DE3104608A1 - Self-regulating heating element with a resistance radiator of current-conducting ceramic material - Google Patents
Self-regulating heating element with a resistance radiator of current-conducting ceramic materialInfo
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Abstract
Description
"Selbstregelndes Heizelement mit einem Widerstands-Heizkörper"Self-regulating heating element with a resistance heating element
aus stromleitendem Keramikmaterial" Die Erfindung betrifft ein selbstregelndes Heizelement mit einem Widerstands-Heizkörper aus stromleitendem Keramikmaterial mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, auf den eine elektrisch isolierende Kunststoffmasse aufgebracht ist, die ihrerseits von einer aus elektrisch isolierendem Kunststoff bestehenden Umhüllung umgeben ist.made of conductive ceramic material " The invention relates to a self-regulating heating element with a resistance heating element made of electrically conductive Ceramic material with a positive temperature coefficient of electrical resistance, on which an electrically insulating plastic compound is applied, which in turn is surrounded by an envelope made of electrically insulating plastic.
Widerstands-Heizkörper aus stromleitendem Keramikmaterial vorgenannter Art werden häufig PTC-Widerstände genannt. Bei diesen Widerstands-Heizkörpern nimmt der elektrische Widerstand oberhalb einer bekannen, vom jeweils vorliegenden Keramikmaterial abhängigen Temperatur stark zu, d.h. es liegt oberhalb dieser Temperatur eine steile Widerstands-Temperatur-Kennlinie vor. Demgemäß sinkt bei einem solchen Heizkörper oberhalb dieser Temperatur die Aufnahme elektrischer Leistung stark ab, und es stellt sich so bei einem derartigen Heizkörper, wenn er an eine entsprechende Spannungsquelle angeschlossen ist, eine im Bereich der genannten Temperatur liegende Beharrungstemperatur ein. Das heißt, daß die Heizkörpertemperatur thermostatisch annähernd konstant bleibt, ohne daß es dazu irgendwelcher Schalthandlungen bedarf.Resistance heating element made of electrically conductive ceramic material of the aforementioned Art are often called PTC resistors. With these resistance radiators the electrical resistance above a known ceramic material temperature, i.e. there is a steep temperature above this temperature Resistance-temperature characteristic curve. Accordingly, decreases in such a radiator Above this temperature, the consumption of electrical power drops sharply, and it turns off This is the case with such a radiator when it is connected to an appropriate voltage source is connected, a steady-state temperature lying in the range of the temperature mentioned a. This means that the radiator temperature remains almost constant thermostatically, without the need for any switching operations.
Trotz dieser Konstanz der Temperatur der Heizkörper schwankt die Temperatur an der Oberfläche des- Heizelementes, also an der Kontaktfläche mit dem WSrmeabnehmer,bei schwankender Wärmeabgabe. Diese Schwankungen, durch die die Regelgüte der Temperatur an der Oberfläche des Heizelementes, also an der Kontaktfläche mit dem Wärmeabnehmer, geringer ist als am Heizkörper, haben ihre Ursache im thermischen Widerstand, der zwischen dem Heizkörper und der Oberfläche des Heizelementes befindlichen elektrischen Isolierung. So ist diese Regelgüte abhängig von der Güte der Wärmeleitung in der Isolierschicht zwischen dem Heizkörper und der Oberfläche des Heizelementes.Despite this constancy the temperature of the radiator fluctuates the Temperature at the surface of the heating element, i.e. at the contact surface with the Heat consumer, with fluctuating heat output. These fluctuations, through which the control quality the temperature at the surface of the heating element, i.e. at the contact area with the heat consumer, less than the radiator, have their cause in the thermal Resistance between the radiator and the surface of the heating element electrical insulation. This control quality is dependent on the quality of the heat conduction in the insulating layer between the radiator and the surface of the heating element.
Der Wärmewiderstand der elektrischen Isolierung wird maßgebend von den Anforderungen an die Spannungsfestigkeit der Isolationsschicht beeinflußt. Diese Anforderungen hängen von der -Anwendung des Heizelementes ab, sind aber- auch von Land zu Land unterschiedlich. In manchen Fällen wird z.B. verlangt, daß die isolierende Schicht aus zwei in von einander unabhängigen Arbeitsgängen hergestellten Lagen besteht.The thermal resistance of the electrical insulation is decisive from influences the requirements for the dielectric strength of the insulation layer. These Requirements depend on the application of the heating element, but also depend on Different from country to country. For example, in some cases it is required that the insulating Layer of two layers produced in mutually independent operations consists.
