DE2948592C2

DE2948592C2 - Elektrisches Widerstandsheizelement

Info

Publication number: DE2948592C2
Application number: DE2948592A
Authority: DE
Inventors: Rudi 6742 Herxheim Kitt; Karl-Heinz 6741 Erlenbach Nauerth; Hanno 6744 Kandel Roller
Original assignee: Fritz Eichenauer GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1990-05-10
Also published as: ES8200987A1; FR2471720A1; GB2064928A; ES497346A0; HK50084A; FR2471720B1; IT8026369A0; IT1134550B; DE2948592A1; US4331860A; GB2064928B

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement, mit mindestens einem Heizleiter in Form eines an gegenüberliegenden Flächen mit einer Kontaktierung versehenen Elements aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands (PTC-Element) sowie mit zwei Kontaktblechen, wobei die Kontaktbleche mit dem dazwischen gelegenen PTC-Element als Kontaktanordnung im Verbund gehalten und klemmend in eine Hülse eingesetzt sind.

In der DE-OS 26 14 433 ist ein selbstregelndes Heizelement beschrieben, bei dem zwischen mehreren PTC-Widerständen und jeweils auf einer Seile ungeordneten Metallprofilen eine elektrisch- und wärmeleitende Verbindung, beispielsweise in Form einer l.ötschicht, besteht. Die schienenartigen Metallprofil bestehen aus einem flachen Streifen, der mit den ITC-Widerständen beispielsweise verlötet ist und einem seitlich angesetzten zylindrisch gekrümmten, federnden Teil. Diese vo.rgefertigte Einheit ist in einem Gehäuse eingesetzt, das aus einem Hartglasrohr besteht, dus seinerzeit wieder in einem Metall- oder Kunststoffrohr angeordnet ist, wobei ggfis. zwischen dem Glasrohr und einem Metallrohr noch eine weitere Schicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist. Zusätzlich kann zwischen den gekrümmten Teilen des Metallprofils und dem Inneren des dieses umgebenden ersten Rohrteils noch eine Silikonharzschicht vorgesehen sein (Seite 6 bzw. 12 unten bis Sehe 8 bzw. 14 oben der DE-OS 26 14 433).

Bei dem bekannten selbstregulierenden Heizelement sind die PTC-Widerstände in einem umgebenden Gehäuse mittels zwischen den Widerständen und dem Gehäuse angeordneter federnder Teile klemmend eingesetzt, während das Gehäuse selbst lediglich nur als Widerlager der auftretenden Kräfte des separaten federnden Metallkörper dient. Die bekannte Konstruktion ist recht aufwendig, da das umgebende Gehäuse durch zusätzliche Gehäuseteile — neben dem inneren Rohr, zumindest durch ein weiteres äußeres Rohr — verstärkt sein muß. Ein noch befriedigender Wärmeübergang wird aber durch einen verhältnismäßig hohen konstruktiven Aufwand erreicht. Es ist eine feste elektrisch- und wärmeleitende Verbindung, wie eine Lötung, zwischen den PTC-Widerständen und den an diesen anliegenden flachen Teilen der Metallprofile erforderlich. Vor dem Zusammenbau des Heizelements muß erst diese Verbindung zwischen PTC-Element und Metallprofilen hergestellt werden. Weiterhin muß vor dem Einbau zunächst das mehrschalige äußere Gehäuse gefertigt werden. Zum Einbau müssen die federnden Abschnitte der Metallprofile zusammengedrückt werden, um in das Gehäuse eingeschoben werden zu können, was ebenfalls nicht einfach ist und wozu im aligemeinen Handarbeit erforderlich ist.

