EP1152639A2 - Elektrische Heizeinheit, insbesondere für flüssige Medien - Google Patents

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EP1152639A2
EP1152639A2 EP01110424A EP01110424A EP1152639A2 EP 1152639 A2 EP1152639 A2 EP 1152639A2 EP 01110424 A EP01110424 A EP 01110424A EP 01110424 A EP01110424 A EP 01110424A EP 1152639 A2 EP1152639 A2 EP 1152639A2
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EP
European Patent Office
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heating
temperature sensor
carrier
contacts
conductor
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EP01110424A
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EP1152639B2 (de
EP1152639B1 (de
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Volker Block
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EGO Elektro Geratebau GmbH
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EGO Elektro Geratebau GmbH
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Publication of EP1152639A3 publication Critical patent/EP1152639A3/de
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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
    • H05B3/78—Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • H05B3/82—Fixedly-mounted immersion heaters
    • 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
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings
    • 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
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Definitions

  • the invention relates to an electrical heating unit, in particular for liquid media.
  • DE 35 45 454 describes an electrical heating element designed as a hotplate Heating unit has become known in which the carrier is not just one in thick-film technology applied electrical heating resistor, but also one of the heating zone assigned, designed to emit an electrical temperature signal Temperature sensor in the form of a thick film technique Measuring resistance track.
  • the provided for the electrical connection of the heating resistor Heating conductor contacts in an unheated area on the edge of the carrier outside of the heating zone occupied by the electrical heating resistor are arranged firmly on the support. she are there, for example, by an edge plug which can be plugged over the edge of the carrier contactable.
  • the provided for the electrical connection of the measuring resistor track Sensor contacts are in a central, unheated zone of the wearer in the immediate vicinity a fastening bolt arranged, the mechanical fastening of the heating element serves in a hob.
  • Insulated in the carrier in the area of the sensor contacts Feedthrough elements for those required to connect the temperature sensor electrical lines provided, for example in the form of ceramic tubes. Also at this electrical heating unit, electrical connection and assembly are relatively complicated.
  • the invention has for its object a liquid in particular for heating Media provided electrical heating unit to create that with minimal labor is electrically connectable.
  • the invention proposes an electric heating unit with the Features of claim 1 before.
  • Advantageous further developments are in the dependent Claims specified.
  • the wording of all claims is by reference to Content of the description made.
  • An electric heating unit accordingly has a carrier on which Formation of at least one heating zone at least one in flat conductor technology, in particular in Thick film technology, applied electrical heating resistor is firmly attached.
  • Farther at least one temperature sensor assigned to the heating zone is firmly attached to the carrier, which is designed to emit electrical temperature signals, so that the signals of Temperature sensors can be evaluated electronically.
  • the vehicle is for electrical Connection of the heating resistor heating conductor contacts and for the electrical connection of the Temperature sensor sensor contacts assigned and the heating conductor contacts and Sensor contacts are so closely grouped in a connection area that they can be contacted by a single, common connection device.
  • connection of the electric heating unit which is suitable adapted connection device to attach to the heating unit to both the electrical Connect power supply for the heating conductor (s) as well as a signal-conducting one Connection from the temperature sensor to an evaluation device for the temperature signal to accomplish.
  • the preferably in the edge area of the carrier in a heating resistance-free Zone lying connection area advantageously has a lateral extent of maximum a few centimeters, for example less than 5 cm or 4 cm, so that all Carrier-fixed contacts together and, if necessary, manually or mechanically in one operation by means of a suitable, manually or mechanically manipulable connection device are contactable.
  • the complete electrical connection of the heating unit is now over a single, common group connection contact possible, which reduces the effort the contacting of the heating unit becomes minimal.
  • the at least one temperature sensor is preferably also in flat conductor technology, especially in thick-film technology, attached to the carrier, which makes a particularly flat design is feasible.
  • it can be a measuring resistor act, i.e. a heat-sensitive conductor with strong negative (NTC) or strong positive (PTC) temperature coefficient of electrical resistance.
  • the carrier is preferably for direct contact with the medium to be heated trained and accordingly has one or more heating surfaces with which he in surface contact can occur with the medium to be heated. He can do any take a suitable shape and for example by a ceramic plate or disc be formed on the electrically non-conductive material of the heating resistor and Temperature sensor can be applied directly.
  • the carrier consists of a preferably plate-shaped, metallic carrier core, for example Stainless steel, on which at least one insulating layer is applied, which is the heating resistor and possibly carries the temperature sensor.
  • the insulating layer can in particular Thick film processes can be applied, for example by screen printing. Your thickness can be in Range of e.g.
  • the outer surfaces of the carrier core facing away from the heating resistor can also partially or completely with one applied, for example, in the thick-film process Coating to be provided to electrically isolate the carrier and / or against corrosion to be protected by the medium to be heated.
  • connection area ie in the immediate vicinity spatial proximity to the heating conductor contacts and the sensor contacts, at least one Earthing contact for earthing the heating device is provided.
  • connection area ie in the immediate vicinity spatial proximity to the heating conductor contacts and the sensor contacts
  • connection for the grounding of the heating unit be carried out via a common connection device.
  • metallic carrier core and insulating layer can be provided for this purpose in Connection area at least one recess or interruption to the electrical Contacting the carrier core or for connecting a grounding contact to the Carrier core has. Because in the area of insulating layer recesses the carrier core directly is accessible, this area can also be used for secure installation of a separate attachment Connection device on the carrier e.g. can be used by welding.
  • the flat heating conductor contacts and sensor contacts firmly attached to the carrier and, if necessary the at least one grounding contact can thereby when connecting the heating element be contacted that directly to the contact surfaces wires, contact elements or the like. soldered, welded or otherwise electrically conductive firmly to the contact surfaces get connected. It is also possible to provide a pluggable connection device which is designed so that it holds on to the carrier after being attached and that their For example, contact resilient contact elements with the support-fixed contact surfaces. Embodiments are particularly preferred in which one is mechanically fixed to the carrier attached plug contact device is provided with plug contacts with the Heating conductor contacts, the sensor contacts and possibly with the grounding contacts electrically are conductively connected.
  • Such a group plug contact device is useful formed by a single component that can be produced separately from the carrier, which according to Completion of the carrier provided with its electrically active components is firmly attached and as a component of a detachable electrical connector serves a particularly convenient electrical connection, especially during assembly enables.
  • the metallic plug contacts can be assigned to the support-fixed contacts or contact surfaces can be connected in any suitable way, the creates an electrically conductive, mechanically strong connection, especially in the manner of a Welded connection, a soldered connection and / or a (tool-free and possibly cold-producible) Pressure connection.
  • the plug contacts are preferably parallel flat tabs formed in a housing of the plug contact device Plug chamber are arranged. They are preferably in a predetermined range Grid with a predetermined distance from each other or a multiple thereof parallel to each other and in a row next to each other in the connector chamber.
  • the plug contact device preferably has a mechanical coding, which serves to a mix-up of putting the attached on the carrier Plug contact device with a complementary, on a connecting conductor strand ensure the provided socket. This can create a significant potential for errors switched off during assembly and if the heating unit needs to be repaired because incorrect contacting is excluded.
  • the mechanical coding can for example, recesses and / or projections running parallel to the direction of insertion have, with respect to their number, dimension and / or position relative to the plug chamber are different for connector devices to be connected differently.
  • the electrical temperature signal emitted by the temperature sensor can be used for display and / or for regulating or controlling the temperature of the heating element.
  • the heating unit preferably has one Integrated overload protection, which is independent of such an evaluation of the Protect the temperature signal from the heating element against overload and possibly damage and thus can possibly serve as an integrated second security.
  • the overload protection can in particular in the form of at least one weak point in the manner of a fuse be formed, which is arranged in the course of the conductor between the heating conductor contacts.
