CN106537058A - 用于电加热设备的控制装置以及用于制造这种控制装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电加热设备的控制装置，具有载体元件(48)和固定于其上的汇流排(20)，汇流排与SMD构件(4)导电连接，并且要给出一种具有对功率电流改进的电导引路径的、能够经济地制造的控制装置，并且由此也要给出用于制造这种控制装置的方法。根据本发明的控制装置的汇流排是最初一体的冲裁加工的、具有打断的接片(14)的金属板(8)的一部分，接片将金属板(8)分成输入元件(20)和导出元件(26)，输入元件和导出元件仅通过SMD构件(4)相互电连接。在根据本发明的方法中，执行下列步骤：制造冲裁加工的金属板(8)，金属板形成至少一个输入元件区域(20B)和导出元件区域(26B)，所述输入元件区域和导出元件区域通过至少一个接片(14)相互连接，将SMD构件(4)装配在输入元件区域(20B)上，用于形成经装备的金属板单元(2)，将经装备的金属板单元(2)固定在载体元件(48)上，打断至少一个接片(14)，使得由输入元件区域(20B)和导出元件区域(26B)产生输入元件(20)或导出元件(26)，所述输入元件和导出元件仅通过SMD构件(4)相互导电连接。

Description

用于电加热设备的控制装置以及用于制造这种控制装置的 方法
技术领域
本发明涉及一种用于电加热设备的控制装置以及一种用于制造这种控制装置的方法。
背景技术
本发明特别是涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的、用于电加热设备的控制装置。这种控制装置例如由EP2043412A1已知。这种控制装置具有电路板和由承载元件保持的而且固定于承载元件上的汇流排，汇流排与SMD(表面贴装器件)构件导电连接。
SMD构件通常是指产生损耗功率的半导体功率开关。损耗功率一般必须被引出。这样，汇流排在前面提到的现有技术中也代表与单独的冷却体相连接的热沉，冷却体的冷却片基本上成直角伸出于承载元件。SMD构件布置在承载元件的一侧上，冷却元件则布置在另一侧。
申请人已知很多在先的解决方案，诸如在顾及到急需将损耗发热量导送出去的情况下，可以构造有汇流排，以便适应实际的需求。这种解决方案例如由DE102005038862A1、JP2001-319708、DE19518522A1、EP1395098A1、CN2727957Y、DE19935803A1、DE102004061936A1、EP0901166A1、US6,442,033B1已知。
由EP2043412A1在先已知的解决方案在热量技术上是不利的，这是因为基于SMD构件的布置方式，到达冷却体的热量导引行程相对较远。此外，制造复杂而且成本高昂。最后，解决方案不令人满意，因为功率电流的导引仅经一些汇流排进行。电路板在这种情况下通常仅具有有限的导引高功率电流通过的能力。
特别是最后提到的方面对于针对电加热设备的控制装置是有意义的，因为在这种控制装置中，相对较高的功率电流受到控制或被接通。此外，本发明特别是要给出一种用于机动车中的电加热设备的控制装置。对这种电加热设备及其控制装置特别是提出安全性要求。车辆中的使用条件还要求所有参与其中的构件具有非常好而且扎实的接触。振动、冷热差异以及必要时还有潮湿和包含污物的气氛特别是以良好的接触和扎实有效地导引功率电流为条件。功率电流的导引行程中的过渡电阻经常产生局部升温，这种局部升温可能导致SMD构件熔化。热学事件可能导致整个控制装置、整个加热设备发生熔蚀。
发明内容
本发明提出一种具有针对功率电流改进的电导引路径的控制装置。这种控制装置应当能够经济地制造并且本发明也提出相应的制造方法。
为了解决与装置相关的问题，利用本发明提出一种具有权利要求1的特征的控制装置。这种控制装置与之前提到的现有技术的区别在于，汇流排是最初为单件式的冲裁加工而成的金属板的一部分。冲裁加工的金属板具有至少一个断开的接片。断开的接片将金属板分成输入元件和导出元件。输入元件和导出元件与SMD构件导电连接，优选在电学上仅通过SMD构件连接。而输入元件和导出元件除此之外在电学上绝缘地设置并且通常二者固定在承载元件上，以便实现两个导引元件预先确定的空间间距。在此，输入元件和/或导出元件通常是控制装置的如下的导引元件，其将电加热设备的功率电流导引通过。在此，电加热设备通常具有几千瓦的功率容量，特别是在1000瓦与3000瓦之间的功率容量。对于在机动车中假设12伏特的车载电网电压，与之相应地需要很大的线路横截面。这种线路横截面通过冲裁而得的输入元件和导出元件来提供。
只要在本发明中提到输入元件和导出元件，这仅代表元件的术语方面的差异。由此，应当不强制确定：电流应当相对于相应的元件沿哪个方向流动以及看向SMD构件流动。
断开的接片能够在成品上看到，其具有分割或剪切边棱，分割或剪切边棱基本上与各电流导引元件相对置地设置。而且根据本发明不需要的是，接片在金属板与载体元件接合之后才被断开。在这种这里优选的构造方案中，针对每个断开的接片，通常在载体元件中设置有冲裁开口，所述冲裁开口处于一体冲裁加工的金属板的相应的接片的后方。这样，为了合适地进行图示，至少针对本发明的优选解决方案适用于这种冲裁开口而不适用于断开的接片。
通过根据本发明的解决方案，基本上提出两种汇流排，也就是一个是输入元件，在其上通常直接布置有SMD构件并且与SMD构件在电学上键合，以及具有导出元件，其与SMD构件电连接，例如借助于至少一个沿侧向在SMD构件上伸出的接触底脚进行电连接。这样，功率电流不仅直接通过输入元件输送给SMD构件。功率电流也通过另一由导出元件形成的汇流排导出。
