PTC-Heizkörper

Abstract

 PTC-Heizkörper mit einem Isolierrahmen (1), mindestens zwei auf beiden Seiten des Isolierrahmens angeordneten und mit dem Isolierrahmen jeweils an mindestens zwei Punkten fest verbundenen Elektrodenplatten (4, 4a) und mindestens einem in einem Durchbruch (2) des Isolierrahmens (1) eingesetzten, zwischen beiden Elektrodenplatten liegendem und mit diesen in Kontakt stehendem PTC-Element (3), wobei die Befestigung jeder Elektrodenplatte (4, 4a) in einem bestimmten Punkt am Isolierrahmen (1) jeweils mittels einer integral an dem Isolierrahmen und der Elektrodenplatte ausgebildeten Steckverbindung (5) erreicht ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen PTC-Heizkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Heizkörper ist aus der DE-PS 30 42 420 bekannt.

[0002] Derartige Heizkörper weisen in der Regel mehrere flache Heizelemente auf. Die Heizelemente bestehen dabei aus einem aus isolierendem Material gefertigten Positionsrahmen, welcher mehrere Durchbrüche aufweist, in denen formangepaßte PTC-Elemente angeordnet sind. Der Positionsrahmen wird zu beiden Seiten von Elektrodenplatten bedeckt, so daß die PTC-Elemente mit beiden Elektrodenplatten in Kontakt stehen und durch diese am Herausfallen aus den Durchbrüchen gehindert werden. Durch Anlegen von Spannung an die Elektrodenplatten fließt durch die PTC-Elemente ein Strom, wodurch diese erwärmt werden und zum Heizen ihrer Umgebung dienen können.

[0003] Ein problematischer Punkt bei der Herstellung derartiger Heizkörper bzw. Heizelemente besteht in der Verbindung zwischen den Elektrodenplatten mit dem Positions- bzw. Isolierrahmen. Bei einer Anzahl bisher bekannter Heizelemente wird dies mittels geeigneter, aufgesetzter Klemmvorrichtungen erreicht. Bei dem Heizelement der DE-PS 30 42 420 wird die Befestigung der Elektrodenplatten an dem Positions- bzw. Isolierrahmen mittels an den Elektrodenplatten ausgebildeter Anschlußfahnen, die durch Öffnungen im Positionsrahmen gesteckt und auf der jeweils anderen Seite des Positionsrahmens umgebogen werden, erreicht.

[0004] Nachteilig bei einer derartigen Befestigung der Elektrodenplatten an dem Positionsrahmen ist, daß dazu die Elektrodenplatten aus einem relativ starken Blech gefertigt sein müssen, damit die an der Elektrodenplatte ausgebildeten und die gleiche Blechstärke aufweisenden Anschlußfahnen genügend stark sind, so daß durch das Umbiegen der Anschlußfahnen auf der anderen Seite des Positionsrahmens, eine dauerhafte und feste Verbindung erreicht werden kann. Hohe Blechstärken für die Elektrodenplatten sind jedoch unerwünscht, da sie die Wärmeleitung zwischen den heizenden PTC-Elementen und der Umgebung behindern. Ein weiterer Nachteil der Befestigung der Elektrodenplatten mittels Anschlußfahnen an dem Positions- bzw. Isolierrahmen besteht in dem großen Aufwand für den Zusammenbau. Die Anschlußfahnen können bei dem Zusammenfügen der Elektroden mit dem Positionsrahmen leicht umknicken, so daß ein manuelles zeitaufwendiges Wiederaufrichten der Anschlußfahnen notwendig wird. Auch ist der Vorgang des Verbindens der Elektrodenplatten mit dem Positionsrahmen mittels Anschlußfahnen schwer automatisierbar, was zu hohen Fertigungskosten führt. Schließlich ist eine Verbindung mittels an den Enden umgebogener Anschlußfahnen nicht über längere Zeit von großer Festigkeit, da sich die Elektrodenplatten aufgrund einer nachlassenden Spannung der Anschlußfahnen im Laufe der Zeit lockern.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen PTC-Heizkörper anzugeben, bei dem in einfacher und automatisationsgerechter Weise eine dauerhafte feste Verbindung zwischen den Elektroden und dem Isolierrahmen herstellbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0007] Durch die Erfindung wird ein PTC-Heizkörper geschaffen, bei dem neben einer festen und dauerhaften Verbindung zwischen den Elektrodenplatten und dem Isolierrahmen, welche einfach und automatisationsgerecht herstellbar ist, Elektrodenplatten von sehr geringer Stärke verwendet werden können.

