DE7811098U1

DE7811098U1 - Heizer mit f erroelektrischem Keramik-Heizelement

Info

Publication number: DE7811098U1
Application number: DE7811098U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1978-08-24

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Bariin und München TPA _{78 G 7 Q} 3 g _BRQ

Heizer mit ferroelelctrischem Keramik-Heizelement,,

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizer mit ferroelektrischem Keramik-Heizelement (Kaltleiter), wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.

In älteren Anmeldungen P 27 43 880.8 (77 P 7152); G 77 30 201.3 (77 P 7153); G 77 30 233.1 (77 P 7154); P 28 06 159.8 (78 P 7009) ist vom Anmelder zur vorliegenden Erfindung vorgeschlagen -worden, bei Verwendung eines scheibenförmigen Keramik-Heizelementes aus z.B.

dotiertem Bariumtitanat den 'Wärmekontakt von diesem Heizelement zu. einem zu beheizenden Körper so auszubilden, daß von beiden Heizflächen des Heizelementes die erzeugte Wärme gleich gut abgeführt wird. Dabei hat gleich gute Wärmeleitung auf beiden Seiten des Heizelementes Vorrang vor z.B. nur auf einer Seite extrem guter Wärmeableitung. Diese Maßnahme dient dazu, in dem Heiaelement, das vorzugsweise auch in seiner Dicke auf nur 0,5 bis 2 mm zu beschränken ist, über die ganze Dicke des Elementes hinweg für alle Flächenbe-

Bts 1 BIa / 13.4.1978

7811098 24.08.78

^²" 73 3 7 O 3 8 BRO^VPA

reiche desselben im Betriebsfall gleiche thermische Bedingungen und insbesondere gleiche Temperatur zu gewährleisten. Damit läßt sich nämlich erreichen, daß die bekanntermaßen sich selbst stabilisierende erreichte Temperatur des Heizelements gewährleistet ist. Die Selbststabilisierung beruht an sich auf dem Kaltleitereffekt mit bei der Curie-Temperatur nahezu sprungartig ansteigendem spezifischen elektrischen Widerstand. In den älteren Anmeldungen sind Einzelheiten zum Einbau und Aufbau eines Kaltleiter-Keramik-Heizelementes angegeben. In Einzelfällen können dennoch Schwierigkeiten dadurch auftreten, daß ein noch nicht genügender und gleichmäßiger Wärmekontakt zwischen den Heizflächen des Heizelementes einerseits und den ihnen gegenüberstehenden Wärmeaufnahmeflächen des zu beheizenden Körpers andererseits- besteht.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, mit denen ein extrem guter Wärmekontakt gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Heizer erfindungsgemäß gelöst, wie dies aus den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 hervorgeht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Heizers, verdeutlicht mit Hilfe der beigefügten Figuren, sind weitere Erläuterungen zur Erfindung gegeben.

Fig.1 zeigt eine erste Ausführungsform. Fig.2 zeigt einen integrierten Heizkörper mit einer Ausf'ihrungsform nach Fig.1.

7811098 24.08.78

78 G 7 O 3 8 BRD

Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform.

In Fig.1 ist eine mit 1 bezeichnete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizers im Schnitt dargestellt. Mit 2 ist der zu beheizende Körper bezeichnet, der aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus Aluminium, besteht. Mit 3 ist der Zwischenraum bezeichnet, der zur Aufnahme des ferroelektrischen Keramik-Heizelementes 4 dient und der bei diesem Ausführungsbeispiel zwei einan-IQ 10 der gegenüberliegende Wärmeaufnahmeflächen 5.und β hat, die einen Keilwinkel miteinander einschließen. Mit 41 sind die Heizflächen des Heizelementes 4 bezeichnet.

Der erfindungsgemäß vorgesehene keilförmige Körper ist mit 7 bezeichnet.

Mit 8 sind die auf der Oberfläche des beispielsweise kreisscheibenförmigen Heizelementes 4 angebrachten, elektrisch leitenden Elektroden, mit 9 sind elektrisch isolierende Beilagen und mit 10 zusätzliche Beilagen ausi duktilem Material, wie Aluminium, Blei, Kupfer, Wäriaeleitpaste und dergl., bezeichnet.

Mit Hilfe des keilförmigen Körpers 7 können das Heizelement 4 mit seinen Elektroden 8 und die Beilagen 9 und 10 in dem Zwischenraum 3 zwischen den Wärmeaufnahmeflächen 5 und 6 des zu beheizenden Körpers 2 derart fest eingekeilt werden, daß innigster Kontakt zwischen den jeweils aufeinanderliegenden Flächen besteht. Damit läßt sich eine nicht nur auf beiden Seiten gleich gute, sondern auch eine dazu quantitativ große Wärmeabfuhr aus dem Heizelement in den zu beheizenden Körper 2 erreichen.

Aufgrund der duktilen Beilage ist gewährleistet, daß etwaige sehr unterschiedliche Wärmedehnungen trotz hohen

7811098 24.08.78

VPA

78 G 7 O 3 8 BRD

Anpreßdruckes von den einzelnen Materialien, insbesondere vom Material des Heizelementes, ohne Schaden vertragen ■werden.

