CN111225459B

CN111225459B - 电加热装置

Info

Publication number: CN111225459B
Application number: CN201911163076.5A
Authority: CN
Inventors: 弗朗兹·博伦德; 迈克尔·尼德雷尔
Original assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2039-11-22
Also published as: DE102018220333A1; DE102018220333B4; CN111225459A

Abstract

本发明涉及一种电加热装置，具有加热元件(28)，所述加热元件具有PTC元件(22)和与PTC元件导电贴靠的接触片(24)。为了通过接触片(24)持续可靠地对PTC元件(22)馈电和/或尽可能好地将由PTC元件(22)产生的热量导出，利用本发明提出一种夹紧装置(2)，所述夹紧装置包围加热元件(28)，并且产生使接触片(24)和/或绝缘层(26)在预偏置下朝向PTC元件(22)贴靠的预偏置。

Description

电加热装置

技术领域

本发明涉及一种具有加热元件的电加热装置，所述加热元件具有PTC 元件(正温度系数元件)以及导电地贴靠在其上的用以对PTC元件馈电的接触片。

背景技术

这种电加热装置是普遍公知的。对于电加热装置的功能关键主要在于与PTC元件的电接触。由于PTC元件具有自调节特性，因此电加热装置的效率也受到以何种程度将由PTC元件产生的热量传递到待加热的介质的情况的很大影响。

此外，在用于高压应用的电加热装置中，例如在电动汽车中，PTC 元件被高压馈电。安全要求通常使得：在任何情况下，载流接触片在外部、也就是在由PTC元件和相邻接触片组成的发热元件实际上暴露于要加热的介质的地方设有绝缘层，电加热装置的载流部分相对于循环腔室电绝缘。这防止装配工直接接触电加热装置的导电和载流的部件。

然而，该绝缘层还阻止了最大可能的热量散发，并引发效率低下的风险。因为散热不良，PTC元件被迅速升温，并且在达到居里温度时不再能继续接收电流，因此不会输出热功率。

一直没有尝试解决这个问题。因此，有时将发热元件的各层粘结在一起。有时将导热颗粒添加到粘合剂中，以尽可能好地导热地形成粘合剂层。在任何情况下，都可以通过这种粘合层实现了：在发热元件的输出热量的外部面和PTC元件之间保留绝热的气隙。然而，各层的结合在实践中会遇到问题。一方面，必须确保：粘合剂层仅被填充气隙，而从PTC元件到散热表面的导热行程的长度不发生额外变大。对粘合剂在体积方面的配量是有问题的，不能总是防止过量的粘合材料达到需要进行电接触的地方。粘合过程不准确。但是，再现性是大多数轿车制造商规定的的认证生产方式的前提。

经常必须对粘合的构件在装入电加热装置之前或之后就其可靠的运行方面进行测试。粘合还延迟了生产时间，因为当粘合的中间产品可以被继续加工并且在运行中使用之前，粘合剂通常必须硬化。

对于空气加热器，本申请人的方案是已知的，其中，电加热装置的所有层都容纳在框架内并且在框架内绷紧。这些层是除了发热层之外都是排热层，这些排热层通常设计为各个发热层之间的波纹肋片。EP 2 298 582 A1和EP 1 564 503 A1是这种先前已知的解决方案的示例。EP 1 768 457 B1公开了一种用于空气加热的电加热装置，其中，排热层在插入有绝缘层的情况下，抵靠到发热层上。

但是，这种类型的设计具有缺点，因为所施加的弹力必须由相应的刚性框架来抵抗。在操作电感应器的温度下，不能总是确保框架的合成材料具有所需的刚度。因此必须安装大量的合成材料，且框架要相对较厚。

发明内容

本发明的目的在于，提供了一种开头所述类型的电加热装置，其完全或部分地解决了上述问题。

鉴于此，本发明提出一种具有权利要求1的特征的电加热装置。该电加热装置具有包围加热元件的夹紧装置，该夹紧装置产生预偏置，该预偏置将接触片在预偏置下贴靠到PTC元件上。