[0008] Die Weiterbildung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil einer besonders einfachen Steckverbindungsart auf. Dadurch, daß die Steckverbindung lediglich durch einen am Isolierrahmen ausgebildeten Zapfen und einer an der Elektrodenplatte vorgesehener Öffnung besteht, die in ihren Durchmessern zueinander so bemessen sind, daß der Zapfen mittels Preßpassung in der Öffnung der Elektrode sitzt, ist die Steckverbindung äußerst leicht zu fertigen und senkt dadurch die Herstellungskosten des PTC-Heizkörpers. Ein weiterer Vorteil besteht in dem einfachen Zusammenbau der Elektroden mit dem Isolierrahmen, wodurch eine Automatisierung des Zusammenbaus einfach ermöglicht wird, was wiederum die Herstellungskosten für den PTC-Heizkörper senkt. Weiterhin besteht bei dieser Ausführungsform keine Gefahr, daß die Elektroden versehentlich kurzgeschlossen werden, da der Isolierrahmen keine seine gegenüberliegenden Seiten verbindende Bohrung, durch die ein Kurzschluß verursacht werden könnte, aufweist.

[0009] Die Ausführungsform gemäß dem Anspruch 3 der vorliegenden Erfindung weist ebenfalls den Vorteil einer automatisationsgerechten und daher die Kosten senkenden Verbindungsmöglichkeit der Elektrodenplatten mit dem Isolierrahmen auf. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform ist jedoch darin zu sehen, daß die Steckverbindung vollkommen flach, d.h. ohne Erhebungen auf der dem Isolierrahmen abgewandten Seite der Elektrodenplatte ausgeführt ist. Dadurch kann die Elektrode gleichmäßig an dem zu erwärmenden Körper anliegen, so daß ein guter Wärmeüberzug gewährleistet ist.

[0010] Die Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine besonders feste und dauerhafte Verbindung der Elektroden mit dem Isolierrahmen. Auch diese besonders zuverlässige Verbindungsart zwischen den Elektroden und dem Isolierrahmen eignet sich für eine automatisationsgerechte Fertigung des PTC-Heizkörpers.

[0011] Die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 weist den Vorteil auf, daß die hohl ausgeführten Zapfen leicht herstellbar sind und mittels eines von der Gegenseite des Isolierrahmens eingeführten Prägedorns leicht aufweitbar sind.

[0012] Die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6, bei der die Elektroden aus Blechstreifen mit einer Stärke von weniger als 0,2 mm, vorzugsweise von 0,1 mm gefertigt sind, weist den Vorteil auf, daß die Elektroden, aufgrund der geringen Stärke eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit besitzen.

[0013] Die Weiterbildung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 weist den Vorteil auf, daß die Zapfen so ausgeführt sind, daß sie besonders einfach herstellbar sind.

[0014] Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 den Vorteil auf, daß durch die als Schlitz ausgeführte Öffnung die Elektroden zwar fest mit dem Isolierrahmen verbunden sind, sich aber bei Erwärmung frei ausdehnen können, so daß keine Verspannung und insbesondere kein Aufbiegen der Elektroden erfolgt, wodurch sich der Kontakt zwischen den PTC-Elementen und den Elektroden verschlechtern könnte.

[0015] Schließlich weist die Weiterbildung der vorliegenden Erfindung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9 den Vorteil auf, daß jede Elektrode die von ihr bedeckten Durchbrüche zuverlässig verschließt, so daß ein Herausfallen der PTC-Elemente, selbst wenn diese sehr klein ausgeführt sind, zuverlässig verhindert wird.

[0016] Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1

eine perspektivische Darstellung eines PTC-Heizkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2

eine perspektivische Darstellung eines PTC-Heizkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3a und 3b

eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform für die Zapfen der Steckverbindung des Ausführungsbeispiels der Fig. 1

Fig. 4

einen Querschnitt durch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Steckverbindung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1.

[0017] Gemäß den Fig. 1 und 2 weist der PTC-Heizkörper einen Isolierrahmen 1 mit ausgebildeten Durchbrüchen 2 und darin eingesetzten formangepaßten PCT-Widerstands-Elemente 3 auf. Der flach ausgebildete Isolierrahmen wird zu beiden Seiten von Elektroden 4 und 4a umgeben, so daß die PTC-Elemente sicher zwischen den Elektrodenplatten 4 und 4a gehalten werden und mit diesen in Kontakt stehen. Die Elektrodenplatten 4 und 4a sind mittels Steckverbindungen 5 fest mit dem Isolierrahmen 1 verbunden. Die Steckverbindungen bestehen aus Zapfen 6 bzw. 6' und Öffnungen 7 bzw. 7'.

[0018] Eine der in Figur 1 gezeigten Elektrodenplatten könnte zur Erzielung dreier Heizstufen auch zweistückig ausgebildet sein. Einer ersten Heizstufe entspräche dann das Heizen nur des einen PTC-Elements, einer zweiten Heizstufe das Heizen des anderen PTC-Elements und einer dritten Heizstufe das Heizen beider PTC-Elemente gleichzeitig. Die zweigeteilte Elektrodenplatte könnte dabei durch zwei der kürzeren, in Figur 2 dargestellten Elektrodenplatten gebildet sein.

