CN117596727A - Ptc加热装置 - Google Patents

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鲁迪格尔·弗赖塔格
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Abstract

本发明涉及PTC加热装置。该PTC加热装置具有加热单元(2)，该加热单元具有至少一个PTC元件(4)；导体元件(6)，该导体元件设置在PTC元件(4)的相对侧上，该导体元件形成接触表面(20)以用于PTC元件(4)的电接触，该导体元件电连接到PTC元件(4)并且被分配不同的极性，并且该导体元件在其与PTC元件(4)相对的一侧上设置有电绝缘件(8)；以及金属壳体(18)，该金属壳体容纳加热单元(2)并且以导热的方式连接到绝缘件(8)。为了提高电气安全性，本发明提出为导体元件(6)提供至少一个通孔(22,26)，导体元件(6)的导电表面通过该至少一个通孔而减小。

Description

PTC加热装置
技术领域
本发明涉及一种PTC加热装置，该PTC加热装置具有多个PTC元件和导体元件，该多个PTC元件在纵向方向上以一定距离一个接一个地布置，该导体元件设置在PTC元件的相对侧上，这形成了用于PTC元件的电接触的接触表面。
背景技术
这种PTC加热装置例如从EP 1 768 457 A1是已知的。在该现有技术中，几个PTC元件在细长加热棒的纵向方向上一个接一个地设置，并且也部分地横向于该纵向方向设置。接触片邻接在PTC元件的相对主侧表面上。在与PTC元件相对的外表面上覆盖有绝缘层。绝缘层通过胶珠以密封方式连接到定位框架。因此，PTC加热装置的载流部件被保护而不受环境影响。
在外部覆盖导体元件(在现有技术中，该导体元件由接触片形成)使得PTC加热装置在高电压下运行，而不会使为此目的引入到PTC元件中的功率电流暴露在PTC加热装置的外部，这可能会在维修容纳PTC加热装置的PTC加热装置的范围内导致健康危害。
根据本发明以及根据一般现有技术，PTC加热装置通常用作PTC加热装置的组件，该PTC加热装置通常在车辆中使用以用于加热介质。介质能够是在车辆内的热交换器回路中循环的液体介质。PTC加热装置的这种配置在电力驱动的车辆中尤其适用。然而，PTC加热装置也能够加热空气，如前面提及的现有技术所记载的。在这种情况下，金属散热器层在外部邻接抵靠绝缘件。
在液体加热器的情况下，绝缘层能够形成PTC加热装置的外表面。
特别地，尤其是在高压应用中，为了密封施加有功率电流的部件，还已知将上文提及的元件布置在金属壳体内。金属壳体的散热的外表面通常直接邻接在绝缘层的外部上。这是因为，为了PTC加热装置的有效运行，从PTC元件到PTC加热装置的外部的导热路径是必要的。否则，PTC元件只能因其自我调节属性而降低性能。
在根据本发明的PTC加热装置中使用的PTC元件通常是陶瓷组件，该陶瓷组件的两侧上均设置有金属化层。导体元件邻接抵靠该金属化层。导体元件能够邻接抵靠PTC元件的主侧表面。该主侧表面比端侧表面大几倍，该端侧表面通常连接长方体PTC元件的主侧表面，并且相应地限定PTC元件的高度。然而，导体元件也能够导电地连接到PTC元件的相对端面和/或主侧表面。
特别地，在高压应用中，导体元件(通常由片状金属形成)和为此目的设置在外部上的包层代表一种储存能量的板式电容器。在人与PTC加热装置接触的情况下，例如在维修电动车辆时，存在触电的危险。这种触电是由于前面提及的结构的寄生ε电容而导致的。
发明内容
本发明旨在提供一种以引言的方式描述的类型的PTC加热装置，该PTC加热装置以改进的电气安全性进行操作。
为了解决这个问题，本发明以总体上已知的方式提供了一种具有加热单元的PTC加热装置。该加热单元包括至少一个PTC元件，该至少一个PTC元件可以设置在定位框架中。在PTC元件的相对侧上设置有导体元件，其通常为由导电材料(诸如铝或铜)制成的接触片的形式。这些导体元件形成接触表面以用于至少一个PTC元件的电接触。通常，至少一个PTC元件均匀地直接邻接抵靠对应导体元件的相应接触表面。这里，导体元件通常也位于相对侧上并且在其间容纳PTC元件。PTC元件通常具有与接触表面相互作用的金属化层，该金属化层被涂覆到陶瓷PTC元件上。每个单独的PTC元件均电连接到导体元件。导体元件被分配不同的极性。功率电流经由这些导体元件被馈送到PTC元件。
在此情境下，本发明特别地侧重于高压应用，在该高压应用中，与机动车辆的常用车载电压(其常规地为12伏)相比，加热单元以具有增加的电压的电流进行操作。例如，电压可以是48伏或更高。特别地，旨在以更高电压的功率电流操作电动车辆中的PTC加热装置。因此，在相应导体元件的外部存在电绝缘件。该电绝缘件与容纳加热单元的金属壳体的表面导热接触。
因此，导体元件通常以插入其间的电绝缘件邻接抵靠由金属壳体形成的壳体的发热表面。这些表面通常是平面平行的，但在任何情况下均平行于导体元件，这会导致寄生电容的问题。
寄生ε电容从C＝εr.ε0A/d计算，其中，εr是电介质(在此情况下为电绝缘件)的相对介电常数；ε0是电场常数；A是相对表面，在此情况下对应于导体元件的表面的两倍；并且d＝金属壳体或其发热表面段与导体元件之间的距离。
本发明现在提出减小导体元件的表面。在此过程中，加热单元的整体尺寸未减小。相反，导体元件(优选地两个导体元件)通常设置有至少一个以凹部或压痕的形式的通孔，导体元件的导电表面通过该通孔而减小。
