EP0248285A1 - Electrical heating element - Google Patents
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- EP0248285A1 EP0248285A1 EP87107420A EP87107420A EP0248285A1 EP 0248285 A1 EP0248285 A1 EP 0248285A1 EP 87107420 A EP87107420 A EP 87107420A EP 87107420 A EP87107420 A EP 87107420A EP 0248285 A1 EP0248285 A1 EP 0248285A1
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- 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
Definitions
- the invention relates to an electric radiator according to the preamble of claim 1.
- PTC thermistors are components whose resistance, starting from the room temperature, drops to a temperature value defined by the structure of the element and then increases suddenly. Therefore, if one supplies such an element with a constant voltage, it automatically regulates its current or power consumption so that the temperature remains in the region of the sudden increase. Due to this characteristic one can use such heating elements for the construction of electric radiators, which regulate their temperature automatically without that separate thermal switches or the like would be necessary for this.
- PTC positive temperature coefficient
- PTC elements can be arranged in electric radiators.
- the entire arrangement is then introduced into a tube and in such a way that the contact surfaces or heat and current dissipation or supply elements are pressed firmly onto the surfaces of the PTC elements.
- radiators now have the disadvantage that if the heat dissipation elements are coupled with only one surface to an object to be heated, for example to the bottom of a water pot, the second surface of the PTC element cannot serve for heat dissipation. Accordingly, the removable power decreases (or the heat transfer resistance increases).
- Another problem arises from the fact that with such a construct tion very easily too high surface pressure forces are applied to the PTC elements, since one wants to create the lowest possible heat transfer resistance between the PTC element and heat dissipation element. This leads to the breakage and thus the unusability of the PTC elements.
- a further difficulty arises in the known arrangements in that all PTC elements are in direct thermal coupling with one another.
- the heat-emitting surfaces are arranged essentially perpendicular to the connecting surfaces. So, so to speak, the heat is conducted around the corner, so that there are completely different (defined and lower) forces between the heat dissipation elements can act that press on the PTC element, as between the heat dissipation elements and the heat consumer, such as a heating plate.
- each heat dissipation element is preferably selected to be many times larger than the connection surface to the PTC element. In this way, a safe dissipation of the heat output generated by the PTC element is guaranteed.
- Each PTC element is preferably assigned two heat dissipation elements. The heat is therefore dissipated from both sides by the PTC element, so that the heat transfer resistance can be reduced considerably, and the heating power of a PTC element thus increases significantly.
- the electric radiator is preferably provided with a plurality of PTC elements which, with the heat dissipation elements interposed, are arranged in a substantially continuous force train - that is to say in series - in such a way that the contact pressures between all PTC element flat sides and the associated ones Connection surfaces of the heat dissipation elements are substantially the same.
- This arrangement is only possible through the arrangement according to the invention (heat-emitting surfaces essentially perpendicular to the connecting surfaces), since in the usual design a series connection in terms of force leads to a columnar arrangement, with no heat being able to be dissipated in the interior of the column.
- the PTC elements are preferably connected electrically in parallel, which is particularly advantageous with regard to their control behavior (each PTC element controls independently of the other PTC elements).
- the heat dissipation elements for each PTC element are thermally decoupled from the heat dissipation elements of the other PTC elements.
- the advantage of this measure was described at the beginning. You can work in different zones with different energy density and temperature.
- the heat dissipation elements preferably serve at the same time as current supply electrodes.
- a common housing for several PTC elements is preferably provided together with their heat dissipation elements, so that an extremely compact object is produced.
- the housing comprises a tub element in which the PTC elements are braced against one another (that is, in terms of force in series) with the heat dissipation elements interposed, the tub bottom being arranged parallel to the heat-emitting surfaces.
- Such a simple arrangement can be designed as a large-area heating element, wherein the area can actually be chosen to be as large as desired by simply adding any number of PTC elements with heat-conducting elements in the manner described arranges together in a common tub.
- the housing comprises a cover element, which is preferably held by crimping the rim of the tub in the tub element by pressing against the heat-emitting surfaces. Pressing by crimping has so far not been possible, since very high forces that are difficult to control were applied to the PTC elements.
- spring elements were used, which were arranged between the tub rim or lid and the PTC element, but on the other hand, as a result, the heat transfer resistance (at least on this side of the PTC element) increased significantly.
- the tub element can be designed as a recess in a body to be heated, which means e.g. in the construction of a boiler or the like, a particularly low heat transfer resistance is achieved and at the same time the component costs can be reduced considerably.
- the heat dissipation elements have at least one surface section that runs perpendicular to the heat-emitting surface, but at an acute angle to the connecting surface, with the PTC element. You can then namely several groups, consisting of PTC element and two heat dissipation elements, so that the heat dissipation elements "wedge" in a channel, that is to say they are arranged in a fixed manner, the PTC elements being connected in series and only one spring element Tightening the arrangement is enough.
- the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is a panel radiator that is completely installed in a housing 30.
- the housing 3O comprises a housing trough 3l, which is open at the top.
- the interior of the tub 3l is lined with a layer 23 of insulating film.
- At the edges of the tub rails 2l and 22 are introduced over the entire length.
- Between the busbars are several groups of heat dissipation elements 10, 10, which have an essentially isosceles, right-angled outline.
- One catheter surface of the heat dissipation elements 10, 10 l is connected to one of the busbars 2l / 22, while the hypotenuse surfaces of the heat dissipation elements 10, 10 l are opposite.
- PTC elements l are arranged between the hypotenuse surfaces of the heat dissipation elements 10, 10.
- the overall grouping, consisting of two heat dissipation elements 10, 10 and the PTC element 1 in between, has essentially a cuboid shape.
- a plurality of such “cuboid elements” are arranged in the housing 3O, an insulating layer 23 being seated between two cuboid elements.
- the insulating layer 23 is made of electrically and thermally poorly conductive material.
- the tub 3l has fixed at its upper end (Fig. L) put on lugs 24 which fix a final insulating plate 23 in the longitudinal direction of the tub 3l.
- Fig. L The tub 3l has fixed at its upper end (Fig. L) put on lugs 24 which fix a final insulating plate 23 in the longitudinal direction of the tub 3l.
- the trough On the lower side (FIG. 1), the trough is also closed off by an insulating plate 23, which strikes against fixing lugs 24.
- busbars 2l and 22 are bent inwards at this lower end of the trough 3l and led outwards via connecting wires l6 / l7.
- each "cuboid” is to be regarded as a detail body thermally decoupled from the other elements.
- the control behavior is accordingly good. It is also possible to use different PTC elements or those with different transition temperatures, so that a radiator is obtained which has a specific, desired temperature profile over the surface.
- the heat dissipation of the radiator to an object to be heated takes place via the heat dissipation surface 11 (see FIG. 2).
- the entire radiator is pressed onto the object to be heated with the interposition of a very thin, electrically insulating film.
- the fact that the heat dissipation elements 10 have very large heat dissipation surfaces 11 - measured at the connecting surfaces between PTC elements 1 and heat dissipation elements 10, 10 - the thermal resistance through the insulating film hardly plays a role. If the heat dissipation elements lO, lO ⁇ are made of a thermally very good conductive material, e.g.
- FIG. 3 shows a configuration in which the Electrical insulation between the superimposed heat dissipation elements lO or lO ⁇ can be dispensed with, since the PTC elements l or the hypotenuse surfaces of the heat dissipation elements lO, lO ⁇ run in a zigzag between the busbars 2l and 22. This arrangement is even more favorable in terms of component costs. If, in the arrangement shown in FIG.
