EP0054901B1 - Elektrische Heizvorrichtung - Google Patents

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EP0054901B1
EP0054901B1 EP81110491A EP81110491A EP0054901B1 EP 0054901 B1 EP0054901 B1 EP 0054901B1 EP 81110491 A EP81110491 A EP 81110491A EP 81110491 A EP81110491 A EP 81110491A EP 0054901 B1 EP0054901 B1 EP 0054901B1
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EP
European Patent Office
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plate
ptc resistor
heating apparatus
opening
fastening member
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Expired
Application number
EP81110491A
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English (en)
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EP0054901A1 (de
Inventor
Bernd Eder
Ekkehard Dipl.-Ing. Wösthoff
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Kabelwerke Reinshagen GmbH
Original Assignee
Kabelwerke Reinshagen GmbH
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/1406—Terminals or electrodes formed on resistive elements having positive temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders

Definitions

  • the invention relates to an electrical heating device for heating a plate using a flat PTC resistor, which is designed as a flat, cylindrical ring.
  • Such heating devices have become known, for example, for the heating of exterior mirrors of motor vehicles, cf. the published documents of German utility models DE-GM7919839 and DE-GM 7929 548.
  • a PTC resistor is soldered on as a self-regulating heating element with a connecting electrode on a heat distribution plate.
  • the heat distribution plate there is connected to an electrical line via a soldering point, which is connected, for example, to the body (earth) of the motor vehicle.
  • the other connection electrode is also connected by soldering to an electrical line that leads to the switch that connects the heating circuit to the power supply of the motor vehicle.
  • the assembly of this PTC resistor and its connections is very complex due to the solder connections. The connections must be carried out carefully in order to achieve the lowest possible electrical and thermal contact resistance. In addition, long-term thermal stress cracks can occur in the solder joints.
  • Hollow cylindrical PTC resistors with current supply electrodes on both end faces can also be found in the prior art, see document DE-A-14 65 439 and FR-A-1 509 654. Also disc springs for contacting a flat, circular PTC resistors within a housing are known, compare DE-A 2540029. Here, however, the pressure forces depend on the dimensions of the housing.
  • the invention is based on the object of FR-A-1 509 654 to provide an electrical heating device of the type mentioned, the PTC resistor of which can be installed quickly and safely - that is to say without large electrical and thermal resistances.
  • the invention solves this problem in that the outer ring surfaces of the PTC resistor form the connecting electrodes, that a through opening is arranged in the plate to be heated, that the PTC resistor bears with its first connecting electrode around the opening on the plate and that a fastening member is pushed through the opening of the PTC resistor and through the opening of the plate, which presses the PTC resistor onto the plate.
  • the second connection electrode can be contacted in that the fastening member presses an annular, electrical contact part onto the second connection electrode of the PTC resistor.
  • An improved heat distribution at the PTC resistor is achieved in that the fastening member presses a perforated heat distribution plate onto the second connection electrode.
  • the contact part can either be designed as a heat distribution plate itself or the contact part is arranged between the PTC resistor and the heat distribution plate.
  • the fastening part can be formed in several parts and, for example, consist of a T-shaped spring part with a pin and a self-locking, slotted spring washer, the spring washer with the interposition of the plate, the PTC resistor and possibly the heat distribution plate and / or the contact part the pin is pushed on and the pushed-on parts are pressed against each other.
  • an elastic corrugated ring can be arranged between the pushed-on parts on the one hand and the spring washer on the other hand.
  • the invention requires neither solder connections for connecting the electrical lines to the electrodes of the PTC resistor nor for thermal contacting between the PTC resistor and the plate to be heated.
  • the assembly can largely be done mechanically. Larger tolerances in the dimensions, for example in the thicknesses, of the components involved can also be easily compensated for, so that there is always a sufficient contact force between the PTC resistor and the plate to be heated or the electrical connecting members.
  • the plate 1 to be heated can be a thin aluminum sheet and can be used, for example, to heat a motor vehicle exterior mirror in a known manner.
  • the plate 1 has a round through hole 2, and a plug tongue 3 for connection to the power supply.
  • Thermal compound 5 is applied to the ring surface 4 around the hole 2.
