CN117858283A - Ptc加热装置和制造该ptc加热装置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PTC加热装置(12)和制造该PTC加热装置的方法，PTC加热装置具有框架(22)，在框架中容纳有加热单元(24)，加热单元包括由陶瓷材料制成的至少一个PTC元件(14)和将被分配不同极性的接触元件(16.1；16.2)，其中，PTC元件(14)具有由金属化层(38)形成的接触表面(40)，并且接触元件(16.1；16.2)各自与接触表面(40)中的一个接触表面电接触。根据本发明的PTC加热装置(14)可以被经济地制造并在电气安全方面得到改进，该PTC加热装置具有固化的电绝缘化合物(46)，该化合物布置在加热单元(24)的外周边和框架(22)的内周边之间，并且将加热单元(24)固定在框架(22)中，其中在化合物(46)和接触表面(40)之间设置有由PTC元件(14)的陶瓷材料形成的边缘(44)。在根据本发明的方法中，在将PTC元件(14)插入到框架(22)之后，在边缘(44)的水平处引入电绝缘化合物(46)，在框架(22)固化之后通过该电绝缘化合物固定PTC元件(14)。
Description
技术领域
本发明涉及PTC加热装置和制造该PTC加热装置的方法。
背景技术
本发明是基于具有框架的PTC加热装置的，在该框架中容纳有加热单元，该加热单元包括由陶瓷材料制成的至少一个PTC元件和将被分配不同极性的接触元件。PTC元件具有由金属化层(metallization)形成的接触表面。接触元件与这些接触表面电接触。
本发明尤其涉及用于机动车辆中的热管理的PTC加热装置。这里，前面所提及类型的PTC加热装置有时以高于12V的电压操作，这对要遵守的电气安全提出了特殊要求。从这个角度来看，不仅必须要保证对加热单元中的承载功率电流的部分的外部进行安全的电气绝缘。而且，空隙和爬电距离也必须被相应地适配。
必须能够以过程安全的方式制造PTC加热装置，其中就制造而言，对车辆中的部件施加了特别经济的要求。已知用硬化的化合物完全地或部分地包围加热单元，以便例如用更好的导热材料替换存在于框架中的空气。
有时还使用特定的电绝缘化合物来完全地或部分地电容置PTC加热单元，结果是至少承载功率电流的部分也被加热单元内部的电绝缘化合物覆盖。
已知的是，用于固化化合物所需的时间可以通过加热该化合物来缩短，例如通过在制造过程中操作加热单元或通过使用烘干工艺。然而，当前的解决方案仍然为简化制造过程提供了空间。
发明内容
本发明的基本问题是提供一种PTC加热装置，该PTC加热装置提供良好的电气安全性并且能够被经济地制造。
为了解决该问题，本发明提出了一种PTC加热装置，该PTC加热装置带有框架，加热单元布置在该框架中。该PTC加热装置包括由陶瓷材料制成的PTC元件。金属化层设置在PTC元件的相反侧，通常是PTC元件的主侧表面。该金属化层通常是通过在PTC元件的陶瓷表面上溅射导电材料来产生的。用于向PTC元件供应功率电流的接触元件以导电的方式施加在由金属化层形成的间隙均匀(regularly)且相反的接触表面上。这些接触元件可以由接触片形成。然而，接触元件也可以由其它导电结构形成，其可以由不必在每种情况下都必须导电的一种或多种材料构成。例如，已知使用扩展金属或金属网作为接触元件，其自由空间由良好导热的粘合剂填充(EP 3 515 152 A2)。关于功率电流的限定引入，由接触元件形成并以导电的方式施加在接触表面上的限定的接触点有时也是优选的。
框架可以由塑料或陶瓷形成。在任何情况下，通常选择具有良好电绝缘性能的材料。框架可以具有仅包围PTC元件的梁。框架可以被形成为一个或多个部分。框架可以通过自身与接触元件一体地形成或通过框架的一段与接触元件一体地形成，特别是通过用塑料对接触元件二次成型来形成。框架通常在一侧被端子接线片(terminal lug)超出，该端子接线片以导电的方式连接到各自的接触元件，优选地由它们一体地形成。
