CN112867184B - Ptc加热单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PTC加热单元，该PTC加热单元具有长方体形的PTC元件(2)以及彼此电隔离且设置在PTC元件(2)的表面(4)上的两个金属化部(6)，两个金属化部(6)用于向PTC元件(2)中引入电流。提供一种PTC加热单元，该PTC加热单元具有可以特别地以较小的厚度制造的紧凑结构，其中，两个金属化部(6)设置成位于PTC元件(2)的沿对角线相反设置的表面部分上并形成在PTC元件(2)的整个纵向延伸(L)上的条带(6)。

Description

PTC加热单元

技术领域

本发明涉及一种PTC加热单元，该PTC加热单元具有长方体形的PTC元件和彼此电隔离的金属化部。在陶瓷的PTC元件的表面上设置了用于将电流引入PTC元件的两个金属化部。

背景技术

这种PTC加热单元是众所周知的。在典型的PTC加热单元中，金属化部通常位于PTC元件的相反设置的主侧表面上，典型的PTC加热单元当前在机动车辆的空调的领域中用作机动车辆的用于加热空气或液体介质的加热装置的元件而受到关注。PTC元件的该主侧表面是PTC元件的最大表面。对于长方体形的PTC元件，主侧表面彼此相反设置并且彼此平行地延伸。因此，通过PTC元件的电流路径与主侧表面成直角并且位于PTC元件的厚度方向上。

如果将电压施加到PTC元件，则PTC元件会变热。在具有陶瓷的PTC元件的在现有技术中通常是常规的前述金属化部的情况下，必须随着电压的增加而增加陶瓷的PTC元件的欧姆电阻。除了特性曲线的PTC区域外，特性曲线还显示NTC区域。这对低温下的操作有负面影响。特性曲线的形状取决于电压。NTC性能在PTC元件的较高的比电阻下更加明显。电压依赖性(压敏电阻效应)随着各个电极之间的颗粒边界的数量的减少而增加。颗粒边界由在压实时会形成PTC元件的单独的陶瓷颗粒限定。

发明内容

本发明旨在提供一种结构紧凑并且表现出最佳的加热和散热性能的PTC加热单元。

为了实现该目的，本发明提出了一种PTC加热单元。该PTC加热单元具有两个金属化部，该两个金属化部形成在PTC元件的整个长度范围内，即形成为相对较薄的条带。这些条带位于PTC元件的沿对角线相反设置的表面部分上。这些条带通常被设计为严格的矩形条带。这些条带通常位于相反设置的主侧表面上，但是沿对角线偏移。每个单独的条带都分配有特定的极性。除了前面提到的条带之外，通常在PTC元件的表面上不设置用于引入电流的金属化部。成条带的形式的电极导致穿过PTC元件的沿对角线的流动。因此，穿过PTC元件的电流路径比在电流沿厚度方向穿过PTC元件的常规结构中的电流路径更长。因此可以创建具有相对较薄的结构的PTC加热单元，在该相对较薄的结构中，电流穿过最大数量的颗粒边界。该电流路径也比当PTC元件在连接主侧表面的相反设置的侧表面上接触时的电流路径更长。因为在电极沿对角线相反设置的情况下，电流路径由PTC元件的宽度以及厚度组成。

对于高达800V的电压，PTC元件的厚度可以减小到0.9mm。通过这种厚度，可以排除由于热应力而引起的破裂风险。PTC元件(的没有金属化部)的厚度优选在0.9mm至2mm的范围内。

因此，PTC加热单元以及由此用于机动车辆的电加热装置可以被设计成包括非常紧凑而不会损害PTC元件的热性能的这种加热单元。特性曲线的电压依赖性可以由于相对较长的电流路径而降低。较高的工作电压导致较低的比电阻，这降低了NTC效应。

