CN113895207A

CN113895207A - 控制装置

Info

Publication number: CN113895207A
Application number: CN202110688813.4A
Authority: CN
Inventors: 凯-法比安·博克勒; 库尔特·瓦尔茨
Original assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-01-07
Also published as: US20210394585A1; US11964539B2; DE102020207712A1

Abstract

本发明涉及一种控制装置(148)，特别是用于作为机动车辆中的辅助加热器的具有PTC元件的电加热装置(100)的控制装置，该控制装置具有控制壳体(146)，在所述控制壳体中设有配备有至少一个电源开关(308)的印刷电路板(122、300)，所述印刷电路板经由弹性预张紧元件在预张紧力的作用下以导热方式放置在冷却表面(510)上。本发明旨在提供一种控制装置，所述控制装置允许电源开关和冷却表面之间的良好热传递并且仅需要很少的部件并且因此可以更容易且以更低的成本制造，并且为此提议预张紧元件由挤压成型有至少一个通孔的软弹性塑料部件(550)的细长件形成。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置，特别是用于作为机动车辆中的辅助加热器的具有PTC元件的电加热装置的控制装置。

背景技术

在现有技术中，例如在EP 1 872 986 A1或EP 2 337 425 A1中充分描述了控制装置，特别是用于针对加热机动车辆的具有陶瓷PTC元件的电加热装置的控制装置。这种电加热装置中的控制装置通常具有控制壳体，该控制壳体包围控制部件并且设置有用于连接控制信号和/或待控制的电流的插头连接件。上述示例以及EP 3 334 242 A1的电加热装置实现了这样的概念，在该概念中控制装置与电源部分一体地设置。控制装置具有至少一个电源开关，该至少一个电源开关在操作过程中发出功率损耗。这通常被提供给要加热的介质。因此，电源开关不仅设有冷却元件，该冷却元件使功率损耗消散并因此抵消电源开关的过热。相反，冷却元件与要加热的流体热联接。为此，冷却元件可以设置在加热室中，该加热室通过分隔壁与控制壳体的容纳室间隔开，冷却元件的邻接电源开关的部分容纳在该加热室中。通常，加热室和控制壳体的容纳室之间设置有分隔壁，分隔壁将加热室和控制壳体的容纳室两者界定。该控制壳体还可以容纳PTC加热组件的接触区域，PTC加热组件通常伸入加热室中并且包括至少一个PTC元件。因此，在现有技术中，控制壳体的内部也被称为连接室，这是因为在该连接室中，接触区域是电连接的。

上述特征也适用于在作为辅助加热器的具有陶瓷PTC元件的电加热装置中实现根据本发明的控制装置。

汽车工程中的控制装置受制于那里的普遍存在的条件。控制装置内部的控制部件会受到相当大的振动。不言而喻，控制壳体必须尽可能紧密，以使灰尘或湿气都不能进入控制壳体。但是，所安装的部件不仅必须具有抗振性。目的是实现一种结构，该结构能够以尽可能少的部件提供所需的功能。部件应该易于制造、可扩展且对生产过程中的处理不敏感。尽管存在上述条件，部件必须在机动车辆的整个使用寿命期间保持功能性。

本发明特别涉及在预张紧力的作用下以导热方式将电源开关放置在冷却元件上的问题。为此，现有技术中已经不乏提案。

例如，EP 1 395 098 A1公开了一种具有PTC元件的电加热装置的控制装置，其中冷却元件以导热方式直接抵靠在安装在印刷电路板上的电源开关上并在电源开关的相反侧上从印刷电路板突出。冷却元件和电源开关被C形弹簧爪包围，该弹簧爪在预张紧力的作用下将两个部件保持在一起。

在从US 5,812,375获知的构造原理中，电源开关被放置有电绝缘膜，该电绝缘膜抵靠在散热器的表面上插入电源开关和散热器之间，该散热器接合在印刷电路板的容纳开口中，电源开关电连接至印刷电路板的条状导体。在与散热器相反的一侧，具有U形横截面的弹性体部件抵靠在电源开关上并支撑在控制壳体的壳体盖上。为此，壳体盖具有被预张紧装置包围的突出部，该预张紧装置在横截面中呈U形。

