CN106231699A - Ptc加热元件和包括这种ptc加热元件的用于机动车辆的电加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车辆的电加热装置的PTC加热元件(2)并且希望提出一种PTC加热元件(2)，这种PTC加热元件(2)以改进的方式在外侧上电绝缘，其中也要考虑从PTC元件(4)通过电绝缘层(10)向放热表面充分传热的必要性。为了解决上述问题，本发明提议一种电绝缘层(10)，电绝缘层(10)抵靠条带导体中至少一个的外侧定位，经由条带导体给PTC元件(4)供电，并且电绝缘层(10)包括薄膜(14)和施加到薄膜上的良好热导率的电绝缘块体(12)。特别地用于机动车辆的根据本发明的电加热装置设有这种类型的至少一个PTC加热元件(2)。

Description

PTC加热元件和包括这种PTC加热元件的用于机动车辆的电加 热装置
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的电加热装置和安装于所述电加热装置中的PTC加热元件。
背景技术
PTC元件已广泛地被接受于用于机动车辆的电加热装置中，这归因于PTC元件的自调节性质。通常，在电加热装置中的发热元件包括至少一个PTC元件和条带导体，条带导体以导电方式在两侧处安装于PTC元件上并且通常用于PTC元件的电连接。这种发热元件直接抵靠放热表面定位或者具有中间插入的绝缘层来抵靠放热表面。PTC元件通常安装成使得PTC元件在两侧处向放热表面传热。
分别例如在EP 1 768 459 A1和EP 2 637 475 A1中给出了具有绝缘层的电加热装置的示例，绝缘层在外侧覆盖所述条带导体中的至少一个。
EP 1 768 459 A1公开了一种用于加热空气的电加热装置，其中，由波纹肋部层形成了放热表面，波纹肋部层在两侧处邻接所述PTC元件。在已知的现有技术中，多个PTC元件被容纳于定位框架中并且在两侧处与接触片接触，接触片形成通用条带导体并且用于PTC元件的电连接。
例如从EP 1 872 986 A1已知一种电加热装置，其也是通用类型的。在这种现有技术中，加热肋部突伸到循环壳体内，待加热的流体流动通过循环壳体。加热肋部形成U形袋状物，U形袋状物容纳PTC元件以及条带导体和绝缘层，绝缘层分别设置于条带导体上在外侧上。PTC元件和在两侧处邻近于PTC元件用于供电目的的条带导体由此以电绝缘方式被容纳于加热肋部中。然而，有时例如在具有12V的机动车辆系统电压的电加热装置的操作期间，能仅在一侧处提供绝缘并且使PTC元件在另一侧处与块体直接接触。“块体”此处可以由加热肋部的外侧或者由波纹肋部层形成，波纹肋部层在一侧处以导热的方式抵靠(多个)PTC元件定位。
在从EP 1 768 458 A已知的现有技术中，绝缘层由两层结构形成，两层结构包括聚酰亚胺薄膜和陶瓷层。特别是在高电压应用中和具体地考虑电动车辆中电加热装置的操作，必须将注意力放在PTC元件和在两侧处接触该元件的条带导体的安全电绝缘上。用于相同目的的层合绝缘薄膜在EP 2 109 345 A1中加以描述。
发明内容
本发明预期对此做出贡献。本发明基于这个问题提出一种PTC加热元件，PTC加热元件在外侧上以改进的方式电绝缘，其中也将要考虑从PTC元件通过电绝缘层向放热表面充分传热的必要性。
为了解决上述问题，本发明提出了一种具有权利要求1的特征的PTC加热元件。这种PTC加热元件包括由薄膜和涂覆于薄膜上良好热导率的电绝缘块体组成的组合作为电绝缘层。通常，薄膜与该块体一起首先作为一个单元制备并且然后放置为预制混杂薄膜，包括薄膜和涂覆于薄膜上的电绝缘块体，预制混杂薄膜在外侧抵靠条带电导体中的至少一个。