Schließlich weist das bekannte Heizelement in einer Ausführungsform im Inneren einen relativ voluminösen Hohlraum auf, in dem beim Zusammenbau Umgebungsluft mil hineingelangt, die eine gewisse Luftfcuchtigkeil aufweist, so daß auch beim späteren wasserdichten Ab-

A^r> Schluß des Gehäuses sich im Inneren korrodierende Feuchtigkeit befindet. Eine andere erwähnte Ausführungsform weist weitere Nachteile hinsichtlich der notwendigen metallischen Masse und des Gewichts auf. Bei einer Widerstandseinheit nach der US-PS 32 14 719 werden die blanken Enden von Anschlußdrähten auf zwei gegenüberliegende Flächen eines Widerstandselements, das ggfls. ein PTC-Widerstandselement sein kann, aufgelegt. Zum Andrücken der blanken Anschlußenden der Drähte wird ein Schrumpfschlauch aufgebracht und zum Schrumpfen gebracht, der dann im geschrumpften Zustand die Anschlußdrähte auf den Oberflächen des Widerstandselements und in elektrischem Kontakt mit diesem hält, indem er diese gegen die Oberfläche des Widerstandselements preßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Heizelement zu schaffen, bei dem eine Umhüllung sowohl ein Hüllen als auch ein Anpressen von PTC'- und Konlaktelemcnlen gewährleistet, so d;iß das Heizelement als fertig einselzbarc Heizeinheit in fertigungstechnisch

h^ri einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar ist.

Die der F.rfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des neuen llaiipliinspiuches diidiirch gelöst, daß die Hülse »usschlielilich

aus elektrisch isolierendem, wärmeleitfähigem elastomeren Material besteht; daß sie einen Innenraum aufweist, dessen lichter Querschnitt dem Querschnitt der Kontaktanordnung mit der Maßgabe entspricht, daß die Höhe des Innenraums knapp unter der Höhe der Kontaktanordnung liegt, und daß eine zur Ebene der Kontaktbleche senkrechte Pressung der Kontaktanordnung ausschließlich durch die Elastizität der Hülse erfolgt.

Die Gehäusehülse des Erfindungsgegenstandes weist lediglich einen Innenraum bzw. eine innere Ausnehmung auf. die im wesentlichen in Abmessungen der Kontaktanordnung aus PTC-Widerstand und Kontaktblechen entspricht, wobei die Kontaktbleche völlig eben ausgestaltet sind und nicht selbst das elastische Element bilden. Die Kontaktanordnung wird vielmehr durch die Gehäusehülse selbst zusammengepreßt. Ein mehrschaliger Aufbau wie beim Stand der Technik ist nicht erforderlich. PTC-Elemente und Kontaktblecht werden lediglich durch die Gehäusehülse zusammengepreßt, ohne daß sie vorher verbunden sein müssen. Die Metallbleche oder -platten müssen nicht vorgeformt werden, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern sind lediglich ebene ausgestanzte Metallteile, die auch keine federnden Eigenschaften besitzen müssen.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Hülse ist, wie der Begriff impliziert, umfangsseitig geschlossen und weist einen Innenraum auf. der zum Einschieben der Kontaktanordnung an mindestens einer Seite offen ist. Die Außenfläche der Hülse kann entsprechend den Einbaubedingungen in einem Gerät weitgehend beliebig gestal tet, insbesondere beispielsweise bei einer Ausführungsform als »Heizpatrone« zylindrisch ausgebildet sein, wobei der Innenraum sich parallel zur Zylinderachse erstreckt. Da die Breite von Kontaktblechen und PTC-Element üblicherweise im wesentlichen übereinstimmt, ist der Querschnitt der Kontaktanordnung im wesentlichen rechteckig and dementsprechend weist der Innenraum üblicherweise einen lichten Querschnitt von rechteckiger Gestalt auf, der über die Länge des Innenraums im wesentlichen konstant ist. In Breitenrichtung sind Innenraum und Kontaktanordnung se bemessen, daß diese sich ohne weiteres einschieben läßt. Dagegen ist, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, hinsichtlich der Höhe von Innenraum bzw. Kontaktanordnung die Anpassung so getroffen, daß eine zur Ebene der Kontaktbleche senkrechte Pressung eintritt, die eine feste Anlage der Kontaktblechc am PTC-Element mit geringem Übergangswiderstand für Strom und Wärme gewährleistet.