- the catheter surfaces of the heat dissipation elements 10, 10 are not grinded flat, but instead are provided, for example, with feet at the triangular corners, so that only the feet of adjacent heat dissipation elements 10, 10 are seated one on the other, then the thermal Reduce the coupling between the heat dissipation elements lO, lO ⁇ .
- FIG. 4 again serves to explain the arrangement shown with reference to FIGS. 1 and 2.
- a very thick insulating washer 23 is arranged between adjacent heat dissipation elements 10, 10, whereby the decoupling is even better.
- Such an arrangement is particularly advantageous if the object to be heated has a very low thermal resistance in the surface direction (to which the radiator is applied).
- the correspondingly wide spacing between two heat dissipation elements lO, lO ⁇ then ensures that no thermal short circuit occurs through the body to be heated.
- the arrangement shown in FIG. 6 is a rectangular arrangement which is advantageous in many forms of use.
- the heat dissipation elements 10, 10 ′ can be provided with bores perpendicular to the heat dissipation surfaces 11 (perpendicular to the direction of the drawing), and the arrangement can be used as a heater for flowing air.
- FIG. 8 The arrangement shown in FIG. 8 is a heater with a circular cross section.
- two heat dissipation elements lO, lO ⁇ are provided, which simultaneously serve for the electrical contacting of two PTC elements l.
- grooves are milled into the heat dissipation elements lO, lO ⁇ , into which connecting wires l6 and l7 are inserted, which can then be fixed by simply clamping them in (flanging the groove edges).
- the two heat dissipation elements lO, lO ⁇ are clamped together via a tension ring l8, wherein between the tension ring l8 and the heat dissipation elements lO, lOiatan the spring element 2O is arranged, which also serves for insulation (if the tension ring l8 is electrically conductive).
- FIG. 9 showing a clamping ring 18, which is encased by the spring element 20, while in FIG. 10 the spring element 20 is merely a band. In both cases, grooves are made on the outer edge (with a semicircular cross section) of the heat dissipation elements 10, 10 in which the clamping ring l8 is fixed together with the spring element 20.
- the radiator shown here is particularly easy to manufacture and therefore very inexpensive.
- FIGS. 11 to 13 The arrangement shown in FIGS. 11 to 13 is again a radiator with a circular outline, in which case the arrangement sits in a housing 30.
- the housing 3O has a trough element 3l, on the bottom of which an insulating film 23 is seated.
- the housing 30 On its upper side, the housing 30 is covered by a cover element 33.
- the cover element 33 is held over flanges 34 of the edge 35 of the tub element 3l.
- the two heat dissipation elements sit between the cover element 33 and the bottom 32 of the tub element 3l mente lO, lO ⁇ , between which - as in the previously shown embodiment - the PTC elements l are arranged.
- the electrical contacting is carried out as shown previously (see Fig. L3a).
- the cover element 33 is electrically insulated from the heat dissipation elements 10, 10 by an insulating layer 23.
- the insulating layer 23 can be replaced, for example, by an oxide layer of the housing material, which is relatively easy, in particular when aluminum is used as the housing material.
- Figs. Ll to l3 has a special feature in that the spring element and the part necessary for clamping is secured by the flange 34, which is opposed to an inclined surface in the heat dissipation elements lO, lO ⁇ (see Fig. L2 and l3 ). If one attaches the conveyor 34, then not only acts a force perpendicular to the trough bottom 32, but also a force parallel to the trough bottom on the heat dissipation elements 10, 10, so that these are moved or pressed towards one another, in which case the PTC -Elements l are set.
- a further advantage in the arrangement shown in FIG. 11 is ensured by a circular recess in the interior of the element, or by semicircular recesses on both heat dissipation elements 10, 10. This recess namely achieves a certain thermal decoupling between the two PTC elements 1.
- the assembly of the arrangement can be facilitated by - as shown in Fig. L3 - arranging an insulating strip in the gap between the two heat dissipation elements lO, lO ⁇ on which the PTC elements l are placed before the cover 33 is placed (see Fig. L3a).
- FIG. L6 differs from that according to FIG. L2 in that the tub element 3l is an integral part of the body 4O to be heated.
- the fixing of the cover 33 and the clamping of the two heat dissipation elements 10, 10 ′ takes place in the same way as explained with reference to FIG. 13 above.
- FIGS. L7 and l9 it should be clarified that individual elements, as shown in FIGS. L4 and l5, can also be combined very well into groups.
- This arrangement has the particular advantage that there is sufficient electrical contact between the heat dissipation elements lO, lO ⁇ , but on the other hand a very low thermal coupling is to be expected due to the linear contact, which in turn improves the control behavior of the arrangements.
- the heat dissipation elements 10, 10 ′ also serve again for electrical contacting, the (circular) busbars 2 1 and 2 10 ′ serving as spring elements 2O in the interior of the arrangements according to FIGS. 17 and 18 .
- the exemplary embodiments shown above, or the ideas that can be gathered from them, are to be considered individually and in combination as essential to the invention.
- the concept of the invention can also be applied to other heating or cooling elements.
- the heat dissipation elements 10 would then be used (with a slightly modified spatial arrangement, possibly with the interposition of thermal insulators) as the "hot side", the heat dissipation elements 10 as the "cold side".
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- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruches l.The invention relates to an electric radiator according to the preamble of
Kaltleiter sind Bauelemente, deren Widerstand, ausgehend von der Raumtemperatur, bis zu einem durch den Aufbau des Elementes definierten Temperaturwert absinkt und dann sprunghaft ansteigt. Wenn man darum ein solches Element mit einer konstanten Spannung versorgt, so regelt es seine Strom- bzw. Leistungsaufnahme selbstätig so ein, daß die Temperatur im Bereich des sprungförmigen Anstieges bleibt. Durch diese Charakteristik kann man derartige Heizelemente zur Konstruktion von elektrischen Heizkörpern verwenden, die ihre Temperatur selbstätig regeln, ohne daß hierfür gesonderte Thermoschalter oder dergleichen notwendig wären.PTC thermistors are components whose resistance, starting from the room temperature, drops to a temperature value defined by the structure of the element and then increases suddenly. Therefore, if one supplies such an element with a constant voltage, it automatically regulates its current or power consumption so that the temperature remains in the region of the sudden increase. Due to this characteristic one can use such heating elements for the construction of electric radiators, which regulate their temperature automatically without that separate thermal switches or the like would be necessary for this.
Bei der Konstruktion derartiger elektrischer Heizkörper müssen aber einige, den PTC-Elementen (PTC = positiver Temperaturkoeffizient) immanente Eigenschaften berücksichtigt werden. Zum einen werden die PTC-Elemente als möglichst dünne Stäbchen oder Scheiben gefertigt, damit ein möglichst homogener Temperaturverlauf im Inneren des Elementes gewährleistet ist. Zum anderen dürfen die PTC-Elemente nur relativ geringen Oberflächendrücken ausgesetzt werden, da sie sehr spröde sind. Weiterhin ist darauf zu achten, daß die Wärme möglichst gleichmäßig von der Oberfläche der Elemente abgeleitet wird, wobei die Stromzuführung ebenso über die beiden Flächen der Elemente geschieht.When designing such electric radiators, however, some properties inherent in the PTC elements (PTC = positive temperature coefficient) must be taken into account. On the one hand, the PTC elements are manufactured as thin rods or disks as possible, so that the most homogeneous possible temperature curve inside the element is guaranteed. Secondly, the PTC elements may only be exposed to relatively low surface pressures, since they are very brittle. Furthermore, care must be taken to ensure that the heat is dissipated as uniformly as possible from the surface of the elements, with the current also being supplied via the two surfaces of the elements.
