DE9407104U1 - Heizvorrichtung - Google Patents

Description

DR.-ING.R. RÜGER DIPL-ING. H.R BARTHELT

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Heizvorrichtung Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, die hauptsächlich für Anwendungen, die elektrothermisch^ Energie benötigen, verwendet wird, wie zum Beispiel Heizlüfter, Trockner usw., und betrifft insbesondere eine Heizvorrichtung, bei der ein keramischer Widerstand mit positiven Temperaturkoeffizient ("Positive Temperature Coefficient", PTC) als Heizelement verwendet wird, bei der ein Klebstoff benutzt wird, um die Heizelemente mit Radiatoren in einer zweckmäßigeren Weise zu verbinden, und bei der hitzebeständige Gummipolster verwendet werden, um die zusammengebauten Heizelemente und Radiatoren auf zwei Seiten zusammenzudrücken und diese Fest zusammenzudrücken, um die bestmögliche Leitfähigkeit der Heizvorrichtung zu schaffen.

Eine Heizvorrichtung mit vergleichbarem, in Fig. 4 dargestelltem Aufbau, bei der keramische Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizient als Heizelemente verwendet werden und bei der leitfähige, wellenförmige Radiatoren benutzt werden, um die von den Heizelementen erzeugte Wärme abzuführen, ist in der US-Patentschrift No. 5 057 672 offenbart. Alle keramischen PTC-Widerstände sind bei einer solchen Heizvorrichtung in einem Rahmen angeordnet,

Konten: Deutsche Bank AS, Filiale Esslingen «&phgr;<>&iacgr;4 <£l2 &oacgr; Wf 700 7&oacgr;£- F^StSiheck Stuttgart 02451 -700 (BLZ &oacgr;&Ogr;&Ogr; 100 70)

der mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen versehen ist, von denen jede einen keramischen Widerstand aufnimmt. Zusätzlich werden Blattfedern verwendet, um die zusammengebaute und vervollständigte Heizvorrichtung von zwei Seiten zusammenzudrücken. Eine solche Anordnung hat die folgenden Nachteile:

1.) Um die Heizvorrichtung zusammenzubauen, müssen die keramischen PTC-Widerstände zunächst einer nach dem anderen in den Ausnehmungen 71 in dem Rahmen 7 angeordnet werden; dann muß jeder Rahmen 7 mit den keramischen PTC-Widerständen 70 zwischen zwei Radiatoren 8 eingeklemmt werden, um eine Heizeinheit zu bilden. Normalerweise sind zumindest drei Reihen von keramischen PTC-Widerständen erforderlich, um eine Heizeinheit zu bilden, und daher muß eine gleichartige Montage wenigstens dreimal wiederholt werden. Schließlich werden äußere Gehäuseteile 9 und seitliche Gehäuseteile 9 0 sowie Blattfedern 91 verwendet, um die zusammengebauten Heizeinheiten zu umschließen. Eine solche Montage ist zeit- und arbeitsaufwendig.

2.) Die Oberflächen sowohl der keramischen PTC-Widerstände als auch der Radiatoren müssen sehr glatt sein, damit jeder keramische Widerstand die Radiatoren vollständig und lückenlos berühren kann. Es erfordert hohe Fertigungskosten, damit die Oberflächen so glatt werden.

3.) Es ist auch notwendig, daß alle Komponenten der Heizeinheit sehr genaue Abmessungen mit geringen Abweichungen haben, so daß sie im zusammengebauten Zustand den Genauigkeitsanforderungen genügen. Das erhöht ebenfalls die Herstellungskosten.

4.) Wenn die zusammengebaute Heizeinheit versehentlich fallengelassen wird, neigen deren Komponenten dazu, sich leicht voneinander zu trennen.

