CN109963362A - 电加热装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特别是用于机动车辆的电加热装置，所述电加热装置包括热发射元件(26)和热产生元件(30)，热产生元件(30)以导热的方式在相对的侧表面上邻接在热发射元件(26)上，其中热产生元件(30)包括定位框架(2)和设置在定位框架(2)中的至少一个PTC元件(10)，至少一个PTC元件(10)包括用于热量提取的主侧表面(14)并且邻接具有不同极性的端子板(18)，其中定位框架(2)的主侧表面(14)设有通向PTC元件(10)的框架开口(16)。本发明还涉及用于制造电加热装置的方法，其中，至少一个PTC元件(10)布置在定位框架(2)中且与定位框架(2)的主侧表面(24)相距一定距离，具有良好导热性的电绝缘化合物(22)被引入到框架开口(16)中以桥接主侧表面(24)之一与PTC元件(10)之间的距离，热发射元件(26)被施加在电绝缘化合物(22)上，并且电绝缘化合物(22)在热发射元件(26)和PTC元件(10)之间被压制和硬化。
Description
技术领域
本发明涉及一种电加热装置，特别是用于机动车辆的电加热装置，电加热装置包括热发射元件和热产生元件，该热产生元件在相对的主侧表面上以导热方式连接到热发射元件上，该热产生元件包括定位框架和至少一个PTC加热元件，该PTC加热元件设置在定位框架中并包括用于热量提取的主侧表面。所述PTC元件邻接具有不同极性的端子板。定位框架的主侧表面设有通向PTC元件的框架开口。
背景技术
例如，从EP 1 768 459 A1中已知这种现有技术。利用这种现有技术，端子板邻接PTC元件的相对的主侧表面，在端子板的外部设有绝缘层。对于这种绝缘层，存在波纹状翅片层形式的热发射元件。
对于这种电加热装置的高效率而言必要的是，以良好的传导性从PTC元件可靠地提取热量。不同层的相边界处的接触电阻可能损害这种良好的热传递。因此，专家们正在寻求改进上述类型的电加热装置，以便以最佳方式提取PTC元件发出的热量。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种电加热装置和一种制造这种装置的方法，该装置可以高效率地操作，其中所述方法应该简单且可靠地执行。
为了解决根据该装置的方面，本发明提出一种具有权利要求1的特征的电加热装置。所述装置与上述现有技术的不同之处在于将具有良好导热性的电绝缘化合物引入到框架开口中，以桥接热发射元件与PTC元件和/或端子板之间的距离。
本发明基于以下考虑：定位框架提供了一个可以用液态或粘性状态的电绝缘化合物填充的容纳空间。定位框架至少横向地围绕该容纳空间，如果必要的话也整体地围绕该容纳空间。定位框架可以在PTC元件的两个主侧表面上形成相应的容纳空间。PTC元件通常在高度方向上定位在框架的中间。由于其设计，定位框架可以指定用于多个PTC元件在定位框架内的预定定位的一个PTC容纳部或若干PTC容纳部。PTC容纳部通常以形状配合的方式指定PTC元件在定位框架内的位置。
在PCT元件的端面，PTC元件可以与端子板接触。在这种配置中，端子板不抵靠PTC元件的主侧表面，而是抵靠PTC元件的围绕主侧表面的端面边缘表面。因此，PTC元件的热发射表面至少部分地暴露在框架开口内。在该设计中，电绝缘化合物填充在PTC元件的表面上。因此，PTC元件形成框架开口的下边界。在更常规的电流供应的情况下，在该情况下，端子板搁置在PTC元件的主侧表面上，端子板在下侧限制框架开口并且在与PTC元件相对的一侧被电绝缘化合物润湿。
电绝缘化合物从定位框架的内部延伸，即从PTC元件的表面和/或端子板的表面延伸到外部，通常延伸到定位框架的外表面。因此，电绝缘化合物优选地在硬化之前或硬化期间施加在已经设置在那里的热发射元件的表面上，使得电绝缘化合物在电绝缘化合物的优选硬化期间抵靠热发射元件并且以良好的导热性与PTC元件耦合，并且此外，形成热发射元件和热产生元件的单元。可以理解的是，该单元包括与定位框架的相对的主侧表面邻接的两个热发射元件，它们优选地以这种方式与热产生元件连接在一起以形成一个单元。
