CN112714509B - 电加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电加热装置，电加热装置具有壳体(2)，该壳体具有将连接室(50)与加热室(8)分开以用于散热的分隔壁(48)，至少一个容纳凹部(12)作为加热肋(11)从该分隔壁中突出到加热室(8)中，该加热肋优选地朝向加热肋的下部封闭端逐渐变细，PTC加热元件(14)突出到该容纳凹部中，该PTC加热元件具有至少一个PTC元件(28)和用于以不同的极性对PTC元件(28)通电的导体迹线，该导体迹线导电地连接到PTC元件并且在连接室(50)中电连接，并且压力元件(16)被容纳在该容纳凹部中，该压力元件将PTC元件(28)的排热表面保持抵靠容纳凹部(12)的相对设置的内表面(38)。为了改进散热和为了将PTC元件(28)固定在容纳凹部(12)中，本发明提出，压力元件(16)形成有至少一个在朝向内表面(38)的方向上或朝向PTC元件(28)的方向上突出的弧形表面部分(18)。

Description

电加热装置

技术领域

本发明涉及一种具有壳体的电加热装置，该壳体具有将连接室与加热室分开以用于散热的分隔壁。至少一个容纳凹部作为加热肋从分隔壁突出到加热室中。PTC加热元件设置在该凹部中。此外，压力元件被容纳在该凹部中，并保持PTC元件的排热表面抵靠容纳凹部的相对内表面。

背景技术

PTC加热元件具有至少一个PTC元件和以导电方式抵靠PTC元件的导体迹线。导体迹线以导电方式连接到PTC元件。这种连接可以是形状配合和/或力配合和/或物质配合(positive substance-fit)连接。

电加热装置的前述一般特征适用于根据EP 1872986A1的现有技术。它们也适用于实施本发明。

相应地源自申请人的早期的申请EP 2637474A1和EP 2337425A1分别公开了引入到前述容纳凹部中的PTC加热元件。

EP 2337425A1公开了一种方案，其中抵靠PTC元件的主侧表面的导体轨线被设置为金属片，接触突起从该金属片的平面弯出。接触突起仅用于改进PTC元件的电接触。

通过上述方案，PTC元件及在两侧上抵靠到其上的接触板通常通过楔形压力元件支撑，其中在容纳凹部中至少一个绝缘层插入导体轨线和容纳凹部的相对设置的内表面之间。由于容纳凹部朝向其封闭的下端逐渐变细，该楔形元件确保层结构的层彼此夹紧。这些层至少是PTC元件和导体迹线，以及至少一个绝缘层，导体迹线与通常为接触板的楔形元件的力作用方向成直角延伸。

尽管容纳凹部的与生产相关的截面形状向下逐渐变细，但在压力元件插入到容纳凹部的相应内表面之间的情况下，楔形元件将使得能够在PTC元件的两个相互相对的排热表面和容纳凹部的与排热表面相关联的相应内表面之间进行良好的热传递。由于在此建立的压力，PTC元件的相对设置的排热表面直接抵靠容纳凹部的相对设置的内表面或借助于绝缘层的插入而抵靠容纳凹部的相对设置的内表面。

这确保了良好的排热。但是，存在的问题是，由于制造公差，容纳凹部并不总是与设计形状相对应。

由于生产的原因，PTC元件经受相当大的尺寸波动。也不总是能确保PTC元件的排热表面完全笔直且平坦地延伸。

发明内容

本发明寻求提供一种解决这些问题中的全部或一些的方案。

为此，本发明提出了一种具有权利要求1的特征的电加热装置。

根据本发明的电加热装置具有压力元件，该压力元件具有至少一个弧形表面部分，弧形表面部分在朝向内表面的方向上和/或在朝向PTC元件的方向上突出。在容纳凹部的横截面视图中，弧形表面部分基本上平行于PTC元件的排热表面延伸。从PTC元件到加热肋外侧的热路径相应地通过弧形表面部分产生。热量通常通过弧形表面部分的弧形表面进入压力元件，并在压力元件的与其相对的一侧离开。压力元件可以直接抵靠容纳凹部的内表面，并且在与PTC元件相对设置的一侧抵靠前述绝缘层，以便防止导体轨线和通常由金属形成的加热肋之间的直接电接触。

根据本发明的压力元件通常也是楔形的。在容纳凹部的竖直方向上，压力元件的朝向下部通常封闭的端部定向的端部比压力元件的朝向连接室定向的相对布置的端部相应地具有更小的宽度。因此，根据本发明的压力元件优选地是楔形压力元件。但是，与现有技术相比，压力元件不具有平面表面，压力元件利用该平面表面首先抵靠容纳凹部的内表面，并且然后直接抵靠层结构。