Die Andruckkraft wird von der Hülse aufgenommen, ■>(> wobei die Kontaktblcche andererseits ganzflächig gegen die Wandung des Innenraums gepreßt werden, so daß auch eine gute Wärmeableitung an die Außenseite der Hülse resultiert, die Pressung wird dadurch erreicht, dal.t der Innenraum in Höhenrichlung gegenüber der Kontaktanordnung ein gewisses Untermaß aufweist, das im wesentlichen von der Druckfestigkeit der PTC-Elcmente und den elastischen Eigenschaften des Hülsenmaterials abhängt und sich durch einfache Versuche bestimmen läßt. Nach dem Einschieben der Kontaktan- bo Ordnung kann der Innenraum zusätzlich mit einem elektrisch isolierenden, gut wärmeleitenden Material, beispielsweise wärmeleitendem Silikonkautschuk, ausgegossen werden, um auch die Wärmeableitung von den Seitenflächen des PTC-Elements zu optimieren.

Selbstverständlich können auch mehrere PTC-Elemente in Reihe hintereinander und/oder nebeneinander zwischen den Kontaktblechen angeordnet werden.

Die Stromzuführung erfolgt mit Anschlußleitungen, die an den in Einschieberichtung rückwärtigen Enden der Koniaktbleche durch Löten, Punktschweißen, Anklemmen oder dgl. befestigt werden können.

Wie sich aus Vorstehendem ergibt, wird erfindungsgemäß die Pressung zwischen Kontaktblechen und PTC-Element durch die Elastizität der Hülse aufgebracht Die Hülse aus elastomerem Material kann beispielsweise wärmeleitendem Silikonkautschuk besteht Die Hülse kann in jedem Fall aus einem Abschnitt von rohrförmigem Strangmaterial entsprechenden Querschnitts bestehen und beidseitig offen verwendet oder nachträglich endseitig geschlossen werden. Vorzugsweise wird die Hülse jedoch als einseitig geschlossenes Formteil gegossen.

Um das Einschieben zu erleichtern, können die Kontaktbleche schwach keilförmig ausgebildet werden. In dieser und in anderer Hinsicht besonders vorteilhaft ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Kontaktbleche als Wärmeabgabeflächen ausgebildet sind, das PTC-Element in Längsrichtung an mindestens einer Seite überragen und vollständig von der Hülse umschlossen sind Durch diese Ausbildung der Kontaktbleche, die in jedem Fall aus gut wärmeleitendem Material wie Kupfer oder Aluminium bestehen sollten, wird eine wesentlich verbesserte Wärmeabgabe vom PTC-Element an die Hülse und damit durch deren Außenfläche an den Wärmeverbraucher erreicht Überragen ferner die Kontaktbleche das PTC-Element mindestens an der in Einschieberichtung vorderen Seite, so können sie keilförmig gegeneinander geneigt in den Innenraum eingeführt werden. Das hat zur Folge, daß das Einschieben nur geringen Kraftaufwand erfordert und gleichwohl im eingeschobenen Zustand, in dem die Kontaktbleche aufgrund der Elastizität des Hülsenmaterials ganzflächig am PTC-Element anliegen, eine hohe Pressung erreicht wird. Vorzugsweise überragen die Kontaktbleche das PTC-Element wenigstens um einen Betrag, der dessen Länge entspricht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse einen sich in axialer Richtung im Innenraum erstreckenden Distanzsteg aufweist und zwischen gegenüberliegenden Seiten des Distanzsiegs und der jeweils benachbarten Innenwandung der Hülse je ein Führungskanal für eines der Kontaktbleche besteht. Distanzsteg und Führungskanäle werden dabei so bemessen, daß die das PTC-Element überragenden Abschnitte der Kontaktbleche unter elastischer Anpressung am Distanzsteg und an der Hülsenwandung anliegen, so daß eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs resultiert. Der Distanzsteg kann beim Gießen der Hülse in einfacher Weise einstückig, vom geschlossenen Hülsenende ausgehend eingeformt werden und geht vorzugsweise seitlich in die Hülsenwandung über. Mit anderen Worten weist bei dieser Ausgestaltung die Hülse im Anschluß an den Innenraum ein massiven Hülsenendteil auf, in das die Führungskanäle eingeformt sind.

