DE102014110164B4 - Verfahren zum Herstellen eines Heizstabs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Heizstabes, mit den Schritten:Drucken eines PTC-Heizwiderstands (2) auf ein Substrat (3), wobei mehrere PTC-Heizwiderstandschichten übereinander gedruckt werden, undAnordnen des Substrats (3) mit dem PTC-Heizwiderstand (2) in einem Flachrohr (1), wobei das Substrat (3) ein Blechstreifen ist, der PTC-Heizwiderstand (2) auf eine Seite des Blechstreifens aufgedruckt wird undeine isolierende Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Blechstreifens angeordnet wird.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung in Form eines Heizstabs, wie sie aus der DE 198 48 169 A1 bekannt ist.
  • Derartige Heizstäbe werden zum Beheizen des Innenraums von Fahrzeugen verwendet. Die Heizstäbe werden an Kühlkörpern befestigt, um Wärme an einen Luftstrom zu übertragen, wie in DE 10 2006 018 784 A1 und DE 10 2012 109 801 A1 offenbart.
  • Aus US 2009 / 0 283 511 A1 , DE 103 15 220 A1 , sowie US 4 716 279 A sind Heizvorrichtungen bekannt, bei denen ein PTC Heizwiderstand auf Basis von Bariumtitanat auf ein Substrat aufgedruckt ist. Aus DE 41 00 865 A1 ist eine Schichtschaltung bekannt, die mehrere mittels Siedrucktechnik aufgebrachte Widerstandsschichten aufweist. Aus DE 18 06 756 A ist es bekannt eine Widerstandsschicht aus Widerstandpaste hoher Leitfähigkeit und eine Widerstandsschicht aus Widerstandspaste niedriger Leitfähigkeit übereinander zu drucken.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen wie Heizstäbe kostengünstiger produziert werden können.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Während herkömmliche Heizstäbe einzelne PTC Steine enthalten, die auf einem Blechstreifen von einem Kunststoffrahmen positioniert werden, nutzt die vorliegende Erfindung einen PTC-Heizwiederstand, der auf ein Substrat aufgedruckt ist. Dies vereinfacht die Herstellung wesentlich. Eine Handhabung einzelner PTC Steine ist nicht mehr erforderlich, noch wird ein Rahmen zum Positionieren von PTC Steinen benötigt.
  • Das Substrat ist erfindungsgemäß ein Blechstreifen, beispielsweise ein Aluminiumstreifen. Der Metallstreifen kann von einem umgebenden Metallrohr durch eine Isolierschicht isoliert sein, beispielsweise einen separaten Streifen aus einer elektrisch isolierenden Keramik, z.B. Aluminiumoxid. Eine weitere Möglichkeit ist es, eine Polymerfolie zu verwenden oder den Metallstreifen auf einer Seite zu Eloxieren und den PTC-Heizwiderstand auf die gegenüberliegende Seite aufzudrucken.
  • Das Substrat kann auch ein elektrisch isolierender Keramikstreifen sein. Ein oder mehrere Kontaktflächen, die an den PTC-Widerstand angeschlossen sind, können auf den Keramikstreifen aufgedruckt werden. Bevorzugt ist eine elektrisch leitende Schicht zwischen dem PTC-Heizwiderstand und dem Keramikstreifen angeordnet. Die elektrisch leitende Schicht kann beispielsweise eine Metallschicht sein. Die leitende Schicht kann auf den Keramikstreifen aufgedruckt sein oder durch chemische oder physikalische Abscheidemethoden aufgebracht sein, beispielsweise durch Abscheidung aus der Gasphase. Der PTC-Widerstand kann dann auf die leitende Schicht aufgedruckt werden.
  • Erfindungsgemäß werden mehrere PTC-Heizwiderstandsschichten übereinander gedruckt. Auf diese Weise können PTC-Heizwiderstand von nahezu jeder Dicke und jedem Widerstand hergestellt werden. PTC-Heizwiderstandschichten können als eine Paste oder Tinte gedruckt werden. Nach einem solchen Druckschritt kann das Substrat gebrannt werden, wodurch die neu gedruckte Schicht getrocknet und gesintert wird. Nach einem solchen Brennschritt kann eine weitere PTC-Heizwiderstandsschicht auf die vorhandene PTC-Heizwiderstandsschicht aufgedruckt werden. Es gibt keine Grenze für die Anzahl von PTC-Heizwiderstandsschichten, die übereinander gedruckt werden können.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, den PTC-Heizwiderstand durch Siebdruck aufzudrucken.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
  • 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Heizstabs.
  • Der Heizstab hat ein Flachrohr 1 aus Metall, beispielsweise Aluminium, und einen oder mehrere PTC-Heizwiderstände 2, die in dem Rohr 1 angeordnet sind. Der Heizwiderstand 2 besteht aus einer oder mehreren Lagen, die auf das Substrat 3 durch Siebdruck aufgedruckt sind.
