Elektrische Heizeinrichtung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Elektrische Heizeinrichtung mit einem Metallgehäuse (1), das von einem Deckel (2) verschlossen ist, wenigstens einem Heizelement (3), das in einem Innenraum des Metallgehäuses (1) angeordnet ist und mindestens zwei Kontaktflächen aufweist, an denen es elektrisch kontaktiert ist, wobei eine der Kontaktflächen dem Deckel (2) zugewandt ist, und einem Kontaktblech (4), welches das Heizelement (3) an einer der Kontaktflächen elektrisch kontaktiert. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Kontaktblech (4) einen Mantel (5) aus einem Dichtwerkstoff trägt, wobei der Mantel (5) eine Aussparung aufweist, in der das Heizelement (3) an dem Kontaktblech (4) anliegt, und wobei der Mantel (5) ein ringförmiges Dichtelement (5a) bildet, das die Aussparung und das Heizelement (3) umgibt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

[0002] Bei Heizeinrichtungen zum Erwärmen von aggressiven Flüssigkeiten oder brennbaren Gasgemischen muss das Heizelement vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid geschützt werden. Um dies zu erreichen ist es bekannt, den Innenraum eines Heizungsgehäuses mit Kunststoff auszugießen oder das Gehäuse mit Kunststoff zu umspritzen. Beide Maßnahmen sind aufwendig und bewirken eine nachteilige Wärmedämmung, so dass von einem Heizelement erzeugte Wärme schlechter an das zu erwärmende Fluid abgegeben werden kann.

[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie bei einer elektrischen Heizeinrichtung ein zuverlässiger Schutz des Heizelements vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid mit einer guten Wärmeabgabe kombiniert werden kann.

[0004] Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Heizeinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

[0005] Das Kontaktblech einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung trägt einen elektrisch isolierenden Mantel aus einem Dichtwerkstoff, beispielsweise aus elastomerem Kunststoff. Der Mantel weist eine Aussparung auf, in der das Heizelement liegt, und bildet ein ringförmiges Dichtelement, vorzugsweise einen Ringwulst, der das Heizelement umgibt. Das Dichtelement kann in axialer Richtung, also in Richtung senkrecht zu der Kontaktfläche des Heizelements, verpresst sein. Beispielsweise kann das Dichtelement zwischen dem Kontaktblech und einem Massekontakt des Heizelements verpresst sein.

[0006] Das Heizelement einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ist durch das von dem Mantel gebildeten Dichtelement zuverlässig vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid geschützt. Die Ober- und die Unterseite des Heizelements sind von der Kontaktfläche des Kontaktblechs bzw. dem Massekontakt, der beispielsweise von dem Gehäuse gebildet sein kann, bedeckt, während das Dichtelement rund um das Heizelement herum einen Spalt zwischen dem Kontaktblech und einem weiteren Kontakt, bevorzugt einem Massekontakt, füllt und abdichtet. Durch den Mantel aus einem Dichtwerkstoff, bevorzugt einem Elastomer, ist vorteilhaft auch das im Betrieb auf elektrischem Potential liegende Kontaktblech vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid geschützt. Die Heizeinrichtung kann deshalb ohne Probleme zum Erwärmen brennbarer Fluide verwendet werden, da durch den Mantel alle im Betrieb auf elektrischem Potential liegenden Bauteile der Heizeinrichtung elektrisch gegenüber dem zu erwärmenden Fluid isoliert sind und folglich keine Gefahr einer Funkenbildung besteht.

[0007] Das Heizelement ist bevorzugt ein PTC-Heizelement, insbesondere ein keramisches Heizelement, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat.

[0008] Eine elektrische Isolation des Massekontakts ist bei Heizeinrichtungen, die mit kleineren Spannungen arbeiten, nicht erforderlich, so dass das Metallgehäuse der Heizeinrichtung den Massekontakt des Heizelements bilden kann. Wenn für Heizeinrichtungen, die mit höheren Spannungen arbeiten, eine elektrische Isolation des Massekontakts erwünscht ist, kann ein zweites Kontaktblech verwendet werden, das ebenfalls einen Mantel aus einem Dichtwerkstoff, bevorzugt aus Elastomer, trägt, der eine Aussparung für eine Kontaktfläche zu dem bevorzugt keramischen Heizelement hat.