此处电绝缘层具有层结构，具有通常连续薄膜和通常以恒定厚度涂覆于薄膜上的良好热导率的电绝缘块体。特别是由于弹性和电绝缘块体，根据本发明的薄膜提供补偿在条带导体与特别地机动车辆中的电加热装置的发热对立表面之间不规则性的可能性，这种不规则性也可能是较小粒子，诸如灰尘颗粒，而在作为绝缘层的标准绝缘薄膜(其也可以由于静电作用吸引杂质)中，在PTC元件的外侧上的绝缘可能被贯穿并且因此由这些不规则性桥接，结果导致施加到PTC元件上的电压实际上并未相对于放热表面隔离。这可能会在电加热装置内造成短路并且因此出现故障。没有相对应的切断装置，可能会形成威胁到生命的条件。
电绝缘块体优选地为糊状块体，然而，糊状块体优选地已经交联并且因此凝固，使得其在严格意义上不再能流动。然而，块体可能执行某些补偿移动来规避，如在具有局部压力施加的绝缘层内的位置，以吸收在这个过程中的局部压力并且均衡压力，而不会因此导致电绝缘层造成的绝缘效果失去。良好热导率的块体优选地表现出至少3W/(m*K)，特别优选地至少5W/(m*K)的热导率。电绝缘块体可以施加到薄膜上，通过制造胶带中 所用的技术，并且其中，薄膜经由辊经过由电绝缘块体组成的浴槽。为此目的，电绝缘块体与溶剂掺混，由此减小了电绝缘块体的黏度或者可以改进薄膜的湿润。在薄膜涂层凝固或固化之后，塑料块体通常完全或部分地用作电绝缘块体。优选地，使用交联塑料，并且在涂布了薄膜之后，也通过添加热和/或向辐射暴露而使所述塑料以加速方式固化。为此目的，被提供用来产生绝缘层的该装置通常具有加热或辐照部段，块体涂布的薄膜经过加热或辐照部段。
以此方式首先制备的电绝缘层然后可以抵靠PTC元件中的至少一个的外侧，优选地两个条带导体定位。这种条带导体可以由金属板或者在印刷层中形成。
除了上文所提到的辊系统中的薄膜的涂层和电绝缘块体的熔化浴槽之外，所述块体也可以通过印刷或喷涂而施加到薄膜上，在印刷的情况下，刮刀刀片此处是优选的。
块体通常包括硅树脂块体，优选地为液相。优选地，由加成固化2组分硅树脂来形成液相，加成固化2组分硅树脂在室温下固化并且在加热下以强制方式固化。块体在25℃具有在100Pa.s与200Pa.s之间的黏度。考虑到良好的可流动性，汽油或甲苯通常作为稀释剂添加到2组分硅树脂以在25℃获得在4Pa.s与15Pa.s之间，优选地5Pa.s与8Pa.s之间的黏度。在交联状态，形成液相的块体的组分具有大约10-40邵氏A硬度。这个液相通常被添加固体，固体提高热导率但是也是电绝缘的。
块体优选地被选择为使得对于具有良好热导率的粒子，存在良好的湿润性质。在将粒子放置到糊状块体内以在其中均匀地分散粒子之前，可以利用粘合剂对粒子进行额外处理。块体可以例如是硅树脂块体或者至少主要包括硅块体。
考虑到绝缘层的电绝缘性质，这种填料量通常由良好热导率的电绝缘粒子形成，其中氧化铝粒子是优选的，具体而言，气体或水稀释的粒子，这种粒子能由于其形态而相对紧致地装填在液相内并且不会使填充的绝缘块体的流动性质降级到具有不同形态的粒子的那种程度。在液相内良好热导率粒子的填料量至少为50％的体积百分比，特别优选地在85％与95％之间的体积百分比。由于粒子的良好热导率，在块体内的这种填料的体积 比例改进了热导率，但是并不阻碍糊状块体流动和因此将块体以熔融状态施加到薄膜上。
根据一优选实施例，绝缘层包括薄膜和电绝缘块体，其中电绝缘块体本身可以具有若干相，即，例如填料量和液相。发展的结果是绝缘层的形状仅由薄膜和电绝缘块体给出，其中，在背向该块体的侧部的薄膜可以额外地被制成自粘合的并且因此可以设有粘合剂层。所述粘合剂层通常设置于预制绝缘层上。在电绝缘块体涂覆到薄膜的相对表面上之后或之前，其在一侧涂覆到薄膜上。
由于PTC元件的自调节性质，层厚度应受到限制。例如，根据本发明的优选发展，建议电绝缘层应被提供不超过250μm的厚度。