  • Das Substrat 3 kann ein Blechstreifen sein, beispielsweise Aluminium. Der PTC-Heizwiderstand 2 kann mittels Siebdruck auf eine Vorderseite eines Blechstreifens aufgedruckt werden. Der Blechstreifen kann elektrisch von dem metallischen Rohr 1 durch eine elektrisch isolierende Schicht isoliert werden, beispielsweise ein Streifen einer elektrisch isolierenden Keramik wie Aluminiumoxid oder eine Kunststofffolie. An Stelle einer separaten Isolierschicht, wie ein zusätzlicher Streifen oder eine Folie, kann die Isolierschicht auch als Teil des Metallstreifens ausgebildet werden, beispielsweise als eine eloxierte Oberfläche.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Keramikstreifen als Substrat zu verwenden. Beispielsweise kann der PTC-Heizwiderstand 2 mittels Siebdruck auf einen Streifen einer elektrisch isolierenden Keramik wie Aluminiumoxid aufgedruckt werden. Wenn das Substrat ein Streifen einer elektrisch isolierenden Keramik ist, kann das Substrat vorberietet werden, indem eine elektrisch leitfähige Schicht, beispielsweise eine Metallschicht, auf den Streifen aus elektrisch isolierenden Keramik aufgebracht wird. Der PTC-Heizwiderstand wird dann auf die elektrisch leitende Schicht gedruckt. Die elektrisch leitende Schicht kann aufgebracht werden, indem Leitpaste auf eine Seite des Keramikstreifens aufgedruckt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, chemische oder physikalische Abscheidemethoden, beispielsweise Abscheidung aus der Gasphase, zu verwenden, um auf einer Seite des Keramikstreifens eine Metallschicht anzubringen.
  • Nachdem das Substrat 3 und der wenigstens eine PTC-Heizwiderstand 2 in dem Flachrohr 1 angeordnet wurden, wird das Rohr 1 verpresst. Dadurch wird das Rohr 1 durch plastische Verformung noch flacher gemacht. Der thermische Kontakt zwischen dem PTC-Heizwiderstand 2 und dem Metallrohr 1 wird durch das Verpressen verbessert. Das Flachrohr 1 ist ein Profilrohr, das durch Strangpressen hergestellt werden kann. Das Flachrohr 1 hat bevorzugt einen im Wesentlichen rechteckigen Innenraum.
  • Der PTC-Heizwiderstand 2 ist auf Basis von Bariumtitanat. Einige der Barium- und/oder Titanatome des PTC-Heizwiderstands 2 können beispielsweise durch Kalzium, Strontium und/oder Blei ersetzt werden. Beispielsweise können die Metallatome des gesinterten PTC-Heizwiderstands 2 zu 30 bis 40 % Ba, zu 50 bis 60 % Ti, bis zu 10 % Pb und bis zu 5 % andere Metallatome sein. Diese Prozentangaben sind Atomprozente der im PTC-Heizwiderstand vorhandenen Metallatome, d.h. ohne Berücksichtung der Sauerstoffatome. Der Siebdruck wird mit einer Paste oder Tinte vorgenommen. Nach dem Druckvorgang wird das Substrat gebrannt. Zusätzliche PTC-Heizschichten können übereinander aufgedruckt werden. Dadurch kann ein Heizstab hergestellt werden, der eine gewünschte Heizleistung und/oder präzise definierte Widerstandswerte hat.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Heizstabes, mit den Schritten: Drucken eines PTC-Heizwiderstands (2) auf ein Substrat (3), wobei mehrere PTC-Heizwiderstandschichten übereinander gedruckt werden, und Anordnen des Substrats (3) mit dem PTC-Heizwiderstand (2) in einem Flachrohr (1), wobei das Substrat (3) ein Blechstreifen ist, der PTC-Heizwiderstand (2) auf eine Seite des Blechstreifens aufgedruckt wird und eine isolierende Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Blechstreifens angeordnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verpressen des Rohres (1), nachdem das Substrat (3) mit dem PTC-Heizwiderstand (2) in dem Rohr angeordnet wurde.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der PTC-Heizwiderstand (2) mittels Siebdruck auf das Substrat (3) aufgedruckt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) vorbereitet wird, indem eine elektrisch leitende Schicht auf einen Streifen einer elektrisch isolierenden Keramik aufgebracht wird, und der PTC-Heizwiderstand (2) auf die elektrisch leitende Schicht aufgedruckt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht aufgebracht wird, indem Leitpaste auf den Streifen aufgedruckt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht ein Streifen einer elektrisch isolierenden Keramik ist.
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