  • It can be, for example, a printed resistor, the one has lower electrical resistance than the heating conductor, for example with only 1% to 2% of the heating conductor resistance and the one in series in a supply line of the supply voltage located on the carrier.
  • the area performance of the series resistor is cold Expediently chosen higher than the area performance of the heating conductor, so that in the case of a improper operation, for example when the heating unit goes dry, this resistance destroyed and the heating is switched off.
  • the vulnerability can also be caused by a Conductor narrowing can be formed in the course of the heating resistor.
  • the shape of the carrier and the corresponding attachment of the heating resistor and the Temperature sensor can be selected according to the intended application. So are essentially flat, for example for egg cookers, water boilers or the like. in particular, round carrier disks are provided. Possibly. can a carrier on at least one Oppose a stiffener, preferably produced by deforming the beam Have vibrations, in particular in the form of a bent edge section. As a result, the carrier can be stiffened so far against external vibrational forces be that the attached electrical functional devices, such as the heating conductor and the temperature sensor, do not suffer any vibration-related damage.
  • the carrier is designed as a carrier tube, on which, preferably on Outside, the heating conductor or heating resistor and the at least one temperature sensor are attached. It can in particular be such that in the longitudinal direction of the tube at least one side of a heating zone heated by the heating conductor (s) Temperature sensor is attached. This allows the temperature of the to be heated through the pipe flowing medium are measured on the inlet side and outlet side. By Evaluation of these temperature signals can, for example, determine the flow rate become.
  • heating units it is possible to heat in one simple circuit system or in several heating circuits on the insulating support to apply.
  • the performance can be reduced to that Power groups are distributed.
  • the heating conductor (s) of a heating circuit can do this be arranged in series or in parallel, a parallel arrangement preferably being selected so that in the event of a heating conductor failure, the heating unit as such remains functional.
  • suitable selection of the heating circuits different ones can also be used Voltage variants can be switched.
  • FIG. 1 shows a section of the underside of a Electric heating unit 1, which can form the bottom of a kettle, for example.
  • the heating unit comprises a circular, flat support 2, the top 3 of which one Forms heating surface that come into direct contact with the liquid medium to be heated can.
  • the carrier has a metallic carrier core 4 in the form of a circular one Stainless steel plate, through a shape drawing process with a revolving, upward directed drawing radius or edge 5 is provided, which among other things the stiffening of the Serves against vibrational forces introduced from the outside.
  • an insulating layer 6 is applied in the screen printing process, which has glass-like and ceramic phases and which was produced by heat treatment of a corresponding thick-film paste.
  • the insulating layer adhering firmly to the underside of the carrier body 4 has an essentially uniform thickness of approximately 80 ⁇ m and covers the entire flat underside with the exception of two essentially rectangular recesses 7, 8, the size of each approximately 1/2 cm 2 and in the area of which the metallic underside of the carrier core 4 is exposed.
  • the heating resistor 10 On the substantially flat free surface facing away from the carrier body Insulating layer 6 is an electrical heating resistor 10 with surface contact to this adhered arranged.
  • the heating resistor or heating conductor 10 forms the current-carrying Heat source of the electrical heating unit 1 and is in thick-film technology by screen printing and subsequent heat treatment on the insulating layer 6 or the electrical insulating support 2 applied.
  • the heating resistor 10 has several concentrically Arranged, circular arc-shaped heating conductor segments, one the shape of a not completely closed ring heating heating zone, which in radial direction outside of outer heating resistor track segments 12, 13 and inwards is limited by an inner heating resistor track segment 14.
  • Zone 15 free of heat conductors, to which a between the Radial heating conductor-free zone 16 formed on the circumferential ends of the heating conductor track segments connects, in their area also those arranged at a radial distance from each other Recesses 7, 8 are.
  • the radial direction with a distance of approx. 1 mm each mutually arranged heating conductor segments are in the region of their peripheral ends partly with connecting strips 17, which are also applied using thick-film technology interconnected so that all heating conductor segments are connected in series.
  • the temperature sensor is essentially a meandering conductor track 21 made of electrical resistance material with a very positive temperature coefficient of electrical resistance (PTC resistor) formed and can for example in essentially be made of platinum.
  • PTC resistor very positive temperature coefficient of electrical resistance
  • the closely meandering course of the sensor material conductor track allows that on the relatively small, substantially rectangular limited area of the temperature sensor in a narrow space a very long conductor track of the Resistor material is housed, so that the resistance of the temperature sensor changes significantly measurable overall with temperature changes.
  • the two ends of the Conductor tracks 21 are applied to the insulating layer 6 using thick-film technology Connecting tracks 22, 23 with thick-film technology applied to the carrier Sensor contact areas connected, of which only the sensor contact area 24 in FIG. 1 is recognizable.
  • the connecting tracks 22, 23 can, just like the connecting strips 17 between the heating material web segments and the connecting webs 18 between the Heating conductor contacts 19 and the resistance material by a material with relative low electrical resistance, for example silver.
  • a special feature is that the heat conductor contact surfaces 19 for electrical Connection of the heating resistors to a control unit of the heating unit 1 Device and the sensor contact surfaces 24 for connecting the temperature sensor 20 the control unit into a relatively small area 26 with a small area lateral distance from each other.
  • the connection area is within the heat conductor free Zone 16 between the mutually facing circumferential ends of the heating resistor tracks and also includes the two recesses 7, 8, in the area of the stainless steel core 4 of the Can be contacted to ground the stainless steel support core.
  • the Connection area a radial length of about 4 cm and a maximum circumferential width of approx. 3 cm. Because in this area all for the electrical connection of the heating unit necessary contacts are spatially concentrated, the overall electrical connection of the Heating unit conveniently making all the necessary electrical connections in the Connection area 26 take place.
  • the heating unit 1 is via a single plug connection completely electrically contactable, the e.g. producible during assembly and at any time, for example for plug-in connections detachable for all connections the electrical heating resistor, all connections for the temperature sensor 20 and also Connections to ground the heater.
  • the part of the connector that is fixed to the carrier is formed by a plug contact device 30 which has a plastic housing 31 in the form one open to the connection side and largely towards the support by means of a base 32 closed box.
  • the walls of the housing perpendicular to the support surface as well as the bottom include a plug chamber in which plug contacts in the form of Flat tabs 34 to 38 are arranged, which are aligned parallel to each other, protrude vertically from the bottom 32 and in a row with a uniform Grid spacing of 5 mm are arranged in the example.
  • Another tab connector 39 is outside the actual plug chamber inside a recess on the housing attached voice cover 40 housed.
  • the tabs 34 to 39 will be each with the same dimensioned head sections of metallic contact elements formed, which reach through the floor 32, are firmly anchored in the floor and each Have foot sections 41 to 44, which are arranged and dimensioned such that the Foot sections when the plug contact device is placed in the correct position on the carrier in Area of the contact surfaces 19 and 24 or in the area of the recesses 7, 8.
  • the electrical contact between the thick-film contacts 19, 24 for the connection of the heating resistors or the temperature sensor and that which can also be designated as a male connector Plug contact device can with a welding process, a soldering process and / or in a pressing process. Through this contacting is simultaneous also created a mechanical attachment of the plug contact device to the carrier.
  • the foot sections 43, 44 the first or last plug contact of the male connector directly, for example by Welding, on the stainless steel core 4 of the carrier 2 are attached.
  • By fixing on opposite sides is also ensures a reliable strain relief for the male connector 30, so that ensured is that even with repeated manufacture and detachment of the connector or unfavorable cable routing of the cable harness to be connected damage in Area of the plug contact device 30 is largely excluded.