Es ist nun eine Vielzahl von Konstruktionen bekannt, wie man PTC-Elemente in elektrischen Heizkörpern anordnen kann. Bei Heizpatronen wird z.B. vorgeschlagen (DE-PS 26 l4 433, DE-OS 29 O2 9O9, DE-Gm 8l l4 42O) mehrere PTC-Elemente in einer Reihe anzuordnen und zwar zwischen zwei Kontaktstreifen, welche gleichzeitig die Ableitung der Wärme gewährleisten. Die ganze Anordnung ist dann in ein Rohr eingebracht und zwar derart, daß die Kontaktflächen bzw. Wärme- und Stromab- bzw. zuleitelemente fest auf die Flächen der PTC-Elemente gedrückt werden. Will man nun die Wärme auf eine größere Fläche verteilen, so ist bekannt (DE-OS 29 O2 9O9) eine derartige Heizpatrone in ein gröBeres Metallstück einzubringen, das dann die Heizplatte oder Kühlkörper oder dergleichen trägt. Bei dieser Anordnung tritt aber zwischen dem eigentlichen Heizkörper, nämlich dem Gesamt-Kühlkörper und den PTC-Elementen ein sehr hoher Temperaturgradient auf, d.h., die Außentemperatur des Heizkörpers ist wesentlich geringer als die Temperatur der PTC-Elemente. Dies bringt nun verschiedene Nachteile mit sich. Zum einen kann man nämlich nur relativ niedrige Maximaltemperaturen des Heizkörpers erreichen, da die Sprungtemperaturen von PTC-Elementen lediglich bis etwa 3OO°C reichen. Weiterhin ist das Regelverhalten solcher Anordnungen relativ schlecht, da die hohen Wärmeübergangswiderstände zwischen den PTC-Elementen und den eigentlichen wärmeabgebenden Flächen des Heizkörpers sehr hoch sind, die Wärmekapazität der Gesamtanordnung aber ebenfalls sehr hoch ist. Schließlich ist die den PTC-Elementen entnehmbare Leistung wesentlich geringer, als die theoretisch mögliche Maximalleistung der Elemente. Diese Tatsache resultiert daraus, daß die entnehmbare Leistung proportional der Temperaturdifferenz zwischen der PTC-Elementoberfläche und der Umgebungstemperatur geteilt durch den Wärmewiderstand ist. Hierzu wird auf die Druckschrift Siemens Components l9 (l98l), Heft 2, Seiten 56 bis 59, verwiesen.A large number of designs are now known for how PTC elements can be arranged in electric radiators. For heating cartridges, for example, it is proposed (DE-PS 26 l4 433, DE-OS 29 O2 9O9, DE-Gm 8l l4 42O) to arrange several PTC elements in a row, namely between two contact strips, which simultaneously ensure the dissipation of the heat. The entire arrangement is then introduced into a tube and in such a way that the contact surfaces or heat and current dissipation or supply elements are pressed firmly onto the surfaces of the PTC elements. If you now want to distribute the heat over a larger area, it is known (DE-OS 29 O2 9O9) to insert such a heating cartridge into a larger piece of metal, which then carries the heating plate or heat sink or the like. In this arrangement, however, a very high temperature gradient occurs between the actual radiator, namely the overall heat sink and the PTC elements, ie the outside temperature of the radiator is significantly lower than the temperature of the PTC elements. This has several disadvantages. To the one can namely only reach relatively low maximum temperatures of the radiator, since the transition temperatures of PTC elements only reach up to about 300 ° C. Furthermore, the control behavior of such arrangements is relatively poor, since the high heat transfer resistances between the PTC elements and the actual heat-emitting surfaces of the radiator are very high, but the heat capacity of the overall arrangement is also very high. Finally, the power that can be extracted from the PTC elements is significantly lower than the theoretically possible maximum power of the elements. This fact results from the fact that the extractable power is proportional to the temperature difference between the PTC element surface and the ambient temperature divided by the thermal resistance. For this, reference is made to the publication Siemens Components l9 (l98l), volume 2, pages 56 to 59.
Um nun möglichst hohe Leistungen den PTC-Elementen entziehen zu können, geht man im allgemeinen von Konstruktionen aus, wie sie in der DE-OS 28 45 894, DE-PS 3O 46 995, DE-OS 32 O8 8O2, DE-AS 27 43 88O oder in der DE-OS 3O 22 O34 gezeigt sind. Alle diese Druckschriften zeigen Konstruktionen, bei denen Wärmeableitelemente vorgesehen sind, die an einer Verbindungsfläche mit den Flachseiten der PTC-Elemente in Verbindung stehen. Die wärmeabgebenden Flächen sind hierbei parallel zu den Verbindungsflächen angeordnet. Im Prinzip sind also die PTC-Elemente zwischen zwei Bänder gelegt. In jedem Fall weisen diese Heizkörper nun den Nachteil auf, daß dann, wenn die Wärmeableitelemente nur mit einer Fläche an einen aufzuheizenden Gegenstand, z.B. an den Boden eines Wassertopfes gekoppelt sind, die zweite Fläche des PTC-Elementes nicht zur Wärmeableitung dienen kann. Dementsprechend erniedrigt sich die abnehmbare Leistung (bzw. erhöht sich der Wärmeübergangswiderstand). Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, daß bei derartigen Konstruk tionen sehr leicht zu hohe Flächenpreßkräfte auf die PTC-Elemente aufgebracht werden, da man ja einen möglichst niedrigen Wärmeübergangswiderstand zwischen PTC-Element und Wärmeableitelement herstellen will. Dies führt zum Bruch und damit zur Unbrauchbarkeit der PTC-Elemente. Eine weitere Schwierigkeit tritt bei den bekannten Anordnungen dadurch auf, daß alle PTC-Elemente in einer direkten thermischen Koppelung untereinander stehen. Dadurch ergibt sich aber ein unexaktes Regelverhalten, da nicht jedes PTC-Element nur seine eigene Wärmeerzeugung überwacht, sondern auch die der anderen PTC-Elemente. Schließlich sind diese bekannten Konstruktionen nur dazu geeignet, eine relativ geringe Anzahl von PTC-Elementen parallel zu schalten, da durch mechanische Fertigungstoleranzen Dickenunterschiede unvermeidbar sind. Diese Dickenunterschiede führen aber dazu, daß die dickeren PTC-Elemente zu fest gepreßt werden, bzw. die dünneren PTC-Elemente gar keinen Kontakt zu den wärmeableitenden Elementen haben. Kommt es nun zu der (zwangsläufigen) Erwärmung und damit Wärmeausdehnung sowohl der PTC-Elemente als auch der Wärmeableitelemente, so wird der oben genannte Effekt weiter verstärkt.In order to be able to extract the highest possible performance from the PTC elements, one generally starts from constructions such as those in DE-OS 28 45 894, DE-PS 3O 46 995, DE-OS 32 O8 8O2, DE-AS 27 43 88O or in DE-OS
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Heizkörper-Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß hohe Heizleistungen bei gleichzeitig mechanisch einfachem und unempfindlichem Aufbau erzielbar sind.Starting from the above-mentioned prior art, it is an object of the present invention to further develop an electric radiator arrangement of the type mentioned at the outset such that high heating outputs can be achieved with a mechanically simple and insensitive structure.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die wärmeabgebenden Flächen im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen angeordnet sind. Man leitet also sozusagen die Wärme um die Ecke, so daß man zwischen den Wärmeableitelementen ganz andere (definierte und niedrigere) Kräfte wirken lassen kann, die auf das PTC-Element drücken, als zwischen den Wärmeableitelementen und dem Wärmeverbraucher, z.B. einer Heizplatte.This object is achieved in that the heat-emitting surfaces are arranged essentially perpendicular to the connecting surfaces. So, so to speak, the heat is conducted around the corner, so that there are completely different (defined and lower) forces between the heat dissipation elements can act that press on the PTC element, as between the heat dissipation elements and the heat consumer, such as a heating plate.