两个汇流排能够经济地制造，方式为：汇流排最初作为一体冲裁加工的金属板中的区域冲裁出接片，接片将两个区域相互连接。由此，两个区域通过至少一个接片按照彼此预先确定的空间对应关系保留。这两个区域通常处在一个平面中。按照本发明的接片比汇流排的高出接片的侧面具有明显更小的宽度。这实现了借助于SMD装备技术的简便的SMD构件安装方案。SMD构件一般钎焊到输入元件上。接触底脚钎焊到导出元件上。之后，金属板一体的设计通过打断一个或多个接片来解除。由此，最初一体的金属板实现了彼此绝缘地、也就是彼此间隔地设置的、针对需要借助于SMD构件接通的功率电流的导体带。因为接触底脚通常不能很好地适用于导出元件的机械保持，所以接片通常在输入元件和导出元件已经与载体元件连接之后才被打断。与载体元件的连接能够按照不同的方式来实现，例如通过粘贴和/或卡位来实现。
不言而喻的是，载体元件通常是绝缘设计的元件，使得安装两个导引元件不会导致两个元件之间的短路。通常，载体元件由合成材料构成并且是注塑部件，通常由热学上高品质的热塑性塑料构造。载体元件一般不是装备有构件的电路板。但就尽可能成本低廉的制造方案方面看，载体元件仅是注塑而成的合成材料板。
合成材料板可以具有用于对输入元件和导出元件进行卡位的卡位凸鼻。同样很好的是，载体元件可以配有从用于输入元件和导出元件的搁放平面中耸出的栓，所述栓贯穿在输入或导出元件中挖出的孔。栓的自由端部可以通过热填缝而用于最终将输入元件或导出元件固定在载体元件上。
在根据本发明的电控制装置中，与之相应地通常将输入元件和导出元件电绝缘地固定在载体元件上。如本发明的图示所示那样，控制装置可以成本低廉地制造。控制装置提供用于功率电流输入和导出的汇流排，进而提供了功率电流通过控制装置改进的导通。利用后续打断接片对金属板的冲裁加工实现了对两个汇流排的简单制造。当接片在将SMD构件装配和键合在两个汇流排上之后才断开时，可以取消汇流排彼此相对用于键合的定位，因为输入区域和导出区域的空间分配通过接片得到固定规定。根据本发明的控制装置通常不具有常规的电路板。
根据本发明的优选改进方案，SMD构件直接与输入元件键合，也就是安放在输入元件上，并且由此以螺栓拧合、特别是钎焊。此外，输入元件设计为热沉，也就是处在作为热源的SMD构件与用于所产生的损耗功率的热传递和导出的、被馈送流体的面之间的热导流行程中。设置用于热传递的面优选通过输入元件本身来形成。可以取消的是，安装专门的冷却元件。输入元件在优选的改进方案中仅构成对于热量传递和导出所需的面。
通过对金属板的冲裁加工和冲裁折弯加工，可以增大用于导送损耗功率的有效面积。这样，能够通过冲裁造型出在金属板的平面内延伸的冷却肋。冷却肋也可以通过弯折而从金属板的平面中产生。在此，其通常在输入元件和导出元件优选彼此平行的取向下保留，用于布置在优选平坦的载体元件上。用作热沉的输入元件可以在端侧高出载体元件并且在那里被流体给流。针对用于机动车中的电加热设备的控制装置的情形，流体一般是空气。在此特别是应当通过电加热设备来加热的空气被用于冷却损耗功率。热沉也可以具有在金属板中挖出的空气贯通开口。空气贯通开口例如可以通过给金属板开设缝隙并且通过平行的缝隙之间按此方式在金属板中成型的接片的弯曲而在热沉的区域中形成。这样，例如可以通过对金属板的材料进行弯曲造型出冷却接片，冷却接片凸出于金属板的一体的平面。接片的区域形成金属板内部的开口。在此，接片可以在端侧还结合到金属板上。由此，在不同的、在空气贯通开口中前后设置的平面上形成肋，肋被空气给流并且用于导送空气。
热沉可以同样良好地配有用于安放到冷却体上的安放面，并且基本上由安放面来形成。这种设计方案特别是在用于机动车中的电加热设备的控制装置中适用，其中，电加热设备加热流体并且所述冷却体被需要加热的流体来冷却。由此，通过将热沉安放到冷却体的表面上，能够有助于从控制装置到需要加热的介质的高效散热。在此，热沉优选以如下方式设定尺寸，SMD构件在长期最大通流量而且给热沉通流空气的情况下，温度不超过175℃。在此，以空气给流的过程利用通常在机动车的HVAC中通过其中设置的鼓风机所产生的空气来实现。空气具有不高于80℃的温度。在此，用于散热的热沉的尺寸设定在所提到的条件下优选如下所述，至少为10W、优选11W的SMD构件损耗功率能够被导出。这种损耗功率由机动车中的电加热设备中的控制装置的优选这时所使用的MOSFET产生。从MOSFET的可以想到的熔化的角度看，在这里热沉优选以如下方式设定尺寸，能够导出高6倍的损耗功率。即便在输出约60W至70W的损耗功率的MOSFET熔化的情况下，输入元件的温度应当不超过320℃的数值。
金属板对此由不仅导电而且良好导热的材料形成。在此，可以是指白铜或黄铜或铝。对于铝，通常可以电镀表面，从而虽然在铝上设置氧化层，但仍然在铝金属板与钎焊到其上的SMD构件之间实现足够良好的导电。为了控制装置在这里讨论的升温问题方面(例如MOSFET熔化的角度)的适当的有效性，载体元件优选由热学上高品质的合成材料制造。针对合成材料的示例有PPS(聚苯硫醚)，特别是PPS GF40、PEEK(聚醚醚酮)、特别是PEEK GF30，PA(聚酰胺)，特别是PA6.6GF。
根据本发明的控制装置以如下目标实现，即便作为SMD构件的功率晶体管熔化以及通过所述功率晶体管和所有现有的功率晶体管的最大损耗功率的情况下，仍防止发生控制装置的部件发生熔断或熔蚀的热学事故。优选构成载体元件的热塑性材料适合于耐受最高约280℃、优选320℃的温度，而不熔蚀合成材料。在载体材料通常支撑在控制壳体的外壁部上的支撑侧面上，以及通常在载体元件的背向SMD构件的侧面上，通常设置肋和接片，所述肋和接片将控制壳体与载体元件间隔，使得从载体元件的高品质的合成材料向控制壳体的品质不太高的合成材料不能发生显著的直接热传送。金属板的高导热率使得：由SMD构件产生的损耗功率特别高效地在金属板的平面中通过热量导送被送出并且在热沉的区域中通过热传递导出到给流的流体上。这样，SMD构件下方的汇流排可以直接安放在载体元件上，这在对SMD构件的扎实支撑方面是优选的。但也可以考虑的是，即便在SMD构件下方，也在载体元件中设置有凹空部，使得也通过冷却的措施，主要也实现了直接在SMD构件下方对合成材料热量加载的降低。