热产生元件不必在高度方向上对称，其中PTC元件在对称轴上延伸。事实上，这种配置是优选的。然而，可以首先制备具有一个或多个PTC元件的定位框架，该定位框架已经例如利用电绝缘化合物在一侧形成具有良好导热性的芯部或材料插入件，该电绝缘化合物粘合到定位框架的抵抗热发射元件的一侧。从相反的一侧，例如，具有相关端子板的PTC元件可以涂覆这种电绝缘化合物层。随后，用绝缘化合物填充相对的框架开口。
然而，优选的是将PTC元件在高度方向上居中地容纳在定位框架中，使得相对的框架开口由定位框架形成，每个框架开口以上述方式填充有电绝缘化合物。
由化合物桥接的距离在高度方向上延伸，因此在垂直于PTC元件的主侧表面或定位框架的主侧表面的延伸的方向上延伸。通常，PTC元件的大约整个主侧表面被化合物润湿或覆盖。
电绝缘化合物优选是加成交联(addition-crosslinking)的双组分聚合物，例如相应的交联硅。聚合物应该耐水解。至少为2W/(mK)的良好的导热率是重要的。化合物优选导热率为3，特别优选5W/(mK)。鉴于此，通常将填料组分添加到化合物中。该填料由具有良好导热性的颗粒组成，然而，该颗粒具有电绝缘性能。例如，氧化铝颗粒可用作填料组分。它们可以是气体或水雾化颗粒。填料含量至少为50％(体积)是优选的，特别优选的是85％(体积)至95％(体积)。尽管这种填料含量能够实现非常好的导热性，但它还不妨碍电绝缘材料的基本熔融加工。
优选地，薄片可以用作填料组分，即具有不规则几何形状和相当大的粒度分布的颗粒。填料含量的这种性质改善了填料在液相中的最接近的可能排列。颗粒可以很好地互锁并且彼此直接接触，这对通过化合物进行的热传递具有积极影响。
如果使用双组分聚合物作为化合物，则优选在组分混合之前将具有良好导热性的填料组分添加到每个单独的组分中。这改善了所得的电绝缘化合物的混合程度。
化合物还应具有至少10kV/mm，优选至少20kV/mm的良好介电强度。介电强度应至少为1.9×1015Ω/em。与爬电电阻相关的CTI值应为CTI＞600。
电绝缘化合物可以配置成使得两种组分在室温下交联。已知这种交联随温度升高而加速。为了使电绝缘化合物交联，可以将电流提供给PTC元件，从而在待制造的产品内部产生热量。因此，PTC元件通常以低于工作电压的电压工作。为了在没有气泡形成的情况下控制电绝缘化合物的硬化，尽可能最佳地加热是重要的。内部温度不应该升得太快。因此，用于硬化化合物的电压被设定为低于实际操作点的值。在热产生元件以高电压(例如350V)操作的情况下，加热电压可以是200V。
优选用冲压工具进行硬化，通过该冲压工具，电绝缘化合物不仅被压入框架开口，而且还被硬化。该冲压工具可以直接施加在电绝缘化合物上，或者热发射元件或该热发射元件的一部分置于该冲压工具和电绝缘化合物之间。在这种情况下，压缩应力也用于将热发射元件与热产生元件良好地连接，并通过硬化电绝缘化合物来永久地固化连接。在电绝缘化合物硬化之前并且在将其引入框架开口之后，可以对其进行平滑处理以去除多余的材料并使表面均匀，从而使热发射元件可以在电绝缘化合物的整个表面上施加到热产生元件。冲压工具优选在压制之前或期间加热。
根据本发明的优选实施例，定位框架具有从PTC元件的两侧突出的突出部。这些突出部防止热发射元件(通常由金属制成)与热产生元件的导电部件直接接触。突出部确保利用电绝缘化合物填充的最小距离。相应的接触表面通常由从PTC元件的两侧突出的销形成。在PTC元件的相对的主侧表面的每个主侧表面上，若干个销能够突出到PCT元件，使得PTC元件以形状配合的方式在框架开口的方向上在定位框架内固定在上述销之间。因此，销在通常细长的框架的纵向方向上具有延伸部，该延伸部优选地小于PTC元件的纵向延伸部。这种考虑假定形成定位框架的材料具有比电绝缘化合物更差的导热率，使得形成定位框架的材料的在框架开口内的表面部分，即在PTC元件的主侧表面和相关的热发射元件之间的空间，应尽可能用电绝缘化合物填充。热产生元件可以直接抵靠其中一个销或在介入的化合物层的下方。
用于解决本发明的上述问题的方法规定了至少一个PTC元件的布置：该至少一个PTC元件定位在定位框架中并且与该定位框架的主侧表面相距一定距离。然后用具有良好导热性的电绝缘化合物填充框架开口。将该化合物引入框架开口中，使得上述主侧表面和PTC元件之间的距离被桥接。该距离由PTC元件本身的表面或邻接该表面的端子板确定。以上适用于装置权利要求。
