurde, um den Aufbau deutlicher erkennbar zu machen;Fig. 4 is a larger-scale section along the line IV-IV in Fig. 2, wherein on a true-to-scale representation has been omitted in order to make the structure more clearly recognizable;

Fig. 5 und 6 zeigen abgeänderte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Figs. 5 and 6 show modified embodiments of the invention.

Bei der in Fig. 1 veranschaulichten bekannten Ausführung sind die benachbarten Enden von zwei parallelen Heizstreifen 1 und 2 durch einen Querstreifen 3 miteinander verbunden, und dieser Querstreifen besitzt die gleiche Dicke und Breite wie die Streifen 1 und 2 und ist auch aus dem gleichen Material hergestellt. Die sich längs des Umkehrbogens ergebende Stromverteilung wurde durch Versuche ermittelt, und gemäß Fig. 1 zeigt sich bei dieser Anordnung eine Neigung zum Überhitzen der »Innenseite« 4 des Umkehrbogens und zur Bildung »kalter Stellen« an den äußeren Ecken 5 des Umkehrbogens. Dies erweist sich als besonders nachteilig bei Flächenbeheizungseinrichtungen, die bei Flugzeugen zum Zwecke der Enteisung verwendet werden, denn die heißen Stellen können eine Schädigung der Konstruktion herbeiführen, während sich an den kalten Stellen Eis ansetzen kann.In the prior art embodiment illustrated in Figure 1, the adjacent ends are of two parallel heating strips 1 and 2 connected to one another by a transverse strip 3, and this transverse strip has the same thickness and width as strips 1 and 2 and is also made of the same Material made. The current distribution along the return arc was through Tests determined, and according to Fig. 1 shows a tendency to overheating in this arrangement the "inside" 4 of the reverse curve and for the formation of "cold spots" at the outer corners 5 of the Reverse arc. This proves to be particularly disadvantageous in surface heating devices that be used on aircraft for the purpose of de-icing, because the hot spots can cause a Damage the structure, while ice can build up in the cold spots.

Bei dem in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden parallelen Streifen 1 und 2 durch ein quer liegendes Element6 bzw. 7 miteinander verbunden; dieses Verbindungselement besitzt in der Richtung des Stromflusses einen niedrigeren effektiven Widerstand je Längeneinheit, besitzt eine vergleichsweise geringere Breite w und erstreckt sich über die ganze Breite w' der Enden der beiden Heizstreifen 1 und 2. Fig. 2 veranschaulicht die sich hierbei ergebende Stromverteilung, und man erkennt, daß sichIn the embodiment of the invention shown in FIGS. 2, 3 and 4, the two parallel strips 1 and 2 are connected to one another by a transverse element 6 and 7, respectively; this connecting element has a lower effective resistance per unit length in the direction of current flow, has a comparatively smaller width w and extends over the entire width w 'of the ends of the two heating strips 1 and 2. FIG one recognizes that

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bei dieser Ausführungsform die Neigung zur Bildung »kalter Stellen« an den äußeren Ecken des Umkehrbogens verringert.in this embodiment, the tendency to form "cold spots" at the outer corners of the Back arc decreased.

Der quer liegende Streifen 6 bzw. 7 ist vorzugsweise so ausgeführt, daß seine Heizwirkung und damit auch seine Oberflächentemperatur annähernd gleich der Heizwirkung bzw. der Oberflächentemperatur der Streifen ι und 2 ist. Der Querstreifen6 bzw. 7 wird von der gleichen Gesamtstrommenge durchflossen wie die Streifen ι und 2, und die Heizwirkung je Flächeneinheit des Querstreifens richtet sich daher nach dem spezifischen Widerstand des Materials sowie nach der Breite und der ■ Dicke des Querstreifens. Durch geeignete Wahl jeder dieser Größen kann man erreichen, daß die Heizwirkung des Verbindungsstreifens derjenigen der Hauptstreifen 1 und 2 entspricht.The transverse strip 6 or 7 is preferred designed so that its heating effect and thus also its surface temperature approximate is equal to the heating effect or the surface temperature of the strips ι and 2. The horizontal stripe 6 or 7 is traversed by the same total amount of current as the strips ι and 2, and the The heating effect per unit area of the transverse strip is therefore based on the specific resistance the material as well as the width and ■ thickness of the horizontal stripe. By appropriate choice Any of these sizes can be achieved that the heating effect of the connecting strip of those the main stripes 1 and 2 correspond.