因此，根据本发明的PTC元件尤其适合用于高压应用，特别适合用于形成电动车辆的电加热装置。可以用于驱动器的车载电压也可以直接用于对车辆进行空气调节，特别是对车辆的内部进行空气调节，或者可以直接用于加热电动车辆的技术部件。高达1000VDC(通常在600至1000VDC之间)的电压被视为高压范围。可以通过PWM控制PTC元件。通常在高达MHZ范围的高kHz中设定此脉冲宽度调制。

应理解，仅在带具有小于PTC元件的宽度的一半的宽度时，才可以使用上述优点。这同样适用于金属化部的厚度与PTC元件的厚度的比率。为了获得至少50％的压敏电阻效应，即启动电流降低10％，比率B/b或D/d必须分别至少为2，其中，B＝长方体形的PTC元件的宽度，D＝长方体形的PTC元件的厚度，b＝电极条带的宽度，d＝电极条带的厚度；该比率应该特别优选地位于3和6之间。

电极条带优选地在宽度方向上延伸直到长方体形的PTC元件的相邻边缘。然后电极条带彼此之间具有可能的最大距离。

同样在纵向方向上，这些条带应该从长方体形的PTC元件的边缘处开始。这些条带优选地从一个边缘延伸到另一个边缘，并相应地在PTC元件的整个长度上延伸。

根据本发明的优选扩展方案，为每个金属化部设置接触导轨，以接触电极条带。该接触导轨通常由金属形成，特别优选地由片状金属材料形成。接触导轨通常在接触导轨的在PTC元件上突出的自由端处形成用于以插头的方式接触PTC元件的终端凸耳。终端凸耳是电气插头连接的凸式元件。接触导轨可以粘附地结合或焊接到金属化部。

接触导轨特别优选接合在PTC元件和相关联的金属上。为此，接触导轨的截面形成为U形。该U形的接触导轨具有两个相反设置的支柱以及腹板，两个支柱之间容纳有PTC元件，腹板与该两个支柱连接。两个支柱将PTC元件夹持在它们之间，其中电极的金属化部在一侧设置在PTC元件的陶瓷材料和接触导轨之间。仅将电源电流引入PTC元件中。陶瓷的PTC元件的未经涂覆的表面区域具有在M欧姆范围内的电阻。然后，即使在U形导轨的相应支柱和相反设置的陶瓷表面之间没有设置其他绝缘材料，这部分也保持不通电。PTC元件因此可以以相对简单的方式被夹持在U形接触导轨中。

关于固定的、永久的并且在一定的制造公差方面也是允许的夹持，弹簧导轨优选地具有一体形成在其上的弹簧突起，该弹簧突起以弹性的预张力抵靠在金属化部上。通常，在相反设置的两个支柱上都设有对应的弹簧突起，使得弹簧突起在两侧分别抵靠在PTC元件或金属化部上。应理解，通常在纵向方向上连续地设置几个弹簧突起，以便在纵向方向上将夹持力均匀地分布到PTC元件上。

根据本发明的另一优选实施例，提供了一种由绝缘塑料材料制成的注塑模制涂层。通过将具有金属化部的PTC元件和设置在其上的接触导轨放置到注塑模具中，来制造这种注塑模制涂层，在该注塑模具中接触导轨被注塑模具涂覆。注塑模制涂层围绕接触导轨，但是否则会留下PTC元件的暴露区域，该暴露区域会散发热。因此，形成注塑模制涂层的绝缘塑料会完全密封接触导轨。仅终端凸耳可以突出穿过注塑模制涂层，并暴露在PTC加热单元的外侧上以用于其电连接。紧邻接触导轨和金属化部的主侧表面没有被注塑模具涂覆塑料材料，并且保持是自由的。因为这些主侧表面用于散发PTC加热单元产生的热。长方体形的PTC元件的成直角延伸且不与接触导轨接触或接合的相反侧表面，可以形成PTC加热单元的外表面，或设置有绝缘层，该绝缘层由经注塑模具涂覆的塑料材料形成。