输入元件为了高效冷却SMD构件的损耗功率，优选直接与SMD构件相邻地构造有冷却旗片。冷却旗片露置在流体流中。为此，载体元件通常具有窗口，输入元件至少部分地露置在窗口中。输入元件可以高出窗口，也就是平行于载体元件地延伸超出窗口，并且在相对的侧面上同样平面式地支撑在载体元件上。输入元件也可以同样良好地在窗口的区域中折弯成角，并且为了构成相对较大的平行地被空气流给流的面而相对于输入元件的其上装配有SMD构件的区域成直角地延伸。这种设计方案提供如下可能性，将载体元件构造为电加热设备的壳体的一部分或者以如下方式设定尺寸，使得在电加热设备的壳体的控制壳体区域中，为了扎实支撑汇流排和装配于其上的构件，而装入载体元件。当这种支撑不是关键时，冷却旗片也可以伸出载体元件的轮廓。
根据本发明的另一优选设计方案，载体元件在打断的接片的高度上具有冲裁开口。冲裁开口要么立即构造在载体元件上，要么是对金属板冲裁加工的结果以及如下方式的结果，其中，输入元件区域和导出元件区域最初通过接片连接地固定在载体元件上，之后通过冲裁或以其他方式打断接片而在电学上彼此分隔。在此情况下，载体元件在接片高度上设有开口。在此，冲裁开口一体地构造有窗口。在载体元件的投影中，与之相应地在载体元件中获得开口区域，打断的接片处于其中，并且获得另一如下区域，输入元件的设计为热沉的部分处在所述区域中，其中，两个开口区域被载体元件的一体轮廓所包围。
优选的是，输入元件在SMD构件的两侧上设计为热沉。这意味着：汇流排的两个从SMD构件中伸出的臂用于散热并且通过直接被冷却流体给流，优选被空气给流。在此，输入元件的自由端部可以高出载体元件。相对的臂(在下面也称为输入元件的输入侧的端部)通常在载体元件的窗口中露置并且针对每个窗口附加地由载体元件支撑。在那里，输入侧的端部通常与需要接通的功率电流的连接部相连接。
根据本发明的优选改进方案，最初一体冲裁加工的金属板包括与SMD构件的控制电流输入线路相连接的控制电流输入元件。控制电流输入元件通过另一断开的接片与输入元件和/或导出元件间隔。与之相应地，在控制电流输入元件与用于功率电流的汇流排之间获得电学分隔。在此，控制电流输入元件以汇流排和控制电流输入元件的制造为条件，优选处在具有汇流排的平面中。从尽可能节约空间的设计方案角度看，控制电流输入元件优选与输入元件的输入侧的端部相邻地存在并且处在导出元件与输入侧面之间，在输入侧面上，输入元件与共同的输入汇流排电连接，优选由此单件地设计。在此，控制电流输入元件横向于汇流排的延伸方向通常比汇流排本身窄得多地设计。不言而喻的是，输入元件、导出元件和控制电流输入元件一般以同种材料设计。
控制电流输入元件优选同样与载体元件相连接，例如利用如下的连接技术，凭借这种连接技术也将构成输入元件或导出元件的汇流排与载体元件相连接。
根据本发明的优选的改进方案，导出元件以其自由的端部高出输入元件，并且以其自由端部形成用于连接电加热设备的功率部件的连接旗片。连接旗片可以与功率部件的接触片一体地构造。连接旗片可以通过钎焊、夹接或其他连接方案也与功率部件的这种接触片相连接，使得首先根据本发明的控制装置单独制造并且接下来能够与功率部件电连接。
根据本发明的优选改进方案，设置有另一汇流排片，所述汇流排片与由导出元件形成的连接旗片相邻地构成不同极性的连接旗片。只要设置有具有所对应的SMD构件的多个导出元件，通过其他汇流排形成的、其他极性的连接旗片通常处在相同高度上并且处在导出元件的连接旗片之间。由此，提出了与PTC加热装置的功率部件紧凑的电连接，PTC加热装置在后面还有介绍。
利用本发明还给出了特别是用于机动车的电加热设备。这种电加热设备按照已知的方式具有如下的功率部件，其包括至少一个带有至少一个PTC元件的发热层和在两侧贴靠的接触片。在发热的层旁边设置有起散热作用的层。散热的层通常直接贴靠在发热的层上。在此，发热的层也可以包括在外侧上对接触片绝缘的绝缘层，使得发热的元件本身绝缘地设置在功率部件上并且散热的层未被通电，也就是通常处在电中性或接地。电加热设备按照已知方式还具有控制部件，控制部件设置在具有功率部件的结构单元中。这种电加热设备例如由EP1157867已知。
根据本发明，之前的电加热设备具有根据前面讨论的设计方案的控制装置。控制装置是控制部件的组成部件，或者仅构成控制部件。在此，功率部件的接触片中的一个与导出元件导电连接，使得通过SMD构件接通的功率电流传输到功率部件上。控制部件可以除了前面讨论的控制装置之外还具有其他元件，例如装备有电气构件的电路板。但优选的是，控制部件不包括原本方式的电路板，也就是其中加工有导体带的合成树脂成型件，在其上装配有电气构件或电子构件。因为根据本发明的控制装置能够优选在不设常规电路板的情况下制造。为了接通、控制和导通电流，仅须构造冲裁的而且彼此绝缘设置的而且通过载体元件保持的片材段，其按照汇流排的方式构造并且为了第一极性的电流引导仅通过SMD构件相互电连接。通过由原本一体成型的金属板冲裁制造的片材段，仅实现功率电流和控制电流的通流。
按照这种方式，电加热设备简单、成本底料而且也节省重量地制造，关注的规则是，设置有适当电容的导体带，足以导通很高的功率电流。
根据本发明的优选改进方案，电加热设备具有之前提到的其他汇流排，该汇流排构成不同极性的连接旗片。不同极性的连接旗片与其他接触片导电连接，使得向功率部件的电流输入和导出能够仅通过根据本发明的控制装置来实现。因此，电加热设备能够从一侧连接，并且与之相应地简单地通过推入HVAC(空气调节系统)中而装入HVAC中。