  • the PTC resistor 6 rests with an annular connection electrode 9 on the thermal paste 5.
  • An annular contact part 11 in the form of a brass disk with a tongue 12 is placed on the other annular connecting electrode 10.
  • the contact part 11 can be flat - as shown - or as a hood covering the PTC resistor, see with dash-dot lines at 11 ' indicates in FIG. 2.
  • a corrugated ring 13 is provided to ensure sufficient spring forces.
  • the actual fastening device is composed of a spring part 14 which is T-shaped in cross section and a slotted spring washer 15 which interacts with it and is known as a "fastener".
  • the spring part 14 consists of a heat-resistant plastic, for. B. glass fiber reinforced polycarbonate. It comprises a flat annular pressing part 14a and a hollow pin 14b.
  • the hollow pin 14b is stepped and formed with a conical transition 14c and a front projection 14d.
  • the slotted spring washer 15 is made from spring steel in a plate shape and has a central through opening 15a and a plurality of locking fingers 15b, which extend at an acute angle to the disk plane and are distributed on the inner circumference.
  • the assembly takes place in that the spring part 14 is placed with its pressing part 14a on a lower punch 16 or another solid base. Parts 1, 5, 6, 11 and 13 are now attached to the pin 14b. Then the spring washer 15 is placed on the chamfer 14d of the pin 14b; because the central opening 15a of the spring washer 15 is formed somewhat smaller than the diameter of the pin 14b in the area between the locking fingers 15b. Then the spring washer 15 is pushed onto the pin 14b with the aid of the upper punch 17. The locking fingers 15b bend and the corrugated ring 13 is compressed. After the desired contact pressure has been achieved, the upper punch 17 is moved back. The locking fingers 15 b now hook into the pin 14b, so that the parts 1, 5, 6, 11 and 13 are kept pressed together. The consequence of this is good thermal and electrical contacting of these parts, see FIG. 2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen einer Platte mit Hilfe eines flachen PTC-Widerstands, der als flacher, zylindrischer Ring ausgebildet ist.
  • Derartige Heizvorrichtungen sind zum Beispiel für die Beheizung von Außenspiegeln von Kraftfahrzeugen bekannt geworden, vergl. die veröffentlichten Unterlagen der deutschen Gebrauchsmuster DE-GM7919839 und DE-GM 7929 548. Dort ist ein PTC-Widerstand als selbstregelndes Heizglied mit einer Anschlußelektrode auf einer Wärmeverteilerplatte aufgelötet. Die dortige Wärmeverteilerplatte ist über eine Lötstelle mit einer elektrischen Leitung verbunden, die zum Beispiel mit der Karosserie (Masse) des Kraftfahrzeuges in Verbindung steht. Die andere Anschlußelektrode ist ebenfalls durch Löten mit einer elektrischen Leitung verbunden, die zum Schalter führt, der den Heizstromkreis an die Stromversorgung des Kraftfahrzeuges anschließt. Die Montage dieses PTC-Widerstandes und seiner Anschlüsse ist durch die Lötverbindungen sehr aufwendig. Die Anschlüsse müssen sorgfältig durchgeführt werden, um einen möglichst geringen elektrischen und thermischen Ubergangswiderstand zu erzielen. Zudem kann es langfristig gesehen in den Lötstellen zu Wärmespannungsrissen kommen.
  • Aus dem Stand der Technik sind des weiteren noch hohlzylinderförmige PTC-Widerstände mit Stromzuführungselektroden an beiden Stirnflächen zu entnehmen, vergl. das Dokument DE-A-14 65 439 bzw. FR-A-1 509 654. Auch Tellerfedem zum Kontaktieren eines flachen, kreisförmigen PTC-Widerstandes innerhalb eines Gehäuses sind bekannt, vergleiche DE-A 2540029. Hier sind die Andruckkräfte jedoch abhängig von den Maßen des Gehäuses.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von FR-A-1 509 654 eine elektrische Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren PTC-Widerstand schnell und sicher - das heißt ohne große elektrische und thermische Widerstände - montiert werden kann.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die äußeren Ringflächen des PTC-Widerstands, die Anschlußelektroden bilden, daß in der zu beheizenden Platte eine durchgehende Öffnung angeordnet ist, daß der PTC-Widerstand mit seiner ersten Anschlußelektrode um die Öffnung an der Platte anliegt und daß durch die Öffnung des PTC-Widerstandes und durch die Öffnung der Platte ein Befestigungsglied geschoben ist, das den PTC-Widerstand auf die Platte drückt.