[0009] Der Mantel des Kontaktblechs ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Elastomer. Geeignet sind insbesondere Elastomerlegierungen, beispielsweise Mischungen aus Polypropylen und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Es können aber auch Blockcopolymere verwendet werden.

[0010] Das Metallgehäuse einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung kann einen Boden aufweisen, der einstückig mit einer Seitenwand ausgebildet ist, oder eine Öffnung eines Gehäuseteils verschließt, das die Seitenwand bildet. Das Heizelement ist bevorzugt mit einer Kontaktfläche, also einer der beiden Seiten, an denen es elektrisch kontaktiert ist, dem Boden zugewandt, beispielsweise kann es an dem Boden anliegen. Die Seitenwand kann gekrümmt sein, beispielsweise kann das Heizelement in einem zylindrischen Innenraum angeordnet sein. Von der Seitenwand können Wärmeabgaberippen ausgehen. Bevorzugt ist das Heizelement von Wärmeabgaberippen umgeben, insbesondere können die Wärmeabgaberippen um das Heizelement herum verteilt angeordnet sein.

[0011] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktblech gebogen, beispielsweise geknickt ist, so dass ein aus dem Metallgehäuse herausragender erster Abschnitt des Kontaktblechs mit seiner Oberseite einer Seitenwand des Metallgehäuses zugewandt ist, während ein zweiter Abschnitt, der mit der Kontaktfläche an dem Heizelement anliegt, einem Boden oder Deckel des Metallgehäuses zugewandt ist. Dies bedeutet, dass die Oberseite und die Unterseite des Heizelements dem Boden oder dem Deckel des Gehäuses zugewandt sind. Die Schmalseiten des Heizelements, welche die Oberseite und die Unterseite des Heizelements miteinander verbinden, sind dann einer Seitenwand des Metallgehäuses zugewandt.

[0012] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kontaktblech in dem Innenraum des Metallgehäuses zwischen einer Silikonscheibe und dem Heizelement liegt. Die Silikonscheibe ist bevorzugt aus einem Silikonelastomer, insbesondere einem vollvernetzten Silikonelastomer. Bevorzugt hat das Silikonelastomer eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 3,5 W/(m•K), besonders bevorzugt 6 W/(m•K) oder mehr. Vorteilhaft ist insbesondere eine unter Druck ansteigende Wärmeleitfähigkeit. Die Silikonscheibe kann vorteilhaft Unebenheiten der Heizelementoberseite und des Deckels ausgleichen.

[0013] Bevorzugt ist der Silikonelastomer mit Fasern, beispielsweise Glasfasern, verstärkt, um dem auf die Scheibe ausgeübten Druck besser standhalten zu können. Die Fasern können ein Gewebe, insbesondere ein Glasfasergewebe bilden.

[0014] Bevorzugt weist der Mantel des Kontaktblechs eine weitere Aussparung auf, in der die Silikonscheibe liegt. Durch diese Maßnahme lässt sich die Wärmeableitung durch die Silikonscheibe verbessern. Die Silikonscheibe bewirkt dabei im Bereich der Aussparung eine elektrische Isolierung des Kontaktblechs.

[0015] Durch die Kombination eines elastischen Mantels mit einer Silikonscheibe lassen sich verschiedene Abschnitte der elektrischen Isolation des Kontaktblechs in Bezug auf ihre jeweilige Funktion optimieren. Der Mantel des Kontaktblechs soll sich leicht verformen lassen, um seine Abdichtfunktion gut erfüllen zu können, während die Silikonscheibe Unebenheiten ausgeglichen soll und gute Wärmeleitungseingenschaften haben muss. Zudem soll sich der Mantel gut spritzgießen lassen, was für die Silikonscheibe nicht bedeutsam ist.

[0016] Möglich ist es auch, auf beiden Seiten des ummantelten Kontaktblechs ein Heizelement, insbesondere ein keramisches Heizelement, anzuordnen. Der Mantel hat dann auf zwei Seiten des Kontaktblechs eine Aussparung, in der jeweils ein Heizelement sitzt und von dem Kontaktblech elektrisch kontaktiert ist. Der Mantel kann in einem solchen Fall um beide Heizelemente ein ringförmiges Dichtelement, beispielsweise einen Ringwulst, bilden und die Seitenflächen des Heizelements vor Kontakt mit dem zu erwärmenden Fluid schützen.