Vorzugsweise wird die wärmeabgebende Fläche eines jeden Wärmeableitelementes um ein Vielfaches größer gewählt als die Verbindungsfläche zum PTC-Element. Auf diese Weise ist eine sichere Ableitung der vom PTC-Element erzeugten Wärmeleistung gewährleistet.The heat-emitting surface of each heat dissipation element is preferably selected to be many times larger than the connection surface to the PTC element. In this way, a safe dissipation of the heat output generated by the PTC element is guaranteed.
Vorzugsweise sind jedem PTC-Element zwei Wärmeableitelemente zugeordnet. Die Wärme wird also von beiden Seiten vom PTC-Element abgeführt, so daß der Wärmeübergangswiderstand ganz wesentlich reduziert werden kann, die Heizleistung eines PTC-Elementes somit wesentlich ansteigt.Each PTC element is preferably assigned two heat dissipation elements. The heat is therefore dissipated from both sides by the PTC element, so that the heat transfer resistance can be reduced considerably, and the heating power of a PTC element thus increases significantly.
Um größere Heizleistungen zu erzielen, wird der elektrische Heizkörper vorzugsweise mit mehreren PTC-Elementen versehen, die unter Zwischenschaltung der Wärmeableitelemente in einem, im wesentlichen durchgehenden Kräftezug - also kräftemäßig seriell - derart angeordnet sind, daß die Anpreßdrücke zwischen allen PTC-Elementflachseiten und den zugehörigen Verbindungsflächen der Wärmeableitelemente im wesentlichen gleich sind. Diese Anordnung ist nur durch die erfindungsgemäße Anordnung (wärmeabgebende Flächen im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen) möglich, da bei der üblichen Bauweise eine kräftemäßige Reihenschaltung zu einer säulenartigen Anordnung führt, wobei im Inneren der Säule überhaupt keine Wärme abgeleitet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausführung können aber alle PTC-Elemente gemeinsam (mit einer für alle gleichen Kraft) zusammengespannt werden, wobei durch die serielle Anordnung auch Dickentoleranzen der PTC-Elemente keine Rolle mehr spielen. Die Koppelung an den Wärmeverbraucher erfolgt vollständig unabhängig von der Koppelung der PTC-Elemente an die Wärmeableitelemente, so daß beliebig fest gedrückt werden kann, um den Wärmeübergangswiderstand möglichst gering zu halten. Um die Wärmedehnungen und daraus resultierende überhöhte Druckkräfte auf die PTC-Elemente zu eliminieren, ist es von Vorteil, wenn man für alle Gruppen von PTC-Elementen in Serienschaltung (zusammen mit den Wärmeableitelementen) ein einziges Federelement vorsieht, das die Wärmespannungen auffängt und eine definierte Vorspannkraft leicht einstellbar macht.In order to achieve greater heating capacities, the electric radiator is preferably provided with a plurality of PTC elements which, with the heat dissipation elements interposed, are arranged in a substantially continuous force train - that is to say in series - in such a way that the contact pressures between all PTC element flat sides and the associated ones Connection surfaces of the heat dissipation elements are substantially the same. This arrangement is only possible through the arrangement according to the invention (heat-emitting surfaces essentially perpendicular to the connecting surfaces), since in the usual design a series connection in terms of force leads to a columnar arrangement, with no heat being able to be dissipated in the interior of the column. By means of the embodiment according to the invention, however, all PTC elements can be clamped together (with one force being the same for all), the thickness arrangement of the PTC elements no longer playing a role due to the serial arrangement. The coupling to the heat consumer is completely independent of the coupling of the PTC elements the heat dissipation elements, so that it can be pressed firmly to keep the heat transfer resistance as low as possible. In order to eliminate the thermal expansion and the resulting excessive pressure forces on the PTC elements, it is advantageous to provide a single spring element for all groups of PTC elements in series connection (together with the heat dissipation elements), which absorbs the thermal stresses and defines one Preload easily adjustable.
Vorzugsweise sind die PTC-Elemente elektrisch parallel geschaltet, was im Hinblick auf ihr Regelverhalten besonders vorteilhaft ist (jedes PTC-Element regelt unabhängig von den anderen PTC-Elementen).The PTC elements are preferably connected electrically in parallel, which is particularly advantageous with regard to their control behavior (each PTC element controls independently of the other PTC elements).
Bei allen Ausführungsbeispielen ist es von Vorteil, wenn die Wärmeableitelemente für jedes PTC-Element von den Wärmeableitelementen der übrigen PTC-Elemente thermisch entkoppelt sind. Der Vorteil dieser Maßnahme wurde eingangs beschrieben. Man kann in verschiedenen Zonen mit unterschiedlicher Energiedichte und Sprungtemperatur arbeiten.
Vorzugsweise dienen die Wärmeableitelemente gleichzeitig als Stromzuführungselektroden.In all of the exemplary embodiments, it is advantageous if the heat dissipation elements for each PTC element are thermally decoupled from the heat dissipation elements of the other PTC elements. The advantage of this measure was described at the beginning. You can work in different zones with different energy density and temperature.
The heat dissipation elements preferably serve at the same time as current supply electrodes.
Vorzugsweise ist ein gemeinsames Gehäuse für mehrere PTC-Elemente zusammen mit ihren Wärmeableitelementen vorgesehen, so daß ein äußerst kompakter Gegenstand entsteht. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse ein Wannenelement umfaßt, in dem die PTC-Elemente unter Zwischenschaltung der Wärmeableitelemente gegeneinander (also kräftemäßig seriell) verspannt sind, wobei der Wannenboden zu den wärmeabgebenden Flächen parallel angeordnet ist. Eine derartige einfache Anordnung kann als großflächiges Heizelement ausgebildet werden, wobei die Fläche tatsächlich beliebig groß gewählt werden kann, indem man einfach eine beliebige Anzahl von PTC-Elementen mit Wärmebleitelementen in der beschriebenen Weise zusammen in einer gemeinsamen Wanne anordnet.A common housing for several PTC elements is preferably provided together with their heat dissipation elements, so that an extremely compact object is produced. In particular, it is advantageous if the housing comprises a tub element in which the PTC elements are braced against one another (that is, in terms of force in series) with the heat dissipation elements interposed, the tub bottom being arranged parallel to the heat-emitting surfaces. Such a simple arrangement can be designed as a large-area heating element, wherein the area can actually be chosen to be as large as desired by simply adding any number of PTC elements with heat-conducting elements in the manner described arranges together in a common tub.