根据本发明的优选改进方案，电加热设备具有包壳状的壳体元件，所述壳体元件容纳功率部件和控制部件。另外，根据改进方案，设置有壳体配对元件，所述壳体配对元件在功率部件和控制部件的影响下，遮盖壳罩状的壳体元件。在此，壳体元件和壳体配对元件中的至少一个在连接旗片的区域中设有至少一个连接开口，以便在控制装置的连接旗片与功率部件的与之贴靠的连接旗片之间造型出机械连接件，之后，壳体在控制部件和功率部件的影响下已经闭合。壳体元件和壳体配对元件通常针对热沉或冷却旗片具有壳体窗口，壳体窗口允许流体流经壳体进而更为有效地对流导送损耗功率。壳体窗口可以包括连接开口。通过适当的机械连接，在需要连接的连接旗片之间产生良好的电学接触还有扎实的机械接触。这种连接通过按照冲压过程形成。具体来说，连接旗片或结合旗片可以通过夹接、铆合或压接来连接。在此，连接开口优选以如下方式构造，使得控制部件与功率部件之间的所有接触旗片通过冲压工具的一次冲程而能够相互连接。为了将功率部件和控制部件尽可能好地包纳在壳体中并且加以保护和遮盖，优选针对每个需要连接的连接旗片配对件而挖出对应的连接开口，将冲压工具挤入连接开口中，以便在连接旗片之间制造所希望的机械连接。一般来讲，连接旗片的接合区域设置在相对置的连接开口之间，连接开口在壳体元件和壳体配对元件中挖出。这样，在这里也实现了空气通过壳体的通流和对接合区域的冷却。
本发明提供了如下可能性，载体元件通过壳体元件或壳体配对元件制成。同样给出如下可行性，导出元件与功率部件的连接旗片一体成型。这种连接旗片可以是指直接贴靠在PTC元件上的接触片的自由端部。优选的是，连接旗片相对于由接触片形成的与PTC元件的贴靠片以90°围绕，由此，部件引入壳罩状的壳体元件和连接旗片与导出元件的连接过程得到简化。
从本发明的方法方案角度来看，利用本发明提出具有权利要求18的特征的方法。在根据本发明的用于制造电加热设备的方法，首先制造冲裁加工的板，所述板基本上等同于控制装置的汇流排的轮廓。不言而喻的是，由较大的金属板能够以一个冲程冲裁出多个这种单元。控制装置的对应一个极性的汇流排必要时还有控制装置的控制电流输入元件在通过接片连接的情况下，借助于冲裁形成一个单元。汇流排或导引元件是金属板的区域。这样，先前一体的冲裁加工的金属板具有至少一个输入元件区域和导出区域，必要时还有控制电流输入元件区域。上述区域借助于一个、必要时多个接片相互连接。这样，最初一体的冲裁加工的金属板可以良好地作为一体的构件加工。在后续的步骤中，在输入元件区域上固定有SMD构件，通常以钎焊方式固定，由此，获得了经装备的金属板单元。不言而喻的是，能够设置多个这种SMD构件。附加地，也可以在给金属板装备SMD构件的情况下，安装有用于控制电流的插头，特别是以钎焊的方式安装。另外，一般由导电的冲裁折弯部件形成的桥式电接触件可以钎焊在金属板单元的各个功能区域之间。这种桥式电接触件特别是构造在控制装置的控制电流输入元件或区域之间，用以控制多个加热回路。相应地，经装备的金属板单元一般不具有不同的或其他的电子或电气构件。
之后，经装备的金属板单元固定在载体元件上。在此，固定以如下方式实现，各个功能区域本身分别与载体元件连接。与之相应地每个输入元件、导出元件以及必要时还有控制电流输入元件本身分别固定在载体元件上。固定优选借助于卡位凸鼻来实现，卡位凸鼻构造在借助于注塑合成材料制成的载体元件。原则上，优选型面锁合的连接，其在载体元件与金属板单元之间实现。在此，优选如下的型面锁合连接，其能够通过卡位有效建立。同样好的是，经装备的金属板单元能够通过夹紧在例如由合成材料制造的载体元件上而得到保持。可替换地或作为补充地，也可以使一个或多个热填缝的栓贯穿单个或所有功能区域中的孔，并且借助于热填缝实现或有助于将功能区域和载体元件加以固定。在将金属板单元和载体元件接合或接合之后，在根据本发明的方法中，将各个功能区域在电学上分隔，方式为：打断了最初确保片材连续性的接片。由此，产生输入元件和导出元件，输入元件和导出元件仅通过SMD构件相互电连接。只要控制电流输入区域设置在经装备的金属板单元上，一个或多个接片为此同样被打断，以便将该区域造型成控制电流输入元件，所述控制电流输入元件本身电绝缘而且与输入元件和导出元件电绝缘地保持在载体上，并且仅通过SMD构件与所述元件电连接。从批量制造的角度看，还优选训练将带有其各自金属板单元的成品布置在所对应的载体元件中进而加以固定，并且在此同时将相应的金属板单元与成品分离。这样，一方面制造多个根据本发明的控制装置并且与成品分离。该步骤通常通过组合的装配和分离装置来实现，装配和分离装置将金属板单元相对于载体元件定位保持并且两个部件以如下方式彼此相叠地运动，使得这两个部件相互连接并且金属板单元的导引元件通过断开接片彼此分离。
按照这种方式，以高精度预先确定和规定出各个导引元件在载体部件上的位置。装配是简单的，因为各个元件最初以连续的形式被加工，并且这样转送到载体元件上，进而加以固定。此后，通过分离一个或多个接片，实现了各个区域之间的电学隔离，以便形成电绝缘地设置在载体元件上的功能部件。
附图说明
本发明的其他特征、优点和细节结合附图从对实施例的下列说明中获得。其中：
图1示出实施例的导体带的底面的透视俯视图；
图1a以俯视图放大示出根据图1的细节D；
图2示出透视分解图，其中具有大致对应于图1中所示的实施例所装配的金属板单元的透视俯视图和承载元件的实施例；
图3示出在接合之后且在自由冲裁之前图2中所示的元件的透视俯视图；
图4示出在接合之后且在自由冲裁之后图2中所示的元件的透视俯视图；
图5示出图2和图3中所示的实施例的透视底面视图；
图5a示出输入元件的形成冷却旗片的区域的透视俯视图；
图6示出沿图3中图示的线IV-IV的放大透视剖视图；
图7示出电加热设备的配备有根据图1至图6的控制装置的壳体的透视俯视图；
图8示出在将功率部件装入壳体部件中之后，根据图7的实施例；
图9示出在壳体闭合的情况下，图8中所示的实施例；以及