[0017] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Deckel aus Metall besteht und in das Gehäuse eingepresst ist. Durch Einpressen des Deckels lässt sich das Gehäuse vorteilhaft verschließen und ein hoher Anpressdruck erzeugen, was zu einem guten wärmeleitenden Kontakt zwischen den im Inneren der Heizeinrichtung angeordneten Komponenten, insbesondere dem Heizelement und dem Kontaktblech, führt. Weiterhin erhält man so vorteilhaft eine kompakte und gut handhabbare Heizeinrichtung.

[0018] Bevorzugt ist der Deckel topfförmig ausgebildet. Diese Maßnahme hat den Vorteil, einer guten Wärmeankopplung des Deckels an das Gehäuse. Ein topfförmiger Deckel hat nämlich eine Deckelfläche, von der umlaufend eine Seitenfläche ausgeht. Die Seitenfläche liegt an dem Gehäuse an und sorgt somit für einen gut Wärmekontakt.

[0019] Der Deckel kann in ein Gussteil eingepresst werden, dass sowohl einen Boden als auch eine umlaufende Seitenwand des Innenraums bildet. Möglich ist es auch, den Deckel in ein Strangpressteil einzupressen, das am anderen Ende durch ein weiteres Teil, das dann den Boden des Innenraums bildet, verschlossen wird. Bevorzugt ist dieses Teil ebenfalls topfförmig und in das Strangpressteil eingepresst.

[0020] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Innenraum, in dem das Heizelement angeordnet ist, eine kreisförmig gekrümmte Seitenwand aufweist. Das Metallgehäuse kann auf diese Weise eine zylindrische Form haben, in die sich ein Deckel besonders gut einpressen lässt.

[0021] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung;

Fig. 2

das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bei abgenommenem Deckel;

Fig. 3

das Kontaktblech der dargestellten Heizeinrichtung mit PTC-Heizelement, und

Fig. 4

eine schematische Querschnittsansicht vor dem Verpressen.

[0022] Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Heizeinrichtung hat ein Metallgehäuse 1, das von einem Metalldeckel 2 verschlossen ist. In einem von dem Metallgehäuse umschlossenen Innenraum ist ein PTC-Heizelement 3 angeordnet, das beispielsweise als eine Scheibe, insbesondere eine Kreisscheibe ausgebildet sein kann.

[0023] Das PTC-Heizelement 3 hat zwei Kontaktflächen, an denen es elektrisch kontaktiert ist. Eine dieser beiden Kontaktflächen ist auf einer dem Deckel 2 zugewandten Seite des PTC-Heizelements angeordnet. Diese Seite wird deshalb als eine Kontaktseite bezeichnet. Die andere Kontaktseite ist einem Boden des Gehäuses zugewandt, der als ein separates Teil ausgebildet sein kann, das in ein Gehäusehauptteil, beispielsweise ein Strangpressteil, eingesetzt ist. Der Boden kann auch einstückigig mit einem Gehäusehauptteil ausgebildet sein, beispielsweise indem das Metallgehäuse ein topfförmiges Gußteil ist. Die beiden Kontaktseiten eines platten- oder scheibenförmigen PTC-Heizelements werden häufig auch als Ober- und Unterseiten bezeichnet.

[0024] Das Metallgehäuse 1 hat also eine Öffnung, die von dem Metalldeckel 2 verschlossen ist. Eine Flächennormale einer Kontaktfläche des PTC-Heizelements verläuft dabei durch die Öffnung und somit auch durch den Deckel hindurch.

[0025] Das PTC-Heizelement 3 wird von einem Kontaktblech 4 kontaktiert, das aus dem Metallgehäuse herausragt. Das Kontaktblech 4 ist mit einem Elastomer umspritzt. Das Elastomer bildet einen Mantel 5, der das Kontaktblech 4 gegenüber dem Metallgehäuse elektrisch isoliert. Der Mantel 5 hat eine Aussparung für eine Kontaktfläche, an der das PTC-Heizelement 3 anliegt.