DE 100 34 572 A1公开了一种用于机动车辆的辅助加热器的控制装置，其中至少部分弹性的压力突出部从壳体盖突出并且与冷却罩相对设置，该冷却罩以导热方式联接至加热室。电源开关布置在压力突出部和冷却罩之间，在插入可能具有弹性的导热的但电绝缘的膜的情况下，电源开关抵靠在冷却罩上。

为了将印刷电路板无振动地支撑在控制壳体的壳体基部上，DE 196 00 619 A1提出了一种作用在电源开关上的呈弹性体条的形式的预张紧装置，该预张紧装置将电源开关和印刷电路板的中间层压靠在控制壳体的外边缘上。

现有技术中已知的解决方案仍有不足之处。先前从DE 196 00 619 A1获知的解决方案在实践中并不总是适用，这是因为该解决方案需要印刷电路板抵靠在其上的凸起边缘区域。在具有包括控制部件和电源部件的结构单元的电加热装置中，控制装置的边缘区域并不总是位于控制壳体的边缘区域下方。

此外，有时必须在电源开关和壳体盖之间桥接一定的高度，从而由DE 196 00 619A1已知的弹性体条不适用于在预张紧力的作用下将电源开关放置到冷却元件上。

有鉴于此，源自本申请人的EP 2 466 989 A1提出了一种支撑结构，该支撑结构设置在壳体盖和印刷电路板之间并支撑由压缩塑料制成的弹性压紧装置，弹性压紧装置突出穿过印刷电路板并抵靠在电源开关上，以便在预张紧力的作用下将电源开关放置到以导热方式连接到加热室的散热器的冷却表面上。

发明内容

本发明旨在提供一种控制装置，该控制装置允许电源开关和冷却表面之间的良好热传递，并且与先前从EP 2 466 989 A1已知的解决方案相比使用更少的部件，因此可以更容易地并且以更低成本制造。

为解决上述问题，本发明提出一种具有权利要求1所述的特征的控制装置。

在该解决方案中，预张紧元件由挤压成型有至少一个通孔的软弹性塑料部件的细长件组成。

塑料部件由测试仪挤压成型。这允许以低成本生产预张紧元件。用于制造预张紧元件的塑料材料可以是硅树脂或另一种塑料材料，尤其是耐热且可明显压缩或变形的塑料材料。关于耐热性，优选的塑料是热固性塑料或弹性体。

预张紧元件具有至少一个通孔。由于制造公差，通孔在挤压成型方向上延伸，并且因此在塑料部件的纵向方向上延伸。至少一个通孔增加了预张紧元件通过改变塑料部件的形状来永久储存弹性预张紧力的能力。因此，电源开关在预张紧力的作用下抵靠在冷却表面上的应用不仅仅是由于塑料部件的可压缩性产生的预张紧力。相反，期望的预张紧力通过成模制部件的形式的塑料预张紧元件的特定成形来设定。预张紧元件可以具有彼此相邻和/或沿基本上横向于预张紧力的传输方向的方向以一个在另一个上的方式布置的多个通孔。通孔可以具有任何期望的横截面形状。通孔的横截面可以是矩形、圆形、椭圆形、多边形或不规则的形状。

优选地，预张紧元件在内侧放置在控制壳体的盖上，其中，盖具有强制地保持预张紧元件的凸起。以这种方式，尽管具有相对不特定的构造，预张紧元件至少沿其长度由在控制壳体内部的印刷电路板上方的盖强制地保持和定位。

预张紧元件也可以形成形状配合表面，该形状配合表面强制地包围电源开关和/或印刷电路板，特别是印刷电路板的配合表面。在第一种替代方案中，软弹性塑料部件形成通过挤压成型形成的形状配合表面，形状配合表面与电源开关的轮廓相互作用，以便在预张紧元件下方在预张紧力的传输方向上定位和固定电源开关。在第二种替代方案中，假设电源开关优选地位于印刷电路板的面向电加热装置的实际加热室的一侧上，而预张紧元件支撑在控制壳体的盖上并且因此被设置在印刷电路板的与加热室相反的一侧上。因此，预张紧力不会直接传递到电源开关。而是将预张紧力传递到印刷电路板，并从印刷电路板传递到电源开关，从而使电源开关在预张紧力的作用下以导热的方式放置在冷却表面上，该冷却表面与以导热的方式连接到加热室的散热器相关联。进一步的改进减轻了电源开关上的机械负载，使得预张紧力不会导致电源开关的端子和印刷电路板之间的任何相对运动。相反，印刷电路板与电源开关在预张紧力的作用下一起保持在沿冷却表面的方向上。