因此，凭借本发明相应地给出一种夹紧装置，该夹紧装置用接触片从外围绕至少一个PTC元件，接触片为了馈电而贴靠PTC元件，并且优选地应用发热元件的上述功能部件，即PTC和接触片在预偏置下彼此贴靠。与EP 1 768 457 B1相反，根据本发明的夹紧装置包围加热元件，从而由夹紧装置产生的预偏置通过夹紧装置自身抵抗。抵靠弹簧的夹紧力的外部框架等对于本发明不再需要。

通常，为每个具有其附带的接触片的PTC元件设置有夹紧装置。不言而喻，两个设置用于对PTC元件馈电的接触片也可以在之间容纳多个 PTC元件。按照本发明的方式，这种具有多个布置在平面中并且分别相同的、用于给相对应的PTC元件馈电的接触片的配置相当于仅具有一个PTC元件的结构。

至少在横截面图中，包围加热元件的夹紧装置通常在外周围绕相应的加热元件延伸。通过这种构造实现了按照本发明的方式的“包围”。

按照本发明的方式的电加热装置可以是用于加温液态介质的电加热装置。在这种电加热装置中，加热元件通常以其排热面暴露在循环腔室中，而将电连接部处于在流动方面由循环腔室包封的连接部腔室中。加热元件通常以其导电部分相对于容纳在循环腔室中的介质电绝缘。在该构造中，加热元件能够以加热肋的方式伸入循环腔室中。在根据本发明的该基本原理的相应实施例中，夹紧装置在循环腔室内包围加热元件，使得夹紧装置完全或部分地暴露在待加热的介质中。

相应的构造也可以考虑用于空气加热器。因此，根据本发明的电加热装置的加热元件沿周向包围空气加热器的发热层，从而将接触片在预偏置下贴靠到PTC元件上。在此，本领域技术人员优选如下的构造，在该构造中，夹紧装置的在弹性偏置下抵靠在接触面板的任何元件尽可能面状地作用在接触片上，以实现向良好地、呈面状地导入电流。夹紧装置与加热元件的这种接触点应当优选被自由裁切，从而可以在相应的接触点之间进行向排出热量的层的导热。鉴于良好的热量导出，在任何情况下部应防止：将夹紧装置设置在从PTC元件到排出热量的层的导热行程内，并且从 PTC元件向排热面导热很困难。

通过根据本发明的夹紧装置，加热元件在从外部的预偏置下设置为单元。除了接触片之外，加热元件还可以具有至少一个贴靠在接触片的外部上的绝缘层。在本发明的优选改进方案中，夹紧装置在中间插有相应的绝缘层的情况下抵靠接触片。夹紧装置也可以仅使绝缘层预偏置，而接触片可以另外地与PTC元件连接，例如粘合。

夹紧装置提供一体的加热元件，该加热元件基于夹紧装置的预偏置，一方面确保了接触片与PTC元件之间良好的电接触，另一方面确保了由 PTC元件产生的热量的良好的导热。在此，所有在导热行程内直至达到加热元件的排出热量的表面的层优选通过夹紧装置在预偏置下设置并且相应地在弹性预偏置下贴靠到PTC元件。

因此，本发明提供了相对于现有技术的另一优点，在现有技术中，接触片通过导电粘合剂被贴靠到PTC元件上。这样的粘合剂会老化，从而失去其粘合力。在PTC元件工作期间普遍存在的热条件下尤其如此。

从外部将加热元件的各层彼此压紧的机械夹紧装置不会受到这种老化的影响。

在这种情况下，根据本发明的夹紧装置优选地由片材形成。片材优选地通过冲裁和弯曲而形成，使得造型出至少一个弹性臂，其在预偏置下贴靠到接触片上或干脆完全贴合到加热元件的最外部面上。

