SELF-REGULATING HEATING ELEMENT

Abstract: 1. Self-regulating heating element having at least one resistor heating member arranged in a casing and made of an electrically conducting ceramic material having a positive temperature coefficient of electrical resistivity said heating member being inserted between two small metal blocks which rest directly against ist side faces, said small metal blocks being insulated electrically one from the other, the outer surface of said small metal blocks serving for outwardly directed heat transfer being greater than the contact area between the heating member and the small metal blocks, characterized in, that the one small metal block (9) comprises a groove-like recess (10), in which the heating member (1) and the second small metal block (3) are inserted, the one face of said heating member (1) rests against the one side wall of this recess (10), the second face of said heating member rests against the second small metal member (3) and the second small metal member (3) rests against the other side of this recess (10), and between the second small metal block (3) and its contact surface in the groove-like recess (10) there is inserted an electrical insulation (14), with this the pressing of said metal blocks against the heating member originates from forces received within the groove-like recess (10), or that the structure consisting of said heating member (1), said both small metal blocks and an insulation arranged around their outer surface is inserted between walls (23, 24) of a housing which can be pressed together, and which are forced together for creating a pressing between the small metal blocks and the heating member by a clamp (25) acting against the outer surface of said walls.

Description: Selbstregelndes Heizelement Die Erfindung bezieht sich auf ein selbstregelndes Heizelement mit mindestens einem in einer Umhüllung angeordneten Wider- stands-Heizkörper aus stromleitendem Keramikmaterial mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstand des, welcher Heizkörper zwischen zwei unmittelbar an seinen Seitenflächen angedrückt anliegende Metallklötzchen, die elektrisch voneinander isoliert sind, eingefügt ist, wobei die der Wärmeübertragung nach aussen dienende Aussenfläche dieser Metallklötzchen grösser als die Berührungsfläche zwischen dem Heizkörper und den Metallklötzchen ist. Bei Heizelementen vorgenannter Art stellt sich die Energieauf- nahme des an eine Spannungsquelle angeschlossenen Widerstands Heizkörpers ohne weiteres Zutun, also ohne Schaltmassnahme od.dglO, so ein, dass der Widerstands-Heizkörper eine bestimmte im wesentlichen von seiner Material zusammensetzung abhängige Temperatur annimmt Dies ergibt sich dadurch, dass der elek trische Widerstand des Widerstands-Heizkörpers oberhalb einer bestimmten Temperatur stark zunimmt und demgemäss die Energieaufnahme aus der elektrischen Spannungsquelle sinkt. Dieser Wirkungszusammenhang hält nun zwar die Temperatur des an die Spannungsquelle angeschlossenen Widerstands-Heizkörpers selbst praktisch konstant, vermag aber die Temperatur der Umhüllung des Heizelementes, von der die erzeugte Wärme abgenommen wird, bei den bisher bekannt gewordenen bzw. beschriebenen Heizelementen dieser Art nicht im erwünschten Ausmass konstant zu hal- ten, und zwar insbesondere dann nicht, wenn die Wärmeabfuhr von der Umhüllung schwankt. Dieser Nachteil rührt daher, dass der Wärmewiderstand, der zwischen dem Widerstands-Helzkorper und er Umhüllung vorliegt, ein Temperaturgefälle verursacht, dessen Grösse von der von der Umhüllung abgeführten Wärmemenge abhängt, wozu vielfach noch kommt, dass sich der Wert des Wärmewiderstandes mit Anderung des Temperaturgefälles gleichfalls ändert. Dementsprechend kommt es zu unerwünschten Schwankungen der Temperatur der Umhüllung des Heizelementes, von der die Wärme abgenommen wird, obwohl der Heizkörper des Heizelementes eine praktisch konstante