Die Konstruktion wird dann besonders kompakt, wenn das Gehäuse ein Deckelelement umfaßt, das vorzugsweise mittels einer Einbördelung des Wannenrandes im Wannenelement unter Anpressung an die wärmeabgebenden Flächen gehalten ist. Die Anpressung durch eine Einbördelung ist bisher nicht möglich gewesen, da dadurch sehr hohe, und nur schwer kontrollierbare, Kräfte auf die PTC-Elemente aufgebracht wurden. Man nahm sich dafür Federelemente zu Hilfe, die zwischen Wannenrand oder Deckel und PTC-Element angeordnet waren, wodurch aber andererseits der Wärmeübergangswiderstand (zumindest auf dieser Seite des PTC-Elementes) wesentlich anstieg. Mit der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, eine lediglich sehr dünne elektrische Isolierfolie mit niedrigem Wärmewiderstand zu verwenden, und die Bördelung so fest vorzunehmen, wie nur möglich, da die Kräfte ausschließlich auf die Wärmeableitelemente wirken, während die PTC-Elemente durch die definierte Kraft des Anpreßdruckes (z.B. des Federelementes) beaufschlagt werden. Man kann das Wannenelement als Ausnehmung eines zu beheizenden Körpers ausbilden, wodurch z.B. bei der Konstruktion eines Heizkessels oder dergleichen, ein besonders niedriger Wärmeübergangswiderstand erzielt wird und gleichzeitig die Bauteilkosten erheblich gesenkt werden können.The construction becomes particularly compact if the housing comprises a cover element, which is preferably held by crimping the rim of the tub in the tub element by pressing against the heat-emitting surfaces. Pressing by crimping has so far not been possible, since very high forces that are difficult to control were applied to the PTC elements. For this purpose, spring elements were used, which were arranged between the tub rim or lid and the PTC element, but on the other hand, as a result, the heat transfer resistance (at least on this side of the PTC element) increased significantly. With the present invention, however, it is possible to use only a very thin electrical insulating film with low thermal resistance, and to carry out the crimping as tightly as possible, since the forces act exclusively on the heat dissipation elements, while the PTC elements by the defined force of the contact pressure (eg the spring element). The tub element can be designed as a recess in a body to be heated, which means e.g. in the construction of a boiler or the like, a particularly low heat transfer resistance is achieved and at the same time the component costs can be reduced considerably.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Wärmeableitelemente mindestens einen Flächenabschnitt auf, der senkrecht zur wärmeabgebenden Fläche, aber in einem spitzen Winkel zur Verbindungsfläche, mit dem PTC-Element verläuft. Man kann dann nämlich mehrere Gruppen, bestehend aus PTC-Element und zwei Wärmeableitelementen, derart anordnen, daß sich die Wärmeableitelemente in einer Rinne "verkeilen", also fest angeordnet sind, wobei die PTC-Elemente in kräftemäßiger Reihenschaltung liegen und nur ein einziges Federelement zum Verspannen der Anordnung genügt.In a particularly preferred embodiment of the invention, the heat dissipation elements have at least one surface section that runs perpendicular to the heat-emitting surface, but at an acute angle to the connecting surface, with the PTC element. You can then namely several groups, consisting of PTC element and two heat dissipation elements, so that the heat dissipation elements "wedge" in a channel, that is to say they are arranged in a fixed manner, the PTC elements being connected in series and only one spring element Tightening the arrangement is enough.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale können den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der Erfindung entnommen werden, die anhand von Abbildungen erläutert sind. Hierbei zeigt:
- Fig. l eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Gehäuse,
- Fig. 2 eine Ansicht auf die Ausführungsform nach Fig. l entlang der Linie II-II,
- Fig. 3 bis 6 weitere Konfigurationen,
- Fig. 7 eine weitere bevorzugte Ausführungsform in Draufsicht,
- Fig. 8 einen Schnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 7 entlang der Linie VIII-VIII,
- Fig. 8 und lO Ausschnittsdarstellungen des in Fig. 8 mit mit IX/X gezeigten Bereiches,
- Fig. ll eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, ähnlich der nach Fig. 7,
- Fig. l2 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII aus Fig. ll,
- Fig. l3/l3a Ausschnittsvergrößerungen der in Fig. l2 gezeigten Bereiche,
- Fig. l4 einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV aus Fig. l5, einer weiteren Anordnung,
- Fig. l5 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. l4,
- Fig. l6 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei der Heizkörper an einem Wasserbad befestigt ist, und
- Fig. l7 bis l9 weitere bevorzugte Konfigurationen mit Kreisflächenhälften-Wärmeableitelementen.
- 1 shows a first preferred embodiment of the invention with housing,
- 2 is a view of the embodiment of FIG. 1 along the line II-II,
- 3 to 6 further configurations,
- 7 shows a further preferred embodiment in plan view,
- 8 shows a section through the embodiment according to FIG. 7 along the line VIII-VIII,
- 8 and 10 cutouts of the area shown in FIG. 8 with IX / X,
- FIG. 11 shows a further preferred embodiment of the invention, similar to that according to FIG. 7,
- FIG. 12 shows a section along the line XII-XII from FIG. 11,
- L3 / l3a detail enlargements of the areas shown in FIG. L2,
- L4 shows a section along the line XIV-XIV from FIG. L5, a further arrangement,
- L5 is a plan view of the arrangement of FIG. L4,
- Fig. 16 shows a further preferred embodiment of the invention, wherein the radiator is attached to a water bath, and
- Fig. 17 to l9 further preferred configurations with circular surface halves heat dissipation elements.
Bei der in den Fig. l und 2 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um einen Flächenheizkörper, der vollständig in einem Gehäuse 3O eingebaut ist. Das Gehäuse 3O umfaßt eine Gehäusewanne 3l, die oben offen ist. Das Innere der Wanne 3l ist mit einer Schicht 23 aus isolierender Folie ausgekleidet. An den Rändern der Wanne sind über die gesamte Länge Stromschienen 2l und 22 ange bracht. Zwischen den Stromschienen sitzen mehrere Gruppen von Wärmeableitelementen lO, lOʹ, die einen im wesentlichen gleichschenkelig, rechtwinkeligen Umriß aufweisen. Jeweils eine Kathetenfläche der Wärmeableitelemente lO, lOʹ steht mit einer der Stromschienen 2l/22 in Verbindung, während sich die Hypotenusenflächen der Wärmebleitelemente lO, lOʹ gegenüberliegen. Zwischen den Hypothenusenflächen der Wärmeableitelemente lO, lOʹ sind PTC-Elemente l angeordnet. Die Gesamtgruppierung, bestehend aus zwei Wärmeableitelementen lO, lOʹ und dazwischen liegendem PTC-Element l hat im wesentlichen eine quaderförmige Gestalt.The embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is a panel radiator that is completely installed in a housing 30. The housing 3O comprises a housing trough 3l, which is open at the top. The interior of the tub 3l is lined with a
Im Gehäuse 3O sind mehrere derartige "Quaderelemente" angeordnet, wobei zwischen zwei Quaderelementen jeweils eine Isolierschicht 23 sitzt. Die Isolierschicht 23 ist hierbei aus elektrisch und thermisch schlecht leitendem Material gefertigt.A plurality of such “cuboid elements” are arranged in the housing 3O, an insulating
Die Wanne 3l weist an ihrem oberen Ende (Fig. l) Fest setznasen 24 auf, die eine Abschlußisolierplatte 23 in Längsrichtung der Wanne 3l festsetzen. Auf der unteren Seite (Fig. l) ist die Wanne ebenfalls über eine Isolierplatte 23 abgeschlossen, die an Festsetznasen 24 anschlägt.The tub 3l has fixed at its upper end (Fig. L) put on lugs 24 which fix a final insulating