图10示出沿图9中图示的线X-X的透视纵剖图。
具体实施方式
附图主要示出作为本发明的实施例的控制装置的汇流排。设计方案特别是结合图2和图3来理解。这样，图2和图3示出完成装备的金属板单元2，金属板单元通过冲裁和折弯加工由金属板8或金属片材制造而成。金属板通过三个SMD构件4来装备，其中，在这里涉及的是功率晶体管(MOSFET)以及插头壳体6。SMD构件4和插头壳体6为了构造成经装备的金属板单元2而通过钎焊与金属板8相连接。另外，设有以附图标记10和12标示的桥式电接触件，桥式电接触件将不同的沿宽度方向彼此并排安置的、经冲裁的平面区域相互连接。对于在图3中所示的、经装备的金属板单元，金属板8的不同的、后面还要详细讨论的区域借助于接片14相互连接。在图1中附图标记14针对的是其中事先设置有经装备的金属板单元2的接片14的部位。
如从图2和图3中可见那样，金属板8通过冲裁和折弯加工来制造。冲裁格栅由基本上六个彼此平行设置的接片形设计方案构成。在金属板8的后部的、输入侧的端部上通过对金属板8的片层一次折叠和相对叠放而造型出输入汇流排16，直接固定于输入汇流排上的、例如钎焊上的连接栓18从输入汇流排中伸出。在这里，输入汇流排16相对于金属板8的主延伸方向成直角地延伸，使得连接栓18平行于金属板8地延伸。这种设计方案对于实现本发明不是必要的。栓18可以朝向每一个任意方向延伸。在此，连接栓18通常规定出用于电连接功率电流的插接方向。通过冲裁和弯曲加工，使输入汇流排16进而还有连接栓18可以具有各种任意的取向。
在下面称为电流导引平面E的平面中，存在直接与输入汇流排16相连接的输入元件20。输入元件20分别对于自身构成SMD保持基材22，SMD保持基材如图6中所示那样通过冲裁加工而相对于电流导引平面E稍微下沉地构造，使得在对SMD构件4进行钎焊时，能够使焊料更好地保持在预先确定的部位上。SMD保持基材22沿侧向从在底部呈接片状的输入元件20中伸出。在相邻的输入元件之间或者沿侧向在一个输入元件旁边，在输入侧面附近设置有至少一个控制电流输入元件24。在控制电流输入元件24的延长部中存在导出元件26。针对每个加热回路I-III，设置有唯一的导出元件26和唯一的输入元件20。另外，针对每个加热回路设置有至少一个控制电流输入元件24。插头壳体6安放在两个通过冲裁已在之前彼此分隔的控制电流输入元件28、30上。控制电流输入元件通过缝隙32彼此分隔，然后通过不同的接片14位置稳定地保持在冲裁出的一体的金属板8上(参见图1a)。
如根据图1的底面透视图所示那样，在每个钎焊部位上也针对桥式电接触件10、12以及针对SMD构件4的接触底脚34，使金属板8上的接触部位通过下沉而凹入，以便使焊料保持在预先确定的部位上。相应的方案适用于通过插头壳体6保持的而且与两个控制电流输入元件28、30相键合的接触件。控制电流输入元件28、30还具有保持开口，用于容纳在底面从插头壳体6中伸出的固定栓38。
图1示出：导出元件26和输入元件20分别作为汇流排通过对金属板8的冲裁以及必要时进行折弯来构造并且彼此平行地取向。导出元件26沿相应汇流排的纵向高出对应的输入元件20，在高度上相同地收尾并且在其自由端部上为了造型出处在平面E外部但平行于平面E而置的连接旗片40而完成曲柄状。这种设计方案的实现目标是，连接旗片40贴靠到机动车电加热器44的接下来还要介绍的壳体42的底部上。
从沿宽度方向尽可能紧凑的设计方案的角度看，导出元件26在SMD构件4(也就是SMD保持基材22)的高度上具有切口45，所述切口大致延续了输入元件20与导出元件26之间的恒定的缝隙状的空隙。导出元件26还在连接侧大致在SMD保持基材22的高度上终止。所对应的控制输入元件24同样以其前端部在SMD构件4的高度上终止，并且沿导出元件26的延长部延伸，但与导出元件保持间距。
如所见那样，与三个加热回路I至III相对应地设置有三个下级结构组件，下级结构组件分别具有输入元件20、导出元件26、控制电流输入元件24以及SMD构件4，其中，分别将下级结构组件中的输入元件20和导出元件26相互电连接的SMD结构组件4彼此并排、也就是沿横向先后布置。下级结构组件的所有输入元件20彼此间借助于输入汇流排16相互电连接。
图2和图3图示出经冲裁加工的金属板8的最初单件的设计方案。金属板具有与接片14间隔而且借助于接片连接的区域，这些区域被以附图标记B标示，该附图标记附在之前提到的各电流导引部件的附图标记后面，以便标示出：在此涉及的是还相互连接的、用于构成各功能部件的区域。最初一体的金属板8通过冲裁和折弯被加工成图2和图3中所见的形状。之后，执行所有钎焊过程，以便将SMD构件4、插头壳体6与其相应的接触元件相连接，还有将桥式电接触件10、12与金属板8连接，其中，桥式点接触件将控制信号从元件28或30传输到控制电流输入元件24。在所示的实施例中，不需要其他钎焊过程。之前介绍的、安装到金属板8上的其他构件就是控制装置的所有构件。特别是取消了通常装备的电路板。之前一体的金属板8的彼此分隔的元件仅构成针对功率电流和控制电流的导引路径。
按照这种方式准备的、经装备的金属板单元2安装到载体元件48上并且与载体元件连接。为此，载体元件48具有多个卡位凸鼻50，其带有所配设的滑动面52(参见图6)，卡位凸鼻在安装经装备的金属板单元46时，弹性地朝外受到挤压，并且自主地以其闩锁面50置于各导引电流的板区段20B、24B、26B、28B、30B的表面上，以便固定这些板区段。如从图1中可见地，设置在两个输入元件20之间的控制电流输入元件24具有孔54，所述孔被用于对中心和夹紧的锥形的栓56贯穿。
孔54和栓56的构造方案还确保：载体元件48仅能够以预先确定的方式与经装备的金属板单元46接合，并且确保特别是在各汇流排的长度方向上的精确定位。