Temperatur hat. Aus der DE-OS 2 551 980 ist ein wie vorgenannt ausgebildetes Heizelement bekannt, bei dem eine axiale Stapelung von Keramikheizkörpern und Metallkörpern vorliegt, wobei der so gebildete Stapel in eine rohrartige Keramikhülle eingeschoben ist und durch Federn zusammengehalten wird, die sich gegen Querwände dieser Keramikhülle abstützen. Es wird auf diese Weise nur ein verhältnismässig geringer Kontaktdruck zwischen den Metallkörpern und den Heizkörpern erzielt, und die ganze Anordnung erfordert für ihre Montage einen verhältnismässig grossen Aufwand. Weil bei diesem bekannten Heizelement nur ein verhältnismässig geringer Kontaktdruck zwischen den Heizkörpern und den Metallkörpern des Stapels vorliegt, wobei durch die verhältnismässig schwierige Montage leicht Minderungen des Kontaktdruckes entstehen können, ergibt sich ein relativ grosser Wärmewiderstand an den Anliegeflächen der Metallkörper an den Heizkörpern, wozu noch, durch die Konzeption bedingt, ein erheblicher Wärmewiderstand zwischen den Metallkörpern und der Keramikhülle kommt. Ziel der Erfindung ist es, ein selbstregelndes Heizelement eingangs erwähnter Art zu schaffen, bei dem die vorstehend angeführten Nachteile behoben sind und bei dem auch die Umhüllung eine weitgehend konstante Temperatur hat. Das erfindungsgemässe selbstregelnde Heizelement eingangs erwähnter Art ist dadurch gekennzeichnet, dass dass das eine Metallklötzchen eine nutartige Ausnehmung aufweist, in die der Heizkörper und das zweite Metallklötzchen eingefügt ist, wobei eine Seite des Heizkörpers an der einen Seitenwand dieser Ausnehmung, die zweite Seite des Heizkörpers am zweiten Metallklötz- chen und das zweite Metallklötzchen an der anderen Seite dieser Ausnehmung anliegt, und zwischen das zweite Metallklötzchen und seine Anliegefläche an der nutartigen Ausnehmung eine elektri- sche Isolierung eingefügt ist, und dabei der Andruck der Metall klötzchen an den' Heizkörper durch innerhalb der nutartigen Ausnehmung aufgenommene Kräfte entsteht, oder dass das aus dem Heizkörper, den beiden Metallklötzchen und einer um die Aussen- fläche derselben angebrachten Isolierung bestehende Gebilde eng passend zwischen zusammendrückbare Wände eines Gehäuses eingefügt ist, welche von einer aussen an diesen Wänden angreifenden Klammer zur Erzeugung des Andrucks zwischen den Metallklötzchen und dem Heizkörper zusammengepresst sind. Durch diese Ausbildung kann der vorstehend angeführten Zielsetzung auf konstruktiv einfache Weise sehr gut entsprochen werden. Es ergibt sich dabei durch die erfindungsgemässe Ausbildung ein sehr geringer Wärmewiderstand im Weg der Wärmeübertragung vom Heizkörper zur Umhüllung, und zwar gerade an der ersten Ubergangsfläche dieses Weges, die zwischen dem Heizkörper und den daran anliegenden Metallkörpern vorliegt, was besonders bedeutsam ist. Der erfindungsgemäss vorgesehene Lösungsweg ermöglicht es auf konstruktiv einfache Weise, durch die nutartige Konfiguration eine von den Seiten-einwlrkende gute Kontaktpressung zu erzielen, wobei überdies dieser Vorteil mit geringem Herstellungsaufwand und mit einer sehr einfachen Montierbarkeit einhergeht. Es ist bei der Ausbildung, bei der das eine Metallklötzchen eine nutartige Ausnehmung aufweist, in die der Heizkörper und das zweite Metallklötzchen eingefügt ist, weiter zum Erzielen eines besonders geringen Wärmewiderstandes vorteilhaft, wenn man vorsieht, dass der Heizkörper mit dem zweiten Metallklötz- chen streng passend in die nutartige Ausnehmung des ersten Metallklötzchens eingepresst ist und der Heizkörper durch diese Zwängung unter Druck an den Metallklötzchen anliegt. Es ist dabei weiter sowohl im Sinne einer einfachen Montage als auch im Sinne einer Kleinhaltung des Wärmewiderstandes in einer um die Aussenfläche der Metallklötzchen gelegten Isolierung günstig, wenn man vorsieht, dass in die nutartige Ausnehmung oberhalb oder unterhalb des Heizkörpers die elektrischen