Die Stromschienen 2l und 22 sind an diesem unteren Ende der Wanne 3l nach innen abgeknickt und über Anschlußdrähte l6/l7 nach außen geführt.The
Auf den nach innen geknickten Abschnitten der Stromschienen 2l, 22 ist eine weitere Isolierscheibe 23 angeordnet, auf der ein elastisches Federelement 2O sitzt. Das elastische Federelement stützt sich somit auf der (indirekt) an der Wanne 3l festgesetzten Isolierscheibe 23 ab und drückt gegen das in Fig. l unterste Wärmeableitelement lOʹ. Das in Fig. l oberste Wärmeableitelement lO ist über die Isolierscheibe 23 am Gehäuse 3l festgesetzt, so daß die vom Federelement 2O aufgebrachte Kraft durch die gesamte Anordnung als durchgehender Kräftezug jeweils durch die PTC-Elemente l geführt ist. Auf diese Weise wirkt auf alle PTC-Elemente l dieselbe Kraft, bzw. - da die PTC-Elemente l identisch ausgebildet sind - der gleiche Flächendruck.On the inwardly bent sections of the
Durch die Dreiecks-Anordnung der Wärmeableitelemente lO, lOʹ werden aber nicht nur die PTC-Elemente l festgesetzt, sondern die Wärmeableitelemente lO, lOʹ werden gleichzeitig auch gegen den Rand 35 der Wanne 3l gedrückt. Es findet also hier eine "Verkeilung" derart statt, daß man bei der Montage des Heizkörpers die Teile lediglich (gegebenenfalls leicht fixiert) in die Wanne 3l unter Zwischenschaltung der Isolierschicht 23 einlegen muß, wobei dann, wenn die Gesamtanordnung unter Zusammendrückung des Federelementes 2O durch maschinelle Anbringung der Festsetznasen 24 geschlossen wird, alle Einzelteile mit den exakt gleichen Kräften zueinander justiert und fixiert werden. Hieraus ist ersichtlich, daß bei der an sich äußerst kritischen Montage von PTC-Elementen durch die erfindungsgemäße Anordnung ein ganz erheblicher Vorteil hinsichtlich der Herstellungskosten erzielbar ist.Due to the triangular arrangement of the heat dissipation elements lO, lOʹ not only the PTC elements l are fixed, but the heat dissipation elements lO, lO gleichzeitig are simultaneously pressed against the
Dadurch, daß die einzelnen "Heizelementquader" lO-l-lOʹ durch Isolierscheiben 23 voneinander getrennt sind, ist jeder "Quader" als thermisch von den übrigen Elementen entkoppelter Einzelheitskörper zu betrachten. Das Regelverhalten ist dementsprechend gut. Weiterhin ist es möglich, verschiedene PTC-Elemente bzw. solche mit verschiedenen Sprungtemperaturen zu verwenden, so daß man einen Heizkörper bekommt, der einen bestimmten, gewünschten Temperaturverlauf über die Fläche hat.Because the individual "heating element cuboids" lO-l-lOʹ are separated from one another by insulating
Die Wärmeableitung des Heizkörpers auf einen zu heizenden Gegenstand geschieht über die Wärmeableitfläche ll (siehe Fig. 2). Um dies zu bewerkstelligen, wird der gesamte Heizkörper unter Zwischenschaltung einer sehr dünnen, elektrisch isolierenden Folie auf den zu beheizenden Gegenstand gepreßt. Dadurch, daß die Wärmeableitelemente lO sehr große Wärmeableitflächen ll aufweisen - gemessen an den Verbindungsflächen zwischen PTC-Elementen l und Wärmeableitelementen lO, lOʹ - spielt der Wärmedurchgangswiderstand durch die Isolierfolie kaum eine Rolle. Wenn man also die Wärmeableitelemente lO, lOʹ aus einem thermisch sehr gut leitenden Material, z.B. aus Aluminium, fertigt, bekommt man einen äußerst geringen Wärmewiderstand zwischen PTC-Elementen l und dem zu beheizenden Körper, so daß die erzielbare Wärmeleistung enorm hoch ist. Weiterhin läßt sich diese Anordnung in ihrer Fläche im wesentlichen beliebig vergrößeren, was bisher nicht möglich war. Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß die elektrische Kontaktierung besonders einfach und mit geringen Verlusten behaftet ist.The heat dissipation of the radiator to an object to be heated takes place via the heat dissipation surface 11 (see FIG. 2). To accomplish this, the entire radiator is pressed onto the object to be heated with the interposition of a very thin, electrically insulating film. The fact that the
In Fig. 3 ist eine Konfiguration gezeigt, bei der auf die elektrische Isolierung zwischen den aufeinander liegenden Wärmeableitelementen lO bzw. lOʹ verzichtet werden kann, da die PTC-Elemente l bzw. die Hypotenusenflächen der Wärmeableitelemente lO, lOʹ im Zickzack zwischen den Stromschienen 2l und 22 verlaufen. Diese Anordnung ist vom Bauteileaufwand her nochmal günstiger. Wenn man bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung die Kathetenflächen der Wärmeableitelemente lO, lOʹ nicht plan schleift, sondern z.B. mit Füßchen an den Dreiecks-Ecken versieht, so daß lediglich die Füßchen benachbarter Wärmeableitelemente lO, lOʹ aufeinander sitzen, so kann man die thermische Koppelung zwischen den Wärmeableitelementen lO, lOʹ verringern.3 shows a configuration in which the Electrical insulation between the superimposed heat dissipation elements lO or lOʹ can be dispensed with, since the PTC elements l or the hypotenuse surfaces of the heat dissipation elements lO, lOʹ run in a zigzag between the
Fig. 4 dient nochmals zur Erläuterung der anhand der Fig. l und 2 gezeigten Anordnung.FIG. 4 again serves to explain the arrangement shown with reference to FIGS. 1 and 2.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Anordnung ist eine sehr dicke Isolierscheibe 23 zwischen benachbarten Wärmeableitelementen lO, lOʹ angeordnet, wodurch die Entkoppelung noch besser wird. Eine derartige Anordnung ist dann besonders von Vorteil, wenn der zu beheizende Gegenstand in Oberflächenrichtung (auf welche der Heizkörper aufgebracht wird) einen sehr niedrigen Wärmewiderstand hat. Durch die entsprechend weite Beabstandung zwischen zwei Wärmeableitelementen lO, lOʹ wird dann sichergestellt, daß kein thermischer Kurzschluß durch den zu beheizenden Körper auftritt.In the arrangement shown in Fig. 5, a very thick insulating
Bei der in Fig. 6 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine rechteckige Anordnung, die bei vielen Einsatzformen von Vorteil ist. Man kann z.B. bei einer derartigen Anordnung die Wärmeableitelemente lO, lOʹ mit Bohrungen senkrecht zu den Wärmeableitflächen ll (senkrecht zur Zeichnungsrichtung) versehen, und die Anordnung als Heizung für durchströmende Luft verwenden.The arrangement shown in FIG. 6 is a rectangular arrangement which is advantageous in many forms of use. With such an arrangement, for example, the
Bei der in Fig. 8 gezeigten Anordnung handelt es sich um eine Heizung mit kreisförmigem Querschnitt. Hier sind lediglich zwei Wärmeableitelemente lO, lOʹ vorgesehen, die gleichzeitig zur elektrischen Kontaktierung von zwei PTC-Elementen l dienen. Zu diesem Zweck sind Nuten in den Wärmeableitelementen lO, lOʹ eingefräst, in welche Anschlußdrähte l6 und l7 eingelegt werden, die man dann durch einfaches Einklemmen (Einbördeln der Nutenränder) fixieren kann. Die beiden Wärmeableitelemente lO, lOʹ werden über einen Spannring l8 zusammengespannt, wobei zwischen dem Spannring l8 und den Wärmeableitelementen lO, lOʹ das Federelement 2O angeordnet ist, das gleichzeitig zur Isolierung dient (wenn der Spannring l8 elektrisch leitend ist).The arrangement shown in FIG. 8 is a heater with a circular cross section. Here only two heat dissipation elements lO, lOʹ are provided, which simultaneously serve for the electrical contacting of two PTC elements l. For this purpose, grooves are milled into the heat dissipation elements lO, lOʹ, into which connecting wires l6 and l7 are inserted, which can then be fixed by simply clamping them in (flanging the groove edges). The two heat dissipation elements lO, lOʹ are clamped together via a tension ring l8, wherein between the tension ring l8 and the heat dissipation elements lO, lOelementen the spring element 2O is arranged, which also serves for insulation (if the tension ring l8 is electrically conductive).
