EP1338174A1 - Elektrischer heizkörper - Google Patents

Elektrischer heizkörper

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EP1338174A1
EP1338174A1 EP01989039A EP01989039A EP1338174A1 EP 1338174 A1 EP1338174 A1 EP 1338174A1 EP 01989039 A EP01989039 A EP 01989039A EP 01989039 A EP01989039 A EP 01989039A EP 1338174 A1 EP1338174 A1 EP 1338174A1
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EP
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heat
conductor
temperature
distribution plate
heat distribution
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EP01989039A
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Wolfgang MÜCKE
Bert Peters
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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Definitions

  • the invention relates to an electric radiator consisting of a thermally highly conductive heat distributor plate, at least one heat conductor from a thick-film conductor track applied to the heat distributor plate on one side, which leaves at least one area of the heat distributor plate uncovered and a connecting element for the galvanic connection to the conductor track ends according to the Preamble of claim 1.
  • thick-film heaters In addition to various known heating plates with thermally closely contacted tubular radiators for heating mostly liquid media in water-bearing household appliances such as washing machines or dishwashers, so-called thick-film heaters are also known, in which, with the interposition of mineral insulation - today mostly made of silicate glass - flat heating conductor tracks as thick layers on one good heat-conducting, mostly metallic heat distribution plate are applied. The metallic plate is inserted in a cutout of the medium container and has direct contact with the medium.
  • the object of the invention is to ensure a continuous measurement of the temperature of the medium to be heated which is as delay-free as possible while the thick-film heater is in operation. It is desirable that no further breakthrough must be provided in the container for the measurement of the medium temperature.
  • this object is achieved in the case of an electric radiator of the type mentioned at the outset in that a temperature-dependent resistor is formed on the area from a thick-film conductor track made of a material on the same side of the heat distribution plate as the heating conductor, and having a sufficient absolute value for the evaluation of the temperature coefficient in one such as the heating conductor electrically insulated and thermally decoupled from the heating conductor is provided.
  • the integration of the temperature sensor according to the invention, likewise in thick-film technology, directly on the heat distribution plate has the advantage that the temperature of the medium is detected immediately after it has been heated, without any cooling process having started. Since the thick-film heating conductors are particularly well thermally coupled to the heat distribution plate, as a result of which a rapid transfer of the heating power takes place, which in turn is then also transmitted quickly to the medium, the thermal coupling of a temperature-dependent resistor in thick-film technology according to the invention is even close to the same heat distribution plate of the heating conductor possible without having to fear a significant thermal coupling directly to the heating conductor. As a result, the temperature sensor has better thermal coupling via the heat distribution plate to the heated liquid than to the relatively distant heating conductor.
  • the thermal coupling of the sensor to the next heating conductor is also poorer via the heat distribution plate because the heat flow has to pass through the thermal insulation twice.
  • Experience has shown that a distance of a few millimeters between the sensor and the next heating conductor has already ensured good thermal decoupling.
  • a heat distribution plate can also be used, which is itself made of an electrically insulating material so that the heating conductors and sensor materials applied directly to this plate are galvanically isolated from one another.
  • electrical insulators are also not particularly good heat conductors, so that the solution according to the invention is less successful with an electrically neutral material for the heat distribution plate than with an electrically and thermally highly conductive material. Therefore, in a particularly advantageous development of the invention, the heat conductor and the temperature-dependent resistor are galvanically isolated from the heat distributor plate by temperature-resistant insulation.
  • this galvanic insulation is advantageously represented by a silicate glass melt layer. It is unproblematic in terms of production technology and also holds withstood the attacks due to strong temperature differences and alkaline loads.
  • the heating conductor is also meandered circularly around the center and the temperature-dependent resistor is arranged in the center, a constructive constellation can be obtained with very good data for the temperature resistance and good thermal couplings or insulation achieve.
  • the heat distribution plate is enclosed by a silicate glass melt layer together with the heat conductor and the temperature-dependent resistance.
  • a radiator with at least one of the above features can be used in a particularly advantageous manner in a washing machine or dishwasher with a radiator for the liquor arranged in the deepest region of a tub.
  • the invention is explained below on the basis of exemplary embodiments shown in the drawing. Show it
  • FIG. 1 is a view of the area occupied by the heating conductors and a sensor arrangement of a radiator according to the invention
  • Fig. 2 is a view of FIG. 1 with another sensor arrangement and with an electrical connection trough on a radiator according to the invention and
  • FIG. 3 shows a section through the radiator along the section line II-II in FIG. 1.
  • the thermal resistance R th vert is vertical
  • the direction between the temperature sensor 7 and the alkali H 2 O + X in contact directly on the upper side of the heat distribution plate 3 is significantly lower than the thermal resistance R th laterally between the temperature sensor 7 and the heating conductors 2 surrounding it.
  • a mineral layer 11 preferably a silicate glass melt layer, is used. It also has a not very low thermal resistance. However, since it is applied extremely thinly, which corresponds to the required electrical insulation, the thermal resistance can still be regarded as sufficiently low.
  • the edge region 12 of the heat distribution plate 3 is bent upwards and corresponds in shape to an opposite edge region 13 of a corresponding cutout in the tub 14 of a washing machine (not shown in more detail).
  • the radiator 20 shown in FIG. 3 has a differently designed temperature sensor 15 than in FIG. 1. Between its conductor track folds 16 there are temperature-dependent resistance conductor tracks 17, the temperature-dependent resistance values of which can be registered electrically. Both the ends of the heating conductor 2 and the connecting lines 18 of the temperature sensor 15 are guided at contact points 19 and 21 above the insulating layer 11. These contact points 19 and 21 are electrically connected to foot-like connecting lugs 22 and 23 of a male connector 24. Such a connection can be made by soldering or welding. In addition, the male connector 24 is also mechanically connected by feet 25 to the heat distribution plate 3 in the same way. 3, the electrical connection to the radiator can be done in a simpler, mechanically safer and more installation-friendly manner due to the installation space.