Bei einem bekannten Heizelement eingangs erwähnter Art ist eine zweilagige Isolierung aus temperaturbeständigem, mit Mineralien gefülltem Kunststoff gebildet, wobei sowohl die Umhüllung in Form eines Bechers aus diesem Kunststoff gepreßt bzw.In a known heating element of the type mentioned at the beginning is a two-layer Insulation made of temperature-resistant plastic filled with minerals, wherein both the casing in the form of a cup made of this plastic is pressed or
gegossen ist als auch die zwischen der Umhüllung und dem Heizkörper befindliche Kunststoffmasse eine solche Zusammensetzung hat. Man kann dabei auch der manchmal gestellten Forderung, daß die Lagen durch verschiedene Einfärbung kenntlich gemacht sind, entsprechen. Dieser Aufbau hat technisch den Nachteil, daß der Kunststoff nur in einer gewissen Mindeststärke gegossen oder geformt werden kann, sodaß beide Lagen zusammen eine Stärke aufweisen, die für die Wärmeleitung ungünstig ist und geometrisch die Konstruktionsmöglichkeiten einschränkt. Zudem ist der doppelte Form- oder Preßvorgang aufwendig.is poured as well as between the casing and the radiator located plastic mass has such a composition. You can do it too the requirement sometimes made that the layers can be identified by different colors are made, correspond. This structure has the technical disadvantage that the plastic can only be cast or molded to a certain minimum thickness, so that both Layers together have a thickness that is unfavorable for heat conduction and geometrically restricts the design options. In addition, the double shape or pressing process expensive.
Es ist auch ein Heizelement bekannt, bei dem die Umhüllung durch ein Keramikröhrchen gebildet ist, das in den Kunststoff vergossen wird. Solche Keramikröhrchen haben jedoch den Nachteil, daß sie den thermischen Wechselbeanspruchungen, insbesondere wegen des großen Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffes, nicht im mer standhalten. Keramische Röhrchen können auch nur in Mindeststärken hergestellt werden, die wiederum die Konstruktionsfreiheit beträchtlich einschränken.It is also known a heating element in which the envelope by a Ceramic tube is formed, which is potted in the plastic will. However, such ceramic tubes have the disadvantage that they can withstand the alternating thermal loads, especially because of the large expansion coefficient of the plastic, not im withstand mer. Ceramic tubes can also only be produced in minimum thicknesses which in turn considerably restrict the freedom of design.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein selbstregelndes Heizelement eingangs erwähnter Art zu schaffen, bei dem bei guter elektrischer Isolation, die den gestellten Anforderungen und Vorschriften genügt, eine gute Regelgüte der Temperatur an der Oberfläche des Heizelementes, von der die Wärme abgenommen wird, vorliegt.The object of the present invention is to provide a self-regulating heating element of the type mentioned at the outset, in which, with good electrical insulation, the the requirements and regulations are sufficient, a good control quality of the temperature is present on the surface of the heating element from which the heat is removed.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem erfindungsgemäßen Heizelement eingangs erwähnter Art vorgesehen, daß die Umhüllung, welche auf die Kunststoffmasse folgt, die ihrerseits auf den Heizkörper aufgebracht ist, aus mindestens einer Lage einer Folie aus temperaturbeständigem, elektrisch isolierendem Kunststoff gebildet ist, die abstandslos auf der Kunststoffmasse aufliegt. Durch diese Ausbildung kann die gestellte Aufgabe sehr gut gelöst werden. Hiezu kann auch erwähnt werden, daß die üblicherweise zur Herstellung temperaturbeständiger Folien verwendeten Materialien eine wesentlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit besizten, als mit Mineralien gefüllte Kunststoffe, und nur dic geringe Schichtdicke der Folien einen guten Wärmedurchgang ergibt und daß Folienisolierungen an sich, bei denen der Heizkörper bloß mit Folie umwickelt ist, wegen wärmeisolierender Luftschichten einen hohen Wärmewiderstand haben.To solve this problem is in a heating element according to the invention of the type mentioned at the outset provided that the envelope, which is on the plastic mass follows, which in turn is applied to the radiator, from at least one layer a film made of temperature-resistant, electrically insulating plastic is, which rests without a gap on the plastic mass. Through this training you can the task at hand can be solved very well. It can also be mentioned that the materials commonly used to manufacture temperature-resistant foils have a significantly poorer thermal conductivity than those filled with minerals Plastics, and only the low layer thickness of the foils ensures good heat transmission and that foil insulation itself, in which the radiator is merely covered with foil is wrapped, because of heat-insulating air layers a high thermal resistance to have.
Um das abstandslose Aufliegen der Folie zu erhalten, ist die Folie mit der Kunststoffmasse vergossen oder verpreßt.In order to ensure that the film lies on without any gaps, the film potted or pressed with the plastic compound.
Es gibt temperaturbeständige Folien, die bereits in Stärken von einigen Hundertstel Millimetern die verlangte Spannungsfestigkeit aufweiset.There are temperature-resistant films that already come in thicknesses of some Hundredths of a millimeter has the required dielectric strength.
Im Falle eines zylindrischen Heizelementes kann das Röhrchen mit geschlossenem Boden, in der Form eines Köchers, ausgeführt sein, wobei der ganze Köcher entweder innen und außen oder nur innen mit der Kunststoffmasse vergossen oder verpreßt ist.In the case of a cylindrical heating element, the tube can be closed with a closed Bottom, in the shape of a quiver, can be made with the whole quiver either is potted or pressed inside and outside or only inside with the plastic compound.
