DE19903590A1

DE19903590A1 - Vorrichtung mit einem Dickschicht-Heizelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19903590A1
Application number: DE1999103590
Authority: DE
Inventors: Bernd Fraenzel
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-03
Also published as: EP1024680A3; ES2249203T3; DE50011144D1; EP1024680B1; EP1024680A2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einem Dickschicht-Heizelement (10, 12), das über zwei Kontaktflächen (14, 16) mit einer ersten Versorgungsspannung (18) versorgt wird. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß über zumindest eine zusätzliche Kontaktfläche (20, 22) am Dickschicht-Heizelement (10, 12) eine zweite Versorgungsspannung für einen weiteren Verbraucher (24) abgreifbar ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einem Dickschicht-Heizelement und einem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Bei Vorrichtungen mit einer Heizwendel ist bekannt, neben einer Versorgungsspannung für die Heizwendel mit einem Vorwiderstand eine zweite, niedrigere Versorgungsspan nung für einen zusätzlichen Verbraucher abzugreifen, beispielsweise für eine Betriebsan zeigeleuchte, für einen Elektromotor usw. Der Vorwiderstand ist dabei mit dem Verbrau cher in Reihe und gemeinsam mit diesem parallel zur Heizwendel geschaltet. Soll ein großer Spannungsabfall realisiert werden, sind teure und großvolumige Hochleistungswi derstände erforderlich. Die Widerstände müssen mit einer zusätzlichen Halterung mon tiert und deren Wärme muß mit hohem konstruktiven und kostenintensivem Aufwand ge zielt abgeführt werden.

Ferner ist bekannt, an einer Heizwendel durch Spannungsteilung eine zweite Versor gungsspannung für einen zusätzlichen Verbraucher abzugreifen. Die Heizwendel besitzt zwei Anschlußstellen, über die sie mit einer Versorgungsspannung versorgt wird. Die Versorgungsspannung für den zusätzlichen Verbraucher wird an einer der Anschlußstel len und an einer zusätzlichen Kontaktfläche zwischen den Anschlußstellen an der Heiz wendel mit einem Kontaktelement abgegriffen. Die zusätzliche Kontaktfläche an der Heizwendel ist konstruktiv aufwendig und teuer, insbesondere bei Rohrheizkörpern, bei denen die Heizwendel in einem Rohr geführt wird. Über das Kontaktelement wird Wärme von der Heizwendel abgeführt. Die Heizwendel darf dadurch auf Dauer nicht beschädigt und das Kontaktelement und möglicherweise der Verbraucher müssen für hohe Tempe raturen ausgelegt werden.

Um Gegenstände und Flüssigkeiten zu erwärmen, ist bekannt, Dickschicht-Heizelemente einzusetzen, beispielsweise zur Erwärmung von Wasser in einem Wasserkocher usw. Das Dickschicht-Heizelement wird aus einer Dickschichtpaste mit einem hohen ohm schen Widerstand hergestellt, die auf eine Trägerplatte aufgebracht wird. Um den Ge genstand bzw. die Flüssigkeit zu erwärmen, wird an die Dickschichtpaste eine Versor gungsspannung angelegt, und zwar in der Regel eine Netzspannung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung mit einem Heizelement zu schaffen, bei der eine Versorgungsspannung für einen zusätzlichen Verbraucher einfach und kostengünstig abgreifbar ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Bei Dickschicht-Heizelementen werden Kontaktflächen zum elektrischen Anschluß des Dickschicht-Heizelements generell benötigt. Die Kontaktflächen können gemeinsam mit dem Dickschicht-Heizelement in einem Verfahrensschritt kostengünstig hergestellt wer den, beispielsweise in einem Siebdruckverfahren. Zusätzliche Kontaktflächen für eine weitere Versorgungsspannung bewirken keinen technologischen Mehraufwand.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Dickschicht- Heizelement mit einem Hauptheizkreis und einem als Vorwiderstand dienenden zweiten Heizkreis auszuführen. Der zweite Heizkreis ist mit dem zusätzlichen Verbraucher in Rei he und gemeinsam mit diesem über die zusätzliche Kontaktfläche parallel zum Haupt heizkreis geschaltet. Die Verlustwärme am Vorwiderstand bzw. des zweiten Heizkreises wird auf die gleiche Weise abgegeben und genutzt wie die des Hauptheizkreises bzw. der Hauptwärmequelle. Der Vorwiderstand liefert somit einen Beitrag zur Gesamtheizleistung und erhöht den Wirkungsgrad der Vorrichtung. Der Vorwiderstand und die Hauptwärme quelle sind vorteilhaft aus dem gleichen Material und können kostengünstig in einem Verfahrensschritt hergestellt werden, beispielsweise mittels Siebdruck. Der Materialauf wand erhöht sich nur geringfügig. Werden mehrere unterschiedliche Versorgungsspan nungen benötigt, können ferner durch die flexible Gestaltungsweise des Dickschicht- Heizelements mehrere unterschiedliche Vorwiderstände als Heizkreise integriert werden.