5.) Die Kunststoffrahmen weisen häufig Blasen und Poren

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auf, die während des Spritzgießens entstehen, und zerbrechen daher leicht an solchen Blasen oder Poren. Unter solchen Umständen losen sich die keramischen PTC-Widerstände wegen des unzureichenden Kontaktes zwischen den keramischen Widerständen und dem Rahmen oder der Radiatoren sofort aus dem Rahmen. Wenn dies geschieht, wird die Leitfähigkeit der Heizvorrichtung sofort nachteilig beeinflußt.

6.) Da sowohl die seitlichen Gehäuseteile als auch die Blattfedern aus Metall hergestellt sind, kann es leicht geschehen, daß der durch die Radiatoren fließende Strom auch durch die seitlichen Gehäuseteile fließt. Darüberhinaus hat Metall eine hohe thermische Leitfähigkeit, was auch die Übertragung von Wärmeenergie, die von der Heizvorrichtung erzeugt wird, zu den Seitenrahmen verursacht, weshalb eine solche Heizvorrichtung für die Verwendung im industriellen Umfeld nicht praktisch ist.

Es ist daher wünschenswert, eine Heizvorrichtung zu schaffen, bei der die Heizelemente und die Radiatoren zweckmäßiger und sicherer zusammengebaut sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Mehrzahl von Heizelementen, die aus keramischen PTC-Widerständen mit positivem Temperaturkoeffizient hergestellt und hintereinander unter Ausbildung mehrerer paralleler Reihen angeordnet sind und eine Mehrzahl von wellenförmigen Radiatoren mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, die mittels eines auf eine Kontaktplatte, die auf einer Seite jedes Radiators vorgesehen ist, aufgebrachten Klebstoffes auf beide Seiten jeder Reihe der Heizelemente geklebt sind. Mit dem Klebstoff können die Heizelemente und die Radiatoren zweckmäßig und stabil zu einer Heizeinheit zusammengebaut werden und jeder zwischen den Heizelementen und den Radiatoren verbleibende

Hohlraum kann ausgefüllt werden, um die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Heizvorrichtung sicherzustellen. Weiterhin sind zwei hitzebeständige Polster aus Gummi zwischen einem seitlichen Haltebauteil der Heizvorrichtung und den beiden Außenseiten der zusammengebauten Heizeinheit voneinander getrennt angeordnet, um als elektrischer und thermischer Isolator zu dienen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der vorliegenden Erfindung, nämlich einen zwischen zwei Radiatoren eingeklemmten keramischen PTC-Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient;

Fig. 1-1 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, der die Art und Weise, wie der keramische Widerstand und die Radiatoren zusammengeklebt sind, darstellt;

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem anderen Maßstab;

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten Heizvorrichtung nach Fig. 2 in einem anderen Maßstab und

Fig. 4 zeigt den Aufbau einer bekannten Heizvorrichtung.

Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführunasbeispiels

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, die eine Mehrzahl von Heizelementen 1 aufweist. Jedes Heizelement 1 besteht aus einem keramischen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient und hat eine flache,

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rechteckige Gestalt. Das Heizelement 1 hat zwei Seitenflächen IA, IB, die beide erhitzt werden sollen, um eine konstante Temperatur zu erzeugen, wenn ein Strom durch die Heizelemente 1 fließt. Die konstante Temperatur wird bei der Herstellung des Heizelementes 1 gemäß dem Verwendungszweck eingestellt. Da dies Stand der Technik ist, wird es hier nicht beschrieben. Um den Strom richtig zu leiten, ist jedes Heizelement 1 zwischen zwei wellenförmigen Radiatoren 2A, 2B eingeklemmt, so daß sich die letzteren lückenlos an die Seitenflächen IA bzw. IB anlegen. Die Radiatoren 2A, 2B können aus Aluminium hergestellt sein und jeder weist eine Mehrzahl von fortlaufend ausgebildeten wellenförmigen Rippen 21 auf, um eine hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit zu schaffen.