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Abstract

Der elektrische Heizkörper besteht aus einer thermisch gut leitenden Wärmeverteilerplatte (3), mindestens einem Heizleiter (2) aus einer auf die Wärmeverteilerplatte einseitig aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn, die mindestens ein Areal (6) der Wärmeverteilerplatte (3) unbedeckt lässt und einem Anschlusselement (4) für die galvanische Verbindung zu den Leiterbahn-Enden. Zur kontinuierlichen und möglichst verzögerungsfreien Messung der Temperatur des zu beheizenden Mediums bei laufendem Betrieb der Dickschichtheizung und zur Vermeidung eines weiteren Durchbruches im Behälter ist auf dem Areal (6) ein temperaturabhängiger Widerstand (9) aus einer auf derselben Seite der Wärmeverteilerplatte (3) wie der Heizleiter (2) aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn (8, 9) aus einem Material mit einem zur Auswertung genügend grossen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten in einer wie der Heizleiter (2) elektrisch isolierten und thermisch vom Heizleiter (2) weitgehend entkoppelten Position vorgesehen ist.

Description

Elektrischer Heizkörper
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Heizkörper bestehend aus einer thermisch gut leitenden Warmeverteilerplatte, mindestens einem Heizleiter aus einer auf die Warmeverteilerplatte einseitig aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn, die mindestens ein Areal der Warmeverteilerplatte unbedeckt läßt und einem Anschlußelement für die galvanische Verbindung zu den Leiterbahn-Enden gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Neben diversen bekannten Heizplatten mit wärmetechnisch eng kontaktierten Rohrheiz- körpern für die Beheizung von meistens flüssigen Medien in wasserführenden Haushaltgeräten wie Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen sind auch sogenannte Dickschichtheizungen bekannt, bei denen unter Zwischenlage einer mineralischen Isolation - heute zumeist aus Silikatglas - flache Heizleiterbahnen als Dickschichten auf einer gut wärmeleitenden, zumeist metallischen Warmeverteilerplatte aufgebracht sind. Die metal- lische Platte ist in einen Ausschnitt des Mediumbehälters eingesetzt und hat direkten Kontakt zum Medium.
Dies hat den Vorteil, daß die von den Dickschicht-Leiterbahnen abgegebene Heizleistung nahezu unmittelbar und verlustfrei auf das Medium übertragen wird. Dies vermindert den erforderlichen Energieaufwand. Außerdem benötigen so flach bauende Heizkörper wie Dickschichtheizungen keinen eigenen Bauraum wie etwa Rohrheizkörper, wodurch sich eine erhebliche Menge an Wasser einsparen läßt.
Zur Überwachung der Temperatur des zu heizenden Mediums (Wasser oder Lauge) bedient man sich beim Einsatz sowohl von Rorheizkörpern wie von Dickschichtheizungen elektromechanischer oder elektronischer Temperatursensoren, die an irgend einer geeig- net erscheinenden Stelle des Mediumbehälters angebracht sind. Zumeist muß dazu auch ein Durchbruch im Behälter vorgesehen sein, was fertigungstechnisch aufwendig und wegen Dichtproblemen sicherungstechnisch bedenklich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kontinuierliche und möglichst verzögerungsfreie Messung der Temperatur des zu beheizenden Mediums bei laufendem Betrieb der Dickschichtheizung sicherzustellen. Dabei ist erwünscht, daß für die Messung der Mediumtemperatur kein weiterer Durchbruch im Behälter vorgesehen sein muß. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem elektrischen Heizkörper der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß auf dem Areal ein temperaturabhängiger Widerstand aus einer auf derselben Seite der Warmeverteilerplatte wie der Heizleiter aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn aus einem Material mit einem zur Auswertung genügend großen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten in einer wie der Heizleiter elektrisch isolierten und thermisch vom Heizleiter weitgehend entkoppelten Position vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Integration des Teperatursensors ebenfalls in Dickschichttechnik direkt auf der Warmeverteilerplatte hat den Vorteil, daß die Temperatur des Mediums sofort nach seiner Beheizung erfaßt wird, ohne daß irgend ein Abkühlvorgang eingesetzt haben kann. Da die Dickschichtheizleiter thermisch besonders gut an die Warmeverteilerplatte angekoppelt sind, wodurch eine schnelle Übertragung der Heizleistung stattfindet, die dann ihrerseits ebenfalls schnellstens an das Medium übertragen wird, ist die thermische Ankoppelung eines temperaturabhängigen Widerstands in Dickschichttechnik gemäß der Erfindung an dieselbe Warmeverteilerplatte sogar in einiger Nähe des Heizlei- ters möglich, ohne eine wesentliche thermische Kopplung unmittelbar zum Heizleiter befürchten zu müssen. Dadurch hat der Temperatursensor eine bessere thermische An- kopplung über die Warmeverteilerplatte an die erwärmte Flüssigkeit als an den relativ entfernten Heizleiter. Auch über die Warmeverteilerplatte ist die thermische Kopplung des Sensors zum nächsten Heizleiter schlechter, weil der Wärmestrom dazu zweimalig die thermische Isolation durchlaufen muß. Erfahrungsgemäß hat daher ein Abstand von wenigen Millimetern zwischen dem Sensor und dem nächsten Heizleiter bereits für eine gute thermische Entkopplung gesorgt.
Zwar ist auch eine Warmeverteilerplatte verwendbar, die selbst aus elektrisch isolierendem Werkstoff hergestellt ist, damit die unmittelbar auf diese Platte aufgetragenen Heiz- leiter und Sensormaterialien untereinander galvanisch getrennt sind. Allerdings sind elektrische Isolatoren in den meisten Fällen auch keine besonders guten Wärmeleiter, so dass die Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung mit einem elektrisch neutralen Werkstoff für die Warmeverteilerplatte schlechter gelingt als mit einem elektrisch und thermisch gut leitenden Werkstoff. Daher sind bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Er- findung der Heizleiter und der temperaturabhängige Widerstand durch eine temperaturbeständige Isolation von der Warmeverteilerplatte galvanisch isoliert.
Weiterhin ist diese galvanische Isolation in vorteilhafter Weise durch eine Silikatglas- Schmelzschicht dargestellt. Sie ist fertigungstechnisch unproblematisch und hält auch den Angriffen durch starke Temperaturunterschiede und Laugenbelastungen sehr gut stand.
Wenn die Warmeverteilerplatte in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kreisförmig ist, der Heizleiter ebenfalls kreisförmig um das Zentrum herum mäandriert ist und der temperaturabhängige Widerstand im Zentrum angeordnet ist, läßt sich eine konstruktive Konstellation mit sehr guten Daten für die Temperaturfestigkeit und gute thermische Koppelungen bzw. Isolierungen erzielen.
Zur Veresserung der ohnehin schon guten Laugenbeständigkeit ist es von besonderm Vorteil, wenn gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung die Warmeverteilerplatte zu- sammen mit dem Heizleiter und dem temperaturabhängigen Widerstand durch eine Silikatglas-Schmelzschicht eingeschlossen ist.
In besonders vorteilhafter Weise läßt sich ein Heizkörper mit mindestens einem der vorstehenden Merkmale bei einer Wasch- oder Geschirrspülmaschine mit einem im tiefsten Bereich eines Laugenbehälters angeordneten Heizkörper für die Lauge anwenden. Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erfindung nachstehend erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Ansicht auf die mit den Heizleitern und einer Sensoranordnung belegte Fläche eines erfindungsgemäßen Heizkörpers,
Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1 mit einer anderen Sensoranordnung und mit einer elektrischen Anschlußwanne an einem erfindungsgemäßen Heizkörper und
Fig. 3 einen Schnitt durch den Heizkörper entlang der Schnittlinie II - II in Fig. 1.
Die Ansicht auf die Heizleiterfläche 1 des erfindungsgemäß gestalteten Heizkörpers in Fig. 1 zeigt die kreisringförmig mäandrierte Führung der Heizleiter 2, die über zwei über den Rand der Warmeverteilerplatte 3 hinaus ragende Anschlußfahnen 4 mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbindbar sind. Die Mäander-Richtungswechsel der Heizleiter sind so getroffen, daß zwischen ihnen eine Gasse auf der Heizleiterfläche 1 frei bleibt für die Führung von ebenfalls in Dickschichttechnik aufgetragenen Zu- und Abführungsleitungen 5 für einen auf der kleinen kreisförmigen Mittenfläche 6 auch in Dick- Schichttechnik aufgetragenen Temperatursensor 7. Der Temperatursensor besteht aus zwei halbkreisförmig ein zentrale Areal umschließende Zuleitungen 8, die den eigentlichen, aus Dickschichtleitungen eines Materials mit einem zur Auswertung genügend gro- ßen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten bestehenden Thermowiderstand 9 umgibt. Dadurch ist der Thermowiderstand 9 vor thermischen Einflüssen von der Seite her besser geschützt.
Obwohl die Dickenabmessungen der Warmeverteilerplatte 3 und der aufgetragenen e- lektrischen Leiter 2, 8 und 9 gegenüber dem Durchmesser des Heizkörpers 10 zur Verdeutlichung der Anordnung übertrieben groß dargestellt sind, ist aus Fig. 2 schon erkennbar, daß der thermische Widerstand Rth vert in vertikaler Richtung zwischen dem Temperatursensor 7 und der unmittelbar an der Oberseite der Warmeverteilerplatte 3 im Kontakt stehenden Lauge H2O+X deutlich geringer ist als der thermische Widerstand Rth lateral zwi- sehen dem Temperatursensor 7 und den ihn umgebenden Heizleitern 2.
Für die elektrische Isolation zwischen der metallischen Warmeverteilerplatte 3 und den jeweiligen Dickschicht-Leitern 2, 8 und 9 wird von einer mineralischen Schicht 11 , vorzugsweise einer Silikatglas-Schmelzschicht bewerkstelligt. Sie hat zwar auch einen nicht sehr kleinen thermischen Widerstand. Da sie aber extrem dünn aufgetragen ist, was der geforderten elektrischen Isolation entspricht, kann der thermische Widerstand noch als genügend klein betrachtet werden.
Der Randbereich 12 der Warmeverteilerplatte 3 ist nach oben umgebogen und korrespondiert in seiner Form mit einem entgegengebogenen Randbereich 13 eines entsprechenden Ausschnittes im Laugenbehälter 14 einer nicht näher dargestellten Waschma- schine.
Der in Fig. 3 dargestellte Heizkörper 20 hat einen anders gestalteten Temperatursensor 15 als in Fig. 1. Zwischen einzelnen seiner Leiterbahnfalten 16 sind temperaturabhängige Widerstandsleiterbahnen 17 angeordnet, deren temperaturabhängige Widerstandswerte e- lektrisch registriert werden können. Sowohl die Enden der Heizleiter 2 wie auch die Anschlußleitungen 18 des Temperatursensors 15 sind an Kontaktstellen 19 und 21 oberhalb der Isolierlage 11 geführt. Diese Kontaktstellen 19 und 21 sind mit fußartigen Anschlußfahnen 22 und 23 einer Messerleiste 24 galvanisch verbunden. Eine solche Verbindung kann durch Löten oder Schweißen hergestellt werden. Außerdem ist die Messerleiste 24 auch noch durch Füße 25 mit der Warmeverteilerplatte 3 auf die gleiche Weise mechanisch verbunden. Durch die Ausführungsform nach Fig. 3 kann der elektrische Anschluß an den Heizkörper auf einfachere, mechanisch sicherere und bauraumbedingt montagefreundlichere Weise geschehen.