  • the connections to the thick-film contacts 19, 24 of external mechanical Relieved forces are particularly advantageous in the embodiment shown that the foot sections 43, 44 the first or last plug contact of the male connector directly, for example by Welding, on the stainless steel core 4 of the carrier 2 are attached.
  • Another advantage of this group connector technology is that in the shown Embodiment by a special shape of the connector housing 31 distinctive plug connection is created, avoided by miswiring become.
  • mechanical coding is on the plug contact device 30 which ensures that only one cable harness or wiring harness with the correct associated plug socket is connectable.
  • the mechanical coding includes in the perpendicular to the bottom 32 or to the support surface side walls of the housing 31 formed recesses 46 or projections 47, which are at different Plug devices in terms of number, dimension and / or position relative to the plug-in chamber can be designed differently so that only the correct socket can be inserted in each case is. As a result, there is a significant potential for errors in assembly and also in one any repair of the electrical unit having the heating unit is switched off.
  • FIG. 3 shows the construction of another embodiment of a heating unit 50 explained, in which the carrier 51 is in the form of a tube closed in the circumferential direction 52 has through which the medium to be heated, for example water, in the longitudinal direction 53 the electric heating unit is running.
  • Fig. 3 shows a very schematic development of Outside of such a flow heater.
  • the carrier consists essentially of a stainless steel tube 49, on the outside of which an insulating layer 54 using thick-film technology was applied. This has two recesses 56, 57 in the connection area 55, in the Area the metallic carrier material is exposed.
  • the heating conductor On the insulating layer 54 is in thick-film technology an electrical heating resistor 58 applied, the heating conductor one meandering course with parallel to the longitudinal direction 53 long and in the circumferential direction is applied in short sections and which heats a heating zone which covers most of the Heated, for example on a circumferential angle between 300 ° and 340 °.
  • a plug-in contact device 65 fixedly attached to the carrier serves analogously to that in FIG In connection with Figures 1 and 2 described connector device 30 the electrical Connection of the three temperature sensors 59, 60, 61, and the heating conductor 58 with one Cable harness, not shown, of both the supply lines for the heater, as well contains the signal lines for temperature detection.
  • the in the longitudinal direction of the pipe elongated, upstream of the heating resistor 58 in the inlet region of the tube arranged male connector 65 contains nine blade terminal contacts, of which the pair of flat plugs 66 for connecting the heating conductor, the three pairs of flat connectors 67 for connecting the Temperature sensor and the flat plug contacts 68 is used to ground the carrier, which is what the Tab 68 forming contact element in the region of the edge recess 56 of the Insulating layer is welded directly to the metallic tube of the flow heater 50. This is in connection with a corresponding fixation on the opposite End of the male connector 65 also a tensile mechanical attachment given.
  • a special feature of this tubular heating element is that thanks of the several temperature sensors, of which at least one (sensor 59, 60) in Longitudinal direction 53 in front of the heating zone and at least one behind the heating zone, the Temperature of the medium to be heated at the inlet and outlet of the heating section is determinable.
  • the flow rate can be derived from these two temperature values become.
  • the heating unit 50 contains e.g. with temperature sensors 59 and 61 also an integrated sensor for flow measurement or for determining the flow rate. It is useful if the heat-sensitive conductor materials Temperature sensors have a distance from the heating conductor that is at least the simple one Thickness of the carrier material corresponds.
  • a distance is preferably one for the Determination of the media temperature provided at least the temperature sensor Double the thickness of the substrate. This ensures that the temperature at the location of the Sensor is essentially determined by the temperature of the medium to be metered, while the heat generated on the heating conductor is mainly extracted to the medium and practically cannot get directly to the temperature sensor.
  • heat-sensitive conductors it is also possible to create one or more heat-sensitive conductors an excess temperature to detect to secure the heating element against damage switch it off via the electronic controller.
  • the heat-sensitive conductor of a temperature sensor provided for this, e.g. the Sensor 60, has a smaller distance to the heating conductor than twice the thickness of the Backing material. This ensures fast response times.
  • the heat-sensitive conductors can e.g. also arranged under or over the heating conductor and be electrically insulated from it by an insulator layer.
  • the heating unit 50 is one of the regulation of the Heating device has independent overload protection or overtemperature protection.
  • a printed fuse resistor 69 is provided, which is connected in series to the supply line of the Supply voltage for the heating conductor 58 is switched and thus from the supply current is flowed through.
  • the material of the fuse resistor 69 has a higher positive Temperature coefficient as the material of the heating conductor, so that its resistance increases with increasing Temperature rises more than that of the heating conductor.
  • the area coverage of the Series resistor 69 is preferably selected higher than that in the cold state Area performance of the heating conductor.

Landscapes

  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Eine insbesondere zur Beheizung von flüssigen Medien vorgesehene elektrische Heizeinheit (1) hat einen beispielsweise durch eine isolierte Edelstahlplatte gebildeten Träger (2), auf dem mindestens ein in Dickschichttechnik aufgebrachter elektrischer Heizwiderstand (10) sowie ein vorzugsweise ebenfalls in Dickschichttechnik aufgebrachter Temperatursensor (20) aufgebracht sind. Die Heizleiterkontakte (19) zum elektrischen Anschluß des Heizwiderstandes sowie die Sensorkontakte (24) zum Anschluß des Temperaturfühlers an eine Regelung sind in einem Anschlußbereich (26) derart räumlich konzentriert, daä sie durch eine gemeinsame Anschlußeinrichtung, insbesondere in Form einer fest am Träger angebrachten Steckkontakteinrichtung (30) kontaktierbar sind. Dadurch ist die elektrische Kontaktierung sämtlicher elektrisch aktiver Komponenten der Heizeinheit und vorzugsweise auch die Erdung der Heizeinheit mittels eines einzigen Gruppensteckers möglich. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinheit, insbesondere für flüssige Medien.
Zum Beheizen von flüssigen Medien im stehenden und/oder durchlaufenden Zustand, beispielsweise in Boilern, Heißwassergeräten, Wasserkochern, Durchlauferhitzern, Geschirrspülern o. dgl., werden heutzutage häufig Rohrheizkörper oder darauf aufbauende Einrichtungen verwendet. Insbesondere bei Wasserkochern o. dgl. werden auch schon elektrische Heizeinheiten eingesetzt, die einen beispielsweise keramischen Träger aufweisen, auf dem zur Bildung mindestens einer Heizzone mindestens ein in Flachleitertechnik, insbesondere in Dickschichttechnik, aufgebrachter elektrischer Heizwiderstand angebracht ist. Ein Beispiel hierfür ist in der DE 43 41 035 gezeigt. Zur Temperaturabschaltung und/oder Regelung werden bei derartigen Heizeinheiten in der Regel mechanische Bimetallschalter oder separat angebrachte, elektronisch auswertbare Temperaturfühler verwendet. Die Verdrahtung sowie die Montage derartiger Heizsysteme ist aufgrund der Vielzahl herzustellender elektrischer Verbindungen aufwendig.