Wenn durch das Heizelement 1 Strom fließt, wird das Heizelement 1 erhitzt und die von dem Heizelement 1 auf diese Weise erzeugte Wärmeenergie wird von den Rippen 21 abgeführt und verteilt.

Mit Bezug auf Fig. 2 ist eine Mehrzahl von Heizelementen' hintereinander angeordnet, um mehrere Reihen zu bilden, und wellenförmige Radiatoren 2A, 2B sind auf beiden Seiten jeder Reihe der hintereinander liegenden Heizelemente 1 so angebracht, daß eine auf einer Seite jedes Radiators 2A, 2B vorgesehene Kontaktplatte 22 die Seitenflächen IA bzw. IB der jeweiligen Heizelemente 1 berührt. Vorher wird auf die mit der Seitenfläche IA, IB des Heizelementes 1 in Berührung stehende Oberfläche jeder Kontaktplatte 22 Klebstoff 20 aufgetragen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, so daß die Radiatoren 2A, 2B lückenlos und eng anliegend an zwei Seiten der Heizelemente 1 angeklebt sind, derart daß die Reihen von hintereinander liegenden Heizelementen 1 eine flache Heizeinheit 4 bilden, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Klebstoff 20 wird so aufgetragen, daß ein dünner Film auf den Kontaktplatten 22 gebildet wird. Wenn die Radiatoren 2A, 2B und die Heizelemente 1 zusammengeklebt werden, werden sie so lange gegeneinander gedruckt, so-

lange sich der Klebstoff in einem fließfähigen Zustand befindet, d.h. bevor er vollständig ausgehärtet ist, so daß unter dem Anpreßdruck der im fließfähigen Zustand befindliche Klebstoff 20 über die Berührungsfläche zwischen den Heizelementen 1 und den Radiatoren 2A, 2B gleichförmig verteilt wird. Aus Fig. 1-1, die einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 zeigt, ist ersichtlich, daß sowohl die Kontaktplatten 22 als auch die Heizelemente 1 unebene Oberflächen mit einer Vielzahl von Vertiefungen 202 und Erhebungen 201 aufweisen. Wenn der Klebstoff 20 unter dem Anpreßdruck verteilt wird, fließt er in die Vertiefungen 202 und füllt sie aus. Die Erhebungen 201 ermöglichen es dem Strom zwischen den Heizelementen 1 und den Radiatoren 2A, 2B zu fließen, während die mit dem Klebstoff 20 gefüllten Vertiefungen 20 2 eine Wärmeleitung zwischen den Heizelementen 1 und den Radiatoren 2A, 2B mit einer größeren thermischen Leitfähigkeit ermöglichen als herkömmlicherweise durch zwischen den Heizelementen und den Radiatoren vorhandene Luft erzielt wird. Daher erreicht die Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl eine hervorragende thermische Leitfähigkeit als auch eine höchst gleichmäßige Übertragung der wärme. Da der Klebstoff 20 wirkungsvoll in gleichförmig verteilter Weise auf die entsprechenden Grenzflächen des Heizelementes 1 und der Kontaktplatte 22 der Radiatoren 2A, 2B aufgebracht werden kann, um einen gleichförmigen Film zu bilden, der jeden verbleibenden Hohlraum aufgrund einer Verformung der Heizelemente 1 und/oder der Kontaktplatten 22 auffüllen kann, können die Leitfähigkeitseigenschaften der keramischen PTC-Widerstände, welche die Heizelemente bilden, durchaus aufrechterhalten werden. Um ein oberes und ein unteres Ende der flachen Heizeinheit 4 abzudecken, werden Abdeckungen 3 verwendet, wobei an einem Ende der Radiatoren 2A, 2B Anschlußlaschen 41 zur Einspeisung von Strom, der durch die Heizelemente 1 fließt, vorgesehen sind, die durch Öffnungen in den Abdeckungen 3 ragen.