Anschlussdrähte eingefügt sind. Eine hinsichtlich des Herstellens der elektrischen Verbindungen der Anschlussdrähte besonders einfache Ausbildung ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte zur Bildung einer elektrischen Verbindung an das erste, die nutartige Ausnehmung enthaltende Metallklötzchen und an das zweite Metallklötzchen angepresst sind. Bei jener Ausbildung des erfindungsgemässen Heizelementes, bei der das aus dem Heizkörper, den beiden Metallklötzchen und einer um die Aussenflächen derselben angebrachten Isolierung bestehende Gebilde eng passend zwischen zwei Wände eines Gehäuses eingefügt ist, die mit einer Klammer zusammengepresst sind, ist es, wenn eine Metallplatte erwärmt werden soll, sowohl für die Montage als auch zum Erzielen eines geringen Wärmewiderstandes weiters vorteilhaft, dass die elastisch zusammendrückbaren Gehäusewände mit einer zu erwärmenden Metallplatte integriert sind. Die Erfindung wird nun anhand von lediglich Ausführungs- wegedarstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen die Figuren 1 und 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Heizelementes im Quer- und im Längsschnitt, Figur 3 eine Variante eines solchen Heizelementes, gleichfalls im Schnitt, Figur 4 das Einfügen der Ausführungsform nach Figur 2 in ein Gehäuse, Figur 5 eine weitere Aus führungs form eines erfindungsgemäss ausgebildeten Heizelementes, und Figur 6 eine der Figur 5 entsprechende Aus führungs form, die mit einer zu erwärmenden Platte integriert ist. Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Aus führungs form eines selbstregelnden Heizelementes ist ein- Widerstands-Helz- körper 1 vorgesehen, der aus stromleitendem Keramikmaterial mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes beteht. Dieser Heizkörper 1 ist zwischen zwei unmittel- bar an seinen Seitenflächen anliegende Metallklötzchen 3, 9 eingefügt. Hiebei weist das eine Metallklötzchen 9 eine nutartige Ausnehmung 10 auf, in die der Heizkörper 1 und das zweite Metallklötzchen 3 eingefügt ist. Es liegt dabei eine Seite des Heizkörpers 1 an der einen Seitenwand 11 der Ausnehmung 10 und die zweite Seite des Heizkörpers am zweiten Metallklötzchen 3 an. Das zweite Metallklötzchen 3 liegt seinerseits an der anderen Seitenwand 12 der Ausnehmung 10 an und ist vom ersten Metallklötzchen 9 durch eine elektrisch isolierende Folie 14 isoliert, die zwischen das Metallklötzchen 3 und die Seitenwand 12 eingefügt ist. Um einen besonders guten Wärmeübergang zu erzielen, ist dabei der Heizkörper 1 mit dem zweiten Metall klötzchen 3 streng passend in die nutartige Ausnehmung 10 des ersten Metallklötzchens 9 eingepresst, sodass der Heizkörper 1 unter Druck an den beiden Metallklötzchen anliegt. Wie sich aus den Figuren 1 und 2 ergibt, ist die der Wärmeübertragung nach aussen dienende Oberfläche 15 des Metallklötzchens 9 grösser als die Berührungsfläche zwischen dem Heizkörper 1 und den Metallklötzchen; dies ergibt sich sowohl daraus, dass der Heizkörper 1 kürzer als die Metallklötzchen 9, 3 ausgebildet ist (Figur 2), als auch daraus, dass die in Umfangsrichtung gelegenen Abmessungen des Metallklötzchens 9 wesentlich grösser als die des Heizkörpers 1 sind (Figur 1). Der Aufbau des in den Figuren 1 und 2'dargestellten Heizelementes ist hinreichend stabil, um dieses Heizelement an beliebigen Stellen, an denen ein Wärmebedarf besteht, anbringen zu können. Soferne dabei eine elektrische Isolierung erforderlich ist, kann man dieses Heizelement ohne weiteres mit einer solchen Isolierung versehen. Gewünschtenfalls kann man weiters eine wärmeleitende Masse dazu verwenden, allfällige im Zuge der Fertigung entstandene Hohlräume, die im Aufbau des Heizelementes vorliegen, auszufüllen. Das Einbringen einer solchen Masse kann im Zuge des Zusammenfügens der einzelnen Teile des Heizelementes oder auch nach dem Zusammenfügen von der Stirnseite her erfolgen, und es kann eine solche Masse auch dazu