Aus der DE 35 45 454 ist eine als Kochstellenheizelement ausgebildete elektrische Heizeinheit bekannt geworden, bei der der Träger nicht nur einen in Dickschichttechnik aufgebrachten elektrischen Heizwiderstand trägt, sondern auch einen der Heizzone zugeordneten, zur Abgabe eines elektrischen Temperatursignals ausgebildeten Temperatursensor in Form einer ebenfalls in Dickschichttechnik aufgebrachten Meßwiderstandsbahn. Zur Vereinfachung des elektrischen Anschlusses der Heizeinheit ist vorgesehen, daß die zum elektrischen Anschluß des Heizwiderstandes vorgesehenen Heizleiterkontakte in einem unbeheizten Bereich am Rand des Trägers außerhalb der von dem elektrischen Heizwiderstand belegten Heizzone fest am Träger angeordnet sind. Sie sind dort beispielsweise durch einen über den Rand des Trägers steckbaren Randstecker kontaktierbar. Die zum elektrischen Anschluß der Meßwiderstandsbahn vorgesehenen Sensorkontakte sind in einer zentralen, unbeheizten Zone des Trägers in unmittelbarer Nähe eines Befestigungsbolzens angeordnet, der der mechanischen Befestigung des Heizelementes in einer Kochmulde dient. Im Bereich der Sensorkontakte sind im Träger isolierte Durchführungselemente für die zum Anschluß des Temperatursensors erforderlichen elektrischen Leitungen vorgesehen, beispielsweise in Form von Keramikröhrchen. Auch bei dieser elektrischen Heizeinheit sind elektrischer Anschluß und Montage relativ kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere zur Beheizung flüssiger Medien vorgesehene elektrische Heizeinheit zu schaffen, die mit minimalem Arbeitsaufwand elektrisch anschließbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine elektrische Heizeinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Eine erfindungsgemäße elektrische Heizeinheit hat demnach einen Träger, auf dem zur Bildung mindestens einer Heizzone mindestens ein in Flachleitertechnik, insbesondere in Dickschichttechnik, aufgebrachter elektrischer Heizwiderstand fest angebracht ist. Weiterhin ist am Träger mindestens ein der Heizzone zugeordneter Temperatursensor fest angebracht, der zur Abgabe elektrischer Temperatursignale ausgebildet ist, so daß die Signale des Temperaturfühlers elektronisch auswertbar sind. Dem Träger sind zum elektrischen Anschluß des Heizwiderstandes Heizleiterkontakte und zum elektrischen Anschluß des Temperatursensors Sensorkontakte zugeordnet und die Heizleiterkontakte und Sensorkontakte sind in einem Anschlußbereich räumlich derart eng zusammengefaßt, daß sie durch eine einzige, gemeinsame Anschlußeinrichtung kontaktierbar sind.
Damit reicht es für den vollständigen Anschluß der elektrischen Heizeinheit aus, die geeignet angepaßte Anschlußeinrichtung an der Heizeinheit anzubringen, um sowohl die elektrische Leistungsversorgung für den oder die Heizleiter anzuschließen, als auch eine signalleitende Verbindung vom Temperatursensor zu einer Auswerteeinrichtung für das Temperatursignal zu schaffen. Der vorzugsweise im Randbereich des Trägers in einer heizwiderstandsfreien Zone liegende Anschlußbereich hat vorteilhafterweise eine laterale Ausdehnung von maximal nur wenigen Zentimetern, beispielsweise weniger als 5 cm oder 4 cm, so daß alle trägerfesten Kontakte gemeinsam und ggf. in einem Arbeitsgang manuell oder maschinell mittels einer geeigneten, manuell oder maschinell gut manipulierbaren Anschlußeinrichtung kontaktierbar sind. Damit ist der vollständige elektrische Anschluß der Heizeinheit über einen einzigen, gemeinsamen Gruppenanschlußkontakt möglich, wodurch der Aufwand bei der Kontaktierung der Heizeinheit minimal wird.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Temperatursensor ebenfalls in Flachleitertechnik, insbesondere in Dickschichttechnik, auf dem Träger angebracht, wodurch eine besonders flache Bauform realisierbar ist. Es kann sich dabei insbesondere um einen Meßwiderstand handeln, also um einen wärmeempfindlichen Leiter mit stark negativen (NTC) oder stark positiven (PTC) Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes. Dadurch sind eindeutige, elektronisch einfach auswertbare Temperatursignale erzeugbar.
Der Träger ist vorzugsweise zum direkten Kontakt mit dem zu beheizenden Medium ausgebildet und hat dementsprechend eine oder mehrere Heizflächen, mit denen er in flächigem Berührungskontakt mit dem zu beheizenden Medium treten kann. Er kann jede geeignete Form annehmen und beispielsweise durch eine Keramikplatte oder -scheibe gebildet sein, auf deren elektrisch nicht leitendes Material der Heizwiderstand und der Temperatursensor direkt aufgebracht sein kann. Bei einer bevorzugten Weiterbildung, die auf kostengünstige Weise die Herstellung unterschiedlich geformter Träger ermöglicht, weist der Träger einen vorzugsweise plattenförmigen, metallischen Trägerkern, beispielsweise aus Edelstahl, auf, auf den mindestens eine Isolierschicht aufgebracht ist, die den Heizwiderstand und ggf. den Temperatursensor trägt. Die Isolierschicht kann insbesondere im Dickschichtverfahren aufgebracht sein, beispielsweise durch Siebdruck. Ihre Dicke kann im Bereich von z.B. 20 µm bis 250 µm liegen, beispielsweise zwischen 50 µm und 100 µm. Auch die dem Heizwiderstand abgewandten Außenflächen des Trägerkerns können teilweise oder vollständig mit einer beispielsweise im Dickschichtverfahren aufgebrachten Beschichtung versehen sein, um den Träger elektrisch zu isolieren und/oder gegen Korrosion durch das zu beheizende Medium zu schützen.
Insbesondere bei Ausführungsformen mit teilweise metallischem Träger ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, daß im Anschlußbereich, also in unmittelbarer räumlicher Nähe zu den Heizleiterkontakten und den Sensorkontakten, mindestens ein Erdungskontakt zur Erdung der Heizeinrichtung vorgesehen ist. Damit kann neben der Netzversorgung und dem Sensoranschluß auch der Anschluß für die Erdung der Heizeinheit über eine gemeinsame Anschlußeinrichtung vollzogen werden. Bei Ausführungsformen mit metallischem Trägerkern und Isolierschicht kann hierzu vorgesehen sein, daß diese im Anschlußbereich mindestens eine Ausnehmung bzw. Unterbrechung zur elektrischen Kontaktierung des Trägerkernes bzw. zum Anschluß eines Erdungskontaktes an den Trägerkern aufweist. Da im Bereich von Isolierschichtausnehmungen der Trägerkern direkt zugänglich ist, kann dieser Bereich ggf. auch zur zugsicheren Befestigung einer gesonderten Anschlußeinrichtung am Träger z.B. durch Anschweißen genutzt werden.
Die am Träger fest angebrachten flächigen Heizleiterkontakte und Sensorkontakte sowie ggf. der mindestens eine Erdungskontakt können beim Anschluß des Heizelementes dadurch kontaktiert werden, daß direkt an die Kontaktflächen Drähte, Kontaktelemente o. dgl. angelötet, angeschweißt oder auf andere Weise elektrisch leitend fest mit den Kontaktflächen verbunden werden. Es ist auch möglich, eine aufsteckbare Anschlußeinrichtung vorzusehen, die so ausgebildet ist, daß sie nach dem Aufstecken am Träger festhält und daß ihre beispielsweise federnden Kontaktelemente mit den trägerfesten Kontaktflächen kontaktieren. Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen eine am Träger mechanisch fest angebrachte Steckkontakteinrichtung mit Steckkontakten vorgesehen ist, die mit den Heizleiterkontakten, den Sensorkontakten und ggf. mit den Erdungskontakten elektrisch leitend verbunden sind. Eine derartige Gruppensteckkontakteinrichtung wird zweckmäßig durch ein einziges, vom Träger gesondert herstellbares Bauteil gebildet, das nach Fertigstellung des mit seinen elektrisch aktiven Komponenten versehenen Trägers an diesen fest angebracht wird und als eine Komponente einer lösbaren elektrischen Steckverbindung dient, die einen besonders bequemen elektrischen Anschluß insbesondere bei der Montage ermöglicht. Die metallischen Steckkontakte können mit den jeweils zugeordneten, trägerfesten Kontakten bzw. Kontaktflächen auf jede geeignete Weise verbunden sein, die eine elektrisch leitende, mechanisch feste Verbindung schafft, insbesondere nach Art einer Schweißverbindung, einer Lötverbindung und/oder einer (hilfsmittelfrei und ggf. kalt herstellbaren) Anpreßverbindung.
