CN109963361B - 热生成元件和制造热生成元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造电加热装置的热生成元件(30)的改进方法，其中屏蔽箔(8)至少部分地覆盖有电绝缘层(10)，两个条状导体(14)放置在所述电绝缘层(10)上并与所述电绝缘层(10)连接，其中两个条状导体(14)中的至少一个条状导体(14.2)连接到PTC元件(18)，折叠所述屏蔽箔(8)，使得所述PTC元件(18)和邻接到所述PTC元件(18)上的所述条状导体(14)形成层(26)，并且最后在随后的折叠中，通过封闭所述层(26)来折叠所述屏蔽箔(8)，使得从外侧将所述屏蔽箔(8)的自由端(22)放置为抵靠所述屏蔽箔(8)的一部分并使之与所述屏蔽箔(8)的所述一部分相连。

Description

热生成元件和制造热生成元件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造热生成元件的方法和这样的热生成元件。

背景技术

为此目的，本发明的目的是提供一种机动车辆中的电加热装置的热生成元件，特别是例如EP 1 768 459 A1或EP 2 637 475 A1中描述的电加热装置。

从EP 1 768 459 A1中已知一种用于加热空气的电加热装置，其中热发射表面由波纹式翅片层形成，该波纹式翅片层在热生成元件的两侧靠在热生成元件上。在EP 1 872986 A1中，加热翅片突出到循环室中，待加热介质流动通过该循环室。加热翅片形成U形凹槽，热生成元件保持在该U形凹槽中。

对于所有先前已知的电加热装置，连同根据本发明的热生成元件，也可以是本发明的实施例，一方面存在载流条和PTC元件的良好电绝缘的问题，以及存在由PTC元件产生的热的最佳散热问题。

通常，热生成元件外侧由绝缘层或箔围绕。早期提议使用卡普顿箔(capton foil)或聚酰亚胺箔，该卡普顿箔或聚酰亚胺箔缠绕在条状导体的外侧。这些条状导体通常由片状金属制成，该片状金属可以由铝或铜组成。这里的问题是条状导体的任何尖锐边缘可以穿透绝缘箔，并从而使绝缘无效。本申请人已经提出在条状导体的外侧施加两层绝缘体，由此这两层绝缘体可以由陶瓷层和绝缘箔组成。在根据EP 3 101 999 A1的较新提议中，绝缘层由外部箔和所产生的具有良好导热性的电绝缘化合物形成。根据上述欧洲专利申请的一个实施例，绝缘层是U形的，绝缘层缠绕在条状导体和设置在条状导体之间的PTC元件上。端子突耳突出超过电绝缘层。

发明内容

本发明的潜在问题是提供一种制造改进的热生成元件的方法。在该方法中，将减小产生热量的PTC元件和绝缘的热生成元件的外侧之间的热过渡阻抗。本发明涉及一种具有最佳可扩展性的成本有效的生产。还应该确保在热生成元件的操作期间，提供良好的EMC屏蔽以及热生成元件的各个部件的充分湿气保护。

鉴于此，本发明提出了一种制造热生成元件的方法，其中屏蔽箔至少部分地被电绝缘层覆盖。两个条状导体放置在电绝缘层上，至少一个条状导体连接到PTC元件。在本发明的方法中，可以首先将屏蔽箔放置在一个平面上，并且可以将电绝缘层放置在屏蔽箔的内表面上。然后可以将条状导体放置在该绝缘层上，其中条状导体相对于彼此间隔开侧向距离。此后，可以将PTC元件施加到层结构，或者与一个条状导体一起施加到层结构。