dienen, konstruktiv bedingte Hohlräume, wie z.B. die Räume beiderseits des Heizkörpers 1, auszufüllen bzw abzudichten. Zur Herstellung der Stromzuleitungen zum Heizkörper 1 kann man Anschlussdrähte zu unmittelbar am Heizkörper 1 vorgesehenen Anschlussstellen führen. Vom Aufbau her einfacher und kompakter ist es aber, die Stromzuleitung über die am Heizkörper anliegenden Metallklötzchen vorzunehmen und die Anschlussdrähte elektrisch mit den Metallklötzchen zu verbinden. Hinsichtlich der Verlegung der elektrischen Anschlussdrähte ist es dabei bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 vorteilhaft, wenn man diese Anschlussdrähte 16, 17 oberhalb oder unterhalb des Heizkörpers 1 in die nutartige Ausnehmung 10 einfügt, wie Figur 3 zeigt. Dies bietet vor allem dann Vorteile, wenn das Heizelement passend in eine Ausnehmung eines Gehäuses bzw. eines zu erwärmenden Körpers einzufügen ist, wie dies Figur 4 zeigt. Um die Anschlussdrähte 16, 17 elektrisch mit den Metallklötzchen 9, 3 zu verbinden, kann man z.B; die blanken Enden dieser Anschlussdrähte mit den Metallklötzchen verschweissen. In der Regel genügt aber auch ein hinreichend festes Anpressen der blanken Enden an die Metallklötzchen, welche Technik bei der Ausführungsform nach Figur 4 vorliegt. Es sind dabei die mit einer Isolierung umhüllten AnschlussdrShte 16, 17 nebeneinan derliegend in den über dem Heizkörper 1 befindlichen Hohlraum eingezwängt geführt, und es ist das blanke Ende jedes dieser beiden Anschlussdrähte an ein Metallklötzchen angepresst. Die Anschlussdrähte können dabei vorteilhaft, wie Figur 4 zeigt, nebeneinanderliegend geführt werden, wobei ein aus Isolierma terial bestehender Streifen 18 die beiden Anschlussdrähte 16, 17 elektrisch voneinander isoliert und gleichzeitig das ganze Gebilde mechanisch abstützt. Um eine elektrische Isolierung zwischen dem Metallklötzchen 9 und dem Gehäuse 20 des Heizelementes 1 zu erhalten, ist bei der Aus führungs form nach Figur 4 zwischen der Aussenfläche des Metallklötzchens 9 und dem Gehäuse 20 eine Isolierung 21 aus einer elektrisch isolierenden Folie vorgesehen. Das aus dem Heizkörper 1, den Metallklötzchen und der Isolierung 21 be stehende Gebilde ist dabei eng passend in das Gehäuse 20 ein gefügt. Bei der Aus führungs form nach Figur 5 ist der Heizkörper 1 zwischen zwei plättchenförmige Metallklötzchen 2, 3 eingefügt, und es ist das so entstandene Gebilde unter Zwischenlage einer Isolierung 21 in ein in Form einer metallenen Schiene 22 gebildetes Gehäuse eingesetzt. Die Isolierung 21 kann dabei je nach den speziellen Erfordernissen ein- oder mehrlagig ausge bildet sein, und man kann auch, wie dies bereits in Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erwähnt worden ist, zur Ausfüllung von Hohlräumen, die im Gebilde vorliegens eine wärmeleitende Masse vorsehen. Die Abmessungen des das Gehäuse bildenden U-Profiles 22 sind bei der Ausführungsform nach Figur 5 so gewählt, dass die Wände 23, 24 des Gehäuses elastisch'federnd an dem aus dem Heizkörper und den Metallklötzchen sowie der Isolierung bestehenden Gebil- de elastisch anliegen. Um dabei einen noch besseren Anpressdruck zu erzielen und damit den Wärmeübergang vom Heizkörper 1 zu den Metallklötzchen 2, 3 und weiter durch die Isolierung 21 zum Metallgehäuse zu verbessern, ist eine Klammer 25 vorgesehen, die die Wände 23, 24 zusammendrückt. Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ist wieder ein den Heizkörper 1 mit den daran anliegenden Metallplättchen 2, 3 und eine mehrlagige Isolierung 21 U-artig umgebendes Metallgehäuse vorgesehen, welches mit einer Metallplatte 25, die erwärmt werden soll, integriert ist. Auch in diesem Fall ist eine Feder 25 vorgesehen, die die Wände 23, 24 des Metallgehäuses zusammendrückt und dadurch ein inniges Anliegen der Metallplättchen 2, 3 am Heizkörper 1 und einen niedrigen Wärmewiderstand zwischen diesen Metallplättchen und dem Metallgehäuse sicherstellt.