在接合了载体元件48和经装备的金属板单元46之后，断开所有接片14，以便使已经参照图1介绍的导引元件电绝缘。之后，将电加热回路I、II、III的输入元件20与所对应的导出元件26仅经SMD构件4电连接。这种电连接通过对于功率电流导通的SMD构件的接触底脚34来实现，接触底脚钎焊在所对应的导出元件26上。另一用于控制电流的接触底脚34将每个电加热回路I、II、III的SMD构件4与相对应的控制电流输入元件24或30电连接。设置用于导引控制电流和功率电流的元件中的每一个本身通过卡位凸鼻50或栓56以足够程度固定在载体元件48上并且位置确定地保持。载体元件48以如下方式设计，输入元件30以其自由的、构成作为热沉的冷却旗片58的端部设置在载体元件48的轮廓内部。仅导出元件26以其连接旗片40高出载体元件48。
冷却旗片48处在冷却窗口60中，冷却窗口在载体元件48中开口。针对各个冷却旗片58，设置相应的冷却窗口60。冷却窗口60分别一体地造型出两个冲裁开口62，这两个冲裁开口处在接片14下方，接片分别将输入元件20和导出元件26在输入元件20的前部区域中相互连接(参见图3)。相应的冲裁开口62在图5中标示。其他冲裁开口62在输入侧面附近成型在载体元件48上，以便分隔处在载体元件上的接片14。针对每个接片14，造型出用于之后打断接片14的冲裁开口62。其中，设置有较大的冲裁开口62，通过较大的冲裁开口能够共同实现和断开多个接片14。在断开接片14时，冲裁工具在一侧从下方嵌入冲裁开口62中，并且从上方朝向接片起作用，以便对接片进行冲裁或剪切。虽然冲裁表现为断开接片14的优选方案，但是也能够利用任意其他方法来断开接片，例如激光切割或锯切。冲裁在这里实现了利用与接片结构相匹配的冲裁冲头的冲程移除所有的接片14，由此特别经济。另外，冲裁的冲程也可以用于首先将金属板单元与载体元件48一体接合。
下面，对载体元件48的一些细节详细阐释。在所示的实施例中，载体元件48作为注塑构件制造。注塑出热学方面高品质的热塑性塑料，例如PA66或PPS。如根据图5的背侧俯视图示出那样，载体元件48的在底部呈板状的基材64在背侧被多个间隔接片66超出，间隔接片用于朝向机动车加热器44的壳体42早前呈点状地对载体元件48予以支撑。由此，实现了在热学方面高品质设计的载体元件68与壳体42之间一定程度的热学去耦。分离接片48沿横向从基材46中在背侧连贯地耸出，分离接片将带有冷却窗口66的区域与载体元件48的连接侧面的区域分开。由此防止：为了冷却而流入的空气在进流侧达到SMD构件4的后方。在这里，进流从载体元件48的图5中示出的底面进行。如另外示出地，SMD构件4在所示的实施例中整面地被载体元件48的材料遮盖，使得即便存在空气可以想到的漏流，仍然不会让空气直接达到敏感的SMD构件4。
图5a示出以附图标记58标示的冷却旗片的特别设计方案。在由冷却旗片58形成的热沉的区域中，构成冷却旗片58的片状材料设有缝隙并且折弯而由通过缝隙成型出的接片58a变型得到。接片58a在端侧分别还与金属板8的板材料连接，并且本身分别通过折弯而从金属板8的平面中抬高。这样，接片58a构成冷却肋，冷却肋沿空气流的流动方向(相对于金属板8的板平面成直角地)遮盖开口58b，所述开口能够被空气通流。金属板8的设置在开口58b之间的区域同样构成冷却肋58c。通过这种设计方案，对冷却旗片58区域中的对流散热有所改进。不言而喻的是，通过其他在冷却旗片58的区域中扩大表面的措施同样能够改善散热。这样，也可以将金属板8在冷却旗片58的区域中从金属板8的平面中翻折出来，以便例如造型出沿空气流动方向延伸的冷却接片或冷却肋。
图7示出将控制装置的前面介绍的实施例装入机动车电加热器44的呈壳罩状设计的壳体元件70中的过程，机动车电加热器设计为纯电加热器并且不具有引导水的管路。壳体元件70具有针对导引部件72的容纳区域和构成控制壳体的、用于控制部件74的容纳区域。在用于导引功率电流的之前介绍的导体带旁边，控制部件74包括通过冲裁和折弯制成的其他极性的汇流排76，所述其他极性的汇流排在导出元件46的连接旗片40之间构造有两个不同极性的连接旗片78。不同极性的连接旗片78平行于连接旗片40地设置并且与连接旗片40一样朝向壳体部件70的内部面贴靠在内侧上。其他极性的连接旗片78超出沿宽度方向延伸的汇流排区段77沿侧向延长至在内部贴靠到壳体部件70的侧壁上的汇流排分路(Stromschienenstrang)79，汇流排分路在端侧弯折，在那里平行于壳体部件70的端侧壳体壁地延伸并且配有不同极性的连接栓80。从载体元件48中耸出的支撑接片82(参见图2)将汇流排76的汇流排分路79保持在位置中并且与第一极性的所有汇流排20、26保持间隔。
如图8所示那样，功率部件72通过波浪形肋元件84来形成，其设置为功率部件72的起散热作用的层。在波浪形肋84之间布置有产生热量的层86。产生热量的层86和波浪形肋64构成加热组块88，加热组块的层借助于弹性元件90彼此贴靠。产生热量的层86包括PTC(正温度系数)元件91，所述PTC元件被容纳在接触片92之间且容纳在匹配于PTC元件91的容纳部中，该容纳部具有定位框架93，定位框架由绝缘材料构造，用于定位PTC元件91。产生热量的层86的各个接触片92在侧向延长超出加热组块88并且保持在分隔壁94的缝隙中，所述缝隙通过功率部件72与控制部件74之间的壳体下部件70来成型。接触片92的引导超出分隔壁94的端部通过对平行于第一极性的连接旗片40和不同极性的连接旗片80取向的连接旗片95的折弯来构造，该连接旗片95贴靠到连接旗片40、80上。
按照这种方式装备的壳体下部件70利用附图标记为96的壳体遮盖件96在功率部件72和控制部件74的影响下被遮盖。