出人意料的是，已经发现，即使当使用具有稍微发散但平面形状的内表面的理想化楔形容纳凹部时，将PTC元件产生的热量耗散到容纳凹部的内表面的弧形表面部分也确保了比从现有技术已知的方案更好的排热。此外，弧形表面部分引起压力元件的改进的锁止功能，从而即使在楔形的构造中，也不会像在现有技术中所担心的那样由于机动车的振动或其它影响而容易将压力元件从容纳凹部中推出。

在此PTC元件的排热表面通常由PTC元件的主侧表面形成。该主侧表面通常是将排热表面彼此连接并且通常形成规则立方体形状的PTC元件的外周表面的端面的至少3倍。

在压力元件的楔形构造的情况下，压力元件的主侧表面可以形成3°到6°之间的角度，压力元件的主侧表面基本上平行于容纳凹部的内表面形成。

根据本发明的优选改进方案，压力元件的相对设置的侧面，即压力元件的上述主侧表面，可以分别包括弧形表面部分。弧形表面部分可以在压力元件的整个或几乎整个主侧表面上延伸。

但是，已经证明有利的是，在容纳凹部的竖直方向上连续地设置弧形表面部分以及平面表面部分两者，在容纳凹部中平面部分在容纳凹部中布置得比弧形表面部分更深。就压力元件的相应主侧面的表面积而言，弧形表面部分通常占据超过50％的延伸(范围)。弧形表面部分通常占据压力元件在容纳凹部的高度方向上的延伸(范围)的六分之五到九分之四之间。考虑到分层结构在容纳凹部中的良好夹紧和良好的散热，已经证明有利的是，将弧形表面部分设置在压力元件的总高度延伸(范围)的大约三分之二的高度上。剩余高度由平面表面部分承担。

在横截面视图中压力元件优选地对称地构造。这同样优选地适用于容纳凹部的内表面的构造。在此也出现了在容纳凹部的横截面视图中的对称性。

根据本发明的优选改进方案，容纳凹部的内表面也具有弧形轮廓。压力元件包括作为弧形表面部分的凸形表面部分，凸形表面部分突出超过压力元件外侧上的虚平面。内表面的弧形通常是凸形的，但至少形成为在朝向压力元件的方向上突出的突出部。在此，突出部的各个表面部分可以具有直线的表面延伸部。例如，至少在压力元件抵靠内表面的位置处，内表面可以类似斜坡地成形。出人意料的是，已经表明，即使采用两个突出表面区域的这种组合，也能够改进PTC元件的排热。

考虑到期望的良好散热和层结构在容纳凹部中的牢固夹紧，已经证明有利的是设计具有500mm到1000mm之间的半径的弧形表面部分。在组装状态下，压力元件优选地位于容纳凹部的基部上。压力元件的上端可以具有距形成连接室的基部的分隔壁的表面0到4mm之间的间距。

对于凸形形状，内表面的弧形半径可以在500mm到1000mm之间。

压力元件通常通过插入导体轨线而抵靠PTC元件。

但是，压力元件也可以使层结构的层被支撑，并且压力元件也可以是层结构的导体轨线，然后直接抵靠PTC元件的排热表面。在这种构造中，压力元件形成导体轨线中的一个导体轨线。压力元件和导体轨线具体为单独的元件。当在12V的正常的车辆电气系统电压的情况下操作电加热装置时，这种压力元件例如可以将PTC元件以直接导电的方式连接到容纳凹部的内表面，该容纳凹部的内表面可以接地并且导电地连接到由电加热装置提供的接地连接。对于高达25VAC或高达60VDC的电压，可以省去将电流路径与壳体分离并因此与容纳凹部分离的绝缘层。

压力元件还可以通过插入作为绝缘层的绝缘条而抵靠容纳凹部的内表面，和/或设置有暴露在电加热装置的连接室中的电接触元件。在这种情况下，电源电流从连接室经由压力元件引入PTC元件或从PTC元件中排出，并且与容纳凹部电绝缘。