根据本发明的优选改进方案，加热元件具有加热壳体。该加热壳体相对于由需要借助电加热装置加热的介质流过的腔室对PTC元件和接触片进行包封。该腔室可以是被液体介质穿流的循环腔室，该液体腔室仅通过配备软管连接件的入口和出口朝外打开。腔室也可以由外周框架形成，其框架开口基本上露出所有加热元件还有导热地贴靠于其上的波纹肋片。前面提到的通过加热壳体的包封可以包括之前提到的绝缘层，所述绝缘层通常构成加热元件的外部面，夹紧装置在预偏置下贴靠所述外部面。片材例如可以是AlMg3-0.8或由材料1.4310-0.4形成。在任何情况下，金属材料对于构造夹紧装置相对于由合成材料构成的材料更为优选，因为在给定的温度下合成材料容易发生疲劳。

关于从相反方面均匀作用于加热元件的预偏置，根据本发明的优选改进方案提出：夹紧装置构造有至少两个夹紧弓，其中，每个夹紧弓对应至少一个弹簧臂并且由弹簧臂构成。弹簧臂作用在加热元件的相对而置的表面上。当然，可通过夹紧装置形成多个在同一侧上抵靠加热元件的弹簧臂。

关于根据本发明的电加热装置的经济制造方面，提出了：夹紧弓优选相同地构造。因此，与夹紧弓彼此相对应的连接元件例如具有相互配合的型面锁合元件和/或卡位元件。通过这种元件的镜像的结构，可以使用相同的夹紧弓，这种夹紧弓能够简单地彼此相对固定，以便在圆周上包围加热元件。因此，例如可以通过冲裁和弯曲来形成由片材带构成的每个夹紧弓，并且为金属带提供冲裁出的卡位凸鼻或卡位开口，其当组装夹紧弓时相互卡位，以便形成夹紧装置并且以简单的方式将夹紧装置的所有元件相接合。在此，形状锁合的连接是相对抗振动的，由此夹紧装置在优选的构造方案中满足用于机动车辆中的特殊要求。因为本发明特别是提出了用于车辆中的电加热装置。在此，简单设计的夹紧装置具有以下优点：接触片相对于PTC元件和/或相对于PTC元件良好的、导热的而且必要时还导电的贴靠。用这种方式，本发明的夹紧装置也可以仅朝向绝缘层在预偏置下贴靠，而接触片处在PTC元件的不被加载夹紧装置的预偏置的一侧上。另一方面，当夹紧装置将接触片导电地贴靠到PTC元件上时，绝缘层也可以摆脱夹紧装置的预紧力。优选的是，送出热量的面还有将电能送入 PTC元件中的面、也就是接触元件通过一体的夹紧装置共同被夹紧并且在预偏置下为了对PTC元件良好的热量导出和电接触而压向PTC元件。

在这种情况下，绝缘层可以抵靠在PTC元件的主侧面上，使得由PTC 元件产生的热量仅仅或至少主要通过绝缘层的传导而导出并在绝缘层的外部面传递到要加热的介质。然后，主侧面可以认为是加热元件的如下的面，可以仅仅或至少主要通过该面散发热量。根据本发明的一种优选的实施方式，夹紧装置仅贴靠在加热元件的相应主侧面上且针对每个主侧面以及为了通过主侧面将热量直接释放到待加热的介质上而具有至少一个凹部。在该凹部中，加热元件的主侧面暴露。换句话说，夹紧装置没有完全包封。而是夹紧装置形成点状的贴靠点，其在预偏置下贴靠到加热元件上。在这些接触点之间，加热元件的排热表面暴露在外，因此要加热的介质可以直接在凹部中扫过该面。特别优选地，从片材上自由裁切的弹簧舌在两侧都伸入所说的凹部中。弹簧舌可以设置成彼此相对而置或彼此错开。因此，该改进提供了通过夹紧装置良好地贴靠加热元件的各个层的可能性，而不会显著阻碍由PTC元件产生的热量的散热。