根据本发明的电源开关可以例如由MOSFET或IGBT形成。可以通过插入电绝缘膜(例如聚酰亚胺膜)来进行对冷却表面的应用，以便将冷却表面与电源开关电分离，但仍然允许从电源开关到冷却表面的良好热传导。

构造为模制塑料部件的预张紧元件可以在预张紧力的作用下将在印刷电路板上彼此相邻布置成一排的多个电源开关抵靠在一个或更多个冷却表面上。这种均匀的模制部件整齐地桥接了印刷电路板上的相邻电源开关之间的间隙，而不会在那里导致预张紧效果。优选地，塑料部件的这种细长件在电源开关的各自外侧上突出超过电源开关，从而使电源开关通过与预张紧相关联的变形被强制地保持并限制在细长件的长度方向上。

在替代配置中，预张紧元件具有多个预张紧体，每个预张紧体与电源开关相关联。每个相应的预张紧体都具有至少一个、优选更多个上述通孔，这些通孔在之前已经讨论过的布置中并且相对于预张紧力的传输方向对齐。这些预张紧体被一体形成到单一的预张紧元件中。为此，相邻的预张紧体通过横向于相应的通孔延伸的连接腹板而相互连接。该连接腹板可以变形以调节预张紧体之间的横向距离。在安装到印刷电路板上之后，这种变形补偿了电源开关的任何位置偏差。考虑到各个预张紧体之间的横向距离的良好适应性，连接腹板优选地呈一体式铰接件的形式。

根据本发明的解决方案提供的优点是预张紧元件可以制造为具有特定尺寸的挤压成型塑料部件。通孔的数量、通孔相对于彼此的对齐和布置有时允许相当高程度的变形或压缩，使得由塑料形成的模制部件可以用于各种控制装置中。因此，预张紧元件可以作为连续产品能够用于制造过程并且作为控制装置中的预张紧元件设置成合适的细长件。

因此，可以以低成本实现根据本发明的解决方案。连续供给的材料可以用于细长件上以形成不同控制装置的预张紧元件，这些控制装置有时在关于电源开关和控制壳体盖之间的距离和/或关于电源开关的形状和数量方面具有不同的尺寸规格，预张紧元件被支撑在该控制壳体盖上。

特别地，各个预张紧体可以被构造为强制地包围标准的电源开关，其中只要电源开关优选地彼此相邻地设置成一排或一列，即使在不同构造的控制装置的情况下，连接腹板也允许可以使用这种构造。

根据其平行方面，本发明提出一种具有权利要求9的特征的电加热装置。该电加热装置以从EP 2 466 989 A1已知的方式具有连接室和加热室，其中，连接室被控制壳体包围，并且加热室被加热器壳体包围。连接室与加热室之间设有分隔壁。该分隔壁通常形成加热室的封闭件和控制壳体的封闭件。有鉴于此，分隔壁在下文中也将被称为控制壳体的基部。至少一个PTC加热组件作为加热翅片从分隔壁突入到加热器壳体中。PTC加热组件可以通过插入式接触被容纳在分隔壁中或者相对于分隔壁定位和固定。PTC加热组件具有至少一个PTC元件和与该至少一个PTC元件电连接以用于以不同的极性对该至少一个PTC元件通电的条状导体。条状导体在控制壳体中电连接。为此，条状导体伸入连接室中并且可以与也支撑电源开关的印刷电路板或被提供用于将包括若干PTC加热组件的加热回路分组的另一印刷电路板进行插入式接触。散热器暴露在加热室中，加热室以导热方式连接到设置在连接室中的冷却表面。电源开关抵靠在该冷却表面上，使得电源开关消耗的功率也可以用于加热位于加热装置中的待加热流体。该流体可以是液态流体或气态流体，特别是空气。

