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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement mit mindestens einem PTC(Positive Temperature Coefficient)-Element und einem Aufnahmegehäuse, wobei das Aufnahmegehäuse das mindestens eine PTC-Element zumindest bereichsweise umschließt. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Heizelements.
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Heizelemente mit einem PTC-Element sind beispielsweise bekannt aus der
EP 0 340 550 B1 oder der
DE 85 03 272 U1 . Derartige Heizelemente werden zur Erwärmung beziehungsweise zur Warmhaltung von flüssigen, festen beziehungsweise gasförmigen Stoffen verwendet. Ebenso dienen sie der Beheizung von Körpern in unterschiedlichen geometrischen Formen und Legierungen. Sie werden beispielsweise eingesetzt in Wachsenthaarungsgeräten, Gesichtssaunen, Reisebügeleisen, Massagegeräten, Warmhalteplatten, Kaffeecontainern, medizinischen Geräten, Laminatoren, Haarpflegegeräten, Schaltschrankbeheizungen und vielen weiteren Geräten.
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Bei Verwendung derartiger Heizelemente zur Erhitzung von Flüssigkeiten, wie beispielsweise von Öl in der Ölwanne eines Kompressors, ist es bekannt, in dem das zu erhitzende Medium enthaltenden Gehäuse eine röhrenartige Aussparung zu integrieren, in das ein derartiges Heizelement montiert wird. Die Herstellung eines derartigen Gehäuses ist jedoch aufwändig und daher kostenintensiv.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein gattungsgemäßes Heizelement derart weiterzubilden, dass der Aufwand zum Erhitzen eines Mediums reduziert werden kann. Sie betrifft überdies die Bereitstellung eines entsprechenden Herstellungsverfahrens für ein derartiges Heizelement.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Heizelement mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 12.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf das Vorsehen einer röhrenartigen Aussparung in dem Gehäuse verzichtet werden kann, wenn die mechanische Befestigung des Heizelements an dem Gehäuse mittels eines Magneten erfolgt. Erfindungsgemäß umfasst daher das Heizelement weiterhin mindestens einen Magneten, der insbesondere als Permanentmagnet ausgeführt sein kann. Dadurch braucht keine röhrenartige Aussparung in dem Gehäuse, das die zu erhitzende Flüssigkeit enthält, mehr vorgesehen werden. Die Befestigung eines erfindungsgemäßen Heizelements an dem Gehäuse kann nachträglich, bei geringstem Aufwand und ohne Hilfsmittel erfolgen. Dadurch, dass der Magnet metallisch ist, ist eine ausreichende Wärmeübertragung gewährleistet.
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Diese Erfindung wird auch nicht nahegelegt durch die
DE 1 613 161 U1 , die eine elektrische Warnvorrichtung für Brennstoffbehälter an Fahrzeugen betrifft. Dort wird zur Anzeige einer vorbestimmten Restmenge eines Tankinhalts ein elektrischer Heißleiter innerhalb der Tankflüssigkeit mit einer Warnlampe außerhalb des Behälters gekoppelt, wobei der elektrische Heißleiter auf einer Unterlage befestigt ist, die mittels eines Permanentmagneten an der tiefster Stelle der inneren Wandung des Brennstoffbehälters fest haftet. Diese bekannte Vorrichtung betrifft keine Heizvorrichtung und betrifft überdies die Montage innerhalb eines Behälters. Damit gehen Abdichtungsprobleme einher, die Montage wird mangels Zugänglichkeit erschwert.