如图9所示，壳体遮盖件96具有凹空部，凹空部被插头壳体6贯穿，设置在插头壳体6中的电连接元件露置。连接栓18、86高出由西个壳体元件70、86形成的壳体42，所述壳体在这里分两部分构造并且构成法兰98，该法兰用于将机动车加热器44固定在HVAC(空气调节系统)路径上。在与连接侧面相对置的侧面上、与法兰98直接相邻地在壳体遮盖件96以及与之相对应地(未示出)在壳体包壳元件70上设置有冷却窗100，冷却窗与载体元件48的冷却旗片58和冷却窗口60的位置相对应地挖空，并且实现了空气穿过壳体42的通流。壳体遮盖件96具有与冷却窗100相邻地布置的而且朝向壳体元件70的方向在内侧耸出的接片101，所述接片到达载体元件48和那里的汇流排并且在该侧面上防止：通过冷却窗100穿流的空气到达SMD构件。如特别是图10所示，功率部件72和控制部件74由此完全包纳在分两部分的壳体中，其中，壳体元件负责使控制部件74至少部分地包入壳体中并且不与需要加热的空气发生接触。此后，SMD构件4封闭地在壳体40、96中基本上密封放置，相反，冷却旗片58和连接旗片40、78经受需要加热的空气流。
在功率部件与冷却窗100之间，示出五个成行并排安置的连接开口102，这些连接开口设置在相应的连接旗片40、80的延长部中。相对应的连接开口100在另一个壳体部件70上挖出。连接开口102用于嵌入造型工具，利用造型工具能够将功率部件的彼此叠放的连接旗片95和控制部件74的相应的连接旗片40或80相互连接。该连接是压接连接。填缝或铆合通常在一个冲程中完成，以便将所有连接旗片95与相对应的连接旗片40、80相连接。连接开口102还实现了气体的通流，进而实现了在控制部件74与功率部件72之间的相位边界上的冷却。
图10能够示出壳体遮盖件96的其他细节。壳体遮盖件与输入汇流排16紧邻地具有第一接片104，第一接片从壳体遮盖件96的内侧耸出并且在壳体下部件70的外壁部之间构造有用于定位和保持输入汇流排16的容纳腔。在SMS构件4的两侧设置有第二和第三接片106、108，第二和第三接片还能够被用作控制部件74的元件的限位件。第二接片106还实现了由合成材料成型的、处在桥式电接触件12与SMB构件4之间的绝缘部，并且与之相应地延伸两个元件之间的空气距离。壳体遮盖件96的内部造型部与之相应地用于多种目的。这样，控制部件74内部的空气距离和/或爬电距离扩大。也通过单件构造在壳体遮盖件96上的接片101、104、106、108实现了针对控制部件74的各个元件的格子和/或限位件或定位辅助件。这样通过闭合壳体也以有利于电加热设备的功能可靠性的方式装配了控制部件74。在此，对于壳体的装配，实现了壳体遮盖件74借助于成型于其上的卡位弓形件110在上方嵌接了壳体元件70的相对应的卡位凸鼻。这样，两个壳体元件70、96按照简单的方式仅通过卡位相互接合。
所示的实施例具有三个分别与SMD构件4相对应的加热回路I-III，在功率部件中所对应的产生热量的层与这些加热回路相对应。在此，针对加热回路II和III的控制装置并行地激活，从而功率部件的相应的区域II和III同时产生热量。但是，加热回路II和III的加热功率可以通过SMD构件4来改变。在低加热功率下，仅接通和控制加热回路I。当需要更高的加热功率时，加热回路I被关断，并且接通和控制加热回路II和III。接通和控制分别仅通过对MOSFET的操控来实现。在最大加热功率下，所有加热回路I至III都被激活。
本发明不限于所示的实施例。这样，各个加热回路的其他方式的接线也可以通过如下方式实现，例如取消桥式电接触件10。由此将控制电流输入元件24B根据控制方案与其他两个控制电流输入元件断开关联，结果是，所对应的SMD构件4能够单独得到操控。
附图标记列表
2 经装备的金属板单元
4 SMD构件
6 插头壳体
8 金属板
10 桥式电接触件
12 桥式电接触件
14 接片
16 输入汇流排
18 连接栓
20 输入元件
22 SMD保持基材
24 控制电流输入元件
26 导出元件
28 控制电流输入元件
30 控制电流输入元件
32 缝隙
34 接触底脚
36 保持开口
38 固定栓
40 连接旗片
42 壳体
44 机动车加热器
48 载体元件
50 卡位凸鼻
52 滑动面
54 孔
56 栓
58 冷却旗片
58a 接片
58b 开口
58c 冷却肋
60 冷却窗口
62 冲裁开口
64 基材
66 间隔接片
68 分离接片
70 壳体元件
72 功率部件
74 控制部件
76 不同极性的汇流排
77 汇流排区段
78 不同极性的连接旗片
79 汇流排分录
80 连接栓
82 支撑接片
84 波浪形肋元件
86 发热层
88 加热组块
90 弹性元件
91 PTC元件
92 接触片
93 定位框架
94 分隔壁
95 连接旗片
96 壳体遮盖件
98 法兰
100 冷却窗
101 接片
102 连接开口
104 第一接片
106 第二接片
108 第三接片
110 卡位弓形件

Claims (20)

1.一种用于电加热设备的控制装置，具有载体元件(48)和固定在所述载体元件上的汇流排(20)，所述汇流排与SMD构件(4)导电连接，
其特征在于，
所述汇流排是最初为一体的、冲裁加工的、具有打断的接片的金属板的一部分，所述接片将金属板(8)分成输入元件(20)和导出元件(26)，所述输入元件和导出元件仅通过SMD构件(4)相互电连接。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，SMD构件(4)直接与输入元件(20)在电学上键合，输入元件(20)被设计为热沉(58)。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，热沉(58)以如下方式设定尺寸：SMD构件(4)在长期最大程度通流电流且对热沉给流空气的情况下，温度不超过150℃。