也可以首先制备电绝缘层和条状导体，如果需要，也可以制备PTC元件，特别是将条状导体粘接到电绝缘层的内表面。然后可以将以这种方式制备的电绝缘层放置在屏蔽箔的内侧。

金属丝网也可以用作条状电导体。所述金属丝网可以放置在PTC元件或电绝缘层上。在后一种情况下，将金属丝网压入到电绝缘化合物中，该电绝缘化合物施加到电绝缘层的内侧，该电绝缘层施加到箔，由此该箔在成品上形成电绝缘的外侧。在电绝缘化合物硬化之前进行金属丝网的浸入，然而金属丝网仅浸入到金属丝网仍然提供与PTC元件的接触表面的程度。金属丝网也可以放置在绝缘箔上，该绝缘箔可以在外侧设置为具有屏蔽箔，并且设计为混合箔。通过这种替代方案，然后将良好导热的电绝缘胶粘剂施加到金属丝网。然后使PTC元件与金属丝网接触。这可以在根据本发明的折叠范围内完成。该折叠结构从外侧压在一起，使得当胶粘剂硬化时产生该折叠结构与PTC元件的良好的电接触。进一步替代地，金属丝网和PTC元件可以通过胶粘剂施加到电绝缘层，例如陶瓷层，并且金属丝网和折叠后产生的层的外表面之间的电绝缘可以通过胶粘剂形成，导电箔与该外表面连接以形成EMC屏蔽。

同样地，就条状导体而言，在由两个箔和导体轨迹组成的分层结构的制备结束时，如果需要，该分层结构与条状导体和PTC元件一起，热生成元件的不同部件在层中彼此叠置。

以这种方式制备，屏蔽箔与电绝缘层以这种方式折叠在一起，使得形成由PTC元件和条状导体组成的层，条状导体在PTC元件两侧邻接到该PTC元件上。由此，屏蔽箔和电绝缘层被一起折叠。因此，所述分层通常首先位于U形弯曲的电绝缘层中和相应的弯曲屏蔽箔中。

最后，屏蔽箔的自由端靠着屏蔽箔的围绕所述分层的一部分放置，并且连接到所述一部分以形成圆周封装。屏蔽箔与所述分层的一部分之间的连接为所述分层创建了全面的封装，也包围了电绝缘层。

因此，屏蔽箔通常具有重叠区域，在该重叠区域中，屏蔽箔设置为两层。在该重叠区域中，通常发生屏蔽箔的两层的连接。该连接例如是胶粘连接或焊接连接。特别地，在重叠区域中的材料锁合连接是优选的，以便将热生成元件的内部与周围环境密封隔开，使得湿气或灰尘不会进入热生成元件的内部。

热生成层的密封可以通过塑料部件实现。该塑料部件用作塞子，该塞子密封热生成元件的端部。通常，塑料部件因此在它的相对侧表面上具有凹槽以用于插入相应的条状导体。在连接侧，条状导体突出超过塑料部件并形成端子突耳，该端子突耳用于热生成元件的电连接。在连接侧，电绝缘层在热生成元件的纵向延伸中突出超过屏蔽箔。在热生成元件插入终端壳体中的情况下，特别地呈胶粘电绝缘层的形式的电绝缘层延伸到终端壳体中，以便将热生成元件粘接到终端壳体。终端壳体可以是控制壳体的一部分，或者终端壳体形成控制壳体，其中控制壳体容纳用于热生成元件的控制器。

在相对侧，塑料部件比条状导体长。电绝缘层也在该另一端覆盖塑料部件。然而，电绝缘层比屏蔽箔短。电绝缘层突出超过条状导体的端部，并且该电绝缘层粘接到塑料部件，使得条状导体在该端部电密封。屏蔽箔延伸超过塑料部件的端部。箔的自由端彼此连接，以便在热生成元件的这一端部产生全面的EMC保护。例如，可以通过胶合和/或折叠实现该连接。

尽管先前已经将端塞描述为由塑料材料制成，但是也可以由陶瓷材料或其他电绝缘材料制造这些塞子。在连接侧，塞子表面的凹槽使得条状导体穿过以容纳条状导体，在相对侧，这些凹槽通常在塞子的实际端部之前终止于塞子的纵向方向，使得电绝缘层可以粘接到塞子的四个扁平圆周表面。