绝缘层具有在100与300μm之间，优选地在150μm与250μm之间的层厚度。这些厚度尺寸确保了充分的电安全性，即，由电绝缘层的在外侧对PTC元件的可靠绝缘，通过电绝缘层进行充分绝对传热，考虑到PTC元件的自调节性质，这有利于所述元件的高效操作。实际测试表明特别地对于填充了电绝缘填料粒子(特别地一方面以250μm绝缘层的层厚度施加到聚酰亚胺层)块体而言，可以总体上实现20kV/mm的总比介电强度，1.9*1015ohm/cm的体积电阻率和CTI>600的蠕变电阻。电绝缘层此处是耐温性的，即，优选地在-40℃至260℃的温度范围内是稳定的。
因此，本发明提出了一种电绝缘层，其具有良好的热导率，使得PTC元件能以高效率操作，这些层还可以容易地制备和生产按米销售的材料并且因此可以易于处理并且还示出了高温稳定性。由于薄膜用作电绝缘层内的绝缘块体的载体并且由于电绝缘和良好的热导率高于通过绝缘块体实现的所有结果，块体也可以设置于薄膜的两侧上，为此，可以选择更小厚度。在此情况下，必须将注意力引至电绝缘层内的薄膜的良好的热稳定性。而且，需要机械性质诸如高撕裂强度等。选择用于电绝缘层内的薄膜的厚度越薄，对薄膜本身的良好热导率的注意就越少。
可能吸收了良好热导率粒子的电绝缘块体的液相，即，悬浮液的液相由冷固化2组分块体形成。优选地，液相仅由这种2组分块体组成。这种冷固化块体通常在加热到不超过80℃在数分钟即在2至8分钟内固化。不需要更高的温度来实现块体固化。
在优选的发展中，条带导体通常包括冲压接触片，冲压接触片也形成用于发热层的电连接的连接凸耳。发热层在此处为PTC条带和设置于外侧的绝缘层，其中条带导体抵靠PTC条带定位或者直接连接到PTC条带。至少一个PTC元件和通常直接邻近PTC元件的接触片可以设置为框架中预先安装的单元，框架将发热元件的这些元件保持在一起以形成预先安装的单元，如分别在EP 1 921 896和EP 2 637 475中所描述。糊状块体施加到这个预先安装的单元上，使得接触表面的外表面设有绝缘层。如果楔状元件用来在U形袋状结构中夹持发热元件并且可能可移动地引导并且保持在框架上，如从EP 1 921 896 A1已知，滑动层通常在此侧定位于电绝缘层之间，并且当发热元件夹持在袋状物中时，楔状元件可以以改进方式滑过所述滑动层。这种层可以例如由金属薄板条带形成，金属薄板条带设置于楔状元件与该块体之间。
根据本发明的独立权利要求14，本发明提出了一种加热装置，其特别地用于具有放热表面的机动车辆。这些放热表面可以是设有波纹肋部的散热器元件的外表面或者基本上液体加热器的U形袋状物相对内表面。
根据本发明的独立方面提出的电加热装置特别地是用于机动车辆中的高电压应用的加热装置。加热装置在此处以高达800V的电压操作。
附图说明
结合附图，从下面的实施例的描述，本发明的另外的细节和优点变得显而易见，在附图中：
图1是用于第一电加热装置的第一实施例的PTC加热元件的透视侧视图；
图2是第一电加热装置的透视侧视图；
图3是用于第二电加热装置的PTC加热元件的第二实施例的透视侧视图；
图4是第二电加热装置的透视侧视图。
具体实施方式
利用附图标记2所标注的PTC加热元件的图1中示出的实施例包括多 个PTC元件4，多个PTC元件4在PTC加热元件2的纵向方向上一个设置于另一个后方，多个PTC元件4位于两个条带导体6之间，两个条带导体6分别在PTC元件4的相对侧处抵靠所述元件定位，在本申请情况下，呈接触片的形式，接触片在PTC元件4的前侧处延伸以形成适当地超过发热元件的接触区8。除了上文提到的部件之外，PTC加热元件2的这个发热元件包括绝缘层10，绝缘层10在两侧处邻接所述条带导体6并且分别在外侧覆盖PTC加热元件2的发热元件。电绝缘层10包括电绝缘块体12，电绝缘块体12粘附到聚酰亚胺薄膜14上。通过将电绝缘块体12施加到薄膜14上，已在先前制备了电绝缘层10并且然后将电绝缘层10放置于相应条带导体6上。电绝缘层10的坯料此处在宽度方向上选择为其略微突伸超过PTC元件4。周围定位框架16被设置于电绝缘层10的相对边缘之间。这个框架是定位框架16，定位框架16在PTC加热元件2的纵向方向上包括腹板，腹板一个安置于另一个后方并且保证了在一个布置于另一个后方的PTC元件4之间的预定距离。在附图中已部分移除的图1的区域中，这个腹板对应于间隙S。