Anstatt einen Spannungsabfall über einen Vorwiderstand zu erzeugen, wird in einer Aus gestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die zusätzliche Kontaktfläche elektrisch zwi schen den zwei Kontaktflächen am Dickschicht-Heizelement anzuordnen und durch Spannungsteilung die zweite, niedrigere Versorgungsspannung an einer der zwei Kon taktflächen und an der zusätzlichen Kontaktfläche abzugreifen. Zusätzliches Material für einen Vorwiderstand kann eingespart werden.

Die Kontaktfläche kann direkt am Dickschicht-Heizelement in einem hochohmigen Be reich angeordnet werden. Eine üblicherweise auf dem Dickschicht-Heizelement aufge brachte isolierende Schutzschicht muß in diesem Fall an den entsprechenden Kontaktflä chen freigespart werden. Vorteilhaft wird jedoch die Kontaktfläche von einem nie derohmigen Teil des Dickschicht-Heizelements gebildet, wodurch im Kontaktbereich ge ringere Temperaturen herrschen. Kontaktelemente und der Verbraucher können auf nied rigere Temperaturen und damit kostengünstiger ausgelegt werden. Die niederohmigen Kontaktflächen können von einem Bereich niederohmiger Dickschichtpaste oder von ei nem niederohmigen Leitungsstück gebildet werden. Niederohmige Leitungsstücke wer den häufig verwendet, um einzelne Teile des Dickschicht-Heizelements miteinander zu verbinden. Wird eine derartige Verbindungsstelle zum Abgriff der zusätzlichen Versor gungsspannung genutzt, wird keine zusätzliche niederohmige Dickschichtpaste für die zusätzliche Kontaktfläche benötigt. Ferner ist der Widerstand vorteilhaft auf der gesamten niederohmigen Kontaktfläche weitgehend gleich, so daß bei unterschiedlichen Positionen auf der Kontaktfläche die gleiche Versorgungsspannung abgegriffen werden kann.

Ein Kontakt zwischen der zusätzlichen Kontaktfläche und dem zusätzlichen Verbraucher kann auf verschiedene, dem Fachmann als geeignet erscheinende Arten hergestellt wer den, wie beispielsweise durch Löten, Kleben usw. Besonders vorteilhaft wird der Kontakt jedoch mit einer Kontaktfeder hergestellt. Der Verbraucher kann schnell und sauber an geschlossen und insbesondere wieder von der Kontaktfläche gelöst werden. Die Gefahr einer Verschmutzung durch Lot oder Klebstoff wird vermieden. Ferner werden häufig die Kontakte für die Versorgungsspannung des Dickschicht-Heizelements ebenfalls mit Kon taktfedern hergestellt. Es kann auf weitgehend bestehende und ausgereifte Bauteile zu rückgegriffen werden. Ferner wird ein technologischer Mehraufwand vermieden.

Vorteilhaft ist zumindest ein Teil einer Haltevorrichtung für die Kontaktfeder mit einem vorhandenen Bauteil einstückig ausgeführt, beispielsweise eine Aufnahme in einem Bauteil, an dem bereits Kontaktfedern für die Versorgungsspannung des Dickschicht- Heizelements befestigt sind. In die Aufnahme kann beispielsweise ein Hersteller eines Wasserkochers seine eigene, entsprechend seiner konstruktiven Erfordernisse gestaltete Kontaktfeder einsetzen und befestigten, beispielsweise durch eine Rastverbindung usw. Zusätzliche Bauteile, Montageaufwand und Kosten können eingespart werden.