根据本发明，在框架的内周边和加热单元的外周边之间存在电绝缘化合物，该电绝缘化合物例如可以由硅酮形成。该化合物固化，并因此在尺寸方面是刚性的。该化合物用于将加热单元固定在框架内。该化合物可以仅位于PTC元件的外周边和框架的内周边之间。然而，它也可以附接到接触元件的相反的内表面。优选地，接触元件超出PTC元件的设置有金属化层的主侧表面。由于两个接触元件，这导致PTC元件的边缘侧可能存在周向悬伸部。为了固定加热单元，固化的化合物具体地位于在悬伸部之间形成的间隙中。
根据本发明，由PTC元件的陶瓷材料形成的边缘位于接触表面和固化的化合物之间。该边缘可以仅部分地形成在PTC元件的纵向侧，该PTC元件通常被设置成长方体的形状。边缘可以在PTC元件的整个纵向侧延伸。该边缘通常被形成为PTC元件的主侧表面上的周向边缘。该边缘在PTC元件的外周向表面和金属化层之间形成至少0.1mm的距离。边缘将用于功率电流的导电路径与PTC元件的外轮廓间隔开，该用于功率电流的导电路径以接触表面的形式设置在PTC元件上。与边缘相邻设置的固化的化合物不直接接触金属化层。这些措施提高了PTC加热装置的电气安全性。
根据本发明，并非在框架和加热单元之间所设置的整个自由空间充满化合物。相反，化合物仅位于加热单元的外周边上的多个离散位置处。根据本发明，离散配量的固化的化合物优选地设置在加热单元的外周边处。这种离散配量确实将加热单元充分地限定在框架中。然而，配量也是为了尽可能少地使用用于制造PTC加热装置的化合物。这不仅允许节省化合物的材料。而且还可以缩短在制造PTC加热装置的过程中用于固化化合物所需的时间。
为了固定加热单元，通常在加热单元和框架之间在相反侧向框架中引入化合物。该化合物通常被引入到框架处，该框架的一侧仍然是敞开的。换句话说，框架或框架的一段通常在一侧是闭合的，例如通过将接触元件中的一个接触元件与框架附接并连接。该侧在组装期间形成框架或框架的段的下侧。在下文中，术语“框架”也被用作框架的段的同义词。然后将PTC元件插入在顶部处敞开的框架或框架的段中。
在该过程中，接触表面以导电的方式施加到接触元件。然后向PTC元件和框架之间的间隙中进行化合物的配量。进行配量使得化合物不会突出到PTC元件的主侧表面上。适当的体积配量确保了化合物保持在间隙内，而且也不会向外突出超过框架。然而，该化合物通常被引入到尚未被接触元件占据的接触表面的水平。当后续将另一接触元件放置在PTC元件上时，这会导致化合物的轻微位移，作为结果，化合物也会被分布在接触元件的两个内表面上，并且如有必要的话，在悬伸部的区域中轻微压缩。以这种方式，另一接触元件通过化合物间隙均匀地固定在PTC元件和框架上。
对于这种固定，仅期望后续施加的其他接触元件在任何情况下通过悬伸部超出化合物。接触元件可以以其他方式适配于接触表面的尺寸，并相应地使其比通常更小。通常PTC元件在其整个外周边上被接触元件超出。后续施加的接触元件也可以预先与框架的另一段接合以形成预组装的单元，例如通过在接触元件周围二次成型形成该段的塑料。
根据本发明的PTC加热装置通常是机动车辆的电加热装置的一部分。该加热装置具有加热器壳体，该加热器壳体带有用于待加热介质的入口开口和出口开口。该壳体容纳至少一个(通常是多个)根据本发明的PTC加热装置。PTC加热装置以导热的方式连接到待加热介质。待加热介质可以是液态或气态介质。
在气态介质的情况下，通常在相应的接触元件的外部存在绝缘层，波纹状的翅片层邻接在该接触元件的外部。通常，电加热装置包括多层的波纹状翅片和PTC加热装置。该分层(layering)通常在弹簧的预张紧的情况下固定在框架形状的加热器壳体中；参见EP 2298 582 B1。
为了安装在电加热装置中，上述类型的PTC加热装置也可以布置在金属壳体中，该金属壳体形成一种袋状件，PTC加热装置插入该袋状件中(参见EP 3 101 364 A1)。这里，绝缘层也通常邻接于接触元件的外表面，以使得在PTC加热装置的承载功率电流的元件和壳体之间没有直接的电接触。壳体被端子接线片超出。壳体还可以具有密封套环，该密封套环用作电加热装置的分隔壁中的密封插入式接触部，该密封套环将承载待加热介质的循环室与电加热装置的连接室分离开，其中PTC加热装置的端子接线片连接到待供应的功率电流。连接室通常还容纳电加热装置的控制系统。
