DE7811098U1 - Heater with a ferroelectric ceramic heating element - Google Patents
Heater with a ferroelectric ceramic heating elementInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Bariin und München TPA 78 G 7 Q 3 g BRQ SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark Bariin and Munich TPA 78 G 7 Q 3 g BRQ
Heizer mit ferroelelctrischem Keramik-Heizelement,,Heater with ferroelectric ceramic heating element,
Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizer mit ferroelektrischem Keramik-Heizelement (Kaltleiter), wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.The invention relates to a heater with a ferroelectric ceramic heating element (PTC thermistor) like him is specified in the preamble of claim 1.
In älteren Anmeldungen P 27 43 880.8 (77 P 7152); G 77 30 201.3 (77 P 7153); G 77 30 233.1 (77 P 7154); P 28 06 159.8 (78 P 7009) ist vom Anmelder zur vorliegenden Erfindung vorgeschlagen -worden, bei Verwendung eines scheibenförmigen Keramik-Heizelementes aus z.B.In older applications P 27 43 880.8 (77 P 7152); G 77 30 201.3 (77 P 7153); G 77 30 233.1 (77 P 7154); P 28 06 159.8 (78 P 7009) is from the applicant to the present The invention has been proposed, when using a disc-shaped ceramic heating element made of e.g.
dotiertem Bariumtitanat den 'Wärmekontakt von diesem Heizelement zu. einem zu beheizenden Körper so auszubilden, daß von beiden Heizflächen des Heizelementes die erzeugte Wärme gleich gut abgeführt wird. Dabei hat gleich gute Wärmeleitung auf beiden Seiten des Heizelementes Vorrang vor z.B. nur auf einer Seite extrem guter Wärmeableitung. Diese Maßnahme dient dazu, in dem Heiaelement, das vorzugsweise auch in seiner Dicke auf nur 0,5 bis 2 mm zu beschränken ist, über die ganze Dicke des Elementes hinweg für alle Flächenbe-doped barium titanate the 'thermal contact of this Heating element closed. to form a body to be heated so that the two heating surfaces of the heating element generated heat is dissipated equally well. It has equally good heat conduction on both sides of the heating element Priority over e.g. extremely good heat dissipation only on one side. This measure is used in the heating element, which is preferably also to be limited in its thickness to only 0.5 to 2 mm, over the entire thickness of the element for all surface areas
Bts 1 BIa / 13.4.1978Bts 1 BIa / April 13, 1978
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^2" 73 3 7 O 3 8 BROVPA ^ 2 "73 3 7 O 3 8 BRO VPA
reiche desselben im Betriebsfall gleiche thermische Bedingungen und insbesondere gleiche Temperatur zu gewährleisten. Damit läßt sich nämlich erreichen, daß die bekanntermaßen sich selbst stabilisierende erreichte Temperatur des Heizelements gewährleistet ist. Die Selbststabilisierung beruht an sich auf dem Kaltleitereffekt mit bei der Curie-Temperatur nahezu sprungartig ansteigendem spezifischen elektrischen Widerstand. In den älteren Anmeldungen sind Einzelheiten zum Einbau und Aufbau eines Kaltleiter-Keramik-Heizelementes angegeben. In Einzelfällen können dennoch Schwierigkeiten dadurch auftreten, daß ein noch nicht genügender und gleichmäßiger Wärmekontakt zwischen den Heizflächen des Heizelementes einerseits und den ihnen gegenüberstehenden Wärmeaufnahmeflächen des zu beheizenden Körpers andererseits- besteht.rich of the same to ensure the same thermal conditions and in particular the same temperature during operation. In this way it can namely be achieved that the known self-stabilizing reached Temperature of the heating element is guaranteed. The self-stabilization is based on the PTC thermistor effect with an almost sudden increase in specific electrical resistance at the Curie temperature. In the older registrations give details of the installation and structure of a PTC thermistor ceramic heating element. In individual cases, however, difficulties can arise due to the fact that a not yet sufficient and even Thermal contact between the heating surfaces of the heating element on the one hand and those opposite them On the other hand, there is heat absorption surfaces of the body to be heated.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen vorzuschlagen, mit denen ein extrem guter Wärmekontakt gewährleistet ist.It is therefore an object of the present invention to propose measures with which an extremely good thermal contact is guaranteed.
Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Heizer erfindungsgemäß gelöst, wie dies aus den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 hervorgeht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved according to the invention in a heater as specified in the preamble of claim 1, as can be seen from the features of the characterizing part of claim 1. Further refinements of the invention emerge from the subclaims.
Anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen eines erfindungsgemäßen Heizers, verdeutlicht mit Hilfe der beigefügten Figuren, sind weitere Erläuterungen zur Erfindung gegeben.Using the following description of the figures of exemplary embodiments a heater according to the invention illustrated With the help of the accompanying figures, further explanations of the invention are given.
Fig.1 zeigt eine erste Ausführungsform. Fig.2 zeigt einen integrierten Heizkörper mit einer Ausf'ihrungsform nach Fig.1.Fig.1 shows a first embodiment. 2 shows an integrated heating element with one embodiment according to Fig.1.
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Fig.3 zeigt eine weitere Ausführungsform.3 shows a further embodiment.
In Fig.1 ist eine mit 1 bezeichnete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizers im Schnitt dargestellt. Mit 2 ist der zu beheizende Körper bezeichnet, der aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus Aluminium, besteht. Mit 3 ist der Zwischenraum bezeichnet, der zur Aufnahme des ferroelektrischen Keramik-Heizelementes 4 dient und der bei diesem Ausführungsbeispiel zwei einan-IQ 10 der gegenüberliegende Wärmeaufnahmeflächen 5.und β hat, die einen Keilwinkel miteinander einschließen. Mit 41 sind die Heizflächen des Heizelementes 4 bezeichnet.In Figure 1, an embodiment designated 1 is a Heater according to the invention shown in section. With the body to be heated is referred to, which consists of a a material that conducts heat well, in particular aluminum. With 3 the space is referred to, which for The ferroelectric ceramic heating element 4 is accommodated and, in this exemplary embodiment, two one-on-one IQ 10 of the opposite heat absorption surfaces 5. and β, which enclose a wedge angle with one another. At 41 the heating surfaces of the heating element 4 are designated.
Der erfindungsgemäß vorgesehene keilförmige Körper ist mit 7 bezeichnet.The wedge-shaped body provided according to the invention is denoted by 7.
Mit 8 sind die auf der Oberfläche des beispielsweise kreisscheibenförmigen Heizelementes 4 angebrachten, elektrisch leitenden Elektroden, mit 9 sind elektrisch isolierende Beilagen und mit 10 zusätzliche Beilagen ausi duktilem Material, wie Aluminium, Blei, Kupfer, Wäriaeleitpaste und dergl., bezeichnet.With 8 on the surface of the, for example, circular disk-shaped Heating element 4 attached, electrically conductive electrodes, with 9 are electrically insulating Enclosures and with 10 additional enclosures made of ductile Material, such as aluminum, lead, copper, thermal paste and like., designated.
Mit Hilfe des keilförmigen Körpers 7 können das Heizelement 4 mit seinen Elektroden 8 und die Beilagen 9 und 10 in dem Zwischenraum 3 zwischen den Wärmeaufnahmeflächen 5 und 6 des zu beheizenden Körpers 2 derart fest eingekeilt werden, daß innigster Kontakt zwischen den jeweils aufeinanderliegenden Flächen besteht. Damit läßt sich eine nicht nur auf beiden Seiten gleich gute, sondern auch eine dazu quantitativ große Wärmeabfuhr aus dem Heizelement in den zu beheizenden Körper 2 erreichen.With the help of the wedge-shaped body 7, the heating element 4 with its electrodes 8 and the enclosures 9 and 10 wedged so firmly in the space 3 between the heat absorption surfaces 5 and 6 of the body 2 to be heated that there is intimate contact between the surfaces lying on top of one another. This can be heat dissipation from the heating element is not only equally good on both sides, but also quantitatively large in the body 2 to be heated.
Aufgrund der duktilen Beilage ist gewährleistet, daß etwaige sehr unterschiedliche Wärmedehnungen trotz hohenThe ductile shim ensures that any very different thermal expansions despite high
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Anpreßdruckes von den einzelnen Materialien, insbesondere vom Material des Heizelementes, ohne Schaden vertragen ■werden.Contact pressure from the individual materials, especially from the material of the heating element, tolerated without damage ■ become.