随后，将热发射元件施加到化合物，如果需要，也可以将热发射元件施加到定位框架的部件，特别是定位框架的突出部，以便保持与PTC元件的必要距离。然后通过对热发射元件施加外力而使化合物硬化。然后随着质量块固化在PTC元件上，热量发射元件借助于中间的质量层连而接到热产生元件。
附图说明
在以下结合附图的实施例的描述中示出了本发明的进一步细节和优点。
图1是热产生元件的设计示例的透视剖视图。
图2是根据图1中的图示的加热棒的设计示例的透视剖视图；和
图3以俯视图示出了图1中所示的实施例。
具体实施方式
图1示出了定位框架2，其由两个平行延伸的定位框架导轨4形成。如图3所示，每个定位框架导轨4具有在导轨4的纵向方向上彼此间隔开的突出部6，突出部6在高度方向上一个在另一个之上(见图1)，使得它们形成用于附图标记10所表示的PTC元件的PTC容纳部8。在PTC容纳部8中，PTC元件10以形状配合的方式在高度方向H上被可靠地保持。如图3所示，在定位框架导轨4的纵向方向上，PTC元件10从各个突出部6突出。这些PTC元件10在一个平面中一个接一个地设置在在定位框架2的纵向方向上，在各个PTC元件10之间，两个相邻的PTC元件之间间隔开间隙12。
在突出部6之外，选择两个定位框架导轨4的内部横向距离，使得PTC元件10的主侧表面14完全暴露在由附图标记16标识的框架开口中。在所示的实施例中，PTC元件10的主侧表面14与端子板18接触，端子板18在其纵向方向L上至少在一侧延伸超过定位框架2，以便形成用于电加热装置的电气连接的端子突耳。相应的端子板18以不同的极性通电，即在连接到电源之后，它们连接到机动车辆内的具有不同极性的条状导体。这种连接可以发生在集成在框架中的控制装置之间，该框架优选地由塑料制成，其可以是单个加热棒或多个这样的加热棒20(该加热棒如图2所示并用附图标记20表示)的外壳。由此通过框架实现加热棒20和控制装置的结构单元。
图1示出了在定位框架的主侧表面24上平滑化合物22之后的电绝缘化合物22，该电绝缘化合物22填充到彼此相对的框架开口16中。电绝缘化合物22到达端子板18。化合物22在高度方向上不突出到定位框架2之外。化合物22的末端与定位框架2的表面齐平。
图2表示完成后的加热棒20。热发射元件26在定位框架2的两侧设置在定位框架2的主侧表面24上。这些波纹状翅片层26由一个(如果需要的话)各种金属板条构成。至少一个金属板条曲折形弯曲以形成热发射元件26的波纹状翅片28。优选地，这些波纹状翅片28利用它们的顶点直接抵靠在定位框架2的主侧表面24上。因此，它们完全或部分地浸没在电绝缘化合物中。波纹状翅片28还可以抵靠热发射元件26的金属板条，该金属板条设置在各个波纹状翅片的顶点和定位框架2的主侧表面24或突出部6的表面之间。在这种情况下，热发射元件26完全连接到电绝缘化合物22。
例如，在将热发射层26施加在定位框架2的相对的主侧表面24上之后，进行连接。然后，从外部对相应的热发射元件26施加压力。如果需要，这些压力部分地使得尚未硬化的电绝缘化合物22移位，直到热发射元件26碰触到突出部6。该突出部限定了热发射元件26的最终位置。在热发射元件26和由参考标记30标识的热产生元件的导电部分之间产生最小距离。热产生元件30由PTC元件10、两侧的端子板18和定位框架2以及填入定位框架2中并最终硬化的电绝缘化合物22组成。从外部完全或部分地邻接热发射元件26的冲压工具优选地被加热，使得电绝缘化合物22加速硬化。另外，热产生元件30也可以通电，以便也在内部加热图2所示的电加热装置，从而加速硬化过程。
如图1和图2所示，具有外表面的突出部6位于限定定位框架2的主侧表面24的平面下方。热发射元件26在定位框架2的主侧表面24的平面内比定位框架导轨4的横向距离略窄。因此，热发射元件26在定位框架的宽度方向或横向方向B上也由定位框架2确定。然后将热发射元件26胶合到热产生元件30，然而，热发射元件26和热产生元件30也以形状配合的定位而被保持。