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Bei der vorliegenden Erfindung ergeben sich keine Abdichtungsprobleme, da das Heizelement von außen an das Gehäuse mit der zu erhitzenden Flüssigkeit angebracht wird. Dies resultiert in einer besonders einfachen Montage. Da das Heizelement nicht mit dem zu erhitzenden Medium in Kontakt tritt, ergibt sich auch kein zusätzlicher Strömungswiderstand. Weiterhin wird das Heizelement von dem zu erhitzenden Medium nicht angegriffen, wodurch sich eine Erhöhung der Lebensdauer des Heizelements ergibt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Heizelement ist ein nachträglicher Einbau oder ein Austausch des Heizelements problemlos möglich. Ebenfalls ergeben sich keine Probleme durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Heizelement und dem das zu erhitzende Medium enthaltenden Gehäuse, da sich beide unabhängig voneinander ausdehnen können. Ein Absprengen des Heizelements oder Brüche oder Risse werden daher zuverlässig vermieden.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der mindestens eine Magnet wärmeleitfähig mit dem Aufnahmegehäuse gekoppelt, insbesondere mit dessen Außenseite. Auf diese Weise können die Aufnahmegehäuse weiter verwendet werden, die im Stand der Technik zum Betrieb der „PTC-Heizelemente” verwendet wurden.
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Alternativ kann das Aufnahmegehäuse eine Aussparung aufweisen, wobei der mindestens eine Magnet in der Aussparung angeordnet ist und wärmeleitfähig mit dem mindestens einen PTC-Heizelement gekoppelt ist. Dadurch wird die Wärmeübertragung zwischen PTC-Heizelement und dem das zu erhitzende Medium enthaltenden Gehäuse optimiert, da infolge des Wegfallens der Wand des Aufnahmegehäuses in diesem Bereich die Wärmeübertragungsstrecke zwischen PTC-Heizelement und Gehäuse verkürzt ist.
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Bevorzugt weist der mindestens eine Magnet eine erste Kopplungsseite zum Koppeln mit dem Aufnahmegehäuse und/oder dem mindestens einen PTC-Element sowie eine zweite Kopplungsseite zum Koppeln mit einem, ein zu erhitzendes Medium enthaltenden Gehäuse, insbesondere mit dessen Außenseite, auf. Dabei ist bevorzugt die erste Kopplungsseite des Magneten sowie die zugeordnete Oberfläche des Aufnahmegehäuses plan ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine äußerst gute Wärmeübertragung.
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Die zweite Kopplungsseite des mindestens einen Magneten kann an die Oberfläche des das zu erhitzende Medium enthaltenden Gehäuses formangepasst sein. Auf diese Weise wird eine maximale Wärmeübertragungsfläche und damit ein hoher Wirkungsgrad bei der Beheizung des zu erhitzenden Mediums sichergestellt.
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Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine Magnet eine Durchgangsöffnung von der ersten zur zweiten Kopplungsseite aufweisen. Dies ermöglicht einen guten Kontakt und damit einen hohen Wirkungsgrad auch bei nicht ebenen Gehäuseformen, ohne dass mit größerem Aufwand eine Formanpassung zwischen Magnet und Gehäuseoberfläche vorgenommen werden müsste. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn der mindestens eine Magnet ringförmig ausgebildet ist. Serienmäßig ebene Heizelemente können dadurch gut wärmeleitend mit nicht ebenen, beispielsweise gewölbten Gehäuseoberflächen verbunden werden. Zur Beheizung von das zu erhitzende Medium enthaltenden Gehäusen, die eine Rohrform aufweisen, ist es bevorzugt, wenn der mindestens eine Magnet stabförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass selbst mit PTC-Elementen, die breiter sind als das Rohr, eine maximale Wärmeübertragung vom PTC-Element auf das rohrförmige Gehäuse ermöglicht wird. Bei PTC-Elementen, die schmäler sind das als zu beheizende Rohr, sind besonders bevorzugt zwei parallele Stabmagnete in Längsrichtung des Rohrs vorzusehen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aufnahmegehäuse aus einem nichtmagnetischen Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt. Dabei ist es besonders bevorzugt, die Kopplung des mindestens einen Magneten mit dem Aufnahmegehäuse und/oder dem PTC-Element durch Verkleben, Verlöten, Verschrauben, Verklemmen und/oder Verpressen herzustellen. Dabei sind die Varianten Verkleben und Verlöten besonders bevorzugt, da durch den Kleber beziehungsweise das Lot Unebenheiten der Verbindungsflächen ausgeglichen werden können, wodurch sich eine sehr gute Wärmeleitung realisieren lässt. Bei einem Aufnahmegehäuse aus einem magnetischen Metall, kann die Kopplung des Magneten mit dem Aufnahmegehäuse ebenfalls durch die magnetische Anziehungskraft des Magneten erfolgen. Zusätzliche Maßnahmen zur Befestigung des Magneten mit dem Aufnahmegehäuse können daher entfallen.