条带导体6在内侧受到定位框架16约束。仅绝缘层10在外侧定位于该定位框架16上。在这个位置处，绝缘层10以不透流体的方式牢固地连接到定位框架16上，例如胶合或通过包覆成型而连接到定位框架16上，即在利用耐热塑料对定位框架16进行注塑成型制造期间。塑料可以是例如硅树脂。
无论如何，必须确保在图示实施例中，电绝缘层10分别连接到定位框架16的边缘上从而使得并无水分或污垢能进入到定位框架16内部。
在图示的安装情形下，电绝缘层10在其外侧上设有薄膜14，而电绝缘块体12位于薄膜14与条带导体6之间。
图2是电加热装置20的侧视图，其中，多个PTC加热元件2安装为发热层。在PTC加热元件2的附近，分别设置波纹肋状元件22，波纹肋状元件22邻接所述电绝缘层10的外侧并且以导热的方式连接到PTC加热元件2以首先通过热传导来接收发热元件中所产生的热，并且向在横向穿过塑料框架的空气传热，塑料框架利用附图标记24标记。为此目的，PTC元件2和波纹肋状元件22作为层被插入于框架24内并且利用弹簧相对于彼此保持在预先张紧的状态。
此处为两件式的(bipartite)这种塑料框架24被连接到控制壳体26，在控制壳体26中，接触舌片8电连接到控制装置。在控制壳体26上，暴露出了用于电源电流28和控制电流30的插头。在电源电流28的插头中，暴露了用于向电加热装置20提供正相和负相电力的两个极。而且，用来将控制装置接地的连接引脚32在控制壳体26上突伸。
取决于控制电流的控制信号，设置于控制壳体26中的控制装置被接线成使得连接在一起以形成加热电路的PTC加热元件2中的全部或个别PTC加热元件被供应电源电流28。由此在PTC加热元件2内部所产生的热通过传导而通过条带导体6传递并且在横向于其穿过电绝缘层10的其区域状延伸部的方向上传递并且被递送给波纹肋状元件22。
图3示出了PTC加热元件2的第二实施例。与根据图1的实施例相比，相似的部件具有相似的附图标记。
而且，在此实施例中，PTC元件4，此处仅一个，抵靠相对条带导体6定位，相对条带导体6此处由金属接触片形成。通过自由冲压，接触舌片8由这些金属薄板6一体地形成。PTC加热元件2的这个发热元件在混杂薄膜中折叠，混杂薄膜由薄膜14和电绝缘块体12构成。薄膜14形成PTC加热元件2的外侧。PTC元件4和切割为相同尺寸的接触片6被定位在与U形部40相距一定距离处，U形部40通过将发热元件折入到电绝缘层10中而形成。而且，电绝缘层10也在外侧上在PTC元件4上和接触片6上方突伸。在成品中，由此在绕PTC元件4与接触片6的整个圆周上由此形成的自由空间可以被填充绝缘块体以排除或至少减小不同极性的接触片6之间的空气间隙和蠕变距离。在这个过程中使用的铸件块体可以具有与电绝缘块体相同的材料，电绝缘块体形成电绝缘层10的相对应层，用附图标记12标出。
图4示出了电加热装置20的第二实施例。这个电加热装置20具有独立的壳体50，独立壳体50具有两个连接喷嘴52，通过连接喷嘴52，可以接近形成于壳体50中的循环腔室。相对于循环腔室，由连接喷嘴52所形成的入口和出口分别用于供应和排放液体介质，液体介质将在电加热装置20中加热。
为此目的，若干U形突伸部突伸到循环腔室中，其中朝向壳体盖子54(以附图标记54标出)敞开的U形凹部设有根据图3的至少一个PTC加热元 件2。U形凹部通常由良好热导率的材料(例如铝)的加热肋部形成。PTC加热元件2直接抵靠加热肋部的相对内表面定位并且因此以导热的方式铸造或者由楔形元件在其中压制，如在本申请人的EP 1 872 986A1中描述。在图4中示出的实施例还具有控制壳体26，控制壳体26具有用于电源电流28和控制电流30的插头28、30，此处利用正极和负极向电加热装置20供应电源电流28和控制电流30。而且，也形成了接地连接32。