本发明提供了多个优点。通过减少所使用的化合物的总量，不仅节省了材料。而且也缩短了用于固化化合物所需的时间。通过减少所使用的固化的化合物的体积并在预定点处离散地配量化合物，防止了化合物的悬伸部。特别地，防止该化合物在制造期间扩散到接触表面的区域，污染该接触表面，并防止功率电流在尽可能大的区域上引入到PTC元件上。特别地，周向边缘防止了化合物与接触表面的接触，并且还防止了功率电流的边缘闪络。
附图说明
通过下列结合附图对实施例的描述，本发明的其他细节和优点将显而易见。在附图中：
图1示出了电加热装置的实施例的分解透视图；
图2示出了根据图1的加热装置的PTC加热装置的纵向剖视图；
图3示出了在引入化合物之后在组装的情况下的PTC加热装置的实施例的部分的俯视图；
图4示出了根据图3的在施加其他接触元件之后的视图；以及
图5示出了根据图3的沿线V-V的横截面视图。
具体实施方式
图1示出了具有多部分加热器壳体的电加热装置2的实施例，该多部分加热器壳体包括由塑料形成的壳体下部4和采用压铸(die casting)的方式由金属一体地形成的壳体上部6。
壳体下部4是槽形的，并且封围加热室8并形成与该加热室8连通的入口喷嘴和出口喷嘴10。这些入口喷嘴和出口喷嘴10通过注塑成型(injection molding)与壳体下部4一体地形成。在壳体上部6和壳体下部4之间示出了多个PTC加热装置12。
如图2所图示的，这些PTC加热装置12各自具有至少一个PTC元件14，接触元件16.1；16.2邻接所述至少一个PTC元件14，该接触元件形成超出(surmount)金属壳体20的接触舌状部18。PTC元件14被容纳在框架22中且位于接触元件16.1；16.2之间。在金属壳体20和由所述两个接触元件16.1；16.2和PTC元件14形成的加热单元24之间设置绝缘层26。
PTC加热装置12被保持在为壳体上部6的分隔壁30的目的而提供的容纳部28中的插入式接触部中，并且在控制系统31的连接室29中被电连接和控制。在源自申请人的EP 3334 242 A1中描述了该配置的细节。
根据图3的俯视图示出了框架22的细节，该框架22包括纵梁32和横梁34，间隔件腹板(web)36从每个梁向内突出，以将PTC元件14预先定位在框架22中。图3中的上横梁34被接触舌状部18超出。如图5所图示的，图3中的框架22中的用于PTC元件14的容纳空间的下边界由下接触元件16.1形成，该下接触元件16.1通过二次成型(overmold)连接到框架22。图3和图5还示出了金属化层(metallization)38，该金属化层38通过溅射或丝网印刷金属层被施加在PTC元件14的陶瓷材料上，并且该金属化层38在PTC元件14的相反侧形成相应的接触表面40。在接触表面40和PTC元件14的由附图标记42表征的周向表面之间暴露了PTC元件14的陶瓷表面。以这种方式，在PTC元件14的主侧表面上形成周向地界定接触表面40的边缘44(参见图3)。
图3和图5还示出了固化的电绝缘化合物46的插入。化合物46设置在每个横梁34和加热单元24之间。除此以外，在PTC元件14和框架22的内周向表面之间剩余的间隙48没有化合物46的材料。
在制造过程中，首先通过使用形成框架22的塑料来二次成型下接触元件16.1来生产具有该下接触元件的框架22。在该中间产品的图3所示的第一接触元件16.1面朝下的布置中，然后将PTC元件14插入到框架22中。然后在外周向表面42和框架22之间引入离散配量的化合物46。然后施加第二接触元件16.2。该另一个接触元件16.2邻接化合物46，随后通过使PTC元件14通电而固化该化合物46。此外，通过烘干工艺来固化也是可行的。然后，将两个接触元件16.1和16.2连接到PTC元件14和框架22。
随后进行进一步的制造步骤，其中可以向已经参考图2描述的PTC加热装置12添加附加部件。
附图标记的列表
2 加热装置