Die Folie kann auch als beidseitig offenes Röhrchen ausgebildet sein. In diesem Fall können die Isolationsforderungen am Kopfende des Heizelementes erfüllt werden, indem entweder die isolierende Kunststoffmasse dort eine ausreichende Stärke aufweist oder indem eine zweite Isolationslage am Kopfende durch ein geeignetes Stück Folie, durch einen Keramikkörper oder andere temperaturbeständige Isolatoren vorgesehen wird. Die Güte der Wärmeleitung am Kopfende ist in vielen Anwendungsfällen von geringerer Bedeutung.The film can also be designed as a tube that is open on both sides. In this case, the insulation requirements can be met at the head end of the heating element be by either the insulating plastic mass there is sufficient strength or by a second insulation layer at the head end by a suitable Piece of foil, through a ceramic body or other temperature-resistant insulator is provided. The quality of the heat conduction at the head end is in many applications of lesser importance.
Das Röhrchen aus Folie kann gleich im Herstellungsprozeß der Folie seine endgültige Form erhalten; es kann aber auch im Zuge der Herstellung eines Heizelementes aus einem Stück planer Folie gerollt werden, wobei auf entsprechende Uberlappung zu achten ist. Folienröhrchen können auch durch spiraliges Wickeln von Folienstreifen hergestellt werden.The tube made of foil can be used in the production process of the foil get its final shape; but it can also be used in the course of the production of a Heating element can be rolled from a piece of flat film, with appropriate Care should be taken to overlap. Foil tubes can also be made by spiral wrapping Foil strips are produced.
Die Erfindung wird nun anhand in der Zeichnung dargestellter Beispiele weiter erläutert. In der schematisch gehaltenen Zeichnung zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizelementes im Schnitt, Figur 2 eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizelementes im Schnitt, und Figur 3, gleichfalls im Schnitt, eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizelementes.The invention will now be explained with reference to the examples shown in the drawing further explained. The schematic drawing shows: FIG. 1 a first Embodiment of a heating element designed according to the invention in section, FIG 2 shows another embodiment of a heating element designed according to the invention in section, and FIG. 3, likewise in section, a third embodiment of a heating element according to the invention.
Das in Figur 1 dargestellte Heizelement hat einen Widerstands- Heizkörper 3, der aus stromleitender Keramik mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) besteht. Auf diesen Heizkörper 3 ist eine elektrisch isolierende Kunststoff-Vergußmasse 2 aufgebracht, durch die die Anschlußdrähte 4 nach außen geführt sind. Die Vergußmasse 2 ist von einer köcherartig ausgebildeten Umhüllung 1 umgeben, die aus mindestens einer Lage einer Folie aus temperaturbeständigem, elektrisch isolierendem Kunststoff gebildet ist, die abstandslos auf der Kunststoffmasse 2 aufliegt. Diese Umhüllung 1 ist außen von einer weiteren Schicht 6 aus Kunststoffmasse umgeben, die durch Gießen oder Pressen aufgebracht ist.The heating element shown in Figure 1 has a resistance radiator 3, made of conductive ceramic with positive temperature coefficient (PTC resistor) consists. On this radiator 3 is an electrically insulating plastic potting compound 2 applied, through which the connecting wires 4 are led to the outside. The potting compound 2 is surrounded by a quiver-like envelope 1, which consists of at least a layer of a film made of temperature-resistant, electrically insulating plastic is formed, which rests on the plastic compound 2 without a gap. This wrapping 1 is surrounded on the outside by a further layer 6 made of plastic compound, which by Casting or pressing is applied.
Bei der Ausführungsform nach Figur 2 fehlt, verglichen mit der Ausführungsform nach Figur 1, eine die Umhüllung 1 umgebende Schicht aus Kunststoffmasse.The embodiment according to FIG. 2 is absent compared with the embodiment according to FIG. 1, a layer of plastic compound surrounding the casing 1.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 ist die Umhüllung 1 in Form eines beidseitig offenen Röhrchens, welches aus Folie besteht, ausgebildet. Dieses Röhrchen liegt abstandslos auf der durch Gießen oder Pressen applizierten Kunststoffmasse 2, die den Heizkörper 3 umgibt, auf und ist seinerseits mit einer Schicht 6 aus Kunststoffmasse umgeben, die durch Gießen oder Pressen aufgebracht ist. Am Kopfende des Heizelementes ist eine Isolationslage durch einen dort angeordneten Keramikkörper 5 gebildet.In the embodiment of Figure 3, the envelope 1 is in the form of a Tubes open on both sides, which consists of foil, are formed. This tube lies without any gaps on the plastic compound applied by casting or pressing 2, which surrounds the radiator 3, and is in turn made with a layer 6 Surrounding plastic mass, which is applied by casting or pressing. At the head end of the heating element is an insulation layer through a ceramic body arranged there 5 formed.
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