In den Fig. 9 und lO sind zwei bevorzugte Ausführungsformen erläutert, wobei Fig. 9 einen Spannring l8 zeigt, der vom Federelement 2O ummantelt ist, während in Fig. lO das Federelement 2O lediglich ein Band ist. In beiden Fällen sind am Außenrand (mit halbkreisförmigem Querschnitt) der Wärmeableitelemente lO, lOʹ Nuten eingebracht, in denen der Spannring l8 zusammen mit dem Federelement 2O fixiert ist.9 and 10, two preferred embodiments are explained, FIG. 9 showing a
Der hier gezeigte Heizkörper ist besonders einfach zu fertigen und darum sehr kostengünstig.The radiator shown here is particularly easy to manufacture and therefore very inexpensive.
Bei der in den Fig. ll bis l3 gezeigten Anordnung handelt es sich wieder um einen Heizkörper mit kreisförmigem Umriß, wobei in diesem Fall die Anordnung in einem Gehäuse 3O sitzt. Das Gehäuse 3O weist ein Wannenelement 3l auf, auf dessen Boden eine Isolierfolie 23 sitzt. Auf seiner Oberseite ist das Gehäuse 3O von einem Deckelelement 33 abgedeckt. Das Deckelelement 33 wird über Bördelungen 34 des Randes 35 des Wannenelementes 3l gehalten. Zwischen dem Deckelelement 33 und dem Boden 32 des Wannenelementes 3l sitzen die zwei Wärmeableitele mente lO, lOʹ, zwischen denen - wie bei der vorher gezeigten Ausführungsform - die PTC-Elemente l angeordnet sind. Die elektrische Kontaktierung erfolgt ebenso wie vorher gezeigt (siehe Fig. l3a). Das Deckelelement 33 ist ebenso wie der Wannenboden 32 durch eine Isolierschicht 23 von den Wärmeableitelementen lO, lOʹ elektrisch isoliert. Selbstverständlich kann in beiden Fällen (Deckel und Boden) die Isolierschicht 23 z.B. durch eine Oxidschicht des Gehäusematerials ersetzt werden, was insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als Gehäusematerial relativ leicht möglich ist. Dadurch wird nämlich zwar der notwendige elektrische Widerstand der Isolierlschicht sichergestellt, durch die geringe notwendige Schichtdicke aber wird gleichzeitig ein niedriger Wärmeübergangswiderstand zwischen Gehäuse 3O und Wärmeableitelementen lO, lOʹ sichergestellt.The arrangement shown in FIGS. 11 to 13 is again a radiator with a circular outline, in which case the arrangement sits in a housing 30. The housing 3O has a trough element 3l, on the bottom of which an insulating
Die in den Fig. ll bis l3 gezeigte Ausführungsform weist noch eine Besonderheit insofern auf, als das Federelement und das zum Zusammenspannen notwendige Teil durch die Einbördelung 34 gesichert wird, der eine Schrägfläche in den Wärmeableitelementen lO, lOʹ gegenübersteht (siehe Fig. l2 und l3). Wenn man nämlich die Börderlung 34 anbringt, so wirkt nicht nur eine zum Wannenboden 32 senkrechte Kraft, sondern auch eine Kraft parallel zum Wannenboden auf die Wärmeableitelemente lO, lOʹ, so daß diese in Richtung aufeinander zu bewegt bzw. gepreßt werden, wobei dann die PTC-Elemente l festgesetzt werden.The embodiment shown in Figs. Ll to l3 has a special feature in that the spring element and the part necessary for clamping is secured by the
Ein weiterer Vorteil bei der in Fig. ll gezeigten Anordnung wird durch eine kreisförmige Ausnehmung im Inneren des Elementes gewährleistet, bzw. durch halbkreisförmige Ausnehmungen an beiden Wärmeableitelementen lO, lOʹ. Durch diese Ausnehmung wird nämlich eine gewisse thermische Entkoppelung zwischen den zwei PTC-Elementen l erzielt.A further advantage in the arrangement shown in FIG. 11 is ensured by a circular recess in the interior of the element, or by semicircular recesses on both
Weiterhin kann die Montage der Anordnung dadurch erleichtert werden, daß man - wie in Fig. l3 gezeigt - im Spalt zwischen den zwei Wärmeableitelementen lO, lOʹ einen Isolierstreifen anordnet, auf den die PTC-Elemente l vor dem Auflegen des Deckels 33 aufgesetzt werden (siehe Fig. l3a).Furthermore, the assembly of the arrangement can be facilitated by - as shown in Fig. L3 - arranging an insulating strip in the gap between the two heat dissipation elements lO, lOʹ on which the PTC elements l are placed before the
Selbstverständlich ist es auch möglich, nur mit einem einzigen PTC-Element l zu arbeiten, wie dies in den Fig. l4 und l5 schematisch dargestellt ist.Of course, it is also possible to work with only a
Die in Fig. l6 gezeigte Anordnung unterscheidet sich insofern von der nach Fig. l2, als das Wannenelement 3l integraler Bestandteil des zu beheizenden Körpers 4O ist. Die Festsetzung des Deckels 33 und das Zusammenspannen der zwei Wärmeableitelemente lO, lOʹ geschieht ebenso wie anhand von Fig. l3 oben erläutert.The arrangement shown in FIG. L6 differs from that according to FIG. L2 in that the tub element 3l is an integral part of the body 4O to be heated. The fixing of the
Anhand der Fig. l7 und l9 soll verdeutlicht werden, daß Einzelelemente, wie sie in den Fig. l4 und l5 gezeigt wurden, auch sehr gut zu Gruppen zusammengefaßt werden können. Diese Anordnung hat insbesondere den Vorteil, daß zwischen den Wärmeableitelementen lO, lOʹ zwar ein hinreichender elektrischer Kontakt besteht, durch die linienförmige Berührung aber andererseits eine ganz geringe thermische Koppelung zu erwarten ist, was wiederum das Regelverhalten der Anordnungen verbessert. Bei den in den Fig. l7 und l8 gezeigten Anordnungen dienen die Wärmeableitelemente lO, lOʹ ebenfalls wieder zur elektrischen Kontaktierung, wobei im Inneren der Anordnungen nach den Fig. l7 und l8 die (kreisförmigen) Stromschienen 2l bzw. 2lʹ gleichzeitig als Federelemente 2O dienen können. Die Scheibenelemente nach den Fig. l4 und l5 sind auch in linearen Anordnungen aufstellbar, wie sie in Fig. l9 gezeigt sind. Auch hier tritt wieder der Vorteil der hinreichenden thermischen Entkoppelung auf, wobei diese Anordnung besonders leicht großflächig ausgelegt werden kann, da man eine beliebige Anzahl von einzelnen "Heizscheibchen" in ein Gitter aus Stromschienen 2l-22-2l... legen kann.With reference to FIGS. L7 and l9 it should be clarified that individual elements, as shown in FIGS. L4 and l5, can also be combined very well into groups. This arrangement has the particular advantage that there is sufficient electrical contact between the heat dissipation elements lO, lOʹ, but on the other hand a very low thermal coupling is to be expected due to the linear contact, which in turn improves the control behavior of the arrangements. In the arrangements shown in FIGS. L7 and l8, the
Bei Verwendung der Heizscheibchen nach den Fig. l4 und l5 ist es von Vorteil, wenn man diese dadurch als vorgefertige Einzelteile herstellt, daß man die PTC-Elemente l zwischen zwei Wärmeableitelementen lO, lOʹ durch einen (elektrisch leitenden) Kleber fixiert. Man kann dann auch diese Elemente an ihren wärmeabgebenden Flächen ll (oben und unten) durch einen Lack oder auf andere an sich bekannte Weise, elektrisch isolieren, der Rand der Elemente muß jedoch elektrisch leitend bleiben.When using the heating disc according to FIGS. L4 and l5, it is advantageous if these are manufactured as prefabricated individual parts by fixing the PTC elements l between two
Die oben gezeigten Ausführungsbeispiele bzw. die ihnen entnehmbaren Gedanken sind für sich alleine sowie in Kombination als erfindungswesentlich zu betrachten. Insbesondere ist der Erfindungsgedanke auch auf andere Heizoder Kühlelemente anwendbar. Bei Peltier-Elementen würde man dann (bei leicht abgeänderter räumlicher Anordnung, gegebenenfalls unter Zwischenfügung von thermischen Isolatoren) die Wärmeableitelemente lO, als "heiße Seite", die Wärmeableitelemente lOʹ als "kalte Seite" verwenden.The exemplary embodiments shown above, or the ideas that can be gathered from them, are to be considered individually and in combination as essential to the invention. In particular, the concept of the invention can also be applied to other heating or cooling elements. In the case of Peltier elements, the
Bei Bedarf kann die gesamte Anordnung vergossen werden.If necessary, the entire arrangement can be cast.