预张紧通过已经在前面讨论过的预张紧元件实现，该预张紧元件由塑料部件的细长件构成，该塑料部件具有在挤压成型细长件的挤压成型方向上延伸的至少一个通孔。该预张紧元件通常支撑在位于控制壳体的包围连接室的内表面上的壳体盖上，即支撑在与分隔壁相对的一侧上。通常设置在那里的壳体盖可以具有用于强制地保持和固定预张紧元件的上述凸起。通常形成壳体盖的片材的变形也用于加固壳体盖。因此，通常沿预张紧力的传输方向设置在该冷却表面的延伸部中的冷却元件以及散热器可以设置在加热室内的任何期望位置处。通过使控制壳体的盖变形，即使当选择了相对较薄的片材时，也可以调整其刚度，以便预张紧元件可以放置在控制壳体内的任何期望位置处。

附图说明

从以下结合附图的描述中，本发明的进一步细节和优点将是显而易见的。其中：

图1示出了电加热装置的实施例的分解透视图。

图2示出了带有印刷电路板的上壳体部件的俯视图。

图3示出了图2所示的沿III-III线的剖视图。

图4示出了印刷电路板的俯视透视图。

图5示出了根据图2的用于预张紧元件的替代构造的视图。

具体实施方式

图1示出了具有多部件式壳体的电加热装置100的实施例，该多部件式壳体包括由塑料形成的下壳体部件102和通过压铸由金属一体形成的上壳体部件104。

下壳体部件102是槽形的并且包围加热室106，从基部108突出的入口喷嘴和出口喷嘴110设置到加热室106。这些入口端口和出口端口110通过注射成型与下壳体部件102一体地形成。

入口端口和出口端口110突出到基部108上方，从基部108形成的平坦表面以直角延伸。

多个PTC加热组件112在图中示出位于上壳体部件104和下壳体部件102之间，多个PTC加热组件112具有设置在PTC加热组件112内的PTC元件，这些PTC元件经由条状导体电接触。条状导体经由接触凸耳114电连接。PTC加热组件112在接收部116中保持插入式接触，接收部116为此目的设置在上壳体部件104的分隔壁117中。该配置的细节在EP3334242A1中描述，该专利重新提及申请人。

加热装置100的另外的元件被示出在下壳体部件102和上部部件104之间。由附图标记118表征的是高压插接元件，高压插接元件被拧到下壳体部件104并且具有伸入到上壳体部件104的连接室120中的接触元件。这些接触元件电连接到印刷电路板，印刷电路板由附图标记122表征，该印刷电路板可以容纳在槽形的上壳体部件104中。附图标记124表征密封件，密封件相对于上壳体部件104密封下壳体部件102，从而密封加热室106。

设置有弹性突起的保持元件126具有单独地容纳单独的PTC加热组件112中的每一个PTC加热组件的加热组件接收部128，加热组件接收部128与单独的PTC加热组件112中的每一个PTC加热组件的外周表面接合。在组装状态下，保持元件126还与下壳体部件104强制地和/或摩擦地接合。

接触装置130布置在上壳体部件104上方和印刷电路板122下方，印刷电路板122电连接所有接触凸耳114并将单独的PTC加热组件112分组为加热回路。经由从接触装置130突出的接触凸耳132，在接触装置130和电路板122之间进行电连接。连接到印刷电路板122并从印刷电路板122突出的控制信号插接元件用附图标记134示出。该控制信号插接元件134被拧紧在印刷电路板122上。

在印刷电路板122上方，示出了另一个周向密封件136和控制壳体盖138，上壳体部件104的连接室120通过该周向密封件136和控制壳体盖138被覆盖和密封。

在组装之后，连接杆140在后面接合锁定突出部142，锁定突出部142设置在下壳体部件102和上壳体部件104上，以便将两个部件102、104强制地和俘获地相互连接。在EP 2796 804 A1中描述了这方面的细节。