Für den keilförmigen Körper 7 ist ein Keilwinkel cc vorgesehen, der abhängig vom Gleitmodul zwischen den Keilflächen und den am keilförmigen Körper 7 anliegenden Flächen, d.h. der Wärmeaufnahmefläche 6 und der einen Fläche der duktilen Folie 10, so gewählt ist, daß der keilförmige Körper unter betriebsmäßig auftretenden Druckkräften niemals von selbst herausrutschen kann. Gegebenenfalls kann eine Spreizsicherung 12 vorgesehen sein, die eine zusätzliche Halterung des keilförmigen Körpers 7, z.B. gegen Rüttelkräfte, gewährleistet. Der keilförmige Körper 7 kann aus Metall, z„B. Aluminium, oder auih aus einem gut wärmeleitenden Isolationsmaterial, z.B. Aluminiumoxid,bestehen. A wedge angle cc is provided for the wedge-shaped body 7, depending on the sliding module between the wedge surfaces and the surfaces resting on the wedge-shaped body 7, i.e. the heat-absorbing surface 6 and one surface of the ductile foil 10, is chosen so that the wedge-shaped The body can never slip out of its own accord under operational pressure forces. If necessary, can An expansion lock 12 can be provided, which provides additional support for the wedge-shaped body 7, e.g. against Shaking forces, guaranteed. The wedge-shaped body 7 can be made of metal, e.g. Aluminum, or a good one thermally conductive insulation material, e.g. aluminum oxide.
Die duktile Folie 10 kann thermisch erzeugte Dickenänderungen aufnehmen. Unterschiedliche thermische Ausdehnungen quer zur Dickenrichtung, z.B. Ausdehnung des Heizelements 4 gegenüber dem zu beheizenden Körper 2, können sich durch Gleitbewegung ausgleichen.The ductile film 10 can absorb thermally generated changes in thickness. Different thermal expansions transversely to the direction of thickness, e.g. expansion of the heating element 4 in relation to the body 2 to be heated, can occur compensate by sliding movement.
Mit 11 sind Zuleitungen zu den Elektroden 8 bezeichnet, die zum Anschluß der Betriebsspannung des Heizelementes, z.B. 220 YoIt, dienen.With 11 leads to the electrodes 8 are designated, which are used to connect the operating voltage of the heating element, e.g. 220 YoIt, serve.
In der Längsrichtung, d.h. senkrecht zur Darstellungsebene der Fig.1 gesehen, kann der zu beheizende Körper 2 größere Länge haben, so daß z.B. in dem Zwischenraum 3, in die Ebene der Fig.1 gesehen, aufeinanderfolgend mehrere Heizelemente 4 mit wenigstens je einem weiteren keilförmigen Körper 7 und den Beilagen angeordnet sind* Mit Hilfe des keilförmigen Körpers 7 können sogar vielfachIn the longitudinal direction, i.e. perpendicular to the plane of representation in FIG. 1, the body to be heated 2 have greater length, so that, for example, in the space 3, seen in the plane of FIG Heating elements 4 with at least one further wedge-shaped body 7 and the inserts are arranged * with Help of the wedge-shaped body 7 can even be multiple
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unvermeidliche Dickentoleranzen der einzelnen Keramik-Heizelemente 4 ausgeglichen werden, indem der Körper 7 mehr oder weniger tief in den im Zwischenraum 3 für diesen Keil noch verbleibenden Raum hineingetrieben wird.unavoidable thickness tolerances of the individual ceramic heating elements 4 are balanced by the body 7 more or less deep in the space 3 for this Wedge remaining space is driven into it.
Die äußeren mit 13 bezeichneten Flächen des zu beheizenden Körpers 2 können z.B. für die Verwendung in einer Kaffeemaschine mit der zu beheizenden Flüssigkeit umspült sein. Ein integrierter Heizkörper kann z.B. aus einem -wie in Fig. 2 schematisch angedeuteten (iia Schnitt und nur teilweise dargestellten) Korper 21 bestehen, der eine Anzahl Zwischenräume 3 zur Aufnahme je eines oder mehrerer Heizelemente 4 besitzt. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig.2 diese in den Zwischenräumen 3 anzubringenden Heizelemente 4 und die jeweils zugehörigen Einzelheiten, z.B. Beilagen 9, 10 und die keilförmigen Körper 7, nicht dargestellt. Mit 22 ist ein Anteil einer Gehäusewand bezeichnet, die einen Behälter für die zu beheizende Flüssigkeit bildet. „ · :.·The outer surfaces, designated 13, of the body 2 to be heated can be used, for example, in a The liquid to be heated should be flushed around the coffee machine. An integrated radiator can, for example, consist of a - as indicated schematically in Fig. 2 (iia section and only partially shown) body 21 exist, the a number of spaces 3 for receiving one or more Has heating elements 4. For the sake of clarity, these are to be attached in the spaces 3 in FIG Heating elements 4 and the respective associated details, e.g. enclosures 9, 10 and the wedge-shaped bodies 7, not shown. With 22 a portion of a housing wall is referred to, which is a container for the to be heated Liquid forms. "·:. ·
Fig.3 zeigt eine Ausführungsform 30 eines erfindungsgemäßen Heizers, wieder in Schnittdarstellung. Der im zu^beheizenden Körper 32 vorgesehene Zwischenraum 33 hat in diesem Fall zueinander;jparallele, einander gegenüberliegende wärmeableitende Flächen 35 und 36, zwischen denen sich das Heizelement 4 mit seinen Elektroden 8 und seinen duktilen Beilagen 10 sowie mit zwei keilförmigen Körpern 37 und befindet. Die Keilwinkel °£. der beiden keilförmigen Körper 37, 137 sind einander entgegengesetzt angeordnet, so daß insgesamt über den ganzen Querschnitt hinweg gleich bleibende Dicke der Einzelteile 4, 8, 10, 37 und 137 besteht.3 shows an embodiment 30 of an inventive Heizers, again in section. The interspace 33 provided in the body 32 to be heated has in it Fall to one another; jparallel, opposite one another heat-dissipating surfaces 35 and 36, between which the heating element 4 with its electrodes 8 and its ductile Enclosures 10 and with two wedge-shaped bodies 37 and is located. The wedge angles ° £. of the two wedge-shaped bodies 37, 137 are arranged opposite one another, so that overall they remain the same over the entire cross section Thickness of the items 4, 8, 10, 37 and 137 is made.