4.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，输入元件(20)至少部分地在构造于载体元件(48)上的窗口(60)中露置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，热沉(58)包括在金属板(8)内部挖出的空气贯通开口(58b)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，载体元件(48)在打断的接片(14)的高度上具有冲裁开口(62)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，最初一体的、冲裁加工的金属板(8)包含与SMD构件(4)的控制电流输入部(34)连接的控制电流输入元件(24、30)，所述控制电流输入元件通过另一打断的接片(14)与输入元件(20)和/或导出元件(26)间隔。
8.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，控制电流输入元件(24、30)通过比导出元件(26)或输入元件(20)更窄的汇流排来形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，输入元件(20)呈接片状地设计且构成侧向突出的SMD保持基材(22)，所述SMD保持基材在SMD构件(4)的高度上将导出元件(26)终止且具有对突出的SMD保持基材(22)加以容纳的切口(45)，控制输入元件(24)在SMD构件(4)的高度上终止并且在导出元件(26)的延长部中延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，载体元件(48)完全覆盖SMD构件(4)与导出元件(26)和/或输入元件(20)和/或控制电流输入元件(24、30)的键合部。
11.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，在载体元件(48)上布置有至少两个、优选三个下级结构组件(I、II、III)，所述下级结构组件分别由输入元件(20)、导出元件(26)和SMD构件(4)组成，其中，将下级结构组件的输入元件(20)和导出元件(26)分别相互电连接的SMD构件(4)并排布置，所有下级结构组件(I、II、III)的输入元件(20)通过输入汇流排(16)相互电连接。
12.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于，导出元件(26)以其自由端部高出输入元件(20)且构成用于与电加热设备(44)的功率部件(72)连接的连接旗片(40)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，其特征在于另一汇流排(76)，所述另一汇流排与由导出元件(26)形成的连接旗片(40)相邻地构成不同极性的连接旗片(78)。
14.一种具有用于电加热设备的控制装置的导体带的经装备的金属板，具有一体冲裁加工的金属板(8)，所述一体冲裁加工的金属板构成输入元件区域(20B)和导出元件区域(26B)和至少一个将这两个区域(20B、26B)相互连接的接片(14)且装备有SMD构件(4)，所述SMD构件与输入元件区域(20B)和导出元件区域(26B)导电连接。
15.根据权利要求14所述的具有用于电加热设备的控制装置的导体带的经装备的金属板，其特征在于，金属板(8)包括与接片(14)连结且配有插头壳体(6)的控制电流元件区域(30)，所述控制电流元件区域与SMD构件(4)电连接。
16.一种特别是用于机动车的、具有功率部件(72)的电加热设备，包括：至少一个发热层(86)，所述发热层具有至少一个PTC元件和在两侧贴靠在所述至少一个PTC元件上的接触片(92)；散热层(84)；以及控制部件(74)，所述控制部件设置在具有功率部件(78)的结构单元中，
其特征在于，
控制部件(74)包括根据前述权利要求中任一项所述的控制装置，接触片(92)中的一个与导出元件(78)导电连接。
17.根据权利要求16、从属于权利要求13所述的电加热设备，其特征在于，另一接触片(92)与通过其他汇流排(76)构成的、不同极性的连接旗片(78)相连接。
18.根据权利要求17所述的电加热设备，其特征在于包壳状的壳体元件(70)和壳体配对元件(96)，所述壳体元件容纳功率部件(72)和控制部件(74)，壳体配对元件在功率和控制部件(72、74)的影响下遮盖包壳状的壳体元件(70)，其中，壳体元件(70)和壳体配对元件(96)中的至少一个在连接旗片(40、78)的区域中构成至少一个连接开口(102)，用于在控制部件(74)的连接旗片(40、78)与功率部件(72)的与控制部件(74)的连接旗片贴靠的连接旗片(95)之间建立机械连接。
19.一种用于制造电加热设备的方法，具有如下步骤：
a)制造冲裁加工的金属板(8)，所述金属板形成至少一个输入元件区域(20B)和导出元件区域(26B)，所述输入元件区域和导出元件区域通过至少一个接片(14)相互连接，
b)将SMD构件(4)装配在输入元件区域(20B)上，用于形成经装备的金属板单元(2)，
c)将经装备的金属板单元(2)固定在载体元件(48)上，
d)打断至少一个接片(14)，从而由输入元件区域(20B)和导出元件区域(26B)产生输入元件(20)或导出元件(26)，所述输入元件和导出元件仅通过SMD构件(4)相互导电连接。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，步骤c)和步骤d)基本上同时执行。
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