Die Steckkontakte sind vorzugsweise als parallel zueinander liegende Flachsteckzungen ausgebildet, die in einer in einem Gehäuse der Steckkontakteinrichtung ausgebildeten Steckerkammer angeordnet sind. Sie liegen dabei vorzugsweise in einem vorgegebenen Raster mit einem vorgegebenen Abstand voneinander oder einem Vielfachen davon parallel zueinander und in Reihe nebeneinander in der Steckerkammer. Dadurch, daß mehrere zu einem Zu- oder Abgangsleitungsstrang bzw. -kabelbaum gehörende Flachsteckanschlüsse im Inneren einer Steckerkammer angeordnet sind, liegen sie völlig geschützt und zwar sowohl gegen mechanische, als auch gegen die elektrische Sicherheit beeinflussende Gegebenheiten. Die Anschlüsse können in einem sehr engen, beispielsweise einem 5 mm-Raster vorgesehen sein, ohne daß Kurzschlüsse oder Überhitzungen zu befürchten sind.
Vorzugsweise hat die Steckkontakteinrichtung eine mechanische Codierung, die dazu dient, ein verwechselungssicheres Zusammenstecken der am Träger angebrachten Steckkontakteinrichtung mit einer komplementären, an einem Anschlußleiterstrang vorgesehenen Steckerbuchse sicherzustellen. Dadurch kann ein wesentliches Fehlerpotential bei der Montage und bei einer evtl. erforderlichen Reparatur der Heizeinheit ausgeschaltet werden, da Fehlkontaktierungen ausgeschlossen werden. Die mechanische Codierung kann beispielsweise parallel zur Steckrichtung verlaufende Ausnehmungen und/oder Vorsprünge aufweisen, die bzgl. ihrer Anzahl, Dimension und/oder Position relativ zu der Steckerkammer bei unterschiedlich anzuschließenden Steckereinrichtungen unterschiedlich sind.
Das vom Temperatursensor abgegebene, elektrische Temperatursignal kann zur Anzeige und/oder zur Regelung oder Steuerung der Temperatur des Heizelementes genutzt werden. Insbesondere kann mit Hilfe des Temperatursensors im unsachgemäßen Gebrauch des Heizelementes, beispielsweise beim Betrieb ohne Wärmeabnahme, eine Übertemperatur detektiert und das Heizelement über die angeschlossene elektronische Regelung abgeschaltet und damit vor Schädigung geschützt werden. Vorzugsweise hat die Heizeinheit eine integrierte Überlastsicherung, die unabhängig von einer derartigen Auswertung des Temperatursignales das Heizelement vor Überbelastung und ggf. Beschädigung schützen und somit ggf. als integrierte zweite Sicherheit dienen kann. Die Überlastsicherung kann insbesondere in Form mindestens einer Schwachstelle nach Art einer Schmelzsicherung ausgebildet sein, die im Leiterverlauf zwischen den Heizleiterkontakten angeordnet ist. Es kann sich dabei beispielsweise um einen gedruckten Widerstand handeln, der einen niedrigeren elektrischen Widerstand als der Heizleiter hat, beispielsweise mit nur 1% bis 2% des Heizleiterwiderstandes und der sich in Serie in einer Zuleitung der Versorgungsspannung auf dem Träger befindet. Die Flächenleistung des Vorwiderstandes ist im kalten Zustand zweckmäßig höher gewählt als die Flächenleistung des Heizleiters, so daß im Falle eines unsachgemäßen Betriebes, beispielsweise beim Trockengehen der Heizeinheit, dieser Widerstand zerstört und die Heizung abgeschaltet wird. Die Schwachstelle kann auch durch eine Leiterbahnverengung im Verlauf des Heizwiderstandes gebildet sein.
Die Form des Trägers und die entsprechende Anbringung des Heizwiderstandes und des Temperatursensors kann entsprechend der vorgesehenen Anwendung gewählt werden. So sind beispielsweise für Eierkocher, Wasserboiler o. dgl. im wesentlichen flache, insbesondere runde Trägerscheiben vorgesehen. Ggf. kann ein Träger an mindestens einer Stelle eine vorzugsweise durch Verformung des Trägers hergestellte Versteifung gegen Schwingungen aufweisen, insbesondere in Form eines aufgebogenen Randabschnittes. Dadurch kann der Träger so weit gegen von außen eingeleitete Schwingungskräfte versteift werden, daß die daran angebrachten elektrischen Funktionseinrichtungen, wie der Heizleiter und der Temperatursensor, keine schwingungsbedingten Schäden erleiden.
Bei anderen Ausführungsformen, die beispielsweise zum Aufbau von Durchflußerhitzern verwendbar sind, ist der Träger als Trägerrohr ausgebildet, an dem, vorzugsweise an seiner Außenseite, der Heizleiter bzw. Heizwiderstand und der mindestens eine Temperatursensor angebracht sind. Dabei kann es insbesondere so sein, daß in Längsrichtung des Rohres auf beiden Seiten einer durch den oder die Heizleiter beheizten Heizzone mindestens ein Temperatursensor angebracht ist. Dadurch kann die Temperatur des zu beheizenden, durch das Rohr strömenden Mediums einlaßseitig und auslaßseitig gemessen werden. Durch Auswertung dieser Temperatursignale kann beispielsweise die Durchflußmenge ermittelt werden.
Bei allen erfindungsgemäßen Heizeinheiten ist es möglich, die Beheizung in einem einfachen Kreissystem oder in mehreren Heizkreisen auf dem isolierenden Träger aufzubringen. Bei Mehrkreissystemen kann die Leistung nach Wunsch auf die Leistungskreise verteilt werden. Der oder die Heizleiter eines Heizkreises können dabei seriell oder parallel angeordnet sein, wobei bevorzugt eine parallele Anordnung gewählt wird, damit im Falle eines Ausfalls eines Heizleiters die Heizeinheit als solche funktionstüchtig bleibt. Durch geeignete Wahl der Heizkreise können auch unterschiedliche Spannungsvarianten geschaltet werden.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1
eine schrägperspektivische Ansicht der Unterseite einer als Boden für einen Wasserkocher verwendbaren, erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinheit mit einer fest am Träger der Heizeinheit angebrachten Steckkontakteinrichtung;
Fig. 2
einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 3
eine schematische Darstellung einer Abwicklung einer elektrischen Heizeinheit in Form eines Durchflußerhitzers.
Die schrägperspektivische Darstellung in Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Unterseite einer elektrischen Heizeinheit 1, die beispielsweise den Boden eines Wasserkochers bilden kann. Die Heizeinheit umfaßt einen kreisrunden, flachen Träger 2, dessen Oberseite 3 eine Heizfläche bildet, die direkt mit dem zu beheizenden flüssigen Medium in Kontakt treten kann. Der Träger hat einen metallischen Trägerkern 4 in Form einer kreisrunden Edelstahlplatte, die durch einen Formziehprozeß mit einem umlaufenden, nach oben gerichteten Ziehradius bzw. Rand 5 versehen ist, der unter anderem der Versteifung des Trägers gegen von außen eingeleitete Schwingungskräfte dient.