在根据本发明的方法处理中，条状导体优选地粘接到电绝缘层。因此，条状导体在第一次折叠期间保持在原位置以形成分层。为了简化制造，PTC元件也粘接到相关的条状导体。在相应的条状导体放置在PTC元件之前，可以为具有PTC元件的电绝缘层制备条状导体单元和PTC元件单元。因此，由PTC元件和条状导体组成的单元被施加到电绝缘层并与粘接到该电绝缘层。

电绝缘层也优选地粘接到屏蔽箔。因此，在施加所有组件之后，分层结构已经连接为一个单元。根据本发明的方法，该单元通常折叠若干次，以便在全面封闭的封装中采用分层。

由于根据本发明的方法产生由屏蔽箔形成得封闭封装，因此产生热生成元件，该方法也充分考虑了EMC问题。也可以在大的工业规模上良好且可靠地管理粘接，使得可以容易地生产热生成元件并且具有良好的可扩展性。通过粘接，热生成元件的各个部件已经在制造的早期阶段粘接以形成一个单元。因此，可以简单并可靠地处理组件。封闭的封装为封装内侧的组件提供了良好的保护，防止湿气和污染。

屏蔽箔优选地是铝箔，该屏蔽箔可以在一侧设置有粘结层，以便容易地使得电绝缘层与屏蔽箔连接。因此，屏蔽箔的尺寸大于绝缘层的尺寸。在本发明的描述中，描述了进一步的实施例，特别是热生成元件或用于此热生成元件的初级产品的剖视图。因此，屏蔽箔的自由端在横向方向突出超过电绝缘层，并且在第二次折叠后，屏蔽箔的自由端可以放置为在外侧抵靠屏蔽箔的一部分(绝缘层在内侧粘接在屏蔽箔的所述一部分上)，以便用胶粘连接封闭该绝缘层，优选地将胶粘剂连接施加到屏蔽箔的内部表面。因此，容易形成该完全封闭的封装。

优选地，在屏蔽箔的第一次折叠期间，折叠电绝缘层以形成分层。因此，在这两个条状导体之间大致居中地折叠电绝缘层。电绝缘层的连接部分在绝缘层的位于各个条状导体下方的各个区域之间延伸。在该优选实施例中，假设使用电绝缘层的均匀的条板产生热生成元件。

优选地，当折叠以形成分层时，屏蔽箔在两个不同点处各折叠约90°，即在两个条状导体之间，使得屏蔽箔(优选地屏蔽箔和电绝缘层)桥接一高度距离，该高度距离对应于这两个条状导体和PTC元件的厚度。通过分别折叠90°，屏蔽箔(如果需要，屏蔽箔和电绝缘层)弯曲以形成矩形轮廓，该矩形轮廓最初在一侧开口，然而，在第二次折叠之后，该矩形轮廓周向地关闭以封装该分层。这导致所有主侧表面彼此平行延伸，这些主侧表面对应于条状导体的主侧表面或PTC元件的主侧表面，并且该主侧表面非常适合于由PTC元件产生的热量的散发。例如，用于加热空气的散热器元件可以放置在这些主侧表面上。

优选地选择屏蔽箔的相对于电绝缘层的突出，使得在随后的折叠期间，折叠的屏蔽箔的自由端未被电绝缘层覆盖。这导致增加的距离，并且因此在热生成元件内导致增加的空气的爬电距离。

根据本发明的优选实施例，由于条状导体放置在电绝缘层上并远离电绝缘层末端，所以不可避免地设置所述空气和爬电距离。本说明书还涉及热生成元件的各个部件(这里是在折叠热生成元件之前的分层结构)的剖视图。这是因为在完成热生成元件之后，绝缘层通常形成层的边缘。因此，到电绝缘层的端部的距离导致PTC元件边缘或条状导体边缘与通过折叠形成的侧壁之间的距离。也以相应的方式选择相邻的条状导体之间的侧向距离。该侧向距离对应于热生成元件的层的高度距离，该高度距离在热生成元件完成之后由电绝缘层形成。