控制壳体盖138与上壳体部件104和密封件136一起形成控制壳体146。在这种情况下，控制壳体盖138和上壳体部件104由于它们的金属材料而形成围绕容纳在该控制壳体146中的控制装置148的屏蔽件，该控制装置148主要由印刷电路板122形成。接线柱150从控制壳体146沿插接元件118、134的方向突出。该接线柱150用于将金属控制壳体146连接到接地相并被拧到控制壳体146上。

在图1中，附图标记152表示控制壳体盖138的凸起。

图3示出了在那里由附图标记300表征的配备的印刷电路板300，印刷电路板300在一侧配备有通常由附图标记306表征的部件，还包括电源开关308。如图2左侧所示，根据图1的高压插接元件118的电源电流接触元件442在印刷电路板300中直接接触，为此目的，印刷电路板300具有接触凸耳接收部304。由附图标记446表征的绝缘腹板容纳在印刷电路板300的T形接收部中，以便增加各个电源电流接触元件442之间的间隙和爬电距离。

在插入印刷电路板300的情况下，电源开关308平坦地抵接到冷却表面510上，冷却表面510由上壳体部件104形成，特别是由分隔壁117形成。印刷电路板300在电源开关308的区域中被修改为特别是导热的。图3已经示出了与相应的冷却表面510相关联并形成散热器的冷却罩512在每种情况下都向图3中的右侧偏移。冷却罩512也稍微向内并朝向加热室106偏移。冷却罩512形成为细长肋并且暴露在加热室106内。

图4示出了塑料部件的第一实施例，塑料部件由附图标记550表征并且形成本发明意义上的预张紧元件。该塑料部件550与半成品间隔开并切割成一定长度。塑料部件550突出于设置在印刷电路板300上的三个电源开关308上方。塑料部件550通过挤压成型制造。塑料部件550被纵向延伸穿过塑料部件550的多个通孔552贯穿，因此在挤压成型方向上，并因此在塑料部件550中形成连续通道。在实施例中，四个通孔552设置在下排并且四个通孔552以一个在另一个上方的方式设置在下排上方的一排中。因此，两个通孔552在以直角撞击印刷电路板300的预张紧力的传输方向上设置成一个通孔位于另一个通孔之上。

如图4所示，塑料部件550的面向电源开关308的下侧向外呈斜面状，并设有向内的突出部，使得塑料部件550抵靠在电源开关308的倾斜表面上并在其面向印刷电路板300的中心的内表面上强制地围绕电源开关308。因此，塑料部件550相对于相应的电源开关308横向于其纵向延伸部固定。

在图4中，塑料部件550在纵向方向上终止，其中电源开关308的第一个电源开关30或最后一个电源开关308串联设置在印刷电路板300上。当控制壳体关闭时，塑料部件550沿圆周方向强制地保持在控制壳体盖138的凸起152中。

在图5所示的实施例中，塑料部件550的挤压成型方向横向于印刷电路板300的纵向延伸部延伸。这里，通孔552也沿挤压成型方向延伸。塑料部件具有经由连接腹板554彼此连接的三个预张紧体556。连接腹板554在平行于电路板300的平面中延伸。该平面通过为每个预张紧体556成对提供的限制腹板558沿印刷电路板的方向投影，其中成对提供的限制腹板558分别在它们之间容纳电源开关308的上部区域并强制地包围电源开关308的上部区域。很明显，连接腹板554通过一体式铰接件560在中心处彼此连接。

在图5所示的构造中，相邻的电源开关308之间的横向距离被选择为使得预张紧体556在预张紧力的传输方向上均布置在电源开关308上方，其中限制腹板558基本上沿预张紧体556之间的一条直线延伸。如果电源开关308一起被设置得更近，结果是连接腹板454的弯曲，其中腹板可以在一体式铰接件560的高度处屈曲。因此，横向距离可以在没有显著阻力的情况下通过塑料部件550减小。如果电源开关308的横向距离增加，则均匀的塑料部件550可以在一体式铰接件560的区域中被拉伸，或者，如果需要，也可以被塑性拉伸。或者，各个预张紧体可以在中心处彼此分开，从而将最初通过挤压成型均匀制造的塑料部件550分离成单独的预张紧体556。