Auf der ebenen Unterseite des Trägerkerns 4 ist im Siebdruckverfahren eine Isolierschicht 6 aufgebracht, die glasartige und keramische Phasen aufweist und die durch Wärmebehandlung einer entsprechenden Dickschichtpaste hergestellt wurde. Die fest auf der Unterseite des Trägerköreprs 4 haftende Isolierschicht hat eine im wesentlichen gleichförmige Dicke von ca. 80 µm und bedeckt die gesamte ebene Unterseite mit Ausnahme zweier jeweils im wesentlichen rechteckiger Aussparungen 7, 8, deren Größe jeweils ca. 1/2 cm2 beträgt und in deren Bereich die metallische Unterseite des Trägerkerns 4 freiliegt.
Auf der dem Trägerkörper abgewandten, im wesentlichen ebenen freien Oberfläche der Isolierschicht 6 ist mit flächigem Kontakt zu dieser ein elektrischer Heizwiderstand 10 fest haftend angeordnet. Der Heizwiderstand bzw. Heizleiter 10 bildet die stromdurchflossene Wärmequelle der elektrischen Heizeinheit 1 und ist in Dickschichttechnik durch Siebdruck und nachfolgende Wärmebehandlung auf die Isolierschicht 6 bzw. den elektrisch isolierenden Träger 2 aufgebracht. Der Heizwiderstand 10 weist mehrere, konzentrisch zueinander angeordnete, kreisbogenförmige Heizleiterbahnsegmente auf, die eine die Form eines nicht vollständig geschlossenen Ringes einnehmende Heizzone beheizen, die in radialer Richtung außen von äußeren Heizwiderstandsbahnsegmenten 12, 13 und nach innen durch ein inneres Heizwiderstandsbahnsegment 14 begrenzt ist. Um das Zentrum des Trägers ist im Inneren des inneren Heizwiderstandsbahnsegmentes 14 eine etwa kreisförmige, heizleiterfreie Zone 15 gebildet, an die sich in Radialrichtung eine zwischen den Umfangsenden der Heizleiterbahnsegmente gebildete radiale heizleiterfreie Zone 16 anschließt, in deren Bereich auch die mit radialem Abstand zueinander angeordneten Ausnehmungen 7, 8 liegen. Die in Radialrichtung mit einem Abstand von jeweils ca. 1 mm zueinander angeordneten Heizleiterbahnsegmente sind im Bereich ihrer Umfangsenden teilweise mit ebenfalls in Dickschichttechnik aufgebrachten Verbindungsstreifen 17 derart untereinander verbunden, daß alle Heizleiterbahnsegmente in Serie geschaltet sind. Von den einander zugewandten Enden der äußeren Heizleiterbahnsegmente 12, 13 führen ebenfalls in Dickschichttechnik auf die Isolierschicht aufgebrachte Zuleitungsbahnen 18 bis zu zwei in Dickschichttechnik aufgebrachten Heizleiterkontaktflächen, von denen nur die Kontaktfläche 19 in Fig. 1 erkennbar ist. Bei Anlegen einer Versorgungsspannung an die Heizleiterkontakte 19 wird also die gesamte Heizzone mittels des elektrischen Heizwiderstandes 10 flächig und im wesentlichen mit gleichmäßig verteilter Flächenleistung beheizt.
Im Bereich der zentrischen, heizleiterfreien Zone 15 ist mit radialem Abstand zu der mit Heizwiderständen belegten Heizzone ein Temperatursensor 20 ebenfalls im Dickschichtverfahren auf die Isolierschicht 6 bzw. den Träger 2 aufgebracht. Der Temperatursensor wird im wesentlichen durch eine mäanderförmig verlaufende Leiterbahn 21 aus elektrischem Widerstandsmaterial mit einem stark positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (PTC-Widerstand) gebildet und kann beispielsweise im wesentlichen aus Platin hergestellt sein. Der eng mäandrierende Verlauf der Sensormaterial-Leiterbahn ermöglicht es, daß auf der relativ kleinen, im wesentlichen rechtwinklig begrenzten Fläche des Temperatursensors auf engem Raum eine sehr lange Leiterbahn des Widerstandsmaterials untergebracht ist, so daß sich der Widerstand des Temperatursensors insgesamt bei Temperaturveränderungen deutlich meßbar ändert. Die beiden Enden der Leiterbahn 21 sind über in Dickschichttechnik auf die Isolierschicht 6 aufgebrachte Verbindungsbahnen 22, 23 mit in Dickschichttechnik auf dem Träger aufgebrachten Sensorkontaktflächen verbunden, von denen nur die Sensorkontaktfläche 24 in Fig. 1 erkennbar ist. Die Verbindungsbahnen 22, 23 können, genau wie die Verbindungsstreifen 17 zwischen den Heizmaterialbahnsegmenten und die Verbindungsbahnen 18 zwischen den Heizleiterkontakten 19 und dem Widerstandsmaterial durch ein Material mit relativ geringem elektrischen Widerstand, beispielsweise Silber, gebildet sein.
Zur elektrischen Isolation nach außen sowie zum Schutz gegen mechanische Beschädigung und andere Beschädigungen, beispielsweise durch Korrosion, ist eine weitere, in Dickschichttechnik aufgetragene Isolationsschicht 25 vorgesehen, die mit Ausnahme der Heizleiterkontaktflächen 19 alle stromführenden Elemente der Widerstandsheizung und, mit Ausnahme der Sensorkontaktflächen 24, alle stromdurchflossenen Elemente des Temperatursensors und seiner Zuleitungen nach außen abdeckt. Die äußere Schutzschicht 25 wird so aufgebracht, daß neben den Kontaktflächen 19, 25 auch die Bereiche der Aussparungen 7, 8 unbedeckt bleiben, so daß im Bereich der Aussparung 7, 8 ein elektrisch leitender Zugang zum metallischen Trägerkern 4 verbleibt.
Eine Besonderheit liegt nun darin, daß die Heizleiterkontaktflächen 19 zum elektrischen Anschluß der Heizwiderstände an eine Steuereinheit der die Heizeinheit 1 aufweisenden Vorrichtung sowie die Sensorkontaktflächen 24 zum Anschluß des Temperatursensors 20 an die Steuereinheit in einen flächenmäßig recht kleinen Anschlußbereich 26 mit geringem lateralen Abstand zueinander liegen. Der Anschlußbereich liegt innerhalb der heizleiterfreien Zone 16 zwischen den einander zugewandten Umfangsenden der Heizwiderstandsbahnen und umfaßt auch die beiden Ausnehmungen 7, 8, in deren Bereich der Edelstahlkern 4 des Trägers kontaktiert werden kann, um den Edelstahlträgerkern zu erden. Im Beispiel hat der Anschlußbereich eine radiale Länge von etwa 4 cm und eine Umfangsbreite von maximal ca. 3 cm. Da in diesem Bereich alle für den elektrischen Anschluß der Heizeinheit erforderlichen Kontakte räumlich konzentriert sind, kann der elektrische Gesamtanschluß der Heizeinheit bequem unter Herstellung aller erforderlichen elektrischen Verbindungen im Anschlußbereich 26 erfolgen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Heizeinheit 1 über eine einzige Steckverbindung vollständig elektrisch kontaktierbar, wobei die einfach z.B. bei der Montage herstellbare und jederzeit, beispielsweise für Reparaturzwecke lösbare Steckverbindung alle Anschlüsse für den elektrischen Heizwiderstand, alle Anschlüsse für den Temperatursensor 20 und auch Anschlüsse zur Erdung der Heizeinheit umfaßt. Der trägerfeste Teil der Steckverbindung wird durch eine Steckkontakteinrichtung 30 gebildet, die ein Kunststoffgehäuse 31 in Form eines zur Anschlußseite hin offenen und zum Träger hin mittels eines Bodens 32 weitgehend geschlossenen Kastens hat. Die senkrecht zur Trägerfläche stehenden Wände des Gehäuses sowie der Boden schließen eine Steckerkammer ein, in der Steckkontakte in Form von Flachsteckzungen 34 bis 38 angeordnet sind, die parallel zueinander ausgerichtet sind, senkrecht vom Boden 32 nach außen abstehen und in einer Reihe mit einem gleichmäßigen Rasterabstand von im Beispiel 5 mm angeordnet sind. Ein weiterer Flachsteckkontakt 39 ist außerhalb der eigentlichen Steckerkammer innerhalb einer Ausnehmung einer am Gehäuse angebrachten Stimabdeckung 40 untergebracht. Die Flachsteckzungen 34 bis 39 werden jeweils durch gleich dimensionierte Kopfabschnitte von metallischen Kontaktelementen gebildet, die den Boden 32 durchgreifen, im Boden fest verankert sind und jeweils Fußabschnitte 41 bis 44 aufweisen, die derart angeordnet und dimensioniert sind, daß die Fußabschnitte bei lagerichtigem Aufsetzen der Steckkontakteinrichtung auf den Träger im Bereich der Kontaktflächen 19 bzw. 24 bzw. im Bereich der Ausnehmungen 7, 8 liegen.