Es empfiehlt sich bei dieser Ausgestaltung weiter, daß die Führungskanäle in Einschieberichtung der Kontaktanordnung divergieren. Damit wird erreicht, daß die vorderen Enden der Kontaktbleche beim Eintreten in die Führungskanäle auseinander gespreizt und infolgedessen durch Hebelwirkung die rückwärtigen Enden der Kontaktbleche, zwischen denen das PTC-Element liegt, zusammengedrückt werden. Diese Maßnahme führt zu einem über die Länge der Kontaktbleche gleichmäßigen und insgesamt besseren Wärmeüber-

gang zwischen den Kontaktblechen und der Hülse.

Die Manipulation der Kontaktanordnung, insbesondere beim Einschieben, kann dadurch vereinfacht werden, daß die in Einschieberichtung rückwärtigen linden der Kontaktbleche in einen Haltekörper aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise gleichfalls aus wärmeleitendem Silikonkautschuk, eingebettet sind. Zugleich bildet der Haltekörper eine Zugentlastung für die an die Kontaktbleche anschlossenen Anschlußleitungen. Vorzugsweise wird dabei der Haltekörper so ausgestaltet, daß er bei eingeschobener Kontaktanordnung den Innenraum der Hülse abdichtend abschließt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein elektrisches Widerstandsheizelement im Längsschnitt,

F i g. 2 den Gegenstand der F i g. 1 im Querschnitt.

Das in den Figuren dargestellte elektrische Widerstandsheizelement in Form einer »Heizpatrone« besteht im wesentlichen aus einer Hülse 1 aus wärmeleitendem Silikonkautschuk und einer in den Innenraum der Hülse 1 eingeschobenen Kontaktanordnung 2. Die Kontaktanordnung 2 ist aus zwei ebenen Kontaktblechen 3 aus Kupfer und einem PTC-Elcmeni 4 aufgebaut, das zwischen die Kontaktbleche 3 eingelegt ist und an seinen den Kontaktblechen 3 zugewandten Flächen mit einer (nicht dargestellten) Kontaktierung verschen ist. Die Kontaktbleche 3 weisen im wesentlichen — bis auf ein geringes Übermaß — die gleiche Breite auf wie das PTC-Element. Die Stromzuleitung zum PTC-Element 4 erfolgt über die Kontaktbleche 3 durch Anschlußleitungen 5, die an den Enden der Kontaktbleche 3 angelötet sind.

Die aus wärmeleitendem Silikonkautschuk gegossene Hülse 1 ist an einem Ende geschlossen und weist einen zum anderen Ende offenen Innenraum 6 von rechteckigem Querschnitt (vgl. F i g. 2) auf, in den die Kontaktanordnung 2 eingeschoben ist. In Breitenrichtung erlaubt der Innenraum 6 ein gewisses Spiel der Kontaktanordnung 2. Dagegen ist der Innenraum 6 in der zur Ebene der Kontaktbleche 3 senkrechten Höhenrichtung so bemessen, daß im eingebauten Zustand die Kontaktanordnung 2 aufgrund der Elastizität der Hülse 1 zusammengepreßt wird. An der Außenseile ist die Hülse 1 kreiszylindrisch ausgebildet.

Wie die Fig. 1 zeigt, überragen die Kontaktblcchc 3 an der in Einschieberichtung (Pfeil 7) vorderen Seite das PTC-Element 4 um mehr als das doppelte von dessen Länge. Die Länge der Kontaktbleche 3 entspricht damit annähernd der Länge der Hülse 1, so daß ein guter, gleichmäßiger und großflächiger Wärmeübergang erreicht wird.

