CN110740527A - 发热元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发热元件，具有PTC元件(2)和导电地贴靠在PTC元件(2)的侧面(4)上的接触片(6)，接触片设置用于以不同的极性给PTC元件(2)馈电。为了持久地而且可靠地在接触片与PTC元件之间建立接触并且容易地操作在制造方案的范围内的发热元件，根据本发明提出：至少一个接触片(6)设有保持凸片(12)，保持凸片在PTC元件(2)的对置的、另外的接触片(6)导电地贴靠于其上的侧面(4)上，在中间设有绝缘层的情况下贴靠到PTC元件(2)上并且型面锁合地包嵌PTC元件。

Description

发热元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有PTC元件(正温度系数元件)和导电地贴放于PTC元件上的、用于给PTC元件馈电的接触片的发热元件。
背景技术
这种发热元件用于各种技术领域。特别地，本发明涉及一种用于机动车辆的发热元件。这里提到的类型的发热元件用作加热器，用于补偿通过热交换器引入乘客室的空气的不充分加热，这里的热交换器连接到发动机的冷却水，或者也在电动车辆中，用于加热车内和解冻挡风玻璃的加热器中。这也适用于根据本发明的发热元件。
在机动车辆中，发热元件暴露于特殊条件下。因此，在设计中必须考虑相当大的温度范围。车辆可以在非常炎热的地区或非常寒冷的地区使用。此外，机动车辆中的所有部件都承受相当大的振动。最后，机动车辆制造商对疲劳强度提出了特殊要求，这些部件必须在所述条件下满足上述特殊要求。
此外，还要求经济的制造方案。用于加热机动车辆的发热元件必须经济地制造并且易于操作。
鉴于此，已知的是，将发热元件的上述部件结合成结构单元，该结构单元可以作为发热元件和设备的装配中的单元来操作。因此，例如，EP 2190256A1公开了一种发热元件，其中，PTC元件与在两侧靠到其上的接触片相粘接。这种解决方案确实适合于对部件加以操作。然而，不能假设粘合剂如此耐用，使得PTC元件和相邻的接触片足够程度地相互连接，从而可以保证在机动车辆的电加热器的寿命期间具有良好的导电和导热接触。
另一方面，从本申请人的EP 2 298 582 A1或EP 1 564 503 A1中已知，首先将接触片和置于其上的PTC元件安装在加热器中，然后通过外部施加弹力来产生电接触，方式为：在容纳发热元件的框架中插入弹簧，该弹簧将电加热装置的元件彼此预偏置地抵靠，从而实现了PTC元件与接触片之间的良好电接触以及由PTC元件产生的热量的良好散热。
在高压应用中，通常需要用绝缘层在外侧覆盖发热元件，使得电加热器的发热面不直接导电地贴靠到接触片上。这种解决方案例如由EP 1 768 457 A1已知。
上述现有技术可以分别与类属相关。现有技术仍然还是需要接触片和PTC元件之间的永久和牢固接触以及生产中易于处理发热元件。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种发热元件。
根据本发明的发热元件以本身已知的方式具有至少一个PTC元件和导电地贴放于PTC元件上的、用于给PTC元件馈电的接触片。接触片抵靠PTC元件的对置的侧面。接触片和PTC元件彼此电绝缘并对应不同的极性。PTC元件通常具有矩形形状，其中，主侧面、也就是具有最大基面的相应面通常用于导送PTC元件产生的热量。这里，接触片通常以其接触面贴靠在PTC元件上。然而，在本发明的范围内，还可以想到，将接触片贴靠到端面上，该端面将PTC元件的两个主侧面彼此连接并且通常不用于热量输出。同样效果的是，接触片即可以放置在主侧面还可以放置在端面上。
在根据本发明的构造方案中，至少一个接触片具有保持凸片，所述保持凸片通常在相对置的纵向侧上从接触片的接触面突出，以便以型面锁合的方式包嵌PTC元件。这种包嵌在中间插入绝缘层的情况下实现，因此通过型面锁合的包嵌实现的、接触片在PTC元件上的机械固定并非同时还是保持凸片在PTC元件上的导电贴靠。保持凸片贴靠在PTC元件的与PTC元件的如下的面相反的面上：具有保持凸片的接触片抵靠在该面上，以便为PTC元件供电。