对于注塑模制涂层，优选地将PTC元件的要被注塑模制涂层包围的边缘修圆。径向上的不尖锐的边缘通常在其中设置有注塑模制涂层。

根据本发明的另一优选实施例，PTC元件的未设置金属化部的表面，特别是PTC元件的相反设置的主侧表面，在设置有金属化部的边缘上涂覆有绝缘层。如果前面提到的加热单元是空气加热器的散热元件，该空气加热器具有由加热单元和抵靠在加热单元两侧上的波纹形肋部层形成的分层结构，则成波纹形肋部的形式的散热元件通常直接抵靠在该绝缘层上。绝缘层也可以包裹在陶瓷的PTC元件的所有敞开的表面上。绝缘层通常以使得外部介质不能到达加热单元的载流部分的方式包围PTC元件。以这种方式构造的PTC加热单元也可以用作液体加热器的加热室中的加热肋部，该加热室通过分隔壁与连接室隔开，加热单元的终端凸耳可以暴露在该连接室中，以便为这些终端凸耳提供与电源电流的连接。注塑模制涂层可以在那里形成密封圈，该密封圈被接触导轨的在与PTC元件相反的一侧上形成终端凸耳并在边缘处延伸超出PTC元件的区域穿透。如从EP 3334242A1中得知的，该密封圈可以密封地容纳在分隔壁的插头接触式插座中，该分隔壁将加热室与连接室分开。通过适当的绝缘，然后加热单元本身可以用作先前得知的用于机动车辆中的加热的电加热装置的加热肋部。

考虑到更好地附接绝缘层，根据本发明的优选扩展方案提出，接触导轨和/或注塑模制涂层接合在设置于PTC元件的主侧表面上的绝缘层的纵向边缘上，并且因此以刚性配合的方式将PTC元件集成在PTC加热单元中。在注塑模制涂层的情况下，可以通过经注塑模制的塑料材料来密封绝缘层。

附图说明

下面结合附图使用实施例示意性地解释本发明，在附图中：

图1示出PTC加热单元的立体侧视图；

图2a和图2b示出实施例的用于电接触的接触导轨的两个变型；并且

图3示出实施例的具有注塑模制涂层的边缘区域的截面图。

具体实施方式

图1示出长方体形的PTC元件2。纵向方向标记为L，宽度方向标记为B，并且厚度方向标记为D。相反的主侧表面4跨越宽度方向B和长度方向L。在每个主侧表面4的边缘上设置有条带形的金属化部6。金属化部6在纵向方向L上从一个边缘延伸到另一个边缘。在宽度方向B上，金属化部6各自从在侧向上限定主侧表面4的边缘处开始。金属化部6具有矩形的截面，并且通过溅射施加到陶瓷的主侧表面4上。两个金属化部6被相同地构造并且与相反设置的纵向边缘相关联。金属化部6的极性标记为+和-。PTC元件2中的箭头表示穿过PTC元件2的电流路径。在所示的实施例中，条带6的宽度b对应于PTC元件2的宽度B的大约20％。

通过两个接触导轨10建立与电源电流的接触，这两个接触导轨10在图2a和图2b中以示例的方式示出。各个接触导轨10的截面为U形，具有相对设置的支柱12，支柱12通过腹板14彼此连接。通过冲压和弯曲形成的弹簧突起16从支柱12的内表面突出。弹簧突起16在根据图2的实施例中形成倾斜表面，并且在接触导轨10的纵向方向上上升，因此在纵向方向上上升，并且因此使得PTC元件能够在箭头P的方向上被引入。在根据图2b的实施例中，倾斜表面以与其成直角的方式设置，从而PTC元件2可以沿宽度方向被推入支柱12之间。支柱12通过其弹簧突起16抵靠在PTC元件2上。抵靠在金属化部6上的弹簧突起用于通过接触导轨10引入电源电流，而相对设置的支柱12仅用于机械附接。由于在陶瓷的PTC元件2的表面上没有金属化部并因此缺少电极，因此在陶瓷的PTC元件2的表面上没有引入电源电流。