4 壳体下部
6 壳体上部
8 加热室
10 入口喷嘴和出口喷嘴
12 PTC加热装置
14 PTC元件
16 接触元件
16.1 下接触元件
16.2 上接触元件
18 接触舌状部
20 壳体
22 框架
24 加热单元
26 绝缘层
28 容纳部
29 连接室
30 分隔壁
31 控制系统
32 纵梁
34 横梁
36 间隔件腹板
38 金属化层
40 接触表面
42 周向表面
44 边缘
46 化合物
48 间隙
Claims (9)
1.一种具有框架(22)的PTC加热装置(12)，在所述框架(22)中容纳有加热单元(24)，所述加热单元(24)包括由陶瓷材料制成的至少一个PTC元件(14)和将被分配不同极性的接触元件(16.1；16.2)，其中，所述PTC元件(14)具有由金属化层(38)形成的接触表面(40)，并且所述接触元件(16.1；16.2)各自与所述接触表面(40)中的一个接触表面电接触，其特征在于，所述加热单元(24)通过布置在所述加热单元(24)的外周边和所述框架(22)的内周边之间的固化的电绝缘化合物(46)而固定在所述框架(22)中，并且，在所述化合物(46)和所述接触表面(40)之间设有由所述PTC元件(14)的所述陶瓷材料形成的边缘(44)。
2.根据权利要求1所述的PTC加热装置(12)，其特征在于，所述接触表面(40)被由所述PTC元件(14)的所述陶瓷材料形成的周向的边缘(44)围绕。
3.根据权利要求1或2所述的PTC加热装置(12)，其特征在于，所述加热单元(24)通过两个至五个离散配量的所述化合物(46)固定在所述框架(22)中。
4.根据权利要求3所述的PTC加热装置(12)，其特征在于，每一个所述离散配量的固化的化合物(46)延伸不超过所述加热单元(24)的周向表面的20％，优选地，不超过所述加热单元(24)的周向表面的10％。
5.根据权利要求3所述的PTC加热装置(12)，其特征在于，所述框架(22)或所述框架(22)的一段与所述接触元件(16)一体地形成。
6.一种电加热装置(2)，尤其是机动车辆的电加热装置(2)，所述电加热装置(2)具有加热器壳体(4、6)，所述加热器壳体(4、6)包括用于待加热介质的入口开口和出口开口，并且所述加热器壳体(4、6)容纳至少一个根据权利要求1至5中的任一项所述的PTC加热装置(12)，所述PTC加热装置(12)以导热的方式连接到所述待加热介质。
7.一种制造PTC加热装置(12)的方法，其中通过施加金属化层(38)在由陶瓷材料制成的PTC元件的相反的侧表面上产生接触表面(40)，其中，所述接触表面(40)在外部由所述PTC元件(14)的所述陶瓷材料的边缘(44)界定，其中，将所述PTC元件(14)插入到框架(22)中或所述框架(22)的一段中以及插入在所述框架(22)和所述PTC元件(14)之间或所述段和所述PTC元件(14)之间，将电绝缘化合物(46)引入在所述边缘(44)的水平处，在固化之后通过所述电绝缘化合物(46)将所述PTC元件(14)固定在所述框架(22)中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，带有所述接触元件(16.1；16.2)中的一个接触元件的所述框架(22)或所述框架(22)的一段作为预组装的单元被提供，将所述化合物(46)引入到所述框架(22)中或所述框架的段中，并且然后将另一接触元件(16.1；16.2)放置在所述PTC元件(14)上，以使得在制造所述PTC加热装置(12)之后仅在两个所述接触元件(16.1；16.2)之间设置所述化合物(46)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，首先将所述另一接触元件(16.1；16.2)接合到所述框架(22)的另一段以形成预组装的单元，并且然后将所述接触元件(16.1；16.2)放置在所述PTC元件(14)上。
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