Häufig besitzen Vorrichtungen mit einem Dickschicht-Heizelement eine Steuereinheit, die bestimmte Parameter der Vorrichtung und insbesondere des Dickschicht-Heizelements steuert, wie beispielsweise Temperatur, Zeit der Erwärmung usw. Die Steuereinheit be sitzt einen Grundkörper, der vorteilhaft auf der Trägerplatte des Dickschicht-Heizelements oder an einem Bauteil im Bereich des Dickschicht-Heizelements befestigt ist. An dem Grundkörper sind häufig Kontaktfedern für die Versorgungsspannung des Dickschicht- Heizelements befestigt, so daß an diesem besonders vorteilhaft zumindest ein Teil der Haltevorrichtung für die zusätzliche Kontaktfeder integriert wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen zumindest einen Teil der Haltevorrichtung für die zu sätzliche Kontaktfeder gleichzeitig in einem formgebenden Verfahrensschritt des Grund körpers, an diesen anzuformen, beispielsweise in einem Spritzgußverfahren. Zusätzliche Verfahrensschritte und Fertigungskosten können eingespart werden. Grundsätzlich kön nen jedoch Teile der Haltevorrichtungen, beispielsweise Ausnehmungen, auch in nach träglichen Verfahrensschritten eingebracht werden, beispielsweise durch spanende Ver fahren, wie Bohren, Fräsen usw.

Anstatt die Kontaktfeder beim Verbraucher der Steuereinheit, beispielsweise beim Her steller eines Wasserkochers, zu montieren, kann diese beim Hersteller der Steuereinheit vormontiert werden. Aufgrund der hohen Gestaltungsflexibilität kann das Dickschicht- Heizelement einfach an die Position der Kontaktfeder angepaßt und eine zweite Versor gungsspannung erfindungsgemäß über einen Vorwiderstand und/oder über eine Span nungsteilung abgegriffen werden. Mit vormontierten Kontaktfedern stellt die Steuereinheit eine in sich geschlossene und leicht auf ihre Funktion überprüfbare Baugruppe dar, die einfach und schnell montiert und demontiert werden kann.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeich nung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschrei bung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weite ren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung mit einem Vorwiderstand,

Fig. 2 ein Dickschicht-Heizelement auf einer Trägerplatte entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Vorrichtung mit einer Spannungsteilung und

Fig. 4 ein Dickschicht-Heizelement auf einer Trägerplatte entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines nicht näher dargestellten Wasserkochers mit einem Dick schicht-Heizelement 10, das über zwei Kontaktflächen 14, 16 (Fig. 2) mit einer Versor gungsspannung 18 versorgt wird. Das Dickschicht-Heizelement 10 besteht aus einzelnen Bahnen Dickschichtpaste, die auf einer Trägerplatte 54 aufgebracht und über niede rohmige Leitungsstücke 42, 44, 46, 48, 50, 52 verbunden sind. Das Dickschicht- Heizelement 10 besitzt einen Hauptheizkreis 26 und einen als Vorwiderstand dienenden zweiten Heizkreis 28 (Fig. 1 u. 2). Der zweite Heizkreis 28 besteht wie der Hauptheizkreis 26 aus einer Bahn Dickschichtpaste und ist mit einem Verbraucher 24 in Reihe und über eine zusätzliche Kontaktfläche 20 parallel zum Hauptheizkreis 26 geschaltet. Der zweite Heizkreis 28 ist dabei über das Leitungsstück 42 mit der Kontaktfläche 14 und über die zusätzliche Kontaktfläche 20 und eine Kontaktfeder 32 mit einem in Fig. 2 nicht näher dargestellten Verbraucher 24 (Fig. 1) verbunden, der wiederum mit der zweiten Kontakt fläche 16 verbunden ist. Eine zweite Versorgungsspannung für den Verbraucher 24 kann einfach und kostengünstig am Dickschicht-Heizelement 10 abgegriffen werden und die Heizleistung des zweiten Heizkreises 28 bzw. des Vorwiderstands wird zur Steigerung des Wirkungsgrads des Wasserkochers genutzt.