图3示出一种变型的截面图，其中将成陶瓷板或塑料膜的形式的绝缘层18放置在主侧表面4的未设置金属化部6的区域上。接触导轨10的支柱12接合在绝缘层18的沿纵向方向L延伸的边缘区域上，该绝缘层因此被机械地固定。图3还示出由绝缘的塑料材料制成的注塑模制涂层，该注塑模制涂层由附图标记20表示，该注塑模制涂层20接合在接触导轨10以及绝缘层18的延伸边缘区域上并且密封接触导轨10。因此，绝缘层18的外表面形成PTC加热单元的散热外表面。PTC加热单元可以作为加热元件被直接引入到机动车辆的电加热装置中，以加热液体或气体介质。

附图标记列表

2PTC元件

4主侧表面

6金属化部/条带

10接触导轨

12支柱

14腹板

16弹簧突起

18绝缘层

20注塑模制涂层

L纵向方向

b宽度

B宽度方向

D厚度方向

Claims (12)

1.一种PTC加热单元，所述PTC加热单元具有长方体形的PTC元件(2)以及金属化部(6)，所述金属化部(6)彼此电隔离且设置在所述PTC元件(2)的相反的主侧表面(4)上以用于向所述PTC元件(2)中引入电流，其中，所述金属化部(6)设置成条带(6)，其中，所述条带(6)形成在所述PTC元件(2)的整个纵向延伸(L)上，其中，所述PTC元件(2)的每个主侧表面(4)都仅设置有一个条带(6)，并且所述条带(6)设置于所述PTC元件(2)的沿对角线相反设置的表面部分上，所述条带(6)具有小于所述PTC元件(2)的宽度的一半的宽度(b)。

2.根据权利要求1所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述条带(6)具有小于所述PTC元件(2)的宽度的四分之一的宽度(b)。

3.根据权利要求1所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述条带(6)在宽度方向(B)上延伸直到所述长方体形的PTC元件(2)的相邻边缘。

4.根据权利要求3所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述条带(6)在纵向方向(L)上从所述长方体形的PTC元件(2)的一个边缘延伸到另一个边缘。

5.根据权利要求1所述的PTC加热单元，其特征在于两个接触导轨(10)，所述两个接触导轨(10)在所述PTC元件(2)的纵向方向(L)上延伸并且分别与一个金属化部(6)相关联。

6.根据权利要求5所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述接触导轨(10)形成为U形，并将所述PTC元件(2)和所述相关联的金属化部(6)夹持在所述接触导轨(10)之间。

7.根据权利要求5所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述接触导轨(10)具有弹簧突起(16)，所述弹簧突起(16)一体地形成在所述接触导轨(10)上并且在弹性预张力下抵靠在所述金属化部(6)上。

8.根据权利要求5所述的PTC加热单元，其特征在于注塑模制涂层(20)，所述注塑模制涂层(20)由绝缘塑料材料制成，所述注塑模制涂层(20)围绕所述接触导轨(10)，并且使所述PTC元件(2)的散热表面(4)是自由的。

9.根据权利要求8所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述PTC元件(2)的未设置所述金属化部(6)的表面(4)由绝缘层(18)覆盖。

10.根据权利要求5所述的PTC加热单元，其特征在于，

相反设置的主侧表面(4)的未设置所述金属化部(6)的区域部分由绝缘层(18)覆盖。

11.根据权利要求9所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述接触导轨和所述注塑模制涂层(20)接合在所述绝缘层(18)的纵向边缘上。

12.根据权利要求9所述的PTC加热单元，其特征在于，

所述注塑模制涂层(20)接合在所述绝缘层(18)的纵向边缘上。

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