DE8717467U1

DE8717467U1 - Elektrischer Heizkörper mit positivem Temperatur-Koeffizienten

Info

Publication number: DE8717467U1
Application number: DE8717467U
Authority: DE
Original assignee: Eltra GmbH and Co KG Leicht und Trambauer
Current assignee: Eltra GmbH and Co KG Leicht und Trambauer
Priority date: 1987-09-09
Filing date: 1987-09-09
Publication date: 1989-04-27
Also published as: DE3730195A1; DE3730195C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, für den niederen Temperaturbereich bis etwa 3oo C mit kleinen bis mittleren spezifischen Oberflächenheizleistungen einen elektrischen Heizkörper zu entwickeln, der selbsttätig temperaturbegrenzend arbeitet, für ein breites heizungstechnisches Anwendungsgebiet geeignet ist und uui,er Verwendung marktbewährter Kaltleiter-Heizwiderstände derart aufgebaut werden kann, daß auch Forderungen ( nach unterschiedlichen Heizleistungsdichten innerhalb der

beheizten Länge eines Heizkörpers und Anpassung des Heizkörperquerschnitts zur Optimierung an eine spezielle Heizaufgabe erfüllt werden können. Die Eigenschaften von Heizkörpern nach dem erfindungsgemäßen Gedanken sind für Patronenheizkörper, zur Herstellung beheizter Kalanderwalzen und für Konvektorheizkörper in einem breiten Feld weiterer Anwendungsmöglichkeiten von besonderem Vorteil.

Der erfindungsgemäße Gedanke des neuartigen elektrischen Heizkörpers ist in den nsprüchen 1 bis 8 beschrieben. Anhand der Zeichnungen - Figuren 1 bis 4 - werden die Funktion und der Aufbau weitergehend erläutert. .

Figur 1 stellt dan Heizkörper im Schnittbild mit zweiseitigen elektrischen Anschlüssen dar. Die scheibenförmigen elektrischen Kaltleiter-Heizelemente 1 sind hier für Kleinspannungen, z. B. 6 bis 3o Volt, ausgelegr und für \ /— &iacgr;&ogr; den Betrieb an Niederspannungen, z. B. loo bis 4od Volt, elektrisch in Reihe geschaltet. Damit der relativ hohe Einschaltstrom durch den Betrieb in Reihenschaltung mit Niederspannungen nicht zerstörend auf die Kaltleiter-Heizelemente 1 wirkt, muß mindestens ein scheibenförmiges Heizelement 11 ein Heißleiter-Heizelement sein. Der hohe Ohmsche Widerstand von Heißleitern bei Raumtemperatur bewirkt, daß nur ein kleiner Einschaltstrom entsteht, der mit zunehmender Erwärmung ansteigt, bis die Heizkörpergebrauchstemperatur erreicht und der Ohmsche Widerstand von den einzelnen Kaltleiter-Heizelementen 1 und dem Heißleiter-Heizelement Il arnähernd gleich ist.

Zwischen den einzelnen Heizelementen 1 und 11 ist zur elektrischen Kontaktierung und zur Wärmeleitung an dem aus elektrisch isolierendem Werkstoff hergestellten Heizkörperma-ntel 3 mindestens je eine Meteilscheibe 2 eingefügt. Die Metallscheiben 2 haben vorteilhaft einseitig eine Form-Einprägung zur Lagefixierung der Heizelemente 1 und 11, die aber auch durch einen Kontaktkleber verbessert oder allein bewirkt werden kann. Der Werkstoff Aluminium ist fur Herstellung der Metallseheiben 2 besonders geeignet, weil er die geforderten Eigenschaften der guten Wärmeleitfähigkeit, der guten Kontaktierung zu den Heizelementen und der guten Bearbeitbarkeit vereint.

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Die an beiden Heizkörperenden befindlichen Metallscheiben 2 1 sind für den elektrischen Anschluß durch eingepreßte oder eingeschraubte Metallbolzen 22 kontaktiert.

Durch Veränderungen der Dicke der Metallscheiben 2 oder durch 'das Einfügen von mehreren Metallscheiben 2 zwischen den Heizelementen 1/11 kann die Heizleistungsdichte, auch innerhalb eines Sei?körparcj vnrixert werden» *