根据本发明的电加热装置的分隔壁可以与容纳凹部一体地形成。该实施例适用于电加热装置，在电加热装置中壳体下部限定循环室，容纳凹部以加热肋的方式突出到循环室中，并且形成用于在加热室中待加热的介质的流动的入口开口和出口开口，其中相应的壳体部分通过挤出或压铸铝来生产。在这方面，根据本发明的电加热装置的优选实施例对应于文献EP 1872986A1中描述的实施例。这同样适用于连接室中的导体轨线的电连接，该连接室设置在分隔壁的与循环室相对的一侧上并且通常经由印刷电路板和/或经由设置在连接室中的控制装置将多个PTC加热元件电连接到PTC加热元件，使得能够致动电加热装置的单个的或全部的PTC加热元件。为此，导体轨线通常具有连接凸耳，该连接凸耳在其自由部分上突出越过容纳凹部并且暴露在连接室中。导体轨线可以以本身已知的方式由接触板形成，该接触板在它们的自由端形成所述连接凸耳。

压力元件因此应该由具有良好导热性的材料制成。压力元件优选地由铜或黄铜形成。

根据本发明的一个优选的改进方案，提供了一个由绝缘材料制成的加热器外壳，该加热器外壳将PTC元件和导体轨线连接起来以形成单元，并且以能够滑动的方式引导压力元件。这种加热器外壳通常由绝缘材料，例如塑料材料或陶瓷材料构成。为了引导压力元件，加热器外壳具有基本上在竖直方向上延伸的滑动引导件。加热器外壳可以粘接到一个或两个导体轨线。在由塑料材料制造加热器外壳的注射成型过程中，还可以在插入PTC元件的情况下注射成型涂覆导体轨线。这形成了一个实体。滑动引导件通常具有彼此相对的引导槽，在该引导槽中，金属条片的不包括弹簧部分的边缘区域以可滑动的方式被引导。加热器外壳还可以容纳至少一个绝缘层，并相对于接触板定位绝缘层。加热器外壳还可以具有设置在PTC元件的排热表面和压力元件之间的滑动板，以便获得由单个弹簧部分引起的接触压力的进一步的均匀性。但是，本发明优选地不具有这种滑动板，因为弹簧部分的构造和金属条片的厚度被选择成使得由每个单独的弹簧部分引起的点状的压力载荷保持低于临界值，从而不必担心对PTC元件和/或层结构的其它层、特别是绝缘层的机械损坏。

为了改进压力元件的区域中的导热性，根据本发明的优选改进方案提出，以导热材料填充由弹簧部分在容纳凹部中自由挤压的自由空间。该导热材料优选为高导热性物质。热导率应至少为3W/(m·K)。该物质通常具有这样的性质，即，该物质允许PTC加热元件在容纳凹部中进行一定的运动，以补偿在平常的温度变化期间所产生的热应力。在PTC加热元件已经插入到容纳凹部中之后并且在压力元件已经在竖直方向上相对于层结构的层被推动之后，应该进行所述材料的填充，并且当PTC加热元件相对地定位在容纳凹部中时，用于将PTC加热元件支撑在容纳凹部中，换句话说，PTC加热元件首先被引入到容纳凹部中。然后，将压力元件引入到容纳凹部中，或者如果压力元件已经与PTC加热元件一起引入到容纳凹部中，则相对于层结构推动压力元件，以对层进行预加载。至少当通过压力模铸的方式制造壳体时，根据本发明的压力元件也具有上述的楔形形状。因为使用这种方法很难避免楔形的容纳凹部。但是，本发明也可以以具有非楔形的容纳凹部来实施。弹簧部分可以分别这样构造，使得它们以其接触点或接触面(形成)类似平坦的接触面，或者它们抵靠成型的表面或任意倾斜的表面并且经由由单个弹簧部分形成的邻接点或邻接面来跟随该成型的表面的轮廓或任意倾斜的表面的轮廓。

一旦层结构的层已经被压力元件支撑在容纳凹部中，就将物质填充到该凹部中。该物质优选地填充凹部中的全部自由空间，以便形成从PTC元件到凹部的全部内表面，包括其端面的良好的热传递。机械支撑由压力元件的弹簧部分来维持。该物质优选是永久弹性的物质，从而也提供该物质的一定的柔性，并且弹簧部分也可以在运行期间跟随一定的补偿运动，该补偿运动例如由于层结构的单个层的热膨胀而产生。合适的物质是例如可以填充有陶瓷颗粒以提高热导率的双组分硅酮。

压力元件的弧形表面部分优选地以距离压力元件的上端和/或下端一定间距而终止。在弧形表面部分和与其相邻的表面部分之间设有凹陷。该相邻的表面部分可以是平面表面部分或凸形表面部分。该凹陷通常以平滑方式抵靠弧形表面部分和相邻的表面部分。凹陷位于弧形表面部分与相邻的表面部分的切线内。凹陷可用于在生产期间将粘合剂贮存器施加到凹陷中的压力元件的表面。该粘合剂贮存器例如可以布置在导向表面部分和弧形表面部分之间，使得当压力元件插入到容纳凹部中时，粘合剂分布在压力元件和/或内表面上。