- l PTC-Elementl PTC element
- lO/lOʹ WärmeableitelementlO / lOʹ heat dissipation element
- ll Wärmeabgabeflächell heat emission surface
- l2 Verbindungsfläche zum PTC-Elementl2 Connection area to the PTC element
- l3 Kathetenflächel3 catheter surface
- l4 Kathetenflächel4 catheter surface
- l6 Anschlußdrahtl6 connecting wire
- l7 Anschlußdrahtl7 connecting wire
- l8 Spannringl8 tension ring
- 2O Federelement2O spring element
- 2l Stromschiene2l track
- 22 Stromschiene22 track
- 23 Isolierung23 insulation
- 24 Festsetznase24 locking nose
- 3O Gehäuse3O housing
- 3l Wannenelement3l bath element
- 32 Wannenboden32 tray floor
- 33 Deckelelement33 cover element
- 34 Einbördelung34 crimping
- 35 Wannenrand35 tub rim
- 4O zu beheizender Körper4O body to be heated
Claims (14)
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeabgabeflächen (ll) im wesentlichen senkrecht zu den Verbindungsflächen (l2) angeordnet sind.1. Electric radiator with at least one PTC heating element (l) or PTC element, with heat dissipation elements (lO, lOʹ), which are connected to the flat sides of the PTC element (l) at a connecting surface (l2) and at least one heat dissipation surface (ll) have
characterized,
that the heat emission surfaces (ll) are arranged substantially perpendicular to the connecting surfaces (l2).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeabgabeflächen (ll) um ein Vielfaches größer sind als die Verbindungsflächen (l2).2. Radiator according to claim l,
characterized,
that the heat release surfaces (ll) are many times larger than the connecting surfaces (l2).
dadurch gekennzeichnet,
daß jedem PTC-Element (l) zwei Wärmeableitelemente (lO, lOʹ) zugeordnet sind.3. Heating element according to one of the preceding claims,
characterized,
that each PTC element (l) two heat dissipation elements (lO, lOʹ) are assigned.
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere PTC-Elemente (l) vorgesehen sind, die unter Zwischenschaltung der Wärmeableitelemente (lO, lOʹ) in einem im wesentlichen durchgehenden Kräftezug seriell derart angeordnet sind, daß die Anpreßdrücke zwischen allen PTC-Elementflachseiten und den dazugehörigen Verbindungsflächen (l2) im wesentlichen gleich sind.4. Radiator according to one of the preceding claims,
characterized,
that several PTC elements (l) are provided, which are arranged in series with the interposition of the heat dissipation elements (lO, lOʹ) in a substantially continuous force train such that the contact pressures between all PTC element flat sides and the associated connecting surfaces (l2) are essentially the same are.
dadurch gekennzeichnet,
daß für alle Gruppen von PTC-Elementen (l) mit Wärmeableitelementen (lO, lOʹ) ein einziges Federelement (2O) vorgesehen ist.5. Radiator according to claim 4,
characterized,
that a single spring element (2O) is provided for all groups of PTC elements (l) with heat dissipation elements (lO, lOʹ).
dadurch gekennzeichnet,
daß die PTC-Elemente (l) elektrisch parallel geschaltet sind.6. Radiator according to one of the preceding claims,
characterized,
that the PTC elements (l) are electrically connected in parallel.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeableitelemente (lO, lOʹ) eines PTC-Elementes (l) von denjenigen eines (bzw. aller) anderen PTC-Elementes (l) thermisch entkoppelt sind.7. Radiator according to one of the preceding claims,
characterized,
that the heat dissipation elements (lO, lOʹ) of a PTC element (l) are thermally decoupled from those of (or all) other PTC elements (l).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeableitelemente (lO, lOʹ) die Stromzuführungselektroden bilden.8. Radiator according to one of the preceding claims,
characterized,
that the heat dissipation elements (lO, lOʹ) form the power supply electrodes.
dadurch gekennzeichnet,
daß ein gemeinsames Gehäuse (3O) für mehrere PTC-Elemente (l) mit Wärmeableitelementen (lO, lOʹ) vorgesehen ist.9. Radiator according to one of the preceding claims,
characterized,
that a common housing (3O) for several PTC elements (l) with heat dissipation elements (lO, lOʹ) is provided.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (3O) ein Wannenelement (3l) umfaßt, in dem die PTC-Elemente (l) unter Zwischenschaltung der Wärmeableitelemente (lO, lOʹ) gegeneinander (kräftemäßig seriell) verspannt sind, wobei der Wannenboden (32) parallel zu den wärmeabgebenden Flächen (ll) liegt.lO. Radiator according to claim 9,
characterized,
that the housing (3O) comprises a trough element (3l) in which the PTC elements (l) with the interposition of the heat dissipation elements (lO, lOʹ) are braced against each other (force series), the trough bottom (32) parallel to the heat-emitting surfaces (ll) lies.
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (3O) ein Deckelelement (33) umfaßt, das vorzugsweise mittels einer Einbördelung (34) des Wannenrandes (35) im Wannenelement (3l) unter Anpressung an die wärmeabgebenden Flächen (ll) gehalten ist.11. Radiator according to claim 10,
characterized,
that the housing (30) comprises a cover element (33), which is preferably held by means of a crimp (34) of the tub edge (35) in the tub element (3l) while being pressed against the heat-emitting surfaces (11).
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wannenelement (3l) als Ausnehmung eines zu beheizenden Körpers (4O) ausgebildet ist.12. Radiator according to claim ll,
characterized,
that the tub element (3l) is designed as a recess of a body to be heated (40).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeableitelemente (lO, lOʹ) mindestens einen Flächenabschnitt (l3, l4, l5) aufweisen, der senkrecht zur Wärmeabgabefläche (ll) und in einem spitzen Winkel (α) zur Verbindungsfläche (l2) verläuft.13. tub element according to claim 4,
characterized,
that the heat dissipation elements (lO, lOʹ) have at least one surface section (l3, l4, l5) which runs perpendicular to the heat emission surface (ll) and at an acute angle (α) to the connecting surface (l2).
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel (α) 45° beträgt und die Wärmeabgabe fläche (ll) im wesentlichen den Umriß eines gleichschenkelig-rechtwinkeligen Dreiecks aufweist.14. Radiator according to claim l3,
characterized,
that the angle (α) is 45 ° and the heat emission Surface (ll) essentially has the outline of an isosceles right-angled triangle.
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---|---|---|---|
DE3617679 | 1986-05-26 | ||
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