CH649430A5 - Elektrisches widerstandsheizelement. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Widerstandsheizelement, mit mindestens einem an gegenüberliegenden Flächen mit einer Kontaktierung versehenen PTC-Element, sowie mit elektrischen Anschlusselementen.

Bei Elektrowärmegeräten, insbesondere elektrisch beheizten Hausgeräten wie Kaffeemaschinen, Heizlüfter, Haarföne usw. werden in zunehmendem Masse anstelle herkömmlicher Widerstandsheizelementen, deren Heizleiter aus einem metallischen Draht besteht, solche Widerstandsheizelemente eingesetzt, deren Heizleiter ein oder mehrere PTC-Elemente sind. Solche PTC-Elemente haben üblicherweise prismenförmige Gestalt mit zwei gegenüberliegenden planparallelen Flächen und rundem oder polygonalem Grundriss, bestehen gewöhnlich aus einem Keramikmaterial, insbesondere auf Bariumti-tanat-Basis und haben die Eigenschaft, dass sie sich in ihrer elektrischen Leistungsaufnahme gleichsam selbst stabilisieren, weil der elektrische Widerstand in einem bestimmten Temperaturbereich stark zunimmt. Der elektrische Anschluss dieser PTC-Elemente erfolgt gewöhnlich dadurch, dass die zwei gegenüberliegenden Flächen durch eine in geeigneter Weise aufgebrachte Metallisierung kontaktiert und durch die Anschlusselemente an eine Stromzuführung angeschlossen werden.

Bei Einsatz solcher PTC-Elemente besteht das Problem, eine Auslegung zu finden, die den Forderungen hinsichtlich des elektrischen Anschlusses und des Wärmeübergangs gerecht wird. Es ist bekannt (vgl. DE-OS 26 14 433), PTC-Elemente ih eine rohrförmige Hülse einzusetzen und den Anschluss mit federnden Schienen vorzunehmen, die zugleich der Wärmeableitung dienen. Es ist weiter bekannt (vgl.

DE-AS 26 41 894) die PTC-Elemente mit Anschlussdrähten zu verbinden, beispielsweise durch Löten, und mit einer wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Masse in einem Gehäuse einzubetten. Diese bekannten Massnahmen lassen sich nur verhältnismässig aufwendig und vor allem mit erheblichem Einsatz von Handarbeit verwirklichen, eignen sich jeweils nur für einen sehr begrenzten Anwendungsbereich und lassen ausserdem hinsichtlich der Wärmeableitung von den PTC-Elementen zu wünschen übrig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Widerstandsheizelement der vorstehend erläuterten Gattung zu schaffen, das sich in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen lässt, den Einsatz in verschiedensten Anwendungsfällen erlaubt und dabei gute Wärmeübertragungsverhältnisse gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Anschlusselemente zwei im wesentlichen ebene, an den Grundriss des PTC-Elements oder der PTC-Elemente angepasste Kontaktbleche enthalten, und dass die Kontaktbleche mit dem dazwischengelegten PTC-Element bzw. den PTC-Elementen lose übereinandergelegt und randseitig elastisch zusammengehalten sind.

Der elektrische Anschluss wird also dadurch hergestellt, dass die Kontaktbleche, die zumindest an ihren den PTC-Ele-menten zugewandten Innenseiten selbstverständlich blank und elektrisch leitend sind, unmittelbar an den jeweils gegenüberliegenden, mit Kontaktierung versehenen Flächen der PTC-Elemente anliegen.