优选地，由于通过保持凸片的型面锁合的包嵌，实现了PTC元件朝向接触片的构造用于电接触的接触面的预偏置。保持凸片在朝向接触片的预偏置下保持PTC元件，以对PTC元件馈电。
接触片具有多个保持凸片，这意味着至少两个保持凸片彼此相对置，以使相反地贴靠PTC元件的对置的纵向侧面并且将PTC元件朝向接触片压靠。
保持凸片通常通过冲裁和弯曲由片材一体地加工，使得接触片的设置用于接触的接触面和保持凸片构造在一体式金属件上。结果，降低了生产成本。
然而，包嵌PTC元件的保持凸片不仅实现了发热元件的部件的预装配。而是，由于接触片的接触面相对于PTC元件的持续弹性预偏置也在运行中实现有利的接触。
由于PTC元件被保持凸片包嵌，因此可以提高接触片和PTC元件之间的接触和连接的品质。在矩形PTC元件的情况下，在PTC元件的所有边缘上设置至少一个保持凸片。在圆形PTC元件的情况下，保持凸片设置有彼此间隔不超过30°的分度。结果，有利于接触片的接触面相对于PTC元件的周向预偏置。
为了在两侧对PTC元件尽可能好的接触，根据本发明的优选实施例提出：每个接触片设置有多个保持凸片并且相应接触片的保持凸片沿着其纵向边沿交替地包嵌PTC元件。接触片通常至少在相对的纵向边沿处包嵌PTC元件。同样，两个接触片可以沿周向包嵌PTC元件。保持凸片交替地设置，使得第一接触片的两个接触片在它们之间接纳第二接触片的保持凸片。这实现了PTC元件朝向相应的接触片的两个接触面的实体预偏置。而且，预装配的部件的结合得到改善。
根据本发明的优选改进方案，绝缘层由绝缘板形成。该绝缘板可以是例如由氧化铝或氮化钛制成的陶瓷板。绝缘板具有足够的强度，使得通过绝缘板的弹性贴合所施加的力可以通过绝缘板来抵抗，而绝缘板不会受到机械损坏。作为绝缘板，优选考虑具有良好导热性的那些元件。对此基本上适用的是陶瓷材料。绝缘板通常在PTC元件的整个主侧面上延伸，也就是其覆盖PTC元件的主侧面和通常具有相同的尺寸并由接触片形成的接触面。绝缘板优选地在边缘侧突出超过PTC元件。这为设置具有更大型体伸展的保持凸片提供可能性，使得由保持凸片提供的弹簧行程得以增加，这对所产生的弹簧力具有有利影响。此外，通过该措施增加了气隙或爬电距离。
保持凸片通常具有直角弯曲的自由端，使得贴靠分段平行于绝缘层或绝缘板的表面延伸，并且保持分段成直角地(垂直地)从贴靠分段伸出并且在边缘侧包纳绝缘层或绝缘板，使得绝缘层或绝缘板相对于PTC元件在宽度和/或长度方向上预先定位。据此，这种设计方案确保，通过保持凸片固定的绝缘层居中地布置在PTC元件和接触面的上方。
根据本发明的优选改进方案，接触片形成片材的接触片具有从形成接触片的片材上自由裁切下来的接触接片，接触接片为了构成贴靠在PTC元件上的接触部而朝向PTC元件的方向折弯。由此，一方面形成接触片朝向PTC元件的待接触面的弹性预偏置的贴靠。该措施基于保持凸片的包嵌实现了改善的弹性预偏置。因为不仅保持凸片的弹性、而且还有接触片的弹性都施加弹性预偏置，因此一方面改善了对PTC元件的接触，另一方面改善了发热元件的部件的包纳。在此，分散的接触部具有另外的优点，由此能够以预定方式实现电接触。对于弹簧舌的设计及其布置，例如参考EP 2637475。其中描述的弹簧舌的设计和布置也可用于本发明。
根据本发明的优选改进方案，为了尽可能好地散发由PTC元件产生的热量，提出：在PTC元件和接触片之间提供导热料块。如果提供上述弹簧舌以通过限定的方式对接触片进行接触的话，则料块不一定必须是导电的。导热料块填充PTC元件的面向PTC元件的接触面和接触舌片之间的间隙，从而在接触片和PTC元件之间提供良好的导热连接。当然，可以使用导电性良好的导热料块。例如，可以使用填充有导电颗粒的塑料化合物，例如硅树脂。优选的是热固性双组分硅氧烷料块，其填充有上述填料比例的金属或陶瓷。导热料块也可以在接触片和绝缘层之间延伸，以便在接触片后面的导热路径上实现PTC元件产生的热量也很好地输出。