[0019] Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß der Fig. 1 sind die Zapfen integral an den Elektrodenplatten ausgebildet. Die Zapfen werden in die Öffnungen 7 eingeführt, welche so bemessen sind, daß jede Elektrode über die Zapfen mittels Preßpassung mit dem Isolierrahmen verbunden ist. Jede Elektrode ist mit mindestens zwei derartiger Steckverbindungen an dem Isolierrahmen befestigt. Allgemein ist jede Elektrodenplatte an so vielen Punkten mit dem Isolierrahmen verbunden, wie es notwendig ist, um die PTC-Elemente sicher in den Durchbrüchen zu halten. Im Falle der Fig. 1 sind dies jeweils drei Verbindungspunkte, so daß an jeder Stirnseite der Durchbrüche je ein Verbindungspunkt vorhanden ist. Durch das sichere Verschließen der Durchbrüche mit den Elektrodenplatte können die PTC-Elemente auch sehr klein ausgeführt sein und müssen nicht zwingend an die Form der Durchbrüche angepaßt sein.

[0020] Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Möglichkeit, wie die Zapfen äußerst einfach und automatisationsgerecht hergestellt werden können. In einem ersten Schritt wird ein Kreuzschlitz 8 an der Stelle, wo der Zapfen vorgesehen sein soll, eingestanzt. In einem zweiten Arbeitsschritt werden dann die dreieckförmigen, gestanzten Zungen 9 senkrecht zur Elektrodenplatte mittels eines Stempels aufgestellt, so daß der Zapfen 6 entsteht.

[0021] Zweckmäßigerweise weist der Isolierrahmen eine Bohrung mit einem Profil gemäß der Fig. 4 auf. Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Steckverbindung 5 am Isolierrahmen. Zu erkennen ist, daß die Bohrung der Öffnung 7 in den Außenbereichen einen weiteren Durchmesser aufweist als im Innenbereich der Bohrung. Der Zapfen 6 der Elektrode 4 bzw. 4a weist einen Durchmesser auf, der etwa dem Durchmesser der verengten Stelle 10 der Öffnung 7 entspricht. Nach Auflegen der Elektrodenplatte 4 auf den Isolierrahmen 1 derart, daß der Zapfen 6 in seiner entsprechenden Öffnung 7 sitzt, wird der in seiner Länge über die verengte Stelle 10 der Öffnung 7 reichende Zapfen 6, von der der Elektrode gegenüberliegenden Seite des Isolierrahmens 1 mittels eines Prägedornes 11 aufgeweitet, so daß ein Zurückweichen des derart in seinem Durchmesser vergrößerten Zapfens 6 aufgrund der verengten Stelle 10 der Öffnung 7 verhindert wird. Um die Elektrode während des Aufweitens mittels des Prägedorns nicht wieder aus der Öffnung herauszuschieben, wird während des Aufweitens mit dem Prägedorn von der anderen Seite der Elektrode mit einer Gegenhülse 12 gegengehalten. Eine auf diese Weise befestigte Elektrode ist in äußerst dauerhafter Weise fest mit dem Isolierrahmen verbunden.

[0022] Die in den Fig. 1 und 4 gezeigten Steckverbindungen weisen den Vorteil auf, daß nach Befestigung der Elektrodenplatte mit dem Isolierrahmen keine Erhebungen auf der dem Isolierrahmen abgewandten Oberfläche der Elektrodenplatte auftreten. Der PTC-Heizkörper kann daher plan auf dem zu beheizenden Körper aufliegen, wodurch eine gute Wärmeleitung gewährleistet ist.

[0023] Damit ein Kurzschluß zwischen den beiden Elektrodenplatten zuverlässig vermieden werden kann, weist jede Elektrodenplatte 4 in den Bereichen, in denen die Öffnungen für die jeweils andere Elektrodenplatte im Isolierrahmen vorgesehen sind, Aussparungen 13 auf. Auch ist eine derartige Aussparung notwendig, falls das in der Fig. 4 dargestellte Aufweiten der Zapfen mit Hilfe eines Prägedorns erfolgen soll, da diesem zum Aufweiten der Zapfen bei einer der Elektroden nicht von der anderen Elektrode der Zugang zu den Öffnungen versperrt sein darf.

[0024] Die Elektrodenplatten sind vorzugsweise aus einem federharten Messingblech mit einer Stärke kleiner als 0,2 mm, vorzugsweise jedoch von 0,1 mm, gefertigt. Derartig dünne Messingbleche weisen eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit auf, so daß die von den PTC-Elementen abgegebene Wärme gut an die Umgebung weitergeleitet werden kann.