Zur Herstellung eines erfindungsgemässen Heizelements werden z.B. lediglich die PTC-Elemente lose zwischen die Kontaktbleche geschichtet und in geeigneter, nachfolgend beispielsweise näher erläuterten Weise elastisch zusammengehalten. Anzahl und Abmessung der PTC-Elemente unterliegen praktisch keiner Beschränkung. Es können eines oder beliebig viele PTC-Elemente nebeneinander angeordnet werden, wobei lediglich die Abmessung der Kontaktbleche dem Grundriss der gesamten Anordnung der PTC-Elemente entsprechen müssen. Da die PTC-Elemente beliebig, beispielsweise linear hintereinander oder flächenbedeckend angeordnet werden können, ergeben sich ausserordentlich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Ein Widerstandsheizelement stellt gleichsam eine Sandwich-Anordnung dar, wobei der vorgesehene elastische Zusammenhalt ohne weiteres die erforderliche Manipulierbarkeit gewährleistet, und ein fester, endgültiger Verbund erst beim Einbau in das jeweilige Gerät entsteht. Damit resultiert eine ausserordentlich einfache und kostengünstige Fertigung der Widerstandsheizelemente, zugleich werden optimale Verhältnisse für den Wärmeübergang geschaffen, da die Kontaktbleche zugleich - selbstverständlich bei entsprechender elektrischer Isolation - als ausgedehnte Wärmeübergangsflächen dienen können. Bei geeigneter Auslegung der entsprechenden Wärmeübertragungsteile eines Geräts lassen die Widerstandsheizelemente sich für praktisch alle Anwendungsfälle, wie Durchlauferhitzer, Heizplatten usw. einerseits als auch Radiatoren für Heizlüfter, Haarföne usw. andererseits einsetzen.

Werden mehrere PTC-Heizelemente nebeneinander angeordnet, so empfiehlt es sich, die Kontaktbleche elastisch oder

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plastisch biegbar auszuführen, damit sie unter gegenüber der Druckbelastbarkeit der PTC-Elemente schon verhältnismässig geringer Krafteinwirkung nachgeben und keine unzulässigen Beanspruchungen in die PTC-Elemente eintragen. Der elastische Zusammenhalt der Kontaktbleche wird in besonders einfacher Weise durch randseitig aufgesetzte Halteelemente erreicht, die selbstverständlich keinen elektrischen Kurzschluss der PTC-Elemente herbeiführen dürfen. Die Halteelemente können beispielsweise aus einer Mehrzahl von U-förmigen Spangen aus elastischem Draht bestehen, die mit ihren U-Schenkeln die Kontaktbleche überfassen. In diesem Fall werden also mehrere Einzelelemente vorgesehen, deren seitliche Ausdehnung gegenüber den Abmessungen des Widerstandsheizelements verhältnismässig gering ist. Diese Spangen können aus einem mit einer entsprechenden Isolation überzogenen metallischen Federdraht oder aus einem Kunststoff entsprechender Wärmebeständigkeit bestehen und im Querschnitt rund - oder vorzugsweise - rechteckig mit zu den Kontaktblechen parallelen Breitseite ausgeführt sein.

Eine im Hinblick auf Herstellung und Wärmeübertragung im eingebauten Zustand besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente aus Profilleisten von U-förmigem Profil aus weichelastischem Material bestehen, die mit ihren Schenkeln die Kontaktbleche an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten überfassen. Die Längsausdehnung dieser Profilleisten entspricht im wesentlichen mehr oder minder der Ausdehnung der Seiten des Heizelementes, an denen sie angeordnet sind, wobei durch die Anbringung an zwei gegenüberliegenden Seiten jedenfalls ein zuverlässiger Verbund erreicht wird. Selbstverständlich kann die Profilleiste sich auch um den ganzen Umfang des Heizelementes herumziehen und dazu entsprechend gekrümmt bzw. abgewinkelt gefertigt sein. Aus herstellungstechnischen Gründen empfiehlt sich allerdings eine Anordnung mit zwei an gegenüberliegenden geraden Seiten angeordneten Profilleisten, aus wärmetechnischen Gründen bei rechteckigem Grundriss des Heizelements vorzugsweise an den Längsseiten. Der durch U-Schenkel und U-Steg der Profilleiste umschlossene Profilinnenraum ist vorteilhafterweise beidseitig offen, sodass die Profilleisten kontinuierlich beispielsweise durch Strangpressen hergestellt werden können. In manchen Fällen empfiehlt es sich indessen, den Profilinnenraum mindestens einseitig zu schliessen, und zwar durch eine vorzugsweise einstückig angeschlossene Verbindung zwischen Schenkel und Steg des U-Profils. Diese ein-oder beidseitig vorgesehene, den Profilinnenraum abschliessende Verbindung liegt im zusammengebauten Zustand an Kontaktblechen bzw. PTC-Elementen an und sichert damit einen besonders festen und zuverlässigen Halt der Profilleisten.