Für den keilförmigen Körper 7 ist ein Keilwinkel cc vorgesehen, der abhängig vom Gleitmodul zwischen den Keilflächen und den am keilförmigen Körper 7 anliegenden Flächen, d.h. der Wärmeaufnahmefläche 6 und der einen Fläche der duktilen Folie 10, so gewählt ist, daß der keilförmige Körper unter betriebsmäßig auftretenden Druckkräften niemals von selbst herausrutschen kann. Gegebenenfalls kann eine Spreizsicherung 12 vorgesehen sein, die eine zusätzliche Halterung des keilförmigen Körpers 7, z.B. gegen Rüttelkräfte, gewährleistet. Der keilförmige Körper 7 kann aus Metall, z„B. Aluminium, oder auih aus einem gut wärmeleitenden Isolationsmaterial, z.B. Aluminiumoxid,bestehen.

Die duktile Folie 10 kann thermisch erzeugte Dickenänderungen aufnehmen. Unterschiedliche thermische Ausdehnungen quer zur Dickenrichtung, z.B. Ausdehnung des Heizelements 4 gegenüber dem zu beheizenden Körper 2, können sich durch Gleitbewegung ausgleichen.

Mit 11 sind Zuleitungen zu den Elektroden 8 bezeichnet, die zum Anschluß der Betriebsspannung des Heizelementes, z.B. 220 YoIt, dienen.

In der Längsrichtung, d.h. senkrecht zur Darstellungsebene der Fig.1 gesehen, kann der zu beheizende Körper 2 größere Länge haben, so daß z.B. in dem Zwischenraum 3, in die Ebene der Fig.1 gesehen, aufeinanderfolgend mehrere Heizelemente 4 mit wenigstens je einem weiteren keilförmigen Körper 7 und den Beilagen angeordnet sind* Mit Hilfe des keilförmigen Körpers 7 können sogar vielfach

7811098 24.08.78

-5- 7FA78 S 7 O 3 8 BRQ

unvermeidliche Dickentoleranzen der einzelnen Keramik-Heizelemente 4 ausgeglichen werden, indem der Körper 7 mehr oder weniger tief in den im Zwischenraum 3 für diesen Keil noch verbleibenden Raum hineingetrieben wird.

Die äußeren mit 13 bezeichneten Flächen des zu beheizenden Körpers 2 können z.B. für die Verwendung in einer Kaffeemaschine mit der zu beheizenden Flüssigkeit umspült sein. Ein integrierter Heizkörper kann z.B. aus einem -wie in Fig. 2 schematisch angedeuteten (iia Schnitt und nur teilweise dargestellten) Korper 21 bestehen, der eine Anzahl Zwischenräume 3 zur Aufnahme je eines oder mehrerer Heizelemente 4 besitzt. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig.2 diese in den Zwischenräumen 3 anzubringenden Heizelemente 4 und die jeweils zugehörigen Einzelheiten, z.B. Beilagen 9, 10 und die keilförmigen Körper 7, nicht dargestellt. Mit 22 ist ein Anteil einer Gehäusewand bezeichnet, die einen Behälter für die zu beheizende Flüssigkeit bildet. „ · :.·

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform 30 eines erfindungsgemäßen Heizers, wieder in Schnittdarstellung. Der im zu^beheizenden Körper 32 vorgesehene Zwischenraum 33 hat in diesem Fall zueinander;jparallele, einander gegenüberliegende wärmeableitende Flächen 35 und 36, zwischen denen sich das Heizelement 4 mit seinen Elektroden 8 und seinen duktilen Beilagen 10 sowie mit zwei keilförmigen Körpern 37 und befindet. Die Keilwinkel °£. der beiden keilförmigen Körper 37, 137 sind einander entgegengesetzt angeordnet, so daß insgesamt über den ganzen Querschnitt hinweg gleich bleibende Dicke der Einzelteile 4, 8, 10, 37 und 137 besteht.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß die keilförmigen Körper. 7, 37 und 137 so groß sind, daß sie mindestens die (zur Darstellungsebene der Fig*1 und 3) senkrechte Quer-

7811098 24.0876

~⁶~ ^YPA 78 G 7 O 3 8 BRO

schnittsfläche des Heizelementes 4 erfassen. Dadurch ist gewährleistet, daß Warmefluß vom Heizelement 4 ohne Behinderung und Stau in den zu -beheizenden Körper 2 bzw. 32 vorliegt.
5

Die in den Figuren dargestellte Formgebung des zu beheizenden Körpers 2 mit seinen Außenflächen 12 kommt vorteilhafterwfeise dem Streben entgegen, einen Heizer zwecks guter Wärmeabfuhr möglichst rippenförmig auszugestalten. ( ) 10 Solche Rippengestalt geht insbesondere aus der schematischen Fig.2 hervor.