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Der erforderliche Kontaktdruck für die elektrischen

v_y bindungen zwischen den Metallscheiben '2/21 und den Heizelementen 1/11 wird durch eine Druckfeder 4 erzeugt* Die Druckfeder 4 kann auch, wenn sie nicht stromführend sein soll, zwischen einer Endscheibe 21 und einem Heizkörpermantelboden 31 angeordnet sein. Sie kann als Wellring-, Teller- oder Schraub benfeder ausgebildet sein. Bei größeren Heizkörperdurchmessern können auch mehrere Druckfedern, die gleichmäßig auf den annähernden inneren Umfang des Heizkörpers verteilt sind, vorteilhaft sein.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung - Figur 1 a - sind die Metallscheiben 2 ringförmig ausgeführt. Anstelle von einem Heizelement pro Metallscheibe sind mindestens drei Heizele mente 1 auf der Ringfläche der Metallscheibe 2 gleichmäßig ver teilt angeordnet. Die Form der Heizelemente 1 kann rund, viereckig oder der Ringfläche angepaßt sein. Derartige Ausführungsformen eignen sich besonders für größere Heizkörperdurchmesser, &zgr;. B. für Kalanderwalzen. Der dabei so groß wie möglich zu hai tende Lochdurchmeser der Metallscheibe 2 dient ausschließlich zur Reduzierung der Heizkörpermasse. ■

Figur 1 b zeigt eine rechteckige Metallscheibe 2. Qb ein, mehrere oder, wie in Figur 1 b dargestellt, zwei Heizelemente 1 die Rechteckform, z. B. einer Heizleiste, bestimmen, hängt vom

Anwendungsfall ab. Nach diesem Prinzip können - zeichnerisch

nicht dargestellt - in hohem HaSe die Flächenforses der Mefeallscheiben, die die Querschnittsform des Heizkörpers bestimmen, einem speziellen Beheizungszweck angepaßt werden und optimale Lösungen bieten.·!!·*"·

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Der Heizkörpermantel 3 mit den beiden Badenscheiben 31 ist aus Isolierstoff hergestellt. Der Werkstoff füi? den. Heiz-Körpetmantel 3 muß elektrisch isolierend sein und soll möglichst eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, für die . Bodenscheiben 31 besteht die Forderung nach guter Wärme-'•lei tf ähigkei t nicht. Auch ist eine elektrische Isolation nicht unbedingt gefordert, so daß in diesem Fall die Bodenscheiben 31 aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff her-* gestellt sein oder ganz wegfallen kennen. Fällen dieselben &zgr;~ · Weg, müssen die beiden an den Heizkörperenden befindlichen Metallscheiben 21 mit den eingeschraubten oder eingepreßten Metallbolzen 22 die Funktionen der Bodenscheiben 31 übernehmen, indem dieselben mit dem Mantelrohr 3 mechanisch fest verbunden werden·

Die Wahl des Isolierstoffes für den Heizkörpermantel 3 wird .von der maximalen Kaltleiterscheiben-Temperatur und dem Anwendungszweck bestimmt. Bis zu maximal 25o C gibt es Kunststoffe, st. B. PTFE und Silicone. Für höhere Temperaturen

sind keramische Werkstoffe mit «ehr guten mechanischen Festigkeiten in allen Temperaturbereichen geeignet. Hiervon wieder ist Keramik aus Aluminium-Oxyd wegen seiner guten Wärmeleit- ^--' fähigkeit, verbunden mit hoher mechanischer Festigkeit* besonders vorteilhaft.

Der Isolierstoff des Heizkörpermantels 3 kann auch mit fester Passung mit einem Metallmantel umgeben werden oder vollständig aus Metall hergestellt sein, wenn die Innenflächen mit Isolierstoff ausgekleidet sind. Die elektrisch isolierende Auskleidung kann durch Emaillierung, Aufsintern von Keramik oder Beschichten mit einem anderen wärmebeständigen Isoliermaterial hergestellt werden.

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Ijf'gur 2 stellt den Heizkörper im Schnittbild mit ein^ leitigen elektrischen Anschlüssen dar. Die Metallscheiben 2 sind mittig gelocht, wie in Figur 2 a dargestellt. Desgleichen die Kaltleiterscheiben 1. Ein ·· elektrischer Anschlußbolzen 23 ist in der am Blindende des Heizkörpers befindlichen Metallscheibe 21 kontaktiert und durch die gesamte Heizkörperlänge bis, zur Anschlußseite elektrisch isoliert geführt. Das herausgeführte zum elektrischen Anschluß dienende feil des ("* ^lo Anschlußbolzens 23 ist metallisch blank. Eine über den Anschlußbolzen 23 geschobene Druckfeder 4 und eine als Druckfeder-Widerlager aufgeschobene Sperrscheibe 41 erzeugen für alle Glieder des Heizkörpers den erforderlichen Kontaktdruck.
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Figur 3 ist die Schnittbilddarstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Gedanken hergestellten Heizkörpers zur Beheizung gasförmiger Medien. Der sogenannte Konvektionsheizkörper unterscheidet sich von der Beschreibung nach Figur 2 nur dadurch, daß kein Heizkörpermantel mit BodfcQscheiben vorhanden ist und daß die Metallschei- ^-, ben 2/21 in ihrer Flächenausdehnung stark vergrößert und " ab den parallelen Kontaktflächen zu den Heizelementen 1/11 zum Außenrand hin verjüngt sind. Die Flächenform der Metallscheiben 2 kann vielfältig sein, dargestellt in den Figuren 3 a und 3b ist je eine kreisförmige und quadratische Flächenform der Metallscheiben 2/21. Um eine Betriebsisolierung des KonvektorheizkSrpers zu erhalten, sind die gesamten Oberflächen der Metallscheiben 2/21, die nicht zur elektrischen Kontaktierung untereinander, zu den Kaltleiterscheiben 1 und zur Heißleiterscheibe II dienen, mit einem wärmebeständigen Isolierstoff beschichtet. Die Isolierschicht kann bei Metallscheiben aus Aluminium durch Eloxieren hergestellt oder als eine Metall- K. 35 oxydpulveremulsion aufgetragen und anschließend aufgesintert werden.