Bei einer Ausführungsform beträgt die Breite jedes der parallelen Hauptheizstreifen 1 und 2 etwaIn one embodiment, the width of each of the main parallel heating strips 1 and 2 is approximately

12,7 mm, während ihre Dicke in der Größenordnung von einigen hundertstel Millimeter liegt, und die Streifen sind so ausgeführt, daß ihre Wärmeabgabe etwa 1,55 Watt/cm² ihrer Oberfläche entspricht, wenn die Streifen von einem Strom von 10 Ampere durchflossen werden. Der Widerstand dieser Hauptheizstreifen beträgt somit etwa 0,02 Ohm je Zentimeter ihrer Länge. In diesem Falle beträgt die Breite des Querstreifens 6 zweckmäßigerweise etwa 3,2 mm, und da die Wärmeabgabe des Querstreifens ebenfalls etwa 1,55 Watt/cm² entsprechen soll, muß der Widerstand des Querstreifens etwa 0,005 Ohm je Zentimeter Länge betragen. Um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, beträgt die Breite des Verbindungselements in jedem Falle vorzugsweise weniger als ein Drittel oder ein Viertel der Breite der ihm zugeordneten Heizstreifen.12.7 mm, while their thickness is on the order of a few hundredths of a millimeter, and the strips are designed so that their heat output ^{corresponds to about 1.55 watts / cm 2 of} their surface area when a current of 10 amperes flows through the strips . The resistance of these main heating strips is thus about 0.02 ohms per centimeter of their length. In this case, the width of the transverse strip 6 is expediently about 3.2 mm, and since the heat output of the transverse strip should also ^{correspond to about 1.55 watts / cm 2} , the resistance of the transverse strip must be about 0.005 ohms per centimeter of length. In order to achieve the desired results, the width of the connecting element is in each case preferably less than a third or a quarter of the width of the heating strips assigned to it.

Der Querstreifen 6 kann als getrenntes Element derart auf die betreffende Fläche aufgebracht sein, daß er die Enden der Streifen 1 und 2 berührt.The transverse strip 6 can be applied as a separate element to the surface in question in such a way that that it touches the ends of strips 1 and 2.

Alternativ kann das die parallelen Heizstreifen 1 und 2 umfassende Hauptheizelement mit einem schmalen Querstreifen versehen sein, dessen Abmessungen im Grundriß denjenigen des Querstreifens 6 entsprechen, und das Verbindungselement kann dann dadurch aufgebaut werden, daß man eine oder mehrere weitere Schichten eines leitenden Materials 7 aufbringt, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Diese Ausführungsform erweist sich als besonders zweckmäßig, wenn die Hauptheiz-Alternatively, the parallel heating strips 1 and 2 comprising the main heating element with a be provided with narrow transverse strips, the dimensions of which in plan are those of the transverse strip 6 correspond, and the connecting element can then be constructed in that one applies one or more further layers of a conductive material 7, as shown in FIGS. 3 and 4 is shown. This embodiment proves to be particularly useful when the main heating

streifen ι und 2 in Form von aufgespritztem Metall, z.B. von aufgespritztem Aluminium, aufgebracht werden; in diesem Falle kann die obere Schicht des Querstreifens 6 ebenfalls durch Spritzen erzeugt werden, wobei diese obere Schicht aus Kupfer oderstrips ι and 2 in the form of sprayed-on metal, e.g. of sprayed-on aluminum; in this case the top layer of the Transverse strip 6 can also be produced by spraying, this upper layer made of copper or

Silber oder einem anderen Metall hoher Leitfähigkeit bestehen kann.Silver or another metal of high conductivity can exist.

Wie bereits erwähnt, läßt sich die Erfindung insbesondere bei elektrischen Flächenbeheizungseinrichtungen verwenden, die bei den frei liegenden Flächen von Flugzeugen und ähnlichen Körpern zum Enteisen oder zur Verhinderung des Eisansatzes dienen. In solchen Fällen wird die Einrichtung vorzugsweise entsprechend Fig. 4 ausgeführt. Die metallische Flugzeughaut 8 wird zuerst mit einer Schicht 9 aus einem synthetischen, durch Wärme härtbaren Kunstharzklebestoff, der gute elektrische Isolationseigenschaften besitzt, überzogen. Dieser Kunststoff wird auf die Flugzeughaut vorzugsweise mit Hilfe eines Spritzverfahrens aufgebracht. Dann bringt man die Hauptstreifen 1 und 2 der elektrischen Heizeinrichtung ebenfalls durch Aufspritzen des Materials im heißen Zustand auf, wobei man eine Schablone benutzt, um das gewünschte Muster zu erhalten, und schließlich bringt man das darüberliegende Querelement 7 auf, indem man über den Endabschnitten der Streifen 1 und 2 Kupfer aufspritzt. Das Ganze wird dann mit einer weiteren Schicht 10 aus dem gleichen Kunstharz überzogen, woraufhin die ganze Konstruktion auf eine Temperatur gebracht wird, bei welcher der Kunststoff hart wird.As already mentioned, the invention can be used in particular with electrical surface heating devices use those on the exposed surfaces of airplanes and similar bodies serve for de-icing or to prevent ice accumulation. In such cases the facility will preferably carried out according to FIG. The metallic airplane skin 8 becomes first with a layer 9 of a synthetic, thermosetting resin adhesive, the good has electrical insulation properties, coated. This plastic is used on the aircraft skin preferably applied using a spraying process. Then you bring the main strips 1 and 2 the electrical heating device also by spraying the material in the hot state using a stencil to get the pattern you want, and finally the overlying transverse element 7 is applied by working over the end portions of the strips 1 and 2 copper splashes. The whole thing is then covered with another layer 10 of the same synthetic resin coated, whereupon the entire construction is brought to a temperature at which the Plastic becomes hard.