Für die Erfindung ist wesentlich, daß die keilförmigen Körper. 7, 37 und 137 so groß sind, daß sie mindestens die (zur Darstellungsebene der Fig*1 und 3) senkrechte Quer-For the invention it is essential that the wedge-shaped body. 7, 37 and 137 are so large that they are at least the (to the plane of representation in FIGS. 1 and 3) vertical transverse
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~6~ YPA 78 G 7 O 3 8 BRO~ 6 ~ YPA 78 G 7 O 3 8 BRO
schnittsfläche des Heizelementes 4 erfassen. Dadurch ist
gewährleistet, daß Warmefluß vom Heizelement 4 ohne Behinderung
und Stau in den zu -beheizenden Körper 2 bzw. 32 vorliegt.
5Detect the cutting surface of the heating element 4. This ensures that the flow of heat from the heating element 4 into the body 2 or 32 to be heated is present without hindrance and congestion.
5
Die in den Figuren dargestellte Formgebung des zu beheizenden Körpers 2 mit seinen Außenflächen 12 kommt vorteilhafterwfeise dem Streben entgegen, einen Heizer zwecks guter Wärmeabfuhr möglichst rippenförmig auszugestalten. ( ) 10 Solche Rippengestalt geht insbesondere aus der schematischen Fig.2 hervor.The shape shown in the figures of the body 2 to be heated with its outer surfaces 12 is advantageous contrary to the striving to design a heater as rib-shaped as possible for the purpose of good heat dissipation. () 10 Such a rib shape is based in particular on the schematic Fig. 2 shows.
Bei einem wie erfindungsgemäßen Heizer treten keine Schwierigkeiten auf, die sich mit geringerer Maßhaltigkeit der Bauteile ergeben, wobei zu berücksichtigen ist, daß wegen der Vielzahl der aufeinanderliegenden Teile nachteilige Summenbildung der Toleranzen auf der einen oder der anderen Seite auftreten können. Diese sind jedoch mit der Erfindung in einfachster Weise auszugleichen. Insbesondere ist auch zu berücksichtigen, daß wegen der aufgrund der keilförmigen Körper über die ganze Querschnittsfläche hinweg erreichten Gleichförmigkeit des Anpreßdruckes nicht nur s geringere Bruchgefahr besteht, sondern auch schadlos ungewohnt hohe Anpreßdrücke angewendet werden können. Die Anpreßdrücke können so hoch sein, daß aufgrund von Wärmeausdehnungen auftretende Dickenilnderungen in keinem Falle einen Wegfall des Anpreßdruckes herbeiführen können.No difficulties arise with a heater such as the one according to the invention on, which result with lower dimensional accuracy of the components, taking into account that because of disadvantageous because of the large number of parts lying one on top of the other Summation of the tolerances on one side or the other can occur. However, these are with the invention to balance in the simplest way. In particular, it should also be taken into account that because of the Wedge-shaped bodies over the entire cross-sectional area not only achieved uniformity of the contact pressure s there is less risk of breakage, but unusually high contact pressures can also be used without damage. The contact pressures can be so high that changes in thickness due to thermal expansion never occur can bring about an elimination of the contact pressure.
13 Ansprüche
3 Figuren13 claims
3 figures
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