Figur 4 atellt den Heizkörper im Schflittbild mit elektrisch parallel geschalteten Kältleiterscheiben 1 dar. Io dieser Schaltung erübrigt sich ein Heißleiterelement. Die elektrische Parallelschaltung wird durch zwei gleiche Kontaktierüngsstifte 25, die durch die Länge des Heizkörpers führen und je- * veils in wechselnder Folge mit den Metallscheiben 2 kontaktiert sind, die ihrerseits achssymmetrisch gegenüberliegend &Idigr; je eine Bohrung mit kleinem und größerem Durchmesser haben,

·* wobei die kleinen Bohiüngen zur Kontaktierung und die grö-

ßeren Bohrungen zur isolierten Durchführung der Konfcäktie- |v_. rungsstifte 25 dienen, vorgenommen* Für den elektrischen

Anschluß des Heizkörpers können, die Kontaktierungss tif te einseitig oder zweiseitig durch die Bodenscheiben 31 (nicht dargestellt) geführt sein» Für Heizkörper mit rundem Querschnitt ■* Figur 4 a - ist ein nicht dargestellter Verdrehungsschutz zur Vermeidung von Kurzschlüssen innerhalb des Heizkörpers von den Metallscheiben 2 zueinander erforderlich. Für rechteckige Heizkörperquerschnitte - Figur 4b- und andere verdrehungssichere Querschnittsformen erübrigen 2&oacgr; sich besondere Vorkehrungen.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Elektrischer Heizkörper mit positivem Temperatur-Koeffizienten, bestehend aus mindestens zwei gleichen Kaltleiterscheiben (1) aus einer Mischung von Bariumcarbonat, Strontium- und Titanoxyden und anderen Materialien, 'dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mindestens eine Metallscheibe (2),vorzugsweise aus Aluminium, an beiden Enden und zwischen den Kaltleiterscheiben (1) angeordnet ist, die die elektrische Kontaktierung und die Wärmeleitung von den Kaltleiterscheiben (1) zum Heizkörpermantel (3) aus elektrisch isolierendem Material übernimmt, wobei duch die Dicke und/oder die Anzahl der Metallscheiben (2) zwischen den Kaltleiterscheiben (1) die Heizleistungsdichte und durch die Gesamtzahl der Glieder - Kaltleiterscheibe/MetallscheibeCn) die Gesamtheizleistung und dere Betriebsspannungsbereich bestimmt wird, wobei eine Kaltleiterscheibe in eine Heiöleiterscheibe (11) aus polykristalliner Mischoxydkeramik ausgetauscht ist und eine Druckfederscheibe (4) in allen Betriebszuständen den erforderlichen Kontakdruck für alle Glieder des Heizkörpers erzeugt, und wobei die Kaltleiterscheiben (1) und die Metallscheiben (2) zentrisch gelocht sind und durch die Lochungen ein Metallbolzen (23) durchgehend elektrisch isoliert geführt ist, der in einer Endmetallscheibe (21) des Heizkörpers kontaktiert ist und als Rückleiter für den einseitigen elektrischen Anschluß dient, indem er durch die entgegengesetzte Endmetallscheibe (21) isoliert als Anschlußbolzen durchgeführt ist, die ihrerseits für den elektrischen Anschluß (24) außermittig kontaktiert ist.

2. Elektrischer Heizkörper nach Anspruch ], dadurch gekennzeichnet, daß das aus isolierendem Material hergestellte Mantelrohr (3) mit Metall ummantelt ist.

3. Elektrischer Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (3) aus Metall hergestellt ist, das inhenwändig durch Emaillierung, aufgesifitefte Keramik öder¹ ein anderes wärmebeständiges Material gegen die Heizkörperglieder elektrisch isoliert ist.