DE3545267A1 - Durch strom aufheizbares flaechenheizelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein durch Strom aufheiz­ bares Flächenheizelement aus einem nichtleitenden Träger und einer flächig darauf aufgebrachten, elektrisch leitfähigen, als Widerstandsheizer fungierenden Schicht, die mit elektrischen Anschlüssen versehen ist.

Aus der DE-PS 21 51 626 ist ein Flächenheizelement der eingangs genannten Art bekannt, das aus einer dünnen, wärmebeständigen, elektrisch isolierenden, die Wärme jedoch abgebenden Schicht und einem elektrisch leit­ fähigen Film mit einer dickeren, wärme- und elektrisch isolierenden Schicht besteht. Diese wärmeisolierende, nichtleitende Schicht bildet den Träger für den elektrisch leitfähigen, einen Heizwiderstand bildenden Film. Dieser elektrisch leitfähige Film ist durch eine wässrige, die elektrisch leitenden Partikel enthaltende Kunststoffdispersion aufgebracht, die zusätzlich ein Kalium- oder Natriumsilikat enthalten soll, während die danach aufgebrachte elektrisch isolierende dickere Schicht aus einem Polyurethan-Hartschaum gebildet sein soll. Als elektrisch leitende Partikel des Films sollen Edelmetalle oder mit Edelmetall beschichtete andere Metalle oder Substanzen, wie beispielsweise Kohlen­ stoff, eingesetzt werden, wobei zur Mitbildung des leit­ fähigen Films Kunststoff, wie beispielsweise Acrylharz, verwendet wird. Ein derartiger, einen Heizwiderstand bildender dünner Film bedarf aus Sicherheitsgründen einer allseitigen Abdeckung, die einerseits durch die dickere, den Träger bildende Isolierschicht gebildet ist, während andererseits die den Film abdeckende dünne, wärmeabgebende, jedoch elektrisch isolierende Schicht den einen elektrischen Heizwiderstand bildenden Film andererseits abdeckt. Dieser mehr als zwei Schichten umfassende Aufbau eines Flächenheizelementes mag in Fällen genügen, in denen einfache geometrische Formen des Flächenheizelementes gewünscht werden. In allen Fällen jedoch, in denen der Träger aus funktionalen Gründen eine kompliziertere Form aufweisen muß, läßt sich ein Heizelement in der vorbekannten Form nicht bilden. Darüber hinaus ist die Herstellung eines solchen vorbekannten Flächenheizelementes hinsichtlich seines Aufbaues aufwendig und damit unwirtschaftlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Flächenheizelement zu schaffen, das bei einfachem Aufbau keine Abdeckung der den Heizwiderstand bildenden, elektrisch leitfähigen Schicht erfordert und darüber hinaus auch in solchen Fällen gebildet werden kann, in denen die Trägersubstanz aus funktionalen Gründen eine kompliziertere geometrische Form aufweisen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrisch leitfähige Schicht aus einer im pastösen Zustand aufgetragenen Dickschicht gebildet ist. Für die Herstellung eines Trägers lassen sich die ver­ schiedensten Werkstoffe, wie Glas, Keramik, emailliertes Metall, Kunststoff od.dgl. verwenden, wobei die mit einer der Aufheizung dienenden, elektrischen Widerstands­ schicht beschichteten Flächenbereiche durch Aufspritzen, Tauchen, Bestreichen, Aufdrucken od.dgl. gebildet sein können.

Um die Heizleistung bedarfsweise an verschiedenen Stellen des Trägers auch verschieden groß zu gestalten, weist dieser nichtleitende Träger Flächenbereiche auf, deren Dickschichtauftrag je nach Bedarf dicker oder dünner ist.

Zur Erzeugung einer Selbstregelung der Widerstandsheiz­ flächen des Flächenheizers wirkt die Dickschicht vor­ teilhaft mit bei zunehmender Erwärmung einen ebenfalls zunehmenden Widerstand äußernden Oxiden zur Erzielung eines PTC-Verhaltens des Heizelementes zusammen. Dabei lassen sich die Oxide derart anordnen, daß diese vor­ teilhaft in einer die Dickschicht überlagernden Schicht enthalten sind. Es ist jedoch auch möglich, statt dessen die ein PTC-Verhalten gewährleistenden Oxide den Bestandteilen der Dickschicht beizugeben. Im letzteren Fall versteht es sich, daß die pastöse Dickschicht zuvor gut durchmischt ist.