Die elektrische Kontaktierung zwischen den Dickschichtkontakten 19, 24 für den Anschluß der Heizwiderstände bzw. des Temperatursensors und der auch als Messerleiste bezeichenbaren Steckkontakteinrichtung kann mit einem Schweißverfahren, einem Lötverfahren und/oder in einem Anpreßverfahren erfolgen. Durch diese Kontaktierung ist gleichzeitig auch eine mechanische Befestigung der Steckkontakteinrichtung am Träger geschaffen.
Besonders vorteilhaft bei der gezeigten Ausführungsform ist es, daß die Fußabschnitte 43, 44 des ersten bzw. letzten Steckkontaktes der Messerleiste direkt, beispielsweise durch Anschweißen, an dem Edelstahlkern 4 des Trägers 2 befestigt sind. Dadurch ist einerseits eine Erdung des Edelstahlträgers durch Kontaktierung der zugeordneten Flachsteckzungen 34 und/oder 39 möglich. Durch die Fixierung an gegenüberliegenden Seiten ist außerdem eine zuverlässige Zugentlastung für die Messerleiste 30 gewährleistet, so daß sichergestellt ist, daß auch bei mehrmaligem Herstellen und Lösen der Steckverbindung oder bei ungünstiger Kabelführung des anzuschließenden Kabelbaumes eine Beschädigung im Bereich der Steckkontakteinrichtung 30 weitgehend ausgeschlossen ist. Insbesondere sind die zu den Dickschichtkontakten 19, 24 führenden Verbindungen von äußeren mechanischen Kräften entlastet.
Ein weiterer Vorteil dieser Gruppenstecktechnik besteht darin, daß bei der gezeigten Ausführungsform durch spezielle Formgebung des Steckergehäuses 31 ein unverwechselbarer Steckanschluß geschaffen ist, durch den Fehlverdrahtungen vermieden werden. Hierzu ist an der Steckkontakteinrichtung 30 eine mechanische Codierung vorgesehen, die sicherstellt, daß nur ein Kabelbaum oder Leitungsstrang mit der richtigen, zugehörigen Steckerbuchse anschließbar ist. Die mechanische Codierung umfaßt in den senkrecht zum Boden 32 bzw. zur Trägerfläche ausgerichteten Seitenwänden des Gehäuses 31 ausgebildete Ausnehmungen 46 bzw. Vorsprünge 47, die bei unterschiedlichen Steckeinrichtungen bzgl. Anzahl, Dimension und/oder Position relativ zur Steckkammer so unterschiedlich ausgebildet sein können, daß nur jeweils die richtige Steckbuchse einführbar ist. Dadurch wird ein wesentliches Fehlerpotential bei der Montage und auch bei einer eventuellen Reparatur des die Heizeinheit aufweisenden Elektrogerätes ausgeschaltet.
Anhand von Fig. 3 wird der Aufbau einer anderen Ausführungsform einer Heizeinheit 50 erläutert, bei der der Träger 51 die Form eines in Umfangsrichtung 52 geschlossenen Rohres hat, durch das das zu beheizende Medium, beispielsweise Wasser, in Längsrichtung 53 durch die elektrische Heizeinheit läuft. Fig. 3 zeigt stark schematisch eine Abwicklung der Außenseite eines derartigen Durchflußerhitzers. Der Träger besteht im wesentlichen aus einem Edelstahlrohr 49, auf dessen Außenseite eine Isolierschicht 54 in Dickschichttechnik aufgebracht wurde. Diese hat im Anschlußbereich 55 zwei Ausnehmungen 56, 57, in deren Bereich das metallische Trägermaterial freiliegt. Auf die Isolierschicht 54 ist in Dickschichttechnik ein elektrischer Heizwiderstand 58 aufgebracht, dessen Heizleiterbahn einen mäandrierenden Verlauf mit parallel zur Längsrichtung 53 langen und in Umfangsrichtung kurzen Abschnitten aufgebracht ist und der eine Heizzone beheizt, die den größten Teil des Umfanges, beispielsweise auf einem Umfangswinkel zwischen 300° und 340°, beheizt.
Auf der Isolierschicht 54 sind außerdem drei Temperatursensoren 59, 60, 61 in Dickschichttechnik aufgetragen, die in Durchflußrichtung 53 voneinander beabstandet sind. Dabei liegen die beiden auf axialer Höhe des Anschlußbereiches angeordneten Temperatursensoren 59, 60 in Durchflußrichtung vor der durch die Heizleiterwindungen 58 bestimmten Heizzone, während der dritte Temperatursensor 61 hinter der Heizzone liegt. Diese Leiteranordnung kann außen durch eine weitere Isolierschicht schützend abgedeckt sein.
Eine am Träger fest angebrachte Steckkontakteinrichtung 65 dient analog der im Zusammenhang mit Figuren 1 und 2 beschriebenen Steckereinrichtung 30 dem elektrischen Anschluß sowohl der drei Temperaturfühler 59, 60, 61, als auch des Heizleiters 58 mit einem nicht gezeigten Kabelstrang, der sowohl die Versorgungsleitungen für die Heizung, als auch die Signalleitungen für die Temperaturerfassung enthält. Die in Längsrichtung des Rohres langgestreckte, stromaufwärts des Heizwiderstandes 58 im Einlaßbereich des Rohres angeordnete Messerleiste 65 enthält neun Flachsteckkontakte, von denen das Flachstekerpaar 66 zum Anschluß des Heizleiters, die drei Flachstekerpaare 67 zum Anschluß der Temperaturfühler und der Flachsteckkontakte 68 der Erdung des Trägers dient, wozu das die Flachsteckzunge 68 bildende Kontaktelement im Bereich der Randausnehmung 56 der Isolierschicht direkt an das metallische Rohr des Durchflußerhitzers 50 angeschweißt ist. Hierdurch ist in Verbindung mit einer entsprechenden Fixierung am gegenüberliegenden Ende der Messerleiste 65 gleichzeitig auch eine zugsichere mechanische Befestigung gegeben.
Eine Besonderheit dieses in Rohrform ausgebildeten Heizelementes besteht darin, daß dank der mehreren Temperaturfühler, von denen mindestens einer (Fühler 59, 60) in Längsrichtung 53 vor der Heizzone und mindestens einer hinter der Heizzone liegt, die Temperatur des zu beheizenden Mediums am Einlaß und am Auslaß der Heizstrecke bestimmbar ist. Aus diesen beiden Temperaturwerten kann die Durchflußmenge abgeleitet werden. Entsprechend enthält die Heizeinheit 50 z.B. mit den Temperaturfühlern 59 und 61 auch einen integrierten Sensor zur Durchflußmessung bzw. zur Bestimmung der Durchflußmenge. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die wärmeempfindlichen Leitermaterialien der Temperatursensoren einen Abstand zum Heizleiter haben, der mindestens der einfachen Dicke des Trägermaterials entspricht. Vorzugsweise beträgt ein Abstand eines für die Bestimmung der Medientemperatur vorgesehenen Temperatursensors mindestens das Doppelte der Trägermaterialdicke. Dadurch wird erreicht, daß die Temperatur am Ort des Sensors im wesentlichen durch die Temperatur des zumessenden Mediums bestimmt ist, während die am Heizleiter erzeugte Wärme vorwiegend zum Medium abgezogen wird und praktisch nicht direkt zum Temperatursensor gelangen kann.