附图说明

结合附图，从下面对实施例的描述中，本发明的进一步的细节和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了电加热设备的实施例的立体正面侧视图，其中壳体被部分移除；

图2示出了具有部分简化的加热器外壳的图1所示实施例的加热肋的横截面视图；

图3示出了在压力元件被引入到容纳凹部中之前大致根据图2的简化横截面视图；

图4示出了根据图4的压力元件的放大侧视图；

图5示出了根据图4的放大细节图D；

图6示出了压力元件的放大侧视图；

图7示出了第一变型的容纳凹部在内表面区域中的横截面视图；以及

图8示出了第二变型的容纳凹部在内表面区域中的横截面视图。

具体实施方式

图1示出了电加热装置的实施例，该电加热装置具有壳体2，该壳体具有壳体基部102和壳体盖6，壳体基部4围绕加热室8，该加热室经由端口连接至用于待加热的流体的管线，其中仅示出了一个端口10。加热室8被多个加热肋11贯穿，所述多个加热肋沿壳体基部4的纵向方向延伸并且在横截面视图中形成一个基本上U形的、略微成锥形地逐渐变细的容纳凹部12，并且相对于加热室8沿外周地封闭，这些容纳凹部12具有大于PTC加热元件14沿容纳凹部12的纵向方向的延伸(长度)的深度。

所示的电加热装置的实施例具有四个相邻设置的容纳凹部12，这些容纳凹部基本上在壳体基部4的整个长度上延伸，壳体基部4形成为由铝制成的压铸构件。关于电加热装置的进一步细节，参考申请人的文献EP 1921896A1。

当壳体盖6被移除时，多个PTC加热元件14一个接一个地引入到单个容纳凹部12中。这些PTC加热元件14的细节例如可在申请人的文献EP 2637474A1中找到。该较早的公开内容还提供了关于在附图中用附图标记16表示的压力元件的细节。

与EP 2637474A1中的公开内容类似，在当前情况下压力元件16也是楔形的。压力元件16具有特殊的表面构造，该表面构造将在下面更详细地讨论。如图4所示，压力元件16在每个相反设置的主侧面上具有弧形表面部分18。限定压力元件16下端的平面表面部分20在压力元件16的下部较薄端处突出越过在该表面部分18，在压力元件16的相反设置端处形成另一平面表面部分22，所述另一平面表面部分形成楔形的压力元件16的较厚端。在弧形表面部分18与相邻的平面表面部分20、22之间形成有相应的凹陷24，并且所述凹陷在图5中特别地示出。凹陷24形成在成锥形的平面表面部分20、22与弧形表面部分18的半径相接的位置处。相应的平面表面部分18、20、22平滑地且连续地过渡到彼此。

从图6中可以得到放大了实际几何关系的压力元件16的各个横截面几何形状的表示。

凹陷24形成了用于粘合剂26的容纳区域，在组装压力元件16之前，该粘合剂在图3中的容纳凹部12内可以被认为是粘合剂小滴。PTC加热元件14已经被引入到示意性示出的容纳凹部12中。PTC加热元件包括单个PTC元件28，PTC元件的主侧表面均覆盖有接触板30，为了形成接触带32，接触板延伸超过连接PTC元件28和接触板30的加热器外壳34以及用附图标记36表示的绝缘层，以形成一个实体。绝缘层36位于其中一个接触板30和容纳凹部12的内表面38之间；参见图2。

在图3所示的实施例中，绝缘层36由Kapton膜形成，PTC元件28和抵靠其的接触板30被包裹在该Kapton膜中。

图7和图8示出了容纳凹部12的内表面38的能够想到的构造，根据图7示出了斜坡形轮廓，斜坡形轮廓与内表面38的平面表面部分40形成突起。当压力元件16被容纳在容纳凹部12中时，压力元件16的弧形表面部分18抵靠该平面表面部分40。另外两个表面部分20、22大约位于内表面38的下表面部分42或相应的上表面部分44的高度处。