附图标记列表
2 PTC加热元件
4 PTC元件
6 条带导体
8 接触舌片
10 电绝缘层
12 电绝缘块体
14 薄膜
16 定位框架
20 电加热元件
22 波纹肋状元件
24 框架
26 控制壳体
28 插头/电源电力
30 插头/控制电流
32 接地连接
40 U形部
50 壳体
52 连接喷嘴
54 壳体盖子
S 间隙。

Claims (15)

1.一种PCT加热元件(2)，所述PCT加热元件包括至少一个PTC元件(4)，所述PTC元件(4)的条带电导体(6)至少在外表面上设有电绝缘层(10)，所述条带电导体(6)利用其内表面以导电方式与所述PTC元件(4)接触，并且所述条带电导体中的至少一个在其外表面上设有电绝缘层，
其特征在于，
所述电绝缘层(10)包括薄膜和施加于薄膜上的良好热导率的电绝缘块体(12)。
2.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述块体(12)被填充具有在1W/mK-5W/mK之间的，优选地至少3W/mK的良好热导率的颗粒。
3.根据权利要求2所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述良好热导率颗粒的比例是在85％与95％之间的体积百分比。
4.根据权利要求3所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，良好热导率的颗粒由氧化铝制成。
5.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述绝缘块体(12)由硅树脂块体形成。
6.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述绝缘层包括薄膜(14)和电绝缘块体(12)。
7.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述电绝缘块体(12)是自粘合的并且粘附到所述薄膜(14)上。
8.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于所述薄膜(14)是聚酰亚胺薄膜。
9.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述电绝缘块体(12)具有在100μm与300μm之间的，优选地150μm与250μm之间的层厚度。
10.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述电绝缘层(10)具有不大于250μm的厚度。
11.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述电绝缘层(10)在250μm的厚度具有至少3kV DC的介电强度。
12.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述电绝缘层(10)在-40℃至+260℃的温度范围内具有大于20kV/mm的比介电强度。
13.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述电绝缘层(10)直到260℃是温度稳定的。
14.根据权利要求1所述的PTC加热元件(2)，其特征在于，所述电绝缘块体(12)的液相由冷固化2组分块体形成。
15.一种电加热装置，所述电加热装置特别地用于具有放热表面的机动车辆，其特征在于根据权利要求1至13中任一项所述的PTC元件(4)，在插入至少一个电绝缘层的情况下，所述PTC元件(4)以导热方式抵靠放热表面而定位。
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