PTC元件在纵向方向上以一定距离一个接一个地布置的情况下，能够在接触表面之间并且相应地在各个PTC元件之间设置有凹部或压痕。在下文中，凹部是完全被导体材料的材料包围的孔。凸起开向导体元件的边缘。在各个接触表面之间，能够相应地设置有例如膨胀金属或金属格栅或金属丝网的冲孔或通孔的形式的孔。导体元件也能够从纵向侧切出以形成压痕。在各个接触表面之间，导体元件的导电表面应当选择为尽可能小。因此，仅薄的腹板能够保持在相邻接触表面之间。考虑以下事实来选择这些腹板的尺寸：在组装过程中仍能以工艺安全的方式处理加热元件，并且仍能由导体元件保证加热单元的结构完整性，其间封闭有几个PTC元件，例如以加热棒的形式。
导体元件能够由设置有通孔的片状金属条形成。在处理以形成加热单元之前，能够将片状金属条配置为穿孔片状金属。导体元件也能够由进一步处理成膨胀金属的导电片状金属形成。如前面描述的，导体元件也能够由金属格栅或金属丝网形成。
例如，在源于本申请人的DE 10 2019 204 472 A1和DE 10 2017 223782A1中公开了设置有通孔的对应导体元件。在首先提及的现有技术中，在壳体中未设置有实际意义的加热单元。相反，设置有通孔的导体元件与PTC元件直接电接触并且被封闭在陶瓷壳体中。这里，不存在寄生ε-电容的问题。
DE 10 2017 223 782 A1仅公开了一种设置有通孔的编织物，其旨在借助于编织物的股线来形成与PTC元件的接触点，从而在编织物与PTC元件之间提供确定和准时的电接触。然而，对应的加热单元未设置在金属壳体中，使得该PTC加热装置不存在寄生ε-电容的问题。
然而，最后提及的现有技术提出用良好的导热物质填充由导体元件(其由两个电绝缘件、导体元件和设置在其间的至少一个PTC元件形成)容纳的分层结构的平面内的任何自由空间，从而增加从PTC元件到电绝缘件外部的导热路径的导热率。本发明的进一步展开采用了这一建议。能够参考DE 10 2017 223 782 A1中描述的用于增加凹部的导热率的措施。在本发明中，还能够在凹部中设置对应的物质。
附图说明
更多细节和优点将从以下结合附图对实施例的描述中显而易见。
其中：
图1示出了PTC加热装置的实施例的立体纵向剖视图；
图2示出了导体元件的第一实施例的俯视图，在该导体元件上放置有PTC元件；
图3示出了导体元件的第二实施例的俯视图，以及
图4示出了根据图3的导体元件的第三实施例的俯视图。
具体实施方式
图1示出了棒状配置的PTC加热装置的上部部分的立体纵向剖视图，该PTC加热装置具有加热单元2，该加热单元包括多个PTC元件4，该多个PTC元件在PTC加热装置的纵向方向上一个接一个地设置，其中图1仅示出了一个PTC元件4。在PTC元件4的相对主侧表面上，导体元件6目前以接触片的形式邻接。这些导体元件6与PTC元件的主侧表面电接触。在与PTC元件4相对的导体元件4的外表面上，在每种情况下均设置有电绝缘件8。目前，这是一种由其上施加有薄膜的陶瓷层构成的混合绝缘件，该混合绝缘件在EP 1 768 457 A1中已有描述。附图标记10表征了定位框架，该定位框架可以具有在加热单元的纵向方向上一个接一个地设置的多个容纳部，在每个容纳部中容纳至少一个PTC元件4，并且相应地在加热单元2的纵向方向上以预定的方式将PTC元件4间隔开和定位。定位框架10的自由端被配置为端盖并且形成加宽边缘12，在该加宽边缘上安装有连接件14，该连接件与边缘12一样由定位框架10一体成型。两个连接件14定位、保持和容纳连接舌16，该连接舌由相应导体元件4形成并且用于与加热单元2接触。
先前描述的加热单元2被容纳在金属壳体18中。例如，金属壳体能够形成为底侧封闭的扁平管。壳体18也可以由两个金属壳构成，如基本从EP 2 607 808 A1中已知的。如图1所示，壳体18与定位框架10的插头侧端邻接，其中，边缘12在端面上邻接抵靠壳体18。
在PTC元件4的高度处，壳体18变形，使得壳体18的主侧表面以导热方式直接抵靠电绝缘件8。壳体18的金属表面的平行性以及仅经由绝缘件8间隔开的导体元件6导致了寄生ε电容的问题。
图2至图4示出了如何减少导体元件的导电表面的不同变体。
图2示出了三个在纵向方向上一个接一个地设置的PTC元件4，每个PCT元件放置在接触表面上，该接触表面在图1、图3和图4中以附图标记20表征并且由导体元件8形成。如图2所示，仅在PTC元件之间并且与其横向相邻的导体元件6设置在具有以压痕22形式的通孔的各个PTC元件4之间。因此，导体元件6相对于其在PTC元件4之间的表面减小。在各个PTC元件4之间仅保持腹板24，该腹板比实际导体元件6或接触表面20的宽度薄得多。
在图3所示的实施例中，导体元件8由接触片形成。左侧接触表面20.1具有多个压痕，接触表面20借助于该多个压痕而相对于其表面减小。这为PTC元件4的电接触留出了足够的表面积。
根据图3的实施例的中央接触表面20.2由片状金属段形成，该片状金属段设置有以凹部26形式的均匀矩形通孔。这也导致在纵向框架边缘处的压痕22。
在右侧示出的接触表面20.3具有略微不同的的穿孔图案。
在根据图4的实施例中，接触表面20由金属丝网形成。这里，各个接触表面20也仅由腹板24连接。
显然，由于接触区域20内的压痕或通孔，导体元件8的导电材料的表面区域已被移除。这些被移除的表面区域不再会产生寄生ε电容，从而减少了在壳体的外部上对应的电容电荷问题。如先前描述的，导体元件的被移除的表面区域填充有良好的导热物质，该导热物质通常是电绝缘的。由于该物质的电绝缘特性，进一步减少了寄生ε电容的问题，而不会影响从PTC元件4到壳体18的外部的良好热量提取。例如，能够通过刮涂或丝网印刷，将对应的物质特定地施加到穿孔片、扩展金属甚至网状物的穿孔图案。
附图标记列表
2 加热单元
4 PTC元件
6 导体元件
8 电绝缘件
10 定位框架
12 边缘
14 连接件
16 连接舌
18 壳体
20 接触表面
22 压痕
24 腹板
26 凹部