为了容纳加热元件，优选地提供了壳体，该壳体将PTC元件、两个接触片以及可能存在的一个绝缘层或两个绝缘层容纳在自身中并且被夹紧装置包围。壳体优选地被设计成流体密封的，并且优选地仅使接触片的两个用于散热的主侧面直接露置或使与之直接贴靠的绝缘层露置。因此，待加热的介质优选不能到达加热元件的载流的部件，也就是PTC元件或两个与之对应的接触片。如前所述，根据本发明的夹紧装置可以自身并且没有任何附加的辅助或支撑地在电加热装置内从外部包围加热元件，并且加热元件的参与相PTC元件导热和/或导电的不同的面在预偏置下彼此贴靠。根据本发明的夹紧装置可以与包封的加热元件配合，该加热元件将加热元件的载流部分相对于待加热的介质完全电隔离。在包封的加热元件的情况下，此后，待加热的介质不接触加热元件的载流元件。虽然这种包封可以通过加热壳体来实现，但是根据本发明的解决方案，加热壳体单独可以实现这种包封，而不必同时还持久地确保散热和加热元件的各种元件的良好的电接触。即便加热壳体具有相应的功能，通过根据本发明的夹紧装置也可以实现额外的安全性，即：即使在逐步中长期使用，加热元件也可以在加热元件内实现所需的热接触和电接触。

附图说明

本发明的其他细节和优点从结合附图对实施例的下列说明中获得。其中：

图1示出根据本发明的夹紧装置的实施例的一部分的透视俯视图；

图2示出根据图1的夹紧装置的横向剖视图；

图3示出在图2中绘出的细节III的放大的透视图；

图4示出电加热装置的实施例的横向剖视图，以及

图5示出电加热装置的另一实施例的横向剖视图。

具体实施方式

图1示出夹紧装置的一半的透视俯视图，该夹紧装置以附图标记2 表示。夹紧装置2具有两个分别构造根据本发明的夹紧弓的示例的半壳4，其中，在图1中，分别示出半壳4中的一个。半壳4由通过冲裁和弯曲加工而成的片材构成。半壳4具有彼此相对的而且相互平行延伸的固定腿6，固定腿分别通过连接分段8连接与在图1至3中未示出的加热元件的主侧面基本平行地延伸的中间面10。中间面10具有中心凹部12，在这里分别从凹部12的相对的边缘侧有两个弹簧舌14伸入凹部中。如图2所示，弹簧舌14通过弯曲而向内折弯并且相应地从中间面10向内伸。

两个半壳4相同地形成，从而也从下半壳4突出对应的弹簧舌14。不同的半壳4的弹簧舌14彼此相对地设置。加热元件可以插入形成于相对的弹簧舌14之间的容纳部16中，该加热元件的厚度大于初始状态下的弹簧舌14的净距离。通过将加热元件安装到容纳部16中，弹簧舌14彼此预偏置，从而加热元件在预偏置下保持在夹紧装置2之间。对应于由弹簧舌14形成的、作用于加热元件的压力点，加热元件通常可以具有由接触片构成的接触舌，接触片在预偏置下，利用接触舌贴靠PTC元件。在 EP 2637475中描述了该实施例的细节，对此参考该文献。通过夹紧装置的弹簧舌14可以恰好在这些位置上提高接触片和接触舌之间的接触压力进而可以改善电接触。根据本发明的解决方案还具有以下优点：不需要通过接触片构成接触舌的特殊构造，并且无需单独措施就可以将接触片平放到PTC元件上以获得良好的电接触。

在图1中可识别的凹部12允许对加热元件的在凹部12内部暴露的主侧面的直接接触。例如，待加热的液态流体可以直接扫过加热元件的主侧面，从而被有效地加热。

如图3所示，固定腿具有自由裁切的卡位开口18和与之配合的卡位突起20。在所示的实施例中，在半壳4的固定腿6上仅设置有卡位开口18，并且在同一半壳4的相对的固定腿6上仅设置有卡位突起20。在图3 中，两个半壳4彼此旋转180°，从而紧固元件可以配合用于对两个半壳4进行型面锁合的固定。所选择的通过冲裁和弯曲切出的卡位突起20的解决方案简化了组装。通过将两个半壳4压在一起，在半壳4之间容纳加热元件，该加热元件通过弹簧舌片14从外部置于预偏置下，从而通过将卡位突起20接合到卡位开口18中而实现卡位连接。