  • Die zweite Anschlußelektrode kann dadurch kontaktiert werden, daß das Befestigungsglied ein ringförmiges, elektrisches Kontaktteil auf die zweite Anschlußelektrode des PTC-Widerstandes drückt.
  • Eine verbesserte Wärmeverteilung am PTC-Widerstand wird dadurch erzielt, daß das Befestigungsglied ein gelochtes Wärmeverteilerblech auf die zweite Anschlußelektrode drückt. Dabei kann das Kontaktteil entweder selbst als Wärmeverteilerblech ausgebildet sein oder das Kontaktteil ist zwischen dem PTC-Widerstand und dem Wärmeverteilerblech angeordnet.
  • Das Befestigungsteil kann mehrteilig ausgebildet sein und zum Beispiel aus einem T-förmigen Federteil mit einem Zapfen und aus einer selbstsichernden, geschlitzten Federringscheibe bestehen, wobei die Federringscheibe unter Zwischenlage der Platte, des PTC-Widerstandes und ggf. des Wärmeverteilerbleches und/oder des Kontaktteiles auf den Zapfen aufgeschoben ist und die aufgeschobenen Teile gegeneinander gepreßt sind.
  • Zur Erhöhung der elastischen Andruckkraft kann zwischen den aufgeschobenen Teilen einerseits und der Federringscheibe andererseits ein elastischer Wellring angeordnet sein.
  • Die Erfindung benötigt weder Lötverbindungen zum Anschluß der elektrischen Leitungen an die Elektroden des PTC-Widerstandes noch zur thermischen Kontaktierung zwischen dem PTC-Widerstand und der zu beheizenden Platte. Die Montage kann weitgehend maschinell erfolgen. Dabei können auch größere Toleranzen 'n den Abmessungen, zum Beispiel in den Dicken, der beteiligten Bauteile leicht ausgeglichen werden, so daß immer eine ausreichende Anpreßkraft zwischen dem PTC-Widerstand und der zu beheizbaren Platte bzw. den elektrischen Anschlußgliedern vorhanden ist.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird.
    • Figur 1 zeigt die Einzelteile einer Heizvorrichtung, wie si vor der Montage zwischen einem Unter- und einem Oberstempel einer Montagepresse angeordnet werden.
    • Figur 2 zeigt die fertig montierte Heizvorrichtung nach Figur 1.
  • Die zu beheizende Platte 1 kann ein dünnes Aluminiumblech sein und zum Beispiel in bekannter Weise zur Beheizung eines Kraftfahrzeug-Außenspiegels dienen. Die Platte 1 weist ein rundes Durchgangsloch 2 auf, sowie eine Stekkerzunge 3 zum Anschluß an die Stromversorgung. Auf die Ringfläche 4 um das Loch 2 ist Wärmeleitpaste 5 aufgetragen. Auf die Wärmeleitpaste 5 wird der flache, ringförmige PTC-Widerstand 6 gelegt, der einen um eine zentrale Durchgangsöffnung 7 sich erstreckenden Ringkörper 8 umfaßt. Der PTC-Widerstand 6 liegt mit einer ringförmigen Anschlußelektrode 9 auf der Wärmeleitpaste 5 auf. Auf die andere ringförmige Anschlußelektrode 10 wird ein ringförmiges Kontaktteil 11 in Form einer Messingscheibe mit einer Steckerzunge 12 gelegt. Das Kontaktteil 11 kann flach sein - wie gezeigt - oder als den PTC-Widerstand übergreifende Haube, siehe mit 11' strichpunktiert angedeutet in Figur 2. Zur Sicherstellung von ausreichenden Federkräften ist ein Wellring 13 vorgesehen.