Claims (6)

1.一种PTC加热装置，所述PTC加热装置具有：
加热单元(2)，所述加热单元(2)具有至少一个PTC元件(4)；
导体元件(6)，所述导体元件(6)被设置在所述PTC元件(4)的相对侧上，所述导体元件(6)形成接触表面(20)以用于与所述PTC元件(4)的电接触，所述导体元件(6)被电连接到所述PTC元件(4)并且被分配不同的极性，并且所述导体元件(6)在其与所述PTC元件(4)相对的一侧上被设置有电绝缘件(8)；以及
金属壳体(18)，所述金属壳体(18)容纳所述加热单元(2)并且以导热的方式被连接到所述绝缘件(8)，
其中，所述导体元件(6)包括至少一个通孔(22,26)。
2.根据权利要求1所述的PTC加热装置，其中，
所述PTC加热装置具有在纵向方向上以一定距离被一个接一个地布置的多个PTC元件(4)以及被设置在所述PTC元件(4)的相对侧上的导体元件(6)，
其中，所述PTC元件(4)之间的所述导体元件(6)的宽度通过所述至少一个通孔(22,26)而减小。
3.根据权利要求2所述的PTC加热装置，其中，
与PTC元件(4)相邻的所述接触表面均通过单个锥形腹板(24)被互连。
4.根据权利要求1所述的PTC加热装置，其中，
所述导体元件(6)由被设置有通孔(22,26)的片状金属条形成。
5.根据权利要求1所述的PTC加热装置，其中，
所述导体元件(6)由金属格栅或金属丝网形成。
6.根据权利要求1所述的PTC加热装置，其中，
非导电性物质被引入到所述接触表面(20)内的所述导体元件(6)的所述通孔(22,26)中。
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