Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung mit wenigstens einem Kaltleiter.
Unter einem Kaltleiter (PTC) wird ein stromleitendes Material bzw. eine ein solches Material aufweisende Komponente verstanden, wobei das Material derart ausgeführt ist, dass sich dessen elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur vergrößert. Derartige Materialien besitzen somit einen positiven Temperaturkoeffizienten.
Werden Kaltleiter mit Wechselstrom betrieben, kann es dazu kommen, dass diese den Strom verzerren. Solche Stromverzerrungen, die sich als Harmonische der Grundwelle darstellen können, sind für viele Anwendungen nicht erwünscht oder nur im begrenzten Maße zulässig. Insbesondere bei mobilen Anwendungen, wie in der Luftfahrt ist es von besonderer Bedeutung, eine qualitativ gute Bordspannung bereitzustellen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die durch den Kaltleiter hervorgerufene Stromverzerrung auf ein akzeptables Maß hin zu reduzieren oder ganz zu verhindern, so dass sich ein weitgehend oder vollständig unverzehrter Strom- bzw. Spannungsverlauf ergibt.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist vorgesehen, dass der Kaltleiter derart dimensioniert ist, dass der Spannungsabfall über den Kaltleiter den Wert von 40 V/mm nicht übersteigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, dass ein Kaltleiter je weniger harmonische Schwingungen produziert, je geringer die angelegte Spannung ist. Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, die angelegte Spannung pro Dimension (Dicke bzw. Länge) des Kaltleiters, das heißt in Richtung des Spannungspfades auf einen Grenzwert zu beschränken. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass dieser Grenzwert bei 40 V/mm liegt. Vorzugsweise ist der Kaltleiter derart dimensioniert, dass der Spannungsabfall über den Kaltleiter pro Längen- bzw. Dickeneinheit des Kaltleiters bei nicht mehr als 35 V/mm und besonders bevorzugt bei nicht mehr als 30 V/mm liegt. Auf diese Weise ist es möglich, den Anteil der Harmonischen, insbesondere der 3. Harmonischen an der Grundschwingung erheblich zu reduzieren.
Unter dem Begriff "Kaltleiter" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein einheitliches Bauteil oder auch die Zusammensetzung mehrerer Kaltleiterelemente zu verstehen. Denkbar ist es beispielsweise somit, einen vergleichsweise dicken Kaltleiter zu verwenden bzw. mehrere Kaltleiterelemente in Reihe zu schalten, was letztlich dazu führt, dass der Spannungsabfall pro Dicken- bzw. Längeneinheit des Kaltleiters auf den gewünschten Wert reduziert werden kann.
Sofern dies in dem konkreten Anwendungsfall möglich ist, besteht erfindungsgemäß ebenfalls die Möglichkeit, den angegebenen Grenzwert dadurch zu erreichen, dass bei vorgegebener Dicke des Kaltleiters die angelegte Spannung reduziert wird.
Wie ausgeführt, besteht eine Ausgestaltung der Erfindung darin, dass der Kaltleiter aus mehreren, in Reihe geschalteten Kaltleiterelementen aufgebaut ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kaltleiter aus mehreren, parallel geschalteten Kaltleiterelementen aufgebaut ist. Eine solche Anordnung kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn der Kaltleiter als Heizelement dient und eine bestimmte, Wärme abgebende Mindestfläche zur Verfügung gestellt werden soll.
Grundsätzlich ist es auch möglich, diese beiden Ausgestaltungen der Erfindung zu kombinieren, das heißt einen Kaltleiter bereitzustellen, der sowohl aus in Reihe geschalteten als auch aus parallel geschalteten Kaltleiterelementen aufgebaut ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass es sich bei der Einrichtung um eine Heizeinrichtung handelt.
Der Kaltleiter ist in bevorzugter Ausgestaltung somit als Heizelement ausgeführt bzw. Bestandteil einer Heizeinrichtung.
Der Vorteil gegenüber ohmschen Widerständen besteht darin, dass Kaltleiter den elektrischen Widerstand temperaturabhängig ändern, so dass ein zu hoher Temperaturwert aufgrund des dann angestiegenen Widerstandswertes verhindert werden kann.
Vorzugsweise ist somit vorgesehen, dass der Kaltleiter einen nichtlinearen Widerstandsverlauf zeigt, d.h. dass dessen Widerstand überproportional mit der Temperatur ansteigt.
Die Heizeinrichtung kann mehrere Kaltleiter umfassen, an die ein oder mehrere Wärmeübertragungsbereiche angrenzen. Dabei kann der Kaltleiter in Form einer oder mehrerer Platten ausgeführt sein.
Vorzugsweise weisen die Wärmeübertragungsbereiche Luftdurchlässe auf, die beispielsweise derart angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung durch die Luftdurchlässe parallel zu der Ebene der plattenförmig ausgeführten Kaltleiter erläuft. Denkbar ist es, dass die Luftdurchlässe durch eine lamellenartige oder rippenartige Struktur gebildet werden, die sich vorzugsweise jeweils zu beiden Seiten eines Kaltleiters erstreckt.
Bevorzugt stehen die Wärmeübertragungsflächen unmittelbar oder mittelbar mit dem oder den Kaltleitern in Verbindung.
Die Erfindung betrifft ferner einen Heizer mit einer oder mehreren Einrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie ein Fahrzeug oder Luftfahrzeug mit einer oder mehren Einrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mit einem oder mehreren Heizern gemäß Anspruch 12.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für die Verwendung in Luftfahrzeugen von Interesse, da in diesem Fall Stromverzerrungen des Wechselstrom-Bordnetzes besonders unerwünscht sind, die durch die vorliegende Erfindung vollständig oder weitgehend verhindert werden können.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfaßt auch für alle anderen Einsatzbereiche, d.h. stationäre Anwendungen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Der Einsatz 20 besteht aus Kaltleitern 30, die jeweils zwischen zwei Wärmeübertragungsbereichen 40 angeordnet sind. Die Wärmeübertragungsbereiche 40 weisen mehrere benachbarte und übereinander angeordnete Durchlässe zur Durchströmung von Luft auf. Wie dies aus
Mit den Bezugszeichen GND und 150VAC sind die Anschlüsse bzw. ist die Spannungsversorgung der Heizeinrichtung 10 gekennzeichnet.
Wie dies des weiteren aus
Insgesamt besteht ein Kaltleiterelement 32 aus zwei parallelen, aufeinander liegenden Reihen mit jeweils drei PTC-Steinen bzw. Kaltleiterelementen 32. Somit besteht ein Kaltleiter 30 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus sechs Kaltleiterelementen 32
Die Kaltleiterelemente 32 können beispielsweise eine Dicke von ca. 2 mm und eine Breite von ca. 6 mm aufweisen. Selbstverständlich handelt es sich hierbei nur um ein die Erfindung nicht beschränkendes Merkmal.
Die Kaltleiterelemente 32 können als Keramikbauteile mit nichtlinearem Widerstandsverlauf ausgeführt sein.
Quer zur Strömungsrichtung der Luft sind zwei Heizeinrichtungen 10 gemäß
Wie dies aus
Das Bezugszeichen 14 kennzeichnet die elektrischen Anschlüsse des Heizelementes 10 und das Bezugszeichen 16 ein Gehäuse des Heizelementes 10, das durch das Verfahren des "injection molding" hergestellt wurde. Entsprechendes gilt für das Gehäuse des Heizers 50. Das Bezugszeichen 18 kennzeichnet schließlich ein Federelement zur Fixierung des Heizelementes 10.
Der Heizer 50 gemäß