Über der Trägerplatte 54 ist eine Steuereinheit mit einem Grundkörper 40 angeordnet, der über nicht näher dargestellte Befestigungsstützen auf der Trägerplatte 54 befestigt ist. Die Kontakte für die Versorgungsspannung 18 für den Hauptheizkreis 26 sind über zwei Kontaktfedern 56, 58 hergestellt, die am Grundkörper 40 befestigt sind. Die Kon taktfeder 32 zur zusätzlichen Kontaktfläche 20 ist ebenfalls über eine nicht näher darge stellte, einstückig mit dem Grundkörper 40 ausgeführte Haltevorrichtung 36 am Grund körper 40 befestigt. Zusätzliche Bauteile für eine Haltevorrichtung können eingespart werden.

Fig. 3 und 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine zusätzliche Kontaktfläche 22 elektrisch zwischen den zwei Kontaktflächen 14, 16 eines Dickschicht- Heizelements 12 angeordnet ist. Gleichbleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Durch Spannungsteilung ist eine zweite Versorgungs spannung für den Verbraucher 24 an der Kontaktfläche 16 und an der zusätzlichen Kon taktfläche 22 abgreifbar. Das Dickschicht-Heizelement 12 besteht aus einzelnen auf die Trägerplatte 54 aufgebrachte Bahnen Dickschichtpaste, die mit niederohmigen Lei stungsstücken 30, 44, 48, 50, 52 verbunden sind. Die zusätzliche Kontaktfläche 22 ist vom Leistungsstück 30 gebildet. Eine zusätzliche Kontaktfläche kann entfallen.

Die Kontakte für die Versorgungsspannung 18 für das Dickschicht-Heizelement 12 sind über zwei Kontaktfedern 56, 58 hergestellt, die am Grundkörper 40 der Steuereinheit be festigt sind. Der Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche 22 wird über eine Kontaktfe der 34 hergestellt, die ebenfalls über eine nicht näher dargestellte, einstückig mit dem Grundkörper 40 ausgeführte Haltevorrichtung 38 am Grundkörper 40 befestigt ist.

Bezugszeichen

10

Dickschicht-Heizelement

12

Dickschicht-Heizelement

14

Kontaktfläche

16

Kontaktfläche

18

Versorgungsspannung

20

Kontaktfläche

22

Kontaktfläche

24

Verbraucher

26

Hauptheizkreis

28

Heizkreis

30

Leitungsstück

32

Kontaktfeder

34

Kontaktfeder

36

Haltevorrichtung

38

Haltevorrichtung

40

Grundkörper

42

Leitungsstück

44

Leitungsstück

46

Leitungsstück

48

Leitungsstück

50

Leitungsstück

52

Leitungsstück

54

Trägerplatte

56

Kontaktfeder

58

Kontaktfeder

Claims

1. Vorrichtung mit einem Dickschicht-Heizelement (10, 12), das über zwei Kontakt flächen (14, 16) mit einer ersten Versorgungsspannung (18) versorgt wird, da durch gekennzeichnet, daß über zumindest eine zusätzliche Kontaktfläche (20, 22) am Dickschicht-Heizelement (10, 12) eine zweite Versorgungsspannung für einen weiteren Verbraucher (24) abgreifbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickschicht- Heizelement (10) einen Hauptheizkreis (26) und einen als Vorwiderstand dienen den zweiten Heizkreis (28) aufweist, wobei der zweite Heizkreis (28) mit dem Ver braucher (24) in Reihe und mit diesem gemeinsam über die zusätzliche Kontakt fläche (20) parallel zum Hauptheizkreis (26) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kontaktfläche (22) elektrisch zwischen den zwei Kontaktflächen (14, 16) am Dick schicht-Heizelement (12) angeordnet ist und durch Spannungsteilung die zweite Versorgungsspannung an einer der zwei Kontaktflächen (14, 16) und an der zu sätzlichen Kontaktfläche (22) abgreifbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Kontaktfläche (22) von einem niederohmigen Teil des Dickschicht-Heizelements (12) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der niederohmige Teil des Dickschicht-Heizelements (12) ein Leitungsstück (30) ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche (20, 22) über eine Kon taktfeder (32, 34) hergestellt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil einer Haltevorrichtung (36, 38) für die Kontaktfeder (32, 34) einstückig mit einem vorhandenen Bauteil ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Grundkörper (40) einer Steuereinheit ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers (40) einer Steuereinheit für eine Vor richtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem formgebenden Verfahrensschritt des Grundkörpers (40) gleichzeitig zumindest ein Teil der Halte vorrichtung (36, 38) für die zusätzliche Kontaktfeder (32, 34) angeformt wird.