[0025] In der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 der vorliegenden Erfindung sind die Zapfen 6' nicht an den Elektrodenplatten 4 bzw. 4a, sondern an dem Isolierrahmen 1 selbst ausgebildet. Dementsprechend weisen die Elektrodenplatten 4 und 4a Öffnungen 7' auf. Bei dieser Ausführungsform sind die Zapfen 6' und die Öffnungen 7' zueinander so bemessen, daß die Elektroden durch die Zapfen mittels Preßpassung fest mit dem Isolierrahmen 1 verbunden sind. Die Öffnungen 7' können dabei auch als Schlitze 7' ausgeführt sein, so daß ein temperaturbedingtes Ausdehnen der Elektrodenplatten zur Vermeidung von mechanischen Spannungen ermöglicht wird. Bei dieser Ausführungsform besteht im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 1 keinerlei Gefahr, daß die Elektrodenplatten miteinander unmittelbar in Kontakt kommen können, da der Isolierrahmen keine Öffnungen aufweist. Folglich müssen keine Aussparungen 13 wie bei der Fig. 1 vorgesehen sein, wie dies in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist. Die Aussparungen können jedoch wiederum sinnvoll sein, wenn zur Erzielung dreier Heizstufen eine der Elektrodenplatten zweistückig ausgeführt ist. In diesem Falle ermöglichen die Aussparungen 13, daß die auf einer gemeinsamen Seite des Isolierrahmens angeordneten kurzen Elektroden platzsparend und berührungsfrei in die jeweilige Aussparung der anderen Elektrode eingreifend angeordnet sein können.

[0026] Die Elektrodenplatten 4 und 4a können gemäß Fig. 2 durch einen integral an den Elektrodenplatten vorgesehenen Crimpanschluß 14 mit den elektrischen Zuführungsleitungen 15 verbunden sein. Eine Verbindung mit den elektrischen Leitungen 15 ist gemäß Fig. 1 auch über Stecker 16, die auf an den Elektrodenplatten ausgebildete Zungen 17 gesteckt werden, möglich.

Ansprüche

1. PTC-Heizkörper mit einem Isolierrahmen (1), mindestens zwei auf beiden Seiten des Isolierrahmens angeordneten und mit dem Isolierrahmen jeweils an mindestens zwei Punkten fest verbundenen Elektrodenplatten (4, 4a) und mindestens einem in einem Durchbruch (2) des Isolierrahmens (1) eingesetzten, zwischen beiden Elektrodenplatten liegendem und mit diesen in Kontakt stehenden PTC-Element (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung jeder Elektrodenplatte (4, 4a) in einem bestimmten Punkt am Isolierrahmen (1) jeweils mittels einer integral an dem Isolierrahmen und der Elektrodenplatte ausgebildeten Steckverbindung (5) erreicht ist.

2. PTC-Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung aus einem am Isolierrahmen (1) ausgebildeten Zapfen (6') und einer an der Elektrodenplatte (4, 4a) ausgebildeten Öffnung (7') besteht, deren Durchmesser zueinander so bemessen sind, daß der Zapfen mittels Preßpassung in der Öffnung sitzt.

3. PTC-Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckverbindung aus einem an der Elektrodenplatte (4, 4a) ausgebildeten Zapfen (6) und einer an dem Isolierrahmen ausgebildeten Öffnung (7) besteht, deren Durchmesser zueinander so bemessen sind, daß der Zapfen mittels Preßpassung in der Öffnung sitzt.

4. PTC-Heizkörper nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im Isolierrahmen (1) von einer Bohrung gebildet wird, die den Isolierrahmen vollständig durchsetzt und die im Inneren des Isolierrahmens einen verengten Durchmesser (10) aufweist, derart, daß der Zapfen (6) mit seiner Spitze über die verengte Stelle bis in einen erweiterten Bereich ragt und in dieser Stellung aufgeweitet ist.

5. PTC-Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (6) zur besseren Aufweitbarkeit hohl ausgeführt ist.

6. PTC-Heizkörper nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenplatten (4, 4a) als Blechstreifen mit einer Stärke von weniger als 0,2 mm, vorzugsweise von 0,1 mm ausgeführt sind.

7. PTC-Heizkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen an dem Blechstreifen durch Stanzen eines Kreuzschlitzes (8) in den Blechstreifen und Hochbiegen der dabei entstehenden dreieckförmigen Zungen (9) gebildet ist.

8. PTC-Heizkörper nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung als Schlitz (7') ausgeführt ist, um der Elektrodenplatte (4, 4a) ein temperaturbedingtes freies Ausdehnen zu ermöglichen.

9. PTC-Heizkörper nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenplatte (4, 4a) mit mindestens je einer Steckverbindung (5) vor den Stirnseiten eines jeden von ihr bedeckten Durchbruchs (2) mit dem Isolierrahmen (1) verbunden ist.

Zeichnung