[0026] Der elastomere Mantel 5 bildet einen Ringwulst 5a, der das PTC-Heizelement 3 umgibt und zwischen dem Kontaktblech 4 und einem Massekontakt des PTC-Heizelements 3 verpresst ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Massekontakt des PTC-Heizelements 3 das Metallgehäuse 1. Besonders gut geeignet als Massekontakt ist insbesondere der Gehäuseboden. Als Massekontakt kann aber auch der Metalldeckel 2 oder ein zweites Kontaktblech verwendet werden, das an dem PTC-Heizelement 3 anliegt.

[0027] Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Ringwulst 5a vor dem Verpressen eine senkrecht zur Kontaktfläche des Kontaktblechs 4 gemessene Höhe, die größer als die Dicke des PTC-Heizelements 3 ist, so dass der Ringwulst 5a das PTC-Heizelement 3 rundum auf seiner gesamten Seitenfläche bedeckt und somit vor Kontakt mit einem zu erwärmenden Fluid schützt. Der Ringwulst 5a kann aber auch eine etwas geringere Höhe haben, indem das PTC-Heizelement 3 in einer vertieften Aufnahme, beispielsweise einer Vertiefung im Gehäuseboden, sitzt.

[0028] Der Ringwulst 5a kann auf dem Kontaktblech 4 sitzen, wie dies bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, oder neben dem Kontaktblech verlaufen.

[0029] Das Kontaktblech 4 ragt mit einem streifenförmigen ersten Abschnitt aus dem Metallgehäuse heraus, während ein zweiter Abschnitt mit der Kontaktfläche an dem PTC-Heizelement anliegt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt ist das Kontaktblech 4 gebogen. Der zweite Abschnitt ist deshalb quer, bevorzugt senkrecht, zu dem ersten Abschnitt angeordnet. Der zweite Abschnitt ist bevorzugt breiter als der erste Abschnitt. Der zweite Abschnitt kann beispielsweise als eine Kreisscheibe ausgebildet sein, wie dies schematisch in den Figuren dargestellt ist.

[0030] Mit anderen Worten gesagt hat das Kontaktblech 4 eine Oberseite, die in dem ersten Abschnitt der Seitenwand und in dem zweiten Abschnitt dem Boden oder Deckel des Metallgehäuses zugewandt ist. Unter der Oberseite eines Blechs ist dabei eine der beiden großflächigen Seiten des Blechs zu verstehen, die jeweils annährend die Hälfte der gesamten Oberfläche des Blechs ausmachen und an ihren Rändern über Schmalseiten verbunden sind.

[0031] Der Mantel 5 des Kontaktblechs 4 hat auf der von dem PTC-Heizelement 3 abgewandten Seite eine weitere Aussparung, in der eine Silikonscheibe 6 angeordnet ist. Die Silikonscheibe 6 kann von einem Ringwulst 5b umgeben sein, der von dem Mantel 5 gebildet ist. Der Ringwulst 5b kann die Seitenfläche der Silikonscheibe auf voller Höhe bedecken oder eine geringere Höhe haben. Der bevorzugt in das Hauptteil 1 eingepresste Deckel 2 lastet auf der Silikonscheibe 6 und bewirkt, dass das Kontaktblech 4 gegen das PTC-Heizelement 3 gedrückt wird. Auf diese Weise ist eine vollflächige Verbindung zwischen dem PTC-Heizelement und dem Kontaktblech gewährleistet, so dass ein guter elektrischer Kontakt und ein guter Wärmekontakt zwischen dem PTC-Heizelement 3 und dem Kontaktblech 4 besteht

[0032] Der streifenförmige erste Abschnitt des Kontaktblechs 4 ist in einer Nut in der umlaufenden Seitenwand des Metallgehäuses angeordnet. Der Mantel 5 aus elastomeren Material umschließt dabei den ersten Abschnitt des Kontaktblechs 4, der in der Nut liegt. Indem der elastomere Mantel 5 sowohl an den Wänden der Nut als auch an dem Deckel 2 anliegt, kann zusammen mit einer elektrischen Isolierung auch eine Abdichtung erreicht werden.