Es liegt auf der Hand, daß sich die Erfindung nicht auf Verbindungen zwischen parallelen Heizstreifen beschränkt, daß sie sich vielmehr in jedem Falle anwenden läßt, wenn der Strom durch eine Biegung des Stromweges fließen muß.. So zeigt beispielsweise Fig. 5 ■ einen ■ rechtwinkligen Knick, bei dem das Verbindungselement 12 zwischen zwei Heizstreifen 13 und 14 im Grundriß die Form eines L besitzt und die Enden der beiden Streifen berührt, wobei zwischen dem Ende des einen Streifens und der Seitenkante des anderen Streifens eine-stumpfe Stoßstelle vorhanden ist. Fig. 6 zeigt einen entsprechend ausgeführten Knick mit einem Winkel von 45°.It is obvious that the invention does not apply to connections between parallel heating strips limited, so that it can be used in every case when the current flows through a Bend of the current path must flow .. For example, Fig. 5 ■ shows ■ a ■ right-angled bend, in which the connecting element 12 between two heating strips 13 and 14 in plan the shape of a L and touches the ends of the two strips, with between the end of one strip and there is a butt joint on the side edge of the other strip. Fig. 6 shows a corresponding one executed kink with an angle of 45 °.

Man erkennt, daß es die Erfindung ermöglicht, innerhalb enger Grenzen eine gleichmäßige Temperaturverteilung im wesentlichen über die ganze zu beheizende Fläche zu erzielen.It can be seen that the invention enables a uniform temperature distribution within narrow limits to be achieved essentially over the entire surface to be heated.

Aus der Tatsache, daß sowohl die Heizstreifen als auch die Verbindungselemente vorzugsweise durch Aufspritzen von Metall aufgebracht werden, geht ferner hervor, daß sich die erfindungsgemäße Einrichtung auch annähernd ebenso leicht und im wesentlichen unter Erzielung der gleichen Vorteile hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit unter Verwendung leicht zu beschaffender Hilfsmittel an räumlich gekrümmten Flächen anbringen und sich im Falle einer Beschädigung ebenso leicht instandsetzen läßt wie die Einrichtung, die den Gegenstand des Patentes 906661 und des Patentes 936314 bildet.From the fact that both the heating strips and the connecting elements are preferred are applied by spraying metal, it is also apparent that the invention Setup also approximately as easily and substantially with the same advantages in terms of their applicability using easy-to-obtain tools in terms of space Apply to curved surfaces and repair just as easily if damaged lets like the device which forms the subject of patent 906661 and patent 936314.

Claims

PATENT CLAIMS:

ι. Electric surface heating device of the type with a heating element forming thin layer of a conductive material, which is in the form of a pattern, which at least two heating strips with adjacent and electrically connected in series Comprises ends, characterized in that the connecting element between the adjacent ends of the heating strips is narrower is as the two heating strips that connect it,

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has a lower electrical resistance per unit length than the heating strips and touching the ends of the heating strips over substantially their entire width.

2. Electric surface heating device

according to claim i, characterized in that the connecting element at least partially consists of a material whose effective electrical conductivity is higher than that ίο the heating strip.

3. Electric surface heating device according to claim 1 or 2, characterized in that that the connecting element is designed so that its heating effect per unit area in is essentially the same as that of the heating strips.

4. Electric surface heating device according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the connecting element

ao has a greater thickness than the heating strips.

5. Electric surface heating device according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the width of the connecting element is less than one third of the width each of the heating strips is.

6. Electric surface heating device according to claim 5, characterized in that the width of the connector is less than a quarter of the width of each of the heater strips amounts to.

7. Electric surface heating device according to one of claims 1 to 6, wherein the Heating strips are made of metal that is sprayed onto a non-conductive support surface is, characterized in that the connecting element. also from sprayed on Metal, the complete heating element with a top layer of non-conductive Material is provided.

8. Electric surface heating device according to one of claims 1 to 7, wherein the Main heating strips consist of aluminum, characterized in that the connecting element is made at least in part from copper or silver.

9. Electrical surface heating device according to one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the connecting element has a lower layer of the same thickness and made of the same material as the heating strips and a complementary top layer, which latter is applied to the lower layer.

10. Electric surface heating device according to one of claims 1 to 9, wherein the two heating strips are parallel to each other, characterized in that the connecting element is arranged transversely on two adjacent ends of the strips.

11. Electric surface heating device according to one of claims 1 to 8, wherein the two heating strips at an angle to one another are arranged with the end of one strip to the side edge of the other strip triggers, characterized in that the. 65, connector is angled and two Includes sections which touch the ends of the two heating strips.

1 sheet of drawings