In jedem Fall empfiehlt es sich, die Profilleisten aus Silikonkautschuk herzustellen, der durch entsprechende Zusätze, beispielsweise MgO od. dgl. wärmeleitend gemacht worden ist. Diese Ausbildung führt zu optimalen Wärmeverhältnissen und erweist sich als ganz besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich im fertigmontierten Zustand im Gerät ein Verguss mit gleichartigem Material erfolgt.

An den Aussenseiten der Kontaktbleche werden vorzugsweise elektrische Isolierschichten vorgesehen. Diese Isolierschichten, die selbstverständlich so ausgeführt werden, dass sie die Wärmeableitung von den PTC-Elementen möglichst wenig beeinträchtigen, können beispielsweise in Form einer Lackierung, Kaschierung od. dgl. fest auf die Aussenseite der Kontaktbleche aufgebracht werden. Eine ganz besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichten auf die Kontaktbleche lose aufgelegt und von Halteelementen überfasst sind. Damit wird die erläuterte Sandwich-Ausbildung eines erfindungsgemässen Widerstandsheizelements auch auf die Isolierschicht erweitert.

Diese lose aufgelegten Isolierschichten können beispielsweise aus synthetischem oder - mit Rücksicht auf die Wärmeübertragung - vorzugsweise natürlichem Glimmer bestehen.

Um in einfacher Weise den elektrischen Anschluss eines Widerstandsheizelements auszuführen, wird z.B. vorgesehen, dass die Kontaktbleche mit angeformten Anschlusszungen versehen sind, die vorzugsweise gleich als Flachsteckelemente ausgebildet sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektrisches Widerstandsheizelement im Längsschnitt,

Fig. 2 den Gegenstand der Figur 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstands der Figur 1 im Querschnitt.

Die in den Figuren dargestellten elektrischen Widerstandsheizelemente bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus mehreren, linear hintereinander angeordneten PTC-Elementen 1 von der Form eines Parallelepipeds, deren gegenüberliegende, planparallele Anschlussflächen mit einer metallischen Kontaktierung 3 versehen sind. Die PTC-Ele-mente 1 sind nach Art e'ines Sandwich zwischen Kontaktblechen 4 angeordnet, deren Abmessungen den Grundriss der Anordnung der PTC-Elemente 1 entsprechen. Die beiden Kontaktbleche 4 bestehen aus Aluminiumblech und sind mit je einer Anschlusszunge 5 versehen, die als Flachstecker ausgebildet ist und damit in einfacher Weise die Ausführung eines Kabelanschlusses ermöglicht. Im übrigen sind die Kontaktbleche 4 durch geeignete Dickenbemessung biegbar, so dass trotz unvermeidlicher, toleranzbedingter Dickenabweichungen zwischen den PTC-Elementen in diese keine unzulässigen Kräfte eingetragen werden.