特别地，对于高压应用，根据本发明优选改进方案提出，PTC元件在留下由绝缘层形成的散热面的情况下全面地被由绝缘材料制成的框架包围。在该构造方案中，发热元件的外部面由两个绝缘层的散热面形成，该外部面以导热的方式覆盖PTC元件和接触片并且为此规则地连接到导热PTC元件的一个主侧面。绝缘层在边缘侧被绝缘材料包围并规则地嵌入其中。该绝缘材料形成全面包围PTC元件的框架。绝缘材料密封地连接到散热面，使得根据该改进方案的发热元件也适合直接用于绝缘层的散热面自由露置的液体加热器中。这种由绝缘材料制成的框架通常仅被连接旗片或接触舌片伸出，所述接线片或接触舌片设置用于以凸形插头接触元件的形式电接触PTC元件。关于这里讨论的开发的细节，参考EP 3334 242 A1。
本发明还提供了一种用于制造发热元件的方法。在该方法中，第一接触片通过冲裁和弯曲片材而制成，其上成型有保持凸片。制备通常通过机械加工一体的片材件来进行，使得保持凸片一体地形成在接触片上。此后，将接触片放置在PTC元件的对置侧上，使得在PTC元件的一侧上凸出的保持凸片交叉并且其中一个接触片的伸出PTC元件的保持凸片在其自由端和另一接触片之间构成用于绝缘层的容纳部。在该容纳部中，之后，将绝缘层在保持凸片的弹性预偏置下引入，并将其贴靠到另一个接触片上。
通过这种方法规程，产生一体的或者说单元式的发热元件，其可以作为预装配单元进一步加工。优选地，在将接触片放置在PTC元件的表面上之前，导热料块以液态施加到所述表面上，当将接触片压靠到PTC元件上时，导热料块受到挤压，使得接触片导电但没有留下空气夹杂物地与PTC元件导热良好地贴靠。优选地，接触片具有弹性舌片，弹性舌片在弹性预偏置下抵靠PTC元件并与之相对应地实现点状接触。当将接触片压靠在PTC元件上时，导热料块可以优选贯穿设置在接触片上穿通部，以进入接触片和绝缘层之间的间隙，并在那里在排挤空气的情况下填充可能存在的空间。可选地或另外地，可以另外将导热料块施加在接触片的背向PTC元件的背侧上。这可以在将接触片施加到PTC元件之前和/或之后进行。
导热性料块优选为粘合性料块，其硬化成使得导热性料块也具有良好的导热性连接。基于凸片，绝缘层和接触片在弹簧预偏置下贴靠在PTC元件上。这些部件结合成预装配单元，以便稍后可以操作该预装配单元，例如，用于包铸框架或用于将发热元件安装在作为单元的电加热器中。
附图说明
本发明的其他细节和优点结合附图从对实施例的下列描述中获得。其中：
图1示出在放置绝缘层之前实施例的透视俯视图；
图2示出带有绝缘层的根据图1的实施例的透视俯视图；
图3示出根据图2中的图示沿线II-II的纵剖图；
图4以放大图示示出实施例的边缘区域的根据图3的视图；
图5示出在包铸绝缘框架之后，发热元件的透视端侧视图。
具体实施方式
图1和2示出了本发明的发热元件的基本部件，其具有PTC元件2，该PTC元件以其主侧面4与接触片6导电连接。为此，接触片6具有多个通过冲裁和弯曲一体地构造在接触片6上的弹簧舌8。这些弹簧舌8在图2和图3中可以看作是接触片6的从通过接触片6形成的接触面10通过冲裁和弯曲而凸出的区段，这些分段与其说是整面地、不如说是点状或线状地贴靠在PTC元件2上。
在图1至图3中，还可以看到保持凸片12，其通过冲裁和弯曲一体地成型在接触片6上并且突出超过接触片6的以主侧面4的尺寸构造的接触面10。保持凸片12具有在图4中以附图标记14标记的连接分段，该连接分段从其中一个接触片6.1的接触面10的平面出发，弯曲达到另一个接触片6.2的接触面10。相应地，连接分段14也沿PTC元件2的高度方向延伸。连接分段14以35°和60°之间的角度向外突出并朝向对置侧伸出。连接分段14过渡到保持分段16中，保持分段16平行于PTC元件2的高度方向对齐并且过渡到与其成直角向内弯曲的贴靠分段18中。