Claims: Patentansprüche 1. Selbstregelndes Heizelement mit mindestens einem in einer Umhüllung angeordneten Widerstands-Heizkörper aus strom leitendem Keramikmaterial mit einem positiven Temperaturw koeffizienten des elektrischen Widerstandes, welcher Heizkörper zwischen zwei unmittelbar an seinen Seiten flächen angedrückt anliegende Metallklötzchen, die elek trisch voneinander isoliert sind, eingefügt ist, wobei die der Wärmeübertragung nach aussen dienende Aussenfläche dieser Metallklötzchen grösser als die Berührungsfläche zwischen dem Heizkörper und den Metallklötzchen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Metallklötzchen (9) eine nutartige Ausnehmung (10) aufweist, in die der Heiz körper (1) und das zweite Metallklötzchen (3) eingefügt ist, wobei eine Seite des Heizkörpers (1) an der einen Seitenwand dieser Ausnehmung (10), die zweite Seite des Heizkörpers am zweiten Metallklötzchen (3) und das zweite Metallklötzchen (3) an der anderen Seite dieser Ausnehmung (10) anliegt, und zwischen das zweite Metallklötzchen (3) und seine Anliegefläche an der nutartigen Ausnehmung (10) eine elektrische Isolierung (14) eingefügt ist, und dabei der Andruck der Metallklötzchen an den Heizkörper durch innerhalb der nutartigen Ausnehmung (10) aufgenommene Kräfte entsteht, oder dass das aus dem Heizkörper (1), den beiden Metallklötzchen und einer um die Aussenfläche der selben angebrachten Isolierung bestehende Gebilde eng passend zwischen zusammendrückbare Wände < 23, 24) eines Gehäuses eingefügt ist, welche von einer aussen an diesen Wänden (23, 24) angreifenden Klammer (25) zur Erzeugung des Andrucks zwischen den Metallklötzchen und dem Heiz körper zusammengepresst sind. 2. Selbstregelndes Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (1) mit dem zweiten Metallklötzchen (3) streng passend in die nutartige Aus nehmung (10) des ersten Metallklötzchens (9) eingepresst ist und der Heizkörper durch diese Zwängung unter Druck an den Metallklötzchen anliegt. 3. Selbstregelndes Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die nutartige Ausnehmung (10) oberhalb oder unterhalb des Heizkörpers (1) die elektri schen Anschlussdrähte (16, 17) eingefügt sind. 4. Selbstregelndes Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussdrähte (16, 17) zur Bil dung einer elektrischen Verbindung an das erste, die nutartige Ausnehmung (10) enthaltende Metallklötzchen (9) und an das zweite Metallklötzchen (3) angepresst sind. 5. Selbstregelndes Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch zusammendrückbaren Gehäusewände (23, 24) mit einer zu erwärmenden Metall platte (25) integriert sind.

Inventors: MENHARDT, WALTHER, DR.
Applicants: MENHARDT, WALTHER, DR.
Application year: 1982
Main classification: H05B3
IPC codes: H05B3