Claims

P a t e n ta n s p r ü c h e
1. Elektrischer Heizkörper bestehend aus einer thermisch gut leitenden Warmeverteilerplatte (3), mindestens einem Heizleiter (2) aus einer auf die Warmeverteilerplatte einseitig aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn, die mindestens ein Areal (6) der Warmeverteilerplatte (3) unbedeckt läßt und einem Anschlußelement (4, 24) für die galvanische Verbindung zu den Leiterbahn-Enden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Areal (6) ein temperaturabhängiger Widerstand (9, 16, 17) aus einer auf derselben Seite der Warmeverteilerplatte (3) wie der Heizleiter (2) aufgebrachten Dickschicht-Leiterbahn (8, 9, 16) aus einem Material mit einem zur Auswertung genügend großen Absolutwert für den Temperaturkoeffizienten in ei- ner wie der Heizleiter (2) elektrisch isolierten und thermisch vom Heizleiter (2) weitgehend entkoppelten Position vorgesehen ist.
2. Heizkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (2) und der temperaturabhängige Widerstand (9, 16, 17) durch eine temperaturbeständige Isolation (11) von der Warmeverteilerplatte (3) galvanisch isoliert sind.
Heizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Isolation durch eine Silikatglas-Schmelzschicht dargestellt ist.
4. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmeverteilerplatte (3) kreisförmig ist und der Heizleiter (2) ebenfalls kreisförmig um das Zentrum (6) herum mäandriert ist und daß der temperaturabhängige Widerstand im Zentrum (6) angeordnet ist.
5. Heizkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmeverteilerplatte (3) zusammen mit dem Heizleiter (3) und dem temperaturabhängigen Widerstand (9, 16, 17) durch eine Silikatglas-Schmelzschicht eingeschlossen ist. Wasch- oder Geschirrspülmaschine mit einem im tiefsten Bereich eines Laugenbehälters angeordneten Heizkörper für die Lauge, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
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