Wie bereits erwähnt, lassen sich derartige Dickschichten zur Bildung von Flächenheizern auf verschiedenartige Träger aufbringen. Im einfachsten Fall kann der Träger plattenförmig gestaltet sein und auf einer oder auch auf beiden Flächenseiten mit einem Dickschichtauftrag versehen werden. Derartige zum Beheizen bzw. Warmhalten dienenden Flächenheizelemente lassen sich insbesondere vorteilhaft bei Haushaltgeräten einsetzen. Dabei ist es jedoch auch möglich, beispielsweise rohrförmige Träger mit den vorgenannten Dickschichten zu versehen, die dann bereichsweise oder auch allseitig einen ein elektrisches Widerstandselement bildenden Dickschichtauftrag auf­ weisen können. Derartige rohrförmige Heizelemente lassen sich beispielsweise bei Kaffeeautomaten zur Aufheizung des Wassers einsetzen. Es lassen sich jedoch auch Flächenheizelemente bilden, die geeignet sind, beispiels­ weise in Haartrocknern eingesetzt zu werden, und die neben der Funktion der Beheizung die Funktion der Erzeugung eines Luftstrahles übernehmen. Zu diesem Zweck mag als Träger für die Dickschicht das Laufrad einer Turbine zur Lufterwärmung dienen. In diesem Fall kann ein bisher üblicher, dem Kreiselgebläse nachgeschalteter Heizer vollständig entfallen.

Zu erwähnen ist noch, daß als Pastenbestandteil für die elektrische Funktion der Dickschicht neben einem Binde­ mittel aus anorganischen oder organischen Stoffen verschiedene Werkstoffe, wie Platin, Gold, Bismut, Ruthenate, Rutheniumoxide oder Silber­ palladium Verwendung finden können, wobei sich die Dickschicht selbst durch Aufspritzen, Aufdrucken oder auch Tauchen des Trägermaterials in eine Dickschicht­ emulsion bilden läßt.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen auf der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein aus einer Trägerplatte und einem einheitlichen Dickschichtaufdruck bestehendes Flächenheizelement in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 ein der Fig. 1 analoges Flächenheiz­ element mit einem Dickschichtauftrag verschiedener Stärke,

Fig. 3 ein Flächenheizelement im Querschnitt, wobei die auf einen Träger aufgebrachte Dickschicht durch eine PTC-Verhalten des Widerstandes ermöglichende Oxid­ schicht überlagert ist,

Fig. 4 ein Flächenheizelement im Querschnitt analog Fig. 3, wobei in der Dickschicht die PTC-Verhalten des Heizwiderstandes ermöglichenden Oxide eingelagert sind,

Fig. 5 ein im Teilschnitt dargestellter Haar­ trockner, bei welchem das Flächenheiz­ element in das Laufrad des Kreisel­ gebläses integriert ist,

Fig. 6 das als Flächenheizelement ausgebildete Laufrad des Kreiselgebläses in einer Ansicht,

Fig. 7 das aus Fig. 6 ersichtliche, ein Flächenheizelement umfassende Lauf­ rad eines Kreiselgebläses in einem Vertikalschnitt nach der Linie VII-VII von Fig. 6.

Der aus Fig. 1 ersichtliche Flächenheizer weist eine Trägerplatte 10 auf, die aus einem nichtleitenden Kunststoff bestehen kann und auf welche auf einer Seite eine Dickschicht 11 aufgedruckt ist, mit deren gegenüberliegenden Randbereichen Strom­ anschlußfahnen 12 verbunden sind. Diese Dickschicht 11 kann aus einem pastösen, beispielsweise Silberpalladium enthaltenden Werkstoff bestehen, der als Bindemittel einen Druckträger aus organischen oder anorganischen Stoffen enthält. Bei dem aus Fig. 1 ersichtlichen Flächenheizelement ist die Dickschicht 11 in gleich­ mäßiger Stärke aufgedruckt, wodurch sich dieses Flächen­ heizelement bei Stromeinspeisung gleichmäßig erwärmt. Es ist jedoch auch möglich, ein Flächenheizelement der­ art auszubilden, daß verschiedene Flächenbereiche sich auf unterschiedlich hohe Temperaturen aufheizen. Zu diesem Zweck ist - wie insbesondere in Fig. 2 beispiels­ weise dargestellt ist - die Dickschicht 11 im Flächen­ bereich 13 dünner als im Flächenbereich 14, was bedeutet, daß infolge des höheren Widerstandes im Flächenbereich 13 dort die Temperatur höher ist als im Flächenbereich 14 der Dickschicht 11. Eine Konstanthaltung der erreichten Temperaturen ließe sich bewerkstelligen, indem die Temperatur thermostatisch durch Abschaltung bzw. Zu­ schaltung des Stromes geregelt wird. Eine einfache Temperaturregelung läßt sich allerdings erzielen, wenn - wie aus Fig. 3 ersichtlich - der Dickschicht 11 eine Oxidschicht 15 überlagert ist, mit welcher ein PTC-Ver­ halten des Heizelementes ermöglicht wird. Dabei werden solche Metalloxide eingesetzt, die bei zunehmender Temperatur den Widerstand des stromleitenden Substrates erhöhen, und zwar derart, daß ab einer bestimmten Temperatur praktisch der Widerstand so groß ist, daß ein Stromfluß zur Temperaturerhöhung vermieden wird. Man könnte allerdings auch die Oxide zur Herstellung des PTC-Verhaltens des Heizelementes der Dickschicht 16 direkt beigeben, so daß diese eingelagert mit der Dickschicht 16 auf die Trägerplatte 10 aufgebracht werden.