附图标记列表

100 加热装置

102 加热器壳体

104 上壳体部件

106 加热室

108 基部

110 入口端口和出口端口

112 PTC加热组件

114 接触凸耳

116 接收部

117 分隔壁

118 高压插接元件

120 连接室

122、300 印制电路板

124、136 密封件

126 保持元件

128 加热组件接收部

130 接触装置

132 接触凸耳

134 控制信号插接元件

138 控制壳体盖

140 连接杆

142 锁定突出部

146 控制壳体

148 控制装置

150 接线柱

152 凸起

304 接触凸耳接收部

306 部件

308 电源开关

400 温度传感器

440 电源插头

442 电源电流接触元件

446 绝缘腹板

454 连接腹板

480 控制电源插头

500 预张紧元件

510 冷却表面

512 冷却罩/散热器

516 冷却罩的内表面

550 塑料部件

552 通孔

554 连接腹板

556 预张紧体

560 一体式铰接件

Claims

1.一种控制装置(148)，特别是用于作为机动车辆中的辅助加热器的具有PTC元件的电加热装置(100)的控制装置，所述控制装置具有控制壳体(146)，在所述控制壳体中设有配备有至少一个电源开关(308)的印刷电路板(122、300)，所述至少一个电源开关经由弹性预张紧元件在预张紧力的作用下以导热方式放置在冷却表面(510)上，其特征在于，所述预张紧元件是挤压成型有至少一个通孔的软弹性塑料部件(550)的细长件。

2.根据权利要求1所述的控制装置(148)，其特征在于，所述预张紧元件在内部抵靠在所述控制壳体(146)的控制壳体盖(138)上，并且所述控制壳体盖(138)具有强制地保持所述预张紧元件的凸起(152)。

3.根据权利要求2所述的控制装置(148)，其特征在于，所述控制壳体盖(138)由金属板形成，并且所述凸起(152)对所述金属板部件具有加强作用。

4.根据权利要求1所述的控制装置(148)，其特征在于，多个通孔(552)在基本上横向于所述预张紧力的传输方向的方向上彼此相邻地设置。

5.根据权利要求1所述的控制装置(148)，其特征在于，多个通孔(552)沿着所述预张紧力的所述传输方向以一个在另一个之上的方式设置。

6.根据权利要求1所述的控制装置(148)，其特征在于，所述预张紧元件形成形状配合表面(558)，所述形状配合表面强制地包围所述电源开关(308)和/或与所述印刷电路板相关联的配合表面(122，300)。

7.根据权利要求1所述的控制装置(148)，其特征在于，所述预张紧元件设置在多个电源开关(308)和控制壳体盖(138)之间，并且所述多个电源开关(308)在预张紧力的作用下被保持在所述控制壳体盖(138)和相关联的冷却表面(510)之间。

8.根据权利要求1所述的控制装置(148)，其特征在于，所述预张紧元件具有多个预张紧体(556)，所述多个预张紧体(556)中的每个预张紧体都与所述多个电源开关(308)中的一个电源开关相关联，并且所述多个预张紧体经由连接腹板(558)彼此连接，所述连接腹板横向于所述至少一个通孔(552)延伸，特别地，所述连接腹板成一体式铰接件(560)的形式。

9.一种电加热装置(100)，所述电加热装置具有围绕连接室(120)的控制壳体(146)以及围绕加热室(106)的加热器壳体(102)，所述连接室和所述加热室通过分隔壁(117)彼此间隔开，至少一个PTC加热组件(112)作为加热翅片从分隔壁(117)突入到所述加热器壳体(102)中，其中，所述PTC加热组件(112)具有接触凸耳(114)以及至少一个PTC元件，所述接触凸耳导电地连接到所述至少一个PTC元件上并且在控制壳体(146)中被电连接，以用于以不同的极性给PTC元件通电，其中，散热器(512)暴露在加热室(106)中，该散热器以热传导方式连接到设置在连接室(120)中的冷却表面(510)，其中，在连接室(120)中设置有配备有至少一个电源开关(308)的印刷电路板(122、300)，所述至少一个电源开关经由弹性预张紧元件在预张紧力的作用下以导热方式放置在冷却表面(510)上，其特征在于，所述预张紧元件是挤压成型有至少一个通孔的软弹性塑料部件(550)的细长件。