电绝缘层优选地施加在与屏蔽箔末端相距一距离的位置处，使得电绝缘层不位于屏蔽箔的如下内壁上：该内壁桥接之间夹有PTC元件的两个条状导体之间的高度距离。换句话说，没有电绝缘层材料显著地位于周向封闭封装的一个侧壁上，这增加了空气和爬电距离。

本发明还提供了一种上述类型的电加热装置的热发射元件。热生成元件具有外部封装，该外部封装由屏蔽箔形成。外部封装通常配置成使得由该外部封装封闭的内部空间相对于周围环境密封隔绝。该内部空间容纳PTC元件，该PTC元件设置在两个条状导体之间。因此，条状导体邻接到屏蔽箔的内表面上，电绝缘层插入在该屏蔽箔的内表面和条状导体之间，并且条状导体以绝缘的方式被电绝缘层支撑。屏蔽层优选地以U形延伸，由此电绝缘层的相对腿部通过连接腹板彼此连接，该连接腹板在高度方向延伸。为此目的，热生成元件的所有部件粘接在一起，包括在热生成元件重叠区域中的屏蔽箔的相对端。

附图说明

结合附图在以下的对实施例的描述中示出了本发明的进一步细节和优点。其中：

图1示出了用于制造热生成元件的分层结构的剖视图；

图2示出了由根据图1的分层结构制造的中间产品的剖视图；和

图3示出了完成之后的热生成元件的剖视图。

具体实施方式

图1示出了分层结构2，分层结构2包括铝箔8，铝箔8的内表面4上设置粘结层6以作为本发明意义上的屏蔽箔的示例。将混合箔形式的电绝缘层10粘接到粘结层6上，该粘结层6具有高介电强度的箔，该箔作为邻接到铝箔8上的载体材料，并且在粘结层6的内侧施加绝缘化合物，优选用刮刀来涂覆该绝缘化合物。

两个条状导体14相对于彼此以隔开预定距离粘接在电绝缘层10的内表面12上。这两个条状导体14在它们的与电绝缘层10相对的主侧表面16上设置有粘结层。用附图标记18标识的PTC元件粘接到条状导体14.2的粘结层上。

由于相邻的条状导体14之间的侧向距离，在这两个条状导体14之间形成电绝缘层10的连接部分。附图标记22标识铝箔8的自由端，在剖视图中，铝箔8的自由端22突出超过电绝缘层10的边缘。

在第一方法步骤中折叠图1中所示的分层结构2以获得图2中所示的中间产物。通过该第一次折叠，条状导体14.1粘接到PTC元件18的自由主侧表面24上。由于胶粘剂连接，电绝缘层10和铝箔8被一起折叠。结果是通过电绝缘层10对层26的U形封装，该层26包括PTC元件18和两个条状导体14。通过电绝缘层10实现的U形封装在折叠线28处终止，铝箔8的自由端22围绕该折叠线28在进一步的折叠步骤中被折叠，以便获得图3中所示的热生成元件30。由此，自由端22的长度用于形成侧壁32和重叠区域34，其中重叠区域34位于热生成元件30的主侧表面36上。在重叠区域34中，具有粘结层6的自由端22的内表面4放置为抵靠并粘接到铝箔8的另一端部的外表面。这将热生成元件30的内部与周围环境密封隔绝。在细长的热生成元件30的前端也产生相应的密封，如图3中的剖视图所示。为此目的，例如，如果需要，通过封闭用于电接触的且引导到外部的连接突耳，可以在端面密封地粘接铝箔8。