附图仅示出了热产生元件30或加热棒20在纵向方向上的截面。当用电绝缘化合物22填充时，端子板18通常在一侧突出超过定位框架2，该端子板18具有通过冲压形成在其上的端子突耳。在另一侧，定位框架2突出超过端子板的端部。该另一侧，剩余的自由空间也填充有电绝缘化合物22，以便实现热产生元件30的底侧封闭并且在端部处密封端子板和PTC元件。在相反的一侧，通过使端子突耳不受约束，而相应地进行填充，使得热产生元件可以容易地被电连接。
附图标记列表
2 定位框架
4 定位框架导轨
6 突出部
8 PTC容纳部
10 PTC元件
12 间隙
14 PTC元件的主侧表面
16 框架开口
18 端子板
20 加热棒
22 电绝缘化合物
24 定位框架的主侧表面
26 热发射元件
28 翅片
30 热产生元件
H 高度方向
B 宽度方向
L 纵向方向
Claims (10)
1.一种特别是用于机动车辆的电加热装置，所述电加热装置包括热发射元件(26)和热产生元件(30)，热产生元件(30)以导热的方式在其相对的侧表面上邻接在热发射元件(26)上，其中热产生元件(30)包括定位框架(2)和设置在定位框架(2)中的至少一个PTC元件(10)，所述至少一个PTC元件(10)包括用于热量提取的主侧表面(14)并且邻接具有不同极性的端子板(18)，其中定位框架(2)的所述主侧表面(14)设有通向PTC元件(10)的框架开口(16)，其特征在于，具有良好导热性的电绝缘化合物(22)被引入到框架开口(16)中，以桥接所述热发射元件(26)与所述PTC元件(10)和/或端子板(18)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述定位框架(2)形成从两侧突出到所述PTC元件(10)的突出部(6)，所述突出部(6)形成用于所述热发射元件(26)的接触表面。
3.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述定位框架(2)包括位于所述PTC元件(10)的两侧的框架开口(16)，所述电绝缘化合物(22)被引入到每个所述框架开口中以桥接所述热发射元件(26)和所述PTC元件(10)或相关的端子板(18)之间的距离。
4.根据权利要求3所述的电加热装置，其特征在于，所述定位框架(2)由两个平行延伸的导轨(4)形成，所述两个平行延伸的导轨(4)在它们之间接收多个PTC元件(10)和邻接在所述PTC元件(10)上的多个端子板(18)，所述两个平行延伸的导轨(4)通过所述电绝缘化合物(22)而相互连接。
5.一种制造电加热装置的方法，其中至少一个PTC元件(10)布置在定位框架(2)中且与所述定位框架(2)的主侧表面(24)相距一定距离，具有良好导热性的电绝缘化合物(22)被引入到框架开口(16)中以桥接所述主侧表面(24)中的一个主侧表面(24)与所述PTC元件(10)之间的距离，热发射元件(26)被施加在所述电绝缘化合物(22)上，并且所述电绝缘化合物(22)被压制和硬化在所述热发射元件(26)和所述PTC元件(10)之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在将所述电绝缘化合物(22)引入框架开口(16)之后对所述电绝缘化合物(22)进行平滑处理。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电绝缘化合物(22)是交联塑料化合物，其通过加热而硬化。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电绝缘化合物(22)由加热的冲压工具压制，所述加热的冲压工具的热输入加速了所述电绝缘化合物(22)的硬化。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电绝缘化合物(22)包括加成交联的双组分聚合物，其中在混合所述双组分之前，为每种组分提供具有良好导热性的填料。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将具有不规则几何形状和粒度的填料添加到所述电绝缘化合物(22)中。
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