Zwischen die das PTC-Element 4 überragenden Abschnitte der Kontaktbleche 3 greift ein Distanzsteg 8 ein, der beim Gießen der Hülse 1 an deren geschlossenem Ende einstückig angeformt ist, in den Innenraum 6 hineinragt, seitlich in die Wandung der Hülse t übergeht und in Höhenrichtung zwischen sich und der Wandung der Hülse 1 Führungskanäle 9 frei läßt, in weiche Kontaktbleche 3 einfassen. Die Führungskanäle 9 sind gegenüber den Kontaktblechen 3 enger bemessen, so daß im eingeschobenen Zustand der Distanzsteg 8 bzw. die Wandung der Hülse 1 unter elastischer Pressung an den Kontaktblechen 3 anliegen, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Eine in Einschieberichtung 7 leicht divergierende Ausbildung der Führungskanälc 9 ist in der Zeichnung nicht erkennbar.

Am äußeren, in Einschieberichtung 7 rückwärtigen Ende sind die Kontaktblcchc 3 in einen Haltckörper 10 aus wärmeleitendem Silikonkautschuk eingebettet, der zugleich eine Zugentlastung für clic Anschliißleiliingen 5 bildet. Der I laltekörper 10 ist so bemessen, dall er in der ^r> (in IMg. 1 dargestellten) eingeschobenen Stellung der Kontaktanordnung 2 den Innenraum 6 abdichtend \erschließt.

In Fig.2 ist angedeutet, daß, wenn ein den Innenraum 6 abschließender Haltekörper 10 nicht vorgesehen ίο wird, nach dem Einschieben der Kontaktanordnung 2 der verbleibende Innenraum mit elektrisch isolierendem, gut wärmeleitendem Material 11, beispielsweise gleichfalls mit wärmeleitendem Silikonkautschuk, ausgegossen werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Widcrsiandshcizcicmcni. mit mindestens einem Heizleiter in Form eines an gegenüberliegenden Flächen mit einer Kontaktierung versehenen Elements aus einem Material mit positivem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes (PTC-Element) sowie mit zwei Kontaktblechen, wobei die Kontaktbleche mit dem dazwischen gelegten PTC-Element als Kontaktanordnung im Verbund gehalten und klemmend in eine Hülse eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) ausschließlich aus elektrisch isolierendem, wärmeleitfähigem elastomeren Material besteht; daß sie einen Innenraum (6) aufweist, dessen lichter Querschnitt dem Querschnitt der Kontaktanordnung (2) mit der Maßgabe entspricht, daß die Höhe des Innenraums (6) knapp unter der Höhe der Kontaktanordnung (2) liegt; und daß eine zur Ebene der Kontaktbleche senkrechte Pressung der Kontaktanordnung (2) ausschließlich durch die Elastizität der Hülse(1) erfolgt

2. Widerstandsheizclemcnt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbleche (3) das PTC-Element (4) in Längsrichtung an mindestens einer Seite überragen und vollständig von der Hülse (1) umschlossen sind.

3. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) einen sich in axialer Richtung im Innenraum (6) erstreckenden Distanzsteg (8) aufweist und zwischen gegenüberliegenden Seiten des Distanzstegs (8) und der jeweils benachbarten Innenwandung der Hülse (1) je ein Führungskanal (9) für eines der Kontaktbleche (3) besteht.

4. Widerstandsheizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskanäle (9) in Einschieberichtung (7) der Kontaktanordnung (2) divergieren.

5. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Einschieberichtung (7) rückwärtigen Enden der Kontaktbleche (3) in einem Haltckörpcr (10) aus elektrisch isolierendem Material eingebettet sind.

6. Widerstandsheizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörpcr (10) bei eingeschobener Kontaktanordnung (2) den Innenraum (6) der Hülse (1) abdichtend abschließt.