[0033] Die Heizeinrichtung kann ein zweites Kontaktblech 7 aufweisen, wie dies beispielhaft in den Figuren dargestellt ist. Wenn das Gehäuse als Massekontakt verwendet wird, ist das zweite Kontaktblech 7 gegenüber dem Gehäuse nicht elektrisch isoliert. Das zweite Kontaktblech 7 kann in einer weiteren Nut in einer Seitenwand des Gehäuses angeordnet sein. Das zweite Kontaktblech 7 muss dabei aber nicht mit dem Innenraum des Metallgehäuses in Verbindung stehen, sondern kann an beliebiger Stelle an dem Metallgehäuse befestigt sein. Wenn das zweite Kontaktblech 7 gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert sein soll, kann es ebenso wie das erste Kontaktblech 4 ausgebildet und mit einem elastomeren Mantel umspritzt sein.

[0034] Der Deckel kann topfförmig ausgebildet sein, also eine umlaufende Seitenwand aufweisen, die von einer Deckelfläche ausgeht. Die Seitenwand kann dann vorteilhaft an dem Metallgehäuse anliegen und so für einen guten Wärmekontakt sorgen.

[0035] Der Deckel hat vor dem Einpressen ein leichtes Übermaß gegenüber dem Innenraum des Metallgehäuses. Vorzugsweise verhakt sich beim Einpressen die Deckelkante in der Seitenwand des Innenraumes. Zusätzlich oder alternativ kann der Deckel mit der Seitenwand aber auch verstemmt oder verrastet werden.

[0036] Das Metallgehäuse kann, wie in den Figuren dargestellt, Wärmeabgaberippen aufweisen. Die Wärmeabgaberippen können insbesondere Teil des Hauptteils 1 sein und sich radial auswärts von dessen umlaufender Seitenwand aus erstrecken. Der Innenraum des Metallgehäuses kann beispielsweise zylindrisch geformt sein, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Die von dem Hauptteil 1 gebildete Seitenwand ist dann kreisförmig gekrümmt.

Bezugszahlen

[0037] 

1

Gehäuse

2

Metalldeckel

3

PCT-Heizelement

4

Kontaktblech

5

Mantel

5a

Ringwulst

5b

Ringwulst

6

Silikonscheibe

7

Kontaktblech

Ansprüche

1. Elektrische Heizeinrichtung mit
einem Metallgehäuse (1), das von einem Deckel (2) verschlossen ist, wenigstens einem Heizelement (3), das in einem Innenraum des Metallgehäuses (1) angeordnet ist und mindestens zwei Kontaktflächen aufweist, an denen es elektrisch kontaktiert ist, wobei eine der Kontaktflächen dem Deckel (2) zugewandt ist, und
einem Kontaktblech (4), welches das Heizelement (3) an einer der Kontaktflächen elektrisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kontaktblech (4) einen Mantel (5) aus einem Dichtwerkstoff trägt, wobei der Mantel (5) eine Aussparung aufweist, in der das Heizelement (3) an dem Kontaktblech (4) anliegt, und wobei der Mantel (5) ein ringförmiges Dichtelement (5a) bildet, das die Aussparung und das Heizelement (3) umgibt.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktblech (4) zwischen einem ersten Abschnitt, der aus dem Metallgehäuse (1) herausragt, und einem zweiten Abschnitt, der mit der Kontaktfläche an dem Heizelement (3) anliegt, gebogen ist, wobei das Kontaktblech (4) eine Oberseite aufweist, die in dem ersten Abschnitt einer Seitenwand und in dem zweiten Abschnitt einem Boden oder dem Deckel (2) des Metallgehäuses (1) zugewandt ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand des Metallgehäuses (1) eine Nut aufweist, in der der erste Abschnitt des Kontaktblechs (4) liegt.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Kontaktblech (7) in einer zweiten Seitenwandnut angeordnet ist.

5. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktblech (4) in dem Innenraum des Metallgehäuses zwischen einer Silikonscheibe (6) und dem Heizelement (3) liegt.

6. Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (5) des Kontaktblechs (4) eine weitere Aussparung aufweist, in der die Silikonscheibe (6) liegt.

7. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2) in das Gehäuse (1) eingepresst ist.

8. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (3) zwischen einem Gehäuseboden und dem Kontaktblech (4) angeordnet ist.

9. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2) topfförmig ist.

10. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (1) den Innenraum mit einer gekrümmten Seitenwand umgibt.

Zeichnung