从图2中可以看出，从接触面10的对置边缘伸出的分别是多个相同的保持凸片12。每个接触片6还形成通过冲裁和弯曲自由裁切的电连接旗片20，该电连接旗片20用于所示实施例的插入式接触，并且明显地凸出于PTC元件2的其他部件。在两个连接旗片20之间，分别通过接触片6形成定位止挡21。在对置的侧面上，对于每个接触片也分别存在通过冲裁和弯曲形成接触片的片材而形成的定位止挡21。于是，绝缘层22以被全面型面锁合地包括的方式处在由所属的接触片6形成的接触面10上方。
该实施例还具有形成绝缘层22的实施例的陶瓷绝缘板。如图2至4所示，该绝缘层22在边缘侧突出超过PTC元件2。与之相应地，绝缘层22具有比接触面10更大的基面，其尺寸相当于PTC元件2的主侧面4。绝缘层突出超过该主侧面和接触面至少0.5至2厘米。
彼此对置的弹簧舌8的由贴靠分段18和保持分段16形成的自由端形成用于绝缘层22的容纳部24。
特别是如图2所示，接触片的保持凸片分别沿PTC元件2的纵向边沿交替设置。因此，由附图标记12.2表示的保持凸片属于另一个接触片6.2的图1中上部的接触面，相反地，以附图标记12.1表示的保持凸片属于下部的进而是其中一个接触片6.1。因此，其中一个接触片6.1的保持凸片12.1设置在另一个接触片6.2的相应两个保持凸片12.2之间。
从根据图4的放大图示还看到一种绝缘的并且由附图标记26表示的、导热良好的料块，该料块在接触面10和主侧面4之间的间隙中延伸，并且也在用于绝缘层22的与接触面10对置的并且通过接触片6形成的贴靠面28与绝缘层本身之间的缝隙中延伸。
在主侧面4和接触面10之间，该料块26填充间隙，该间隙通过弹簧舌8的弹性支座朝向主侧面4自由压靠。因此，尽管弹簧舌8的弹性贴靠，在PTC元件2和接触片6之间仍然存在良好的导热连接。相应的方案基于设置在对置侧面上的绝缘的料块而同样适用于接触片6和绝缘层22之间的导热连接。
料块26可以是硬化的、特别是热硬化的塑料料块，例如双组分硅树脂、由陶瓷和/或金属粉末构成的填料可以混合到上述硅树脂中。
从图4中可以看出，所示实施例的元件如下顺序沿横截面方向从上到下示出如下：外部首先是贴靠分段18。在横截面方向上，接下来是绝缘层22。在料块26嵌入的情况下，接下来是接触片6，只要接触片形成接触面10即可。在横截面方向上，然后跟随的是PTC元件2并且在外侧与其平行的是两个接触片6的连接分段14。与PTC元件2相接地，先前描述的分层结构与横截面构造的中心纵轴镜像对称地设置。
为了制造所示的实施例，首先通过冲裁和弯曲制备接触片6。在这种情况下，不仅接触面10被自由裁切，而且也构造出保持凸片12，具体而言，基本上呈如其在图4中所示那样的几何形状地构成。此后，将料块26施加到PTC元件12的主侧面4上和/或接触片6的接触面10上。PTC元件2朝向两个触点6.1和6.2的接触面10贴靠。此后，将绝缘层22插入容纳部24中。将保持凸片12的自由端部向外挤压。自由端部可以具有漏斗状构造，以便在绝缘层22前进的引入运动时被向外压迫。可替换地，保持凸片12的自由端部也可以通过外部保持装置向外受挤压，使得用于插入绝缘层22的容纳部24在上侧保持露置。
在放置绝缘层22之前，可以将料块26施加到接触片6上和/或在外侧施加到接触片6上。在将绝缘层22引入到接收器24中之后，弹性地向内回弹的保持凸片12使绝缘层22沿宽度方向保持在位置中。另外，由于贴靠分段18抵靠绝缘层22的外部面而产生弹性预偏置，使得绝缘层与接触面10一起在弹性预偏置下贴靠到PTC元件2的主侧面4上。从图4中可知，贴靠分段18贴靠在绝缘层22的边缘30上，该边缘30在边缘侧包嵌PTC元件2。
图5示出了在用绝缘材料进行外围包绕之后参考图1-4描述的实施例，绝缘材料形成由附图标记32表示的框架。框架32全面地围绕PTC元件2。只有连接旗片20在外侧突出超过框架32。框架32形成对置的框架开口34，在其中，绝缘层22的外部面的主要部分作为散热面36露置。形成框架32的绝缘材料例如是硅树脂。形成框架的绝缘材料通常是流密性地贴靠绝缘层22的散热面36，使得散热面36可以被待加热的气态或液态流体直接辐射，而不用担心流体在流体框架32内到达导流的轨道。流体框架32在其从连接旗片20突出的侧面上形成密封唇38，用于密封地插入加热器壳体的插头容纳部中，如EP 3334242 A1中所述。