可以考虑将两个半壳彼此固定的其他可行方案，优选基本上为型面锁合的连接。

图4示出一实施例，该实施例特别详细地描述了用于发热的部件。

对此，在两个接触片24之间布置配有附图标记22的PTC元件，接触片被设置用于给PTC元件22馈电。在接触片24的与PTC元件22相对的外部面上分别设置绝缘层26，所述绝缘层为了提高空气间隙和爬电距离而在边缘侧高出所对应的接触片26。绝缘层26被直接加载夹紧装置 2的弹性预偏置力，使得接触片24和绝缘层26在预偏置下相互贴靠并且朝向PTC元件22贴靠。

在当前情况下，PTC元件22和两个接触片24形成加热元件28的必需的元件。

图5图示出基于具有壳体30的图4的实施例，所述壳体完全包围分层结构的层22、24、26。壳体30密封地密封层叠结构的这些层，朝向分别在外部设置在分层结构上的绝缘层26的横向于所产生热量的送出方向延伸的主侧面32敞开露置。因此，在该实施例中，绝缘层26也露置于需要加热的流体中。壳体30可以由两个壳体包壳元件形成，两个壳体包壳元件可以为了补偿制造公差而在中间插入可压缩密封元件的情况下彼此贴靠。该可压缩的密封元件还可以吸收壳体的由夹紧装置2引起的补偿运动。然后，可压缩的密封元件一方面提供了壳体包壳元件彼此之间必要的活动性，并且另一方面实现了所需的密封性，用于对于流体密封地包纳层结构的层22、24、26。壳体30可以由金属、合成材料或陶瓷形成。优选地，可压缩的密封元件由液态硅树脂密封件形成，该液态硅树脂密封件将两个壳体包壳元件连接在一起并且彼此密封。

如从图4和5可知，由夹紧装置作用在接触片24上的夹紧力应在中间区域内，作用于接触片24和PTC元件22之间的贴靠面上，从而在那里实现良好的电接触，并且夹紧力为了良好的热接触，可以尽可能在接触片24和绝缘层26之间的整个接触表面上分布。

附图标记列表

2 夹紧装置

4 半壳

6 固定腿

8 连接分段

10 中间的面

12 凹部

14 弹簧舌

16 容纳部

18 卡位开口

20 卡位突起

22 PTC元件

24 接触片

26 绝缘层

28 加热元件

30 壳体

32 主侧面

Claims

1.一种电加热装置，具有加热元件(28)，所述加热元件具有PTC元件(22)和与PTC元件导电贴靠的接触片(24)，所述接触片用于给PTC元件(22)馈电，其特征在于，设置包围加热元件(28)的夹紧装置(2)，所述夹紧装置产生使接触片(24)和/或针对PTC元件(22)的绝缘层(26)在预偏置下朝向PTC元件(22)贴靠的预偏置，所述预偏置作用于加热元件(28)的相反而置的主侧面(32)，所述夹紧装置(2)分别具有两个构造有至少一个弹簧臂的单独的夹紧弓(4)，所述夹紧弓实现了所述预偏置，所述夹紧弓(4)由片材带通过冲裁和弯曲来制造，并且所述夹紧弓(4)型面锁合地相互连接。

2.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，加热元件(28)具有加热壳体(30)，所述加热壳体将PTC元件(22)和接触片(24)相对于被需要由电加热装置加温的介质穿流的腔室包封。

3.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，夹紧装置(2)在中间插入至少一个绝缘层(26)的情况下，在预偏置下贴靠到接触片(24)上。

4.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，夹紧装置(2)贴靠到加热元件(28)的至少主要排出加热元件(28)的热量的主侧面(32)上，并且对于每个主侧面(32)来说，为了通过主侧面(32)直接输送热量给需要加热的介质而具有至少一个凹部(12)。

5.根据权利要求4所述的电加热装置，其特征在于，在两侧将由片材自由裁切而成的弹簧舌(14)伸入凹部(12)中。

6.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，夹紧装置(2)由片材形成。

7.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于壳体(30)，所述壳体将PTC元件(22)、接触片(24)以及在设置绝缘层(26)的情况下将绝缘层(26)容纳在自身之中并且由夹紧装置(2)所包围。