电绝缘层由箔和施加到该箔上的具有良好导热性的电绝缘化合物组成。

电绝缘化合物优选地是糊状物质，该糊状物质优选地已经交联并因此是粘着的，使得该糊状物质实际意义上不再流动。然而，该化合物可以进行某些补偿运动，例如，通过在某些点施加压力来避开绝缘层内的位置，从而在没有绝缘效应通过电绝缘层损失的情况下，在某些点吸收压力并均质化该化合物。具有良好导热性的化合物优选地具有至少3W/(m*k)的导热率，特别地具有至少5W/(m*k)的导热率。可以使用用于胶带制造的技术将电绝缘化合物施加到箔上，并且其中箔经由辊子穿过电绝缘化合物的浴池。为此目的，电绝缘化合物可以与溶剂混合，该溶剂降低了电绝缘化合物的粘度并提高了箔的润湿性。作为电绝缘化合物，通常使用塑料化合物，该塑料化合物在涂覆薄膜之后完全地或部分地结合或硬化。优选地，使用交联塑料，由此在涂覆薄膜之后，交联塑料还可以通过施加的热和/或辐射以加速的速率硬化。用于绝缘层制造的装置通常具有加热路径或辐射路径，涂覆有化合物的箔穿过该加热路径或辐射路径。

除了上述利用辊子系统和在电绝缘化合物的熔浴池中涂覆薄膜外，也可以通过印刷或喷涂将其施加到箔上，因此，在印刷的情况下用刮刀涂覆是优选的。

化合物优选地包括硅化合物作为液相。该液相优选地通过加成交联的双组分硅形成，双组分硅在室温下硬化并在加热下强制硬化。该化合物在25℃下的粘度在100Pa s至200Pa s。关于良好的流动性，通常将汽油或甲苯作为稀释剂加入到双组分硅，以便获得25℃下范围在4Pa s至15Pa s的粘度，优选地在5Pa s至8Pa s。在交联状态下，形成液相的化合物的组分应具有约10-40的肖氏A硬度。

液相通常与电绝缘固体混合，电绝缘固体增加了导热性。

优选地以这样的方式选择化合物，使得具有良好导热性的颗粒具有良好的湿润性。因此，在颗粒放入糊状物质中之前，可以用胶粘剂额外地处理颗粒，以便使颗粒均匀分散。该化合物例如可以是硅化合物或者至少主要地包含硅化合物。

关于绝缘层的电绝缘性，填充材料含量通常由具有良好导热性的电绝缘颗粒形成，其中氧化铝颗粒是优选的，尤其是气体颗粒或水雾化颗粒，气体颗粒或水雾化颗粒由于其形态可以在液相中相对密集地填充，并且填充的绝缘化合物的流动性质不会像其他形态的颗粒那样恶化。液相内具有良好导热性的颗粒的填充材料含量至少为50％(体积)，特别地优选85％(体积)和95％(体积)之间。由于颗粒良好的导热性，化合物内的填充材料的体积分数提高了导热性，然而，化合物内的填充材料的体积分数不会阻碍糊状物质的流动并因此阻碍化合物到箔的熔融施加。

根据优选的实施例，绝缘层由箔和电绝缘化合物组成，由此电绝缘化合物本身可有具有若干相，即例如填充材料含量和液相。该实施例涉及的绝缘层的构造仅由箔和电绝缘化合物形成，由此，箔在背离化合物的一侧额外地是自粘合的，并且可以因此设置有粘结层。粘结层通常设置在预制的绝缘层上。在将电绝缘化合物施加到箔的相对表面之后或之前，将粘结层施加到箔的所述一侧上。

由于PTC元件的自调节特性，应该限制层厚度。因此，根据优选的实施例，本发明提出形成不大于250μm的厚度的电绝缘层。

绝缘层的厚度在100μm和300μm之间，优选地在150μm和250μm之间。由于这些厚度尺寸，实现了足够的电气安全性，即通过电绝缘层实现PTC元件可靠的外部绝缘，通过电绝缘层实现足够的绝对散热，考虑到PTC元件的自调节特性，这有利于PTC元件的有效操作。实际测试已经表明：特别是在将填充有电绝缘填充颗粒的化合物特别地施加到聚酰亚胺层的情况下，可以在绝缘层的层厚度总共为250μm时实现20kV/mm的特定介电强度、特定的1.9*10¹⁵Ω/cm的接触电阻以及CTI＞600的爬电电阻。电绝缘层优选地在从-40℃到260℃的温度范围内耐温(耐寒或耐热)。