Es ist auch möglich, mit Hilfe eines oder mehrerer wärmeempfindlicher Leiter das Entstehen einer Übertemperatur zu detektieren, um zur Sicherung des Heizelementes gegen Beschädigung dieses über den elektronischen Regler abzuschalten. Hierfür ist es zweckmäßig, wenn der wärmeempfindliche Leiter eines hierfür vorgesehenen Temperaturfühlers, z.B. der Sensor 60, einen kleineren Abstand zum Heizleiter hat als die zweifache Dicke des Trägermaterials. Dadurch können schnelle Reaktionszeiten sichergestellt werden. Der wärmeempfindliche Leiter kann dabei z.B. auch unter oder über dem Heizleiter angeordnet und durch eine Isolatorschicht von diesem elektrisch isoliert sein.
Eine weitere Besonderheit der Heizeinheit 50 liegt darin, daß sie eine von der Regelung der Heizeinrichtung unabhängige Überlastsicherung bzw. Übertemperatursicherung hat. Hierzu ist ein gedruckter Sicherungswiderstand 69 vorgesehen, der in Serie in die Zuleitung der Versorgungsspannung für den Heizleiter 58 geschaltet ist und damit vom Versorgungsstrom durchströmt wird. Das Material des Sicherungswiderstandes 69 hat einen höheren positiven Temperaturkoeffizienten als das Material des Heizleiters, so daß sein Widerstand bei steigender Temperatur stärker steigt als derjenige des Heizleiters. Die Flächenleistung des Vorwiderstandes 69 ist vorzugsweise im kalten Zustand höher gewählt als die Flächenleistung des Heizleiters. Im Falle eines unsachgemäßen Gebrauchs der Heizeinheit, beispielsweise beim Trockengehen, also beim Betrieb ohne Wärmeabnahme, wird dieser Widerstand zerstört und die Zuleitung zwischen Anschlußeinrichtung 65 und Heizwiderstand 58 unterbrochen. Eine derartige nach Art einer Schmelzsicherung arbeitende Schwachstelle kann selbstverständlich auch bei Ausführungsformen der in Fig. 1 und 2 gezeigten Art vorgesehen sein.

Claims (12)

  1. Elektrische Heizeinheit, insbesondere für flüssige Medien, mit einem Träger (2; 51), auf dem zur Bildung mindestens einer Heizzone mindestens ein in Flachleitertechnik, insbesondere in Dickschichttechnik, aufgebrachter elektrischer Heizwiderstand (10; 58) sowie mindestens ein der Heizzone zugeordneter, zur Abgabe elektrischer Temperatursignale ausgebildeter Temperatursensor (20; 59; 60; 61) fest angebracht ist, wobei dem Träger zum elektrischen Anschluss des Heizwiderstandes Heizleiterkontakte (19) und zum elektrischen Anschluss des Temperatursensors Sensorkontakte (24) zugeordnet sind und die Heizleiterkontakte und Sensorkontakte in einem Anschlussbereich (26; 55) räumlich derart eng zusammengefasst sind, dass sie durch eine gemeinsame Anschlusseinrichtung (30; 65) kontaktierbar sind.
  2. Heizeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (20; 59, 60, 61) in Flachleitertechnik, insbesondere in Dickschichttechnik, auf dem Träger (2; 51) aufgebracht ist, wobei es sich bei dem Temperatursensor vorzugsweise um einen Messwiderstand handelt.
  3. Heizeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2; 51) einen vorzugsweise plattenförmigen metallischen Trägerkern (4; 49) aufweist, auf dem mindestens eine elektrisch isolierende Isolierschicht (6; 54) zum Tragen des Heizwiderstandes (10; 58) und ggf. des Temperatursensors (20; 59, 60, 61) angebracht ist.
  4. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschlußbereich (26; 55) in räumlicher Nähe zu den Heizleiterkontakten (19) und den Sensorkontakten (24) mindestens ein Erdungskontakt (7, 8; 56) zur Erdung der Heizeinrichtung vorgesehen ist.
  5. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an dem Träger (2; 51) fest angebrachte Steckkontakteinrichtung (30; 65) vorgesehen ist, die Steckkontakte (34 bis 39; 66 bis 68) aufweist, die mit jeweils zugeordneten Heizleiterkontakten (19), Sensorkontakten (24) und ggf. dem Erdungskontakt (7, 8; 56) elektrisch leitend verbunden sind.
  6. Heizeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckkontakteinrichtung (30; 65) zur Bildung von mechanisch festen elektrisch leitenden Verbindungen an trägerfesten Kontakten (19, 24, 7, 8) angeschweißt, angelötet und/oder mittels einer Anpressverbindung befestigt ist, wobei vorzugsweise die Steckkontakteinrichtung (30; 65) an mindestens einer Stelle, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Stellen, an einem metallischen Trägerkern (4; 49) des Trägers angeschweißt ist.
  7. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer Übertemperatursicherung mindestens ein Temperatursensor (60) derart nahe bei einem Heizwiderstand (58) angeordnet ist, dass bei Abwesenheit eines zu beheizenden Mediums eine schnelle Wärmeleitung zwischen Heizwiderstand und Temperatursensor erfolgt, wobei vorzugsweise ein Abstand zwischen dem Heizwiderstand (58) und dem Temperatursensor (60) geringer ist als das Doppelte des Abstandes zwischen Heizleiter und beheizbarem Medium, insbesondere kleiner als die zweifache Dicke des Trägermaterials.
  8. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (51) zur Bildung einer vom zu beheizenden Medium durchströmbaren Heizeinrichtung als Trägerrohr ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Heizwiderstand (58) und/oder der Temperatursensor (59, 60, 61) an der Außenseite des Trägerrohres angebracht ist.
  9. Heizeinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung (53) des Trägerrohres mindestens ein Temperaturfühler (59, 61) vor einer mit Heizwiderstand (58) belegten Heizzone und mindestens ein Temperatursensor (61) hinter der Heizzone angeordnet ist.
  10. Heizeinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen integrierten Sensor zur Bestimmung der Durchflußmenge des Mediums durch das Trägerrohr aufweist, wobei der Sensor mindestens einen in Durchströmungsrichtung (53) vor einer Heizzone angebrachten Temperatursensor (59) und mindestens einen in Durchströmungsrichtung hinter einer Heizzone angebrachten Temperatursensor (61) umfaßt, wobei insbesondere die Temperatursensoren (59, 61) des Durchflußsensors einen Abstand zu dem Heizleiter (58) haben, der mindestens der einfachen Dicke des Trägermaterials entspricht.
  11. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Temperatur des beheizten Mediums mindestens ein Temperatursensor vorgesehen ist, dessen Abstand zu einem Heizleiter mehr als das Doppelte der dicke des Trägermaterials beträgt.
  12. Heizeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung einer guten Wärmeankopplung zwischen Heizwiderstand und Temperatursensor mindestens ein vorzugsweise in Flachleitertechnik hergestellter Temperatursensor oberhalb oder unterhalb eines in Flachleitertechnik hergestellten Heizleiters angeordnet und durch eine Isolatorschicht von diesem elektrisch isoliert ist.
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