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Der Magnet kann für weitere Funktionen verwendet werden. Besonders bevorzugt stellt der mindestens eine Magnet einen Sensor einer Sensorvorrichtung, insbesondere einer Sensorvorrichtung zum Bestimmen eines Füllstands des zu erhitzenden Mediums, dar, wobei er dann bevorzugt mit einem Reed-Schalter gekoppelt wird. Auch lässt sich durch den Magneten eisenhaltiger Abrieb zuverlässig festhalten, was bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Heizelements an einer Ölwanne die Gefahr von Motorschäden deutlich reduziert. Zusammenfassend kann daher der Magnet eines erfindungsgemäßen Heizelements auch für weitere Funktionen verwendet werden, so dass Zusatzeinrichtungen eingespart werden können.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Heizelement vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Heizelements unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 in schematischer perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizelements;
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2 eine Seitenansicht eines beispielhaft an einer Ölwanne eines Kompressors angebrachten erfindungsgemäßen Heizelements gemäß 1;
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3 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Heizelement gemäß 1; und
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4 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizelements.
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In den unterschiedlichen Figuren werden für gleiche und gleich wirkende Bauelemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Diese werden der Übersichtlichkeit halber nur einmal eingeführt.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizelements 10. Dieses umfasst ein Aufnahmegehäuse 12, in dem ein PTC-Element 14 angeordnet ist. Für einen guten Wärmeübergang ist das PTC-Element 14 in dem Aufnahmegehäuse 12 verpresst. Das PTC-Element 14 umfasst einen ersten 16 und einen zweiten Anschluss 18 zum Koppeln des PTC-Elements 14 an eine elektrische Stromversorgung, die mit (nicht gezeigten) Kontaktplatten beiderseits eines PTC-Keramik-Bausteins in elektrischer Verbindung stehen. Eine Folie 20 dient der Isolierung zwischen einem Grundelement des PTC-Elements 14, das im Aufnahmegehäuse 12 angeordnet ist, sowie dem Aufnahmegehäuse 12. Das Aufnahmegehäuse 12 ist als Strangpressprofil aus einer Aluminium-Legierung ausgeführt und weist eine ebene Oberfläche 22 auf, auf die mittels eines Klebers 24 ein Magnet 26 aufgebracht ist, der ringförmig ausgebildet ist und eine Durchgangsöffnung 28 aufweist.
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2 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizelements 10 bei einer Ölwanne 30 eines Kompressors. Aufgrund der ringförmigen Ausbildung des Magneten 26 kann ein optimaler Kontakt zwischen dem Magneten 26 und der Ölwanne 30 hergestellt werden. Wie deutlich zu erkennen ist, ergibt sich überdies der Vorteil, dass durch den Magneten 26 eisenhaltiger Abrieb 32 zuverlässig am Boden der Ölwanne 30 gehalten werden kann und somit nicht mehr schädlich in den Ölkreislauf geraten kann.
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3 zeigt eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Heizelement 10 gemäß 1, wobei jedoch die Folie 20 der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurde.
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4 zeigt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizelements 10, bei dem im Aufnahmegehäuse 12 eine Aussparung 34 für den Magneten 26 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist der Magnet 26 im Wesentlichen unmittelbar, das heißt bis auf die Folie 20, mit dem PTC-Element 14 gekoppelt. Dadurch lässt sich eine Wärmeübertragung mit einem besonders hohen Wirkungsgrad realisieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0340550 B1 [0002]
- DE 8503272 U1 [0002]
- DE 1613161 U1 [0007]