Die Kontaktbleche 4 mit den zwischengelegten PTC-Ele-menten 1 sind durch randseitig aufgesetzte Halteelemente elastisch zusammengehalten. Dies Halteelemente bestehen im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 aus je einer Profilleiste 7 aus weichelastischem Silikonkautschuk von U-förmi-gem Profil mit U-Schenkeln 8 und U-Steg 9. Die Profilleiste 7 ist so aufgesetzt, dass die U-Schenkel 8 von aussen her die Kontaktbleche 4 überfassen und elastisch gegen die PTC-Ele-mente 1 drücken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Profilinnenraum der Profilleisten 7 an einer Seite durch eine an U-Schenkel und U-Steg angeformte Verbindung 10 geschlossen, die in zusammengesetztem Zustand (vgl. Fig. 1) an PTC-Element 1 und Kontaktblechen 4 anliegt und damit einen festen Sitz der Profilleiste 7 gewährleistet. Die Profilleisten 7 sind, wie die Figuren 1 und 2 erkennen lassen, an den Längsseiten des im wesentlichen rechteckigen Widerstandsheizelements angeordnet und entsprechend in ihrer Länge im wesentlichen der Ausdehnung dieser Längsseiten. Im übrigen ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Profilinnenraum der Profilleisten 7 an der den Anschlusszungen 5 zugewandten Seite offen.

An den Aussenseiten der Kontaktbleche 4 sind elektrische Isolierschichten 11 vorgesehen. Diese bestehen im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 aus natürlichem, gespaltenem Glimmer und sind lose auf die Kontaktbleche 4 aufgelegt und durch die Profilleisten 7 mit diesen und den PTC-Elementen 1 elastisch zusammengehalten.

Die Ausführungsform gemäss Figur 3 entspricht im wesentlichen derjenigen gemäss Figur 1 bzw. 2. Hier bestehen die elektrischen Isolierschichten 11 jedoch aus je einer auf die Kontaktbleche 4 fest aufgebrachten Kaschierung aus einem Kunststoff geeigneter Wärmebeständigkeit. Ferner sind hier als Halteelemente je Längsseite der Anordnung mehrere Spangen 12 aus einem elastischem Kunststoff geeigneter Wärmefestigkeit vorgesehen, die in entsprechenden Abständen über die Längsseiten des Widerstandsheizelements verteilt angeordnet sind.

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1. Elektrisches Widerstandselement, mit mindestens einem an gegenüberliegenden Flächen mit einer Kontaktie-rung versehenen PTC-Element, sowie mit elektrischen Anschlusselementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (4, 5) zwei im wesentlichen ebene, an den Grundriss des PTC-Elements oder der PTC-Elemente (1) angepasste Kontaktbleche (4) enthalten, und dass die Kontaktbleche (4) mit dem dazwischengelegten PTC-Element (1) bzw. den PTC-Elementen (1) lose übereinandergelegt und randseitig elastisch zusammengehalten sind.

2. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (4) biegbar sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Widerstandsheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (4) durch randseitig aufgesetzte Halteelemente (7, 12) zusammengehalten sind.

4. Widerstandsheizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente aus einer Mehrzahl von U-förmigen Spangen (12) aus elastischem Material bestehen, die mit ihren U-Schenkeln die Kontaktbleche (4) überfassen.

5. Widerstandselement nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente aus Profilleisten (7) von U-förmigem Profil aus weichelastischem Material bestehen, die mit ihren U-Schenkeln (8) die Kontaktbleche (4) an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten überfassen.

6. Widerstandsheizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Profilleisten (7) umschlossene Profilinnenraum beidseitig offen ist.

7. Widerstandsheizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Profilleisten (7) umschlossene Profilinnenraum mindestens einseitig geschlossen ist.

8. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilleisten (7) aus wärmeleitendem Silikonkautschuk bestehen.

9. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an den Aussenseiten der Kontaktbleche (4) elektrische Isolierschichten (11) vorgesehen sind.

10. Widerstandsheizelement nach den Ansprüchen 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschichten (11) auf die Kontaktbleche (4) lose aufgelegt und von den Halteelementen (7, 12) überfasst sind.

11. Widerstandsheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (4) mit angeformten Anschlusszungen (5) versehen sind, und so die Anschlusselemente (4, 5) bilden.