Bei einem wie erfindungsgemäßen Heizer treten keine Schwierigkeiten auf, die sich mit geringerer Maßhaltigkeit der Bauteile ergeben, wobei zu berücksichtigen ist, daß wegen der Vielzahl der aufeinanderliegenden Teile nachteilige Summenbildung der Toleranzen auf der einen oder der anderen Seite auftreten können. Diese sind jedoch mit der Erfindung in einfachster Weise auszugleichen. Insbesondere ist auch zu berücksichtigen, daß wegen der aufgrund der keilförmigen Körper über die ganze Querschnittsfläche hinweg erreichten Gleichförmigkeit des Anpreßdruckes nicht nur s geringere Bruchgefahr besteht, sondern auch schadlos ungewohnt hohe Anpreßdrücke angewendet werden können. Die Anpreßdrücke können so hoch sein, daß aufgrund von Wärmeausdehnungen auftretende Dickenilnderungen in keinem Falle einen Wegfall des Anpreßdruckes herbeiführen können.

13 Ansprüche
3 Figuren

7811098 24.08.78

Claims

^V?A »67 03 8 BRD

Schutzansprüche

1. Heizer mit ferroelelctrischem Keramik-Heizelement (Kaltleiter) mit im v/esentlichen zwei einander gegenüberliegenden Heizflächen dieses Heizelementes, die "beide in im "wesentlichen gleich gut wärmeleitender Verbindung mit einem zu "beheizenden Körper stehen, wobei dieser Körper ' wenigstens ein Paar einander gegenüberstehender Wärmeaufnahmeflachen hat, zwischen denen ein Zwischenraum zur Aufnähme eines solchen Heizelementes vorhanden ist und wobei sich dann paarweise je eine Heizfläche des Heizelementes und eine Wärmeaufnahmefläche gegenüberliegen, gekennzeichnet dadurch, daß diese paarweisen Flächen (41- 5, 6, 35, 3e) durch Einfügung wenigstens eines ganzflächigen* keilförmigen Körpers (7, 37, 137) aus gut wärmeleitendem Material in diesen Zwischenraum (3) ganzflächig fest aneinander gepreßt sind, wobei dieser Zwischenraum auf das Heizelement (4) angepaßt so ausgebildet und so bemessen ist, daß dieses Heizelement (4), der wenigstens eine keilförmige Körper (7, 37, 137) und gegebenenfalls vorgesehene Beilagen (9, 10) den Abstand zwischen den paarweisenWärineaufnahmeflachen (5, 6; 35, 36) wenigstens im wesentlichen über den Querschnitt dieses Heizelementes (4) vollständig ausfüllen.

2. Heizer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein einziger Keil (7) vorgesehen ist, und daß die Wärmeaufnahmeflächen (5, 6) des Zwischenraumes

(3) mit dem Winkel (pi) des keilförmigen Körpers (7) zueinander geneigt angeordnet sind.

3. Heizer nach Anspruch 1,. gekennzeichnet dadurch, daß zwei mit ihren Keilwinkeln (X) zueinander entgegengesetzt angeordnete keilförmige Körper .(37, 137) vorgesehen sind und die Wärmeaufnahmeflachen (35_} 36) eines

7811098 24.08.78

-2- YPA

78 6 7 O 3 S BRQ

Zwischenraumes (33) einander parallel angeordnet sind.

4. Heizer nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennsei ch net dadurch, daß der keilförmige Körper (37, 137) aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere Aluminiumoxid, "besteht.

5. Heizer nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzei ch n e t dadurch, daß eine ganzflächige Beilage (10) aus duk

10.tilem Material vorgesehen ist.

6. Heizer nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Beilage (10) eine Folie aus Blei mit 0,2 bis 1 mm Dicke vorgesehen ist.

15

7. Heizer nach einem de? Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet ''-lurch, daß eine Beilage (9) aus- elektrisch isolierendem Material vorgesehen ist.

8. Eaizer nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß die Beilage (9) aus elektrisch isolierendem Material duktile Eigenschaft hat.

9. Heizer nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß das duktile Material ein mit Metalloxid gefüllter, gut wärmeleitender Silikonkautschuk ist.

10. Heizer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß der keilförmige Körper (7, 37, 137) unter einer (fiesen keilförmigen Körper in den Zwischenraum (3, 33) pressenden Federvorsp^iuiung steht.

11. Heizer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Winkel (cc) des einen oder der mehreren keilförmigen Körper (7, 37, 137) abhängig vom

-3- ^78 G 7 O 3 8 BRO

Gieitmodul zwischen den Keilflächen und den am keilförmigen Körper anliegenden Flächen so. gewählt ist, daß der

keilförmige Körper (7, 37, 137) unter betriebsmäßig auf- ·;

tretenden Druckkräften nicht herausgedrückt werden kann. | 5

12. Heizer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekenn- 1 zeichnet dadurch, daß eine Sperre als Sicherung | gegen Herausrütteln des keilförmigen Körpers (7, 37, 137) g vorgesehen ist. . f

" !

13. Heizer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekenn- | zeichnet dadurch, daß die Außenflächen (13) des zu f beheizenden Körpers flüssigkeitsumspüXt sind (Fig.2). I

7811098 24.08.78