Dabei lassen sich die Dickschichten beispielsweise im Siebdruckverfahren auftragen oder auch durch Aufspritzen, Tauchen aufstreichen od.dgl. aufbringen. Die in Pasten­ form oder sirupartiger Konsistenz aufgebrachte Dick­ schicht wird zunächst zur Verdunstung von Lösungsmitteln getrocknet und in einem nachfolgenden Einbrennvorgang verfestigt.

Derartige Flächenheizkörper lassen sich insbesondere auch in solche Bauteile integrieren, die neben der Heizfunktion auch andere Funktionen haben. Ein Ausführungsbeispiel dafür ist aus den Fig. 5 bis 7 zu entnehmen. Aus Fig. 5 ist ein Haatrockner ersichtlich, in dessen Gehäuse 17 auf der Ansaugseite ein Elektromotor 18 untergebracht ist. Dieser Elektromotor 18 treibt eine Welle 19, die in Lagerstegen 20 und 21 des Gehäuses gelagert ist, wobei diese Lagerstege Luftschlitze zum Luftdurchlaß auf­ weisen. Mit der Welle 19 ist das Laufrad 24 einer Turbine 23 drehfest verbunden. Dieses Laufrad 24 weist an einem Ende seiner Nabe 25 eine sich radial nach außen erstreckende Scheibe 26 auf. Zwischen der Nabe 25 und der Scheibe 26 befindet sich eine gleichmäßig am Naben­ umfang verteilt angeordnete Anzahl von rippenartigen Leitschaufeln 27, durch welche die auf der Saugseite am Elektromotor 18 vorbei angesaugte und diesen kühlende Luft verdichtet und auf der Druckseite des Gehäuses aus der Öffnung 28 ausgeblasen wird. Zur Erwärmung der aus­ geblasenen Luft sind der Außenmantel der Nabe 25, die dem Elektromotor 26 zugekehrte Seite der Scheibe 26 sowie jede Leitschaufel 27 mit einer Dickschicht 11 überzogen, in welche über am Lagersteg 20 angeordnete Bürsten 29 und an der Rückseite der Scheibe 26 ange­ ordnete Schleifringe Strom eingeleitet werden kann, durch welche das Laufrad 24 zur Lufterwärmung erhitzt wird. Dabei lassen sich die aufgetragenen Dickschichten je nach Bedarf an entsprechenden Stellen mehr oder weniger dick anbringen, so daß eine unterschiedliche, dem Bedarfsfall angepaßte Wärmeverteilung an der Lauf­ radoberfläche ermöglicht wird, um eine optimale Erwärmung des erzeugten Luftstromes zu erzielen. Es versteht sich, daß auch die auf das als Träger fungierende Laufrad auf­ getragenen Dickschichten mit ein PTC-Verhalten des Heiz­ elementes ermöglichenden Oxiden kombiniert sein können.

Wie bereits erwähnt, geben die dargestellten und vorbe­ schriebenen Ausführungsformen die Erfindung lediglich beispielsweise wieder, die keinesfalls allein darauf be­ schränkt ist. Es sind vielmehr noch weitere Ausgestaltungen und Anwendungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes denkbar.

• Bezugszeichenliste: 10 Trägerplatte
  11 Dickschicht
  12 Stromanschlußfahne
  13 Flächenbereich
  14 Flächenbereich
  15 Oxidschicht
  16 Dickschicht
  17 Gehäuse
  18 Elektromotor
  19 Welle
  20 Lagersteg
  21 Lagersteg
  22 Luftschlitze
  23 Turbine
  24 Laufrad
  25 Nabe
  26 Scheibe
  27 Laufschaufel
  28 Öffnung
  29 Bürste
  30 Schleifring
  31 Schleifring

Claims (6)

1. Durch Strom aufheizbares Flächenheizelement, aus einem nichtleitenden Träger und einer flächig darauf aufgebrachten, elektrisch leitfähigen, als Widerstandsheizer fungierenden Schicht, die mit elektrischen Anschlüssen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht (11, 16) aus einer im pastösen Zustand aufgetragenen Dickschicht gebildet ist.

2. Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der nichtleitende Träger (10) Flächenbereiche (13, 14) aufweist, die eine unterschiedliche Stärke der im jeweiligen Flächen­ bereich aufgebrachten Dickschichten (11) auf­ weisen.

3. Flächenheizelement nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickschicht (11) mit bei zunehmender Erwärmung einen ebenfalls zu­ nehmenden Widerstand äußernden Oxiden zur Erzielung eines PTC-Verhaltens des Heizelementes zusammen­ wirkt.

4. Flächenheizelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Oxide in einer die Dickschicht (11) überlagernden Schicht (15) enthalten sind.

5. Flächenheizelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ein PTC-Verhalten gewährleistenden Oxide den Bestandteilen der Dickschicht (16) beige­ geben sind.

6. Flächenheizelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger (10) für die Dickschicht (11) das Laufrad (24) einer Turbine (23) zur Luft­ erwärmung dient.