如图1和5所示，连接旗片20处于相同的高度。它们通过向内弯曲而相对于接触面10偏移。由此，也在朝向相应接触面10贴靠时获得针对PTC元件的止挡。
附图标记列表
2 PTC元件
4 主侧面
6 接触片
8 弹簧舌
10 接触面
12 保持凸片
14 连接分段
16 保持分段
18 贴靠分段
20 连接旗片
21 定位止挡
22 绝缘层
24 容纳部
26 料块
28 贴靠面
30 边缘
32 框架
34 框架开口
36 散热面
38 密封唇

Claims (12)

1.一种发热元件，具有PTC元件(2)和导电地贴靠在PTC元件(2)的侧面(4)上的接触片(6)，所述接触片设置用于以不同的极性给PTC元件(2)馈电，其特征在于，至少一个接触片(6)设有保持凸片(12)，所述保持凸片在PTC元件(2)的一个对置的、另外的接触片(6)导电地贴靠于其上的侧面(4)上，在中间设有绝缘层(22)的情况下贴靠到PTC元件(2)上并且型面锁合地包嵌PTC元件(2)。
2.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，PTC元件(2)在预偏置下，保持在接触片(6)的保持凸片(12)与接触片(6)的导电地贴靠在PTC元件(2)的相对应的侧面(4)上的接触面(10)之间。
3.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，PTC元件(2)被保持凸片(12)全面地包嵌。
4.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，每个接触片(6)设有多个保持凸片(12)，并且相应的接触片(6.1；6.2)的保持凸片(12)交替地沿其纵向边沿包嵌PTC元件(2)。
5.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，绝缘层(22)由绝缘板形成，所述绝缘板由接触片(6)的保持凸片(12)包嵌。
6.根据权利要求5所述的发热元件，其特征在于，绝缘板(22)的由保持凸片(12)包嵌的边缘(30)在边缘侧伸出超过PTC元件(2)。
7.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，接触片(6)具有从形成接触片的片材上自由裁切的弹簧舌(8)，所述弹簧舌为了构成贴靠在PTC元件(2)上的接触部而朝向PTC元件(2)的方向折弯。
8.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，在PTC元件(2)与接触片(6)之间设置有导热料块(26)。
9.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，在PTC元件(2)与绝缘层(22)之间设置有导热料块(26)。
10.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，PTC元件(2)在留出通过绝缘层(22)形成的散热面(36)的情况下，全面地被由绝缘材料制造的框架(32)所包围。
11.根据权利要求1所述的发热元件，其特征在于，接触片(6)构成通过冲裁和弯曲自由裁切的电连接旗片(20)。
12.一种用于制造发热元件的方法，其中，通过对片材的冲裁和弯曲制造出带有保持凸片(12)的接触片(6)，所述接触片(6)贴靠在PTC元件(2)的对置的侧面上，使得在PTC元件(2)的一侧上伸出的保持凸片(12)交叉，并且其中一个接触片(6.1)的超出PTC元件(2)的保持凸片(12.1)在其自由端部与另一接触片(6.2)之间构成用于绝缘层(22)的容纳部(24)，并且绝缘层在保持凸片(12)的弹性预偏置下，装入容纳部(24)中并且贴靠到另一接触片(6.3)上。
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