因此，本发明优选地使用具有非常好的导热性的电绝缘层，使得该可以以高效操作PTC元件，此外可以容易地制备该电绝缘层和将其制作成散存料，并且因此可以很好地加工该电绝缘层，并且此外该电绝缘层具有耐高温性。然而，由于箔用作电绝缘层内的绝缘化合物的载体，因此电绝缘和良好的导热性主要由绝缘化合物引起，绝缘化合物也可以设置在较薄的选择的箔的两侧。在这种情况下，仅需要确保电绝缘层内的箔的良好的耐热性。此外，电绝缘层内的箔需要有例如良好的撕裂强度等机械性能。电绝缘层内选择的箔越薄，越少注意箔本身良好的导热性。

电绝缘物质的液相(即可以吸收具有良好导热性的颗粒的悬浮液的液相)由冷硬化的双组分化合物形成。优选地，液相仅由这种双组分化合物组成。当加热不高于80℃时，这种冷硬化化合物通常在几分钟内硬化，即2到8分钟。不必施加更高的温度来实现化合物的硬化。

条状导体可以由铝或铜制成。PTC元件通常在其主侧表面16上具有金属镀膜，该金属镀膜被气相沉积或溅射到半导体元件上并且用于更好的电流启动和散热。

附图标记列表

2-分层结构

4-内表面

6-粘结层

8-铝箔

10-电绝缘层

12-内表面

14-条状导体

16-主侧表面

18-PTC元件

20-连接部分

22-自由端

24-主侧表面

26-层

28-折叠线

30-热生成元件

32-侧壁

34-重叠区域

36-主侧表面

Claims (10)

1.一种制造电加热装置的热生成元件（30）的方法，其中屏蔽箔（8）至少部分地覆盖有电绝缘层（10），两个条状导体（14）放置在所述电绝缘层（10）上并与所述电绝缘层（10）连接，其中两个条状导体（14）中的至少一个条状导体（14.2）连接到PTC元件（18），折叠所述屏蔽箔（8），使得所述PTC元件（18）和邻接到所述PTC元件（18）上的所述条状导体（14）形成层（26），并且最后在随后的折叠中，通过包围所述层（26）来折叠所述屏蔽箔（8），使得，从外侧将所述屏蔽箔（8）的自由端（22）放置为抵靠所述屏蔽箔（8）的一部分并使之与所述屏蔽箔（8）的所述一部分相连。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当折叠所述屏蔽箔（8）以形成所述层（26）时，所述电绝缘层（10）在连接部分（20）中折叠，所述连接部分（20）连接所述电绝缘层（10）的位于所述两个条状导体（14）下方的区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在折叠以形成所述层（26）期间，在所述两个条状导体（14）之间的两个不同点处分别折叠所述屏蔽箔（8）大约90°。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在随后的折叠期间折叠的所述屏蔽箔（8）的所述自由端（22）没有覆盖有电绝缘层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述屏蔽箔（8）的末端相距一距离的位置处施加所述电绝缘层（10），使得所述电绝缘层（10）不位于所述屏蔽箔（8）的如下内壁上，所述内壁桥接之间夹有所述PTC元件（18）的所述条状导体（14.1、14.2）之间的高度距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述条状导体（14）粘接到所述电绝缘层（10）和所述PTC元件（18）。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述条状导体（14）分别放置在所述电绝缘层（10）上且与所述电绝缘层（10）的端部相距一距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，设定所述距离以用于设定所述条状导体（14）之间所需的空气或爬电距离。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述屏蔽箔（8）粘接到所述电绝缘层（10）。

10.一种电加热装置的热生成元件，所述热生成元件具有：屏蔽箔（8），所述屏蔽箔（8）形成所述热生成元件（30）的外部封装；至少一个PTC元件（18），所述至少一个PTC元件（18）容纳在两个条状导体（14）之间；以及电绝缘层（10），所述电绝缘层（10）至少设置在所述条状导体（14）和所述屏蔽箔（8）之间，其中所述热生成元件由权利要求1所述的方法制造。

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