  • Die eigentliche Befestigungsvorrichtung setzt sich zusammen aus einem im Querschnitt T-förmigen Federteil 14 und einer mit diesem zusammenwirkenden geschlitzten Federringscheibe 15, die als « SchneIIbefestiger bekannt ist. Das Federteil 14 besteht aus einem wärmebeständigen Kunststoff, z. B. glasfaserverstärktem Polykarbonat. Es umfaßt einen flachen ringförmigen Anpreßteil 14a und einen Hohlzapfen 14b. Der Hohlzapfen 14b ist gestuft und mit einem konischen Übergang 14c sowie einer vorderen Anfassung 14d ausgebildet. Die geschlitzte Federringscheibe 15 ist tellerförmig aus Federstahl hergestellt und weist eine zentrale Durchgangsöffnung 15a und mehrere, im spitzen Winkel zur Scheibenebene sich erstreckende, am inneren Umfang verteilte Sperrfinger 15b auf.
  • Die Montage erfolgt, indem der Federteil 14 mit seinem Anpreßteil 14a auf einem Unterstempel 16 oder eine sonstige feste Unterlage gelegt wird. Auf den Zapfen 14b werden nun die Teile 1, 5, 6, 11 und 13 angebracht. Sodann wird die Federringscheibe 15 auf die Anfasung 14d des Zapfens 14b aufgesetzt ; denn die zentrale Öffnung 15a der Federringscheibe 15 ist im Bereich zwischen den Sperrfingern 15b etwas kleiner als der Durchmesser des Zapfens 14b ausgebildet. Sodann wird mit Hilfe des Oberstempels 17 die Federringscheibe 15 auf den Zapfen 14b geschoben. Dabei verbiegen sich die Sperrfinger 15b und wird der Wellring 13 zusammengedrückt. Nachdem die gewünschte Anpreßkraft erzielt ist, wird der Oberstempel 17 zurückbewegt. Die Sperrfinger 15 b verhaken sich nun in dem Zapfen 14b, so daß die Teile 1, 5, 6, 11 und 13 zusammengepreßt gehalten werden. Die Folge hiervon ist eine gute thermische und elektrische Kontaktierung dieser genannten Teile, siehe Figur 2.

Claims (8)

1. Elektrische Heizvorrichtung zum Beheizen einer Platte (1), mit Hilfe eines flachen PTC-Widerstands (6), der als flacher, zylindrischer Ring ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ringflächen (9, 10) des PTC-Widerstands (6) die Anschlußelektroden bilden, daß in der zu beheizenden Platte (1) eine durchgehende Öffnung (2) angeordnet ist, daß der PTC-Widerstand (6) mit seiner ersten Anschlußelektrode (9) um die Öffnung (2) an der Platte (1) anliegt und daß durch die Öffnung (7) des PTC-Widerstands (6) und durch die Öffnung (2) der Platte (1) ein Befestigungsglied (14) geschoben ist, das den PTC-Widerstand (6) auf die Platte (1) drückt.
2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsglied (14) ein ringförmiges elektrisches Kontaktteil (11) auf die zweite Anschlußelektrode (10) des PTC-Widerstandes (6) drückt.
3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsglied (14) ein gelochtes Wärmeverteilerblech (11) auf die zweite Anschlußelektrode drückt.
4. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil (11) als Wärmeverteilerblech ausgebildet ist.
5. Heizvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktteil zwischen dem PTC-Widerstand und dem Wärmeverteilerblech angeordnet ist.
6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsteil (14, 15) mehrteilig ist.
7. Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsteil aus einem T-förmigen Federteil (14) mit einem Zapfen (14b) und aus einer selbstsichernden, geschlitzten Federringscheibe (15) besteht und daß die Federringscheibe (15) unter Zwischenlage der Platte (1), des PTC-Widerstandes (6) und gegebenenfalls des Wärmeverteilerbleches und/oder des Kontaktteils (11) auf den Zapfen (14b) aufgeschoben ist und die aufgeschobenen Teile (1, 6, 11) gegeneinander gepreßt sind.
8. Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den aufgeschobenen Teilen (1, 6, 11) und der Federringscheibe (15) ein elastischer Wellring (13) angeordnet ist.
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