在根据图8的替代性实施例中，用附图标记46表示的中间表面部分是凸形的，并因此是弧形的。中间表面部分从下平面表面部分42和上平面表面部分44延伸。

出人意料的是，已经表明，即使两个弧形的，即均是凸形的表面部分18、46抵靠在压力元件16的两侧上，也可以实现比现有技术中描述的方案改进的排热。该构造还改进了压力元件16，使压力元件不会由于振动而被不期望地推出容纳凹部12。因为该电加热装置特别地用作机动车中的电加热装置。机动车中的振动对于机械连接是一个挑战，对于借助于如在本发明中所使用的压力元件16的压力连接也是一样。

图3示出了组装前的压力元件16。当将压力元件16推入容纳凹部12中时，粘合剂26与相对设置的表面相互作用，即与内表面38或相应地与PTC加热元件14的由绝缘层36形成的外表面相互作用。在那里，相应的表面理想地完全润湿。在压力元件16插入容纳凹部12的插入运动结束时，相应地在容纳凹部12中待粘接的部件之间产生了良好的粘合剂润湿，通过施加温度，粘合剂可以以更高的强度和/或更短的固化时间而固化。为此，PTC加热元件14可被通电。

在组装结束时，PTC加热元件14由压力元件16楔入，使得PTC元件28的主侧表面以良好的导热性抵靠容纳凹部14的内表面38。延伸超过加热器外壳34的接触条32暴露在壳体2的连接室50中，该连接室在图1中被位于加热腔8前部的分隔壁48分开，在该连接室50中，每个单独的PTC加热元件14的接触条32以例如文献EP 1921896A1中所描述的方式电连接，以便将多个PTC加热元件14分组以形成加热电路和/或将PTC加热元件14单独地或成组地连接到通常也设置在连接室50中的控制装置。

附图标记列表

2   壳体

4   壳体基部

6   壳体盖

8   加热室

10  端口

11  加热肋

12  容纳凹部

14  PTC加热元件

16  压力元件

18  压力元件的弧形表面部分

20  压力元件的平面表面部分

22  压力元件的平面表面部分

24  凹陷

26  粘合剂

28  PTC元件

30  接触板

34  加热器外壳

36  绝缘层

38  内表面

40  内表面的平面表面部分

42  内表面的下表面部分

44  内表面的上表面部分

46  凸形内表面部分

48  分隔壁

50  连接室。

Claims (8)

1.一种电加热装置，包括：

壳体(2)，其具有分隔壁(48)，所述分隔壁将连接室(50)与加热室(8)分开以用于散热，并且至少一个容纳凹部(12)作为加热肋(11)从所述分隔壁突出到所述加热室(8)中，所述容纳凹部(12)朝向所述加热肋的下部封闭端逐渐变细，PTC加热元件(14)突出到所述容纳凹部中，所述PTC加热元件具有至少一个PTC元件(28)和导体轨线(30)，所述导体轨线用于以不同的极性对所述PTC元件(28)通电，所述导体轨线导电地连接到所述PTC元件并且在所述连接室(50)中电连接，并且压力元件(16)被容纳在所述容纳凹部中，所述压力元件将所述PTC元件(28)的排热表面保持抵靠所述容纳凹部(12)的相对设置的内表面(38)，

其特征在于

所述压力元件(16)具有楔形的横截面的构造，其中，所述楔形由所述压力元件(16)的相对的主侧表面形成，以及

所述压力元件(16)的相对的主侧表面中的至少一个相对的主侧表面包括弧形表面部分(18)，所述弧形表面部分在朝向所述内表面(38)的方向上和/或在朝向所述PTC元件(28)的方向上突出。

2.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，至少一个相应的弧形表面部分(18)设置在所述压力元件(16)的相对侧上。

3.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，在所述压力元件(16)的至少一侧上连续地设置有弧形表面部分(18)和在所述容纳凹部(12)的竖直方向上的平面或凹形表面部分(20、22)，并且所述平面或凹形表面部分(20、22)在所述容纳凹部(12)中布置得比所述弧形表面部分(18)更深。

4.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，所述容纳凹部(12)的所述内表面(38)中的至少一个内表面包括在朝向所述压力元件(2)的方向上突出的内表面部分(46)。

5.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，所述弧形表面部分具有在500mm到1000mm之间的半径(R)。

6.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，所述内表面(38)中的至少一个在朝向所述压力元件(16)的方向上突出。

7.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，所述压力元件(16)的所述弧形表面部分(18)以距所述压力元件(16)的上端或下端一定的间距而终止，并且经由凹陷(24)过渡到相邻的表面部分(20、22)。

8.根据权利要求1或2所述的电加热装置，其特征在于，所述容纳凹部(12)的所述内表面(38)中的至少一个内表面包括在朝向所述压力元件(2)的方向上突出的弧形内表面部分(46)。

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