Halteteile 5A, 5B werden verwendet, um mit deren Innen-

Seiten zwei seitliche Flächen der ebenen Heizeinheit 4 zu umgreifen. Mit an beiden Enden der Halteteile 5A, 5B vorgesehenen Haken 51 können die ersteren mit den Abdeckungen 3 fest verhakt werden (in Fig. 2 nicht dargestellt). Weiterhin ist ein hitzebeständiges Polster 5 aus synthetischem Gummi mit U-förmigen Querschnitt zwischen den Halteteilen 5A, 5B und den äußeren Radiatoren 2A bzw. 2B angeordnet, wobei die U-förmige Öffnung 50 des Polsters nach außen weist, um die eng anliegende, lückenlose und gleichmäßige Berührung jeder Kontaktplatte 22 mit den jeweiligen Heizelementen 1 zu steigern, und so zu ermöglichen, daß die Wärme zwischen ihnen gleichförmig übertragen wird. Da die Gummipolster 5 aus elektrisch isolierendem Material hergestellt sind, sind die Halteteile 5A, 5B somit gegenüber dem elektrischen Strom isoliert und können daher von einem Benutzer mit den Händen berührt werden. Die Gummipolster 5 haben auch einen thermischen Isolationseffekt und die Halteteile 5A, 5B sind somit auch gegen unzulässig hohe Erwärmung geschützt und für Anwendungen im industriellen Umfeld geeignet. Mit den obigen Bauteilen und deren Kombination ist eine vollständige Heizvorrichtung geschaffen. Um die wirkungsvolle Verteilung der von der Heizvorrichtung erzeugten Wärme zu erleichtern, kann hinter der Heizvorrichtung ein elektrisches Gebläse 6 vorgesehen sein.

Claims (8)

SchutzansprUche:

1. Heizvorrichtung mit einer Heizeinheit (4), mit zwei Abdeckteilen (3), die ein oberes und ein unteres Ende der Heizeinheit (4) abdecken, mit zwei Halteteilen (5A, 5B), welche zwei seitliche Flächen der Heizeinheit (4) umgreifen, mit zwei hitzebeständigen elastischen Polstern (5), die getrennt voneinander zwischen den Halteteilen (5A, 5B) und den Seitenteilen der zusammengebauten Heizeinheit (4) festgehalten und zusammengedrückt sind, wobei die Heizeinheit (4) eine Mehrzahl von, vorzugsweise in wenigstens einer Reihe hintereinander angeordneten Heizelementen (1) und eine Mehrzahl von Radiatoren (2A, 2B) umfaßt, die voneinander getrennt auf zwei Seiten der wenigstens einen Reihe von Heizelementen (1) angeordnet sind, wobei die Radiatoren {2A, 2B) aus einem Material mit guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit gefertigt sind und auf wenigstens einer Seite mit einer Kontaktplatte (22) versehen sind, auf deren Außenseite Klebstoff (20) aufgebracht ist, um etwa verbleibende Hohlräume zwischen der wenigstens einen Kontaktplatte (22) der Radiatoren (2A, 2B) und zwei Außenflächen (IA, IB) der Heizelemente (1) auszufüllen und damit die Radiatoren (2A, 2B) lückenlos und eng anliegend mit den Heizelementen (1) zu der Heizeinheit (4) zu verbinden.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (1) keramische Widerstände mit positivem Temperaturkoeffizient umfassen.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (1) eine rechteckige Gestalt aufweisen.

4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (1) unter Ausbildung mehrerer paralleler Reihen hintereinander angeordnet sind.

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Kontaktplatte (22) der Radiatoren (2A, 2B) wenigstens eine Anschlußlasche (41) aufweist, um daran eine elektrische
Zuleitung anzuschließen.

6. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radiatoren (2A, 2B) mit wellenförmigen Rippen (21) versehen sind.

7. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hitzebeständigen elastischen
Polster (5) aus Gummi bestehen.

8. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Halteteile (5A, 5B) mit den Abdeckteilen (3) verhakt sind.