DE102017223779A1 - Electric heating device and a method for producing the same - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wärmeabgebenden Elementen (26) und einem wärmeerzeugenden Element (30) und an gegenüberliegenden Seiten daran wärmeleitend anliegenden wärmeabgebenden Elementen (26), wobei das wärmeerzeugende Element (30) einen Positionsrahmen (2) und zumindest ein PTC Element (10) aufweist, das in dem Positionsrahmen (2) vorgesehen ist, Hauptseitenflächen (14) für die Wärmeauskopplung aufweist und an Kontaktblechen (18) unterschiedlicher Polarität anliegt, wobei Hauptseitenflächen (24) des Positionsrahmens (2) mit einer zu dem PTC Element (10) führende Rahmenöffnung (16) versehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung, bei dem zumindest ein PTC-Element (10) in einem Positionsrahmen (2) mit Abstand zu Hauptseitenflächen (24) des Positionsrahmens (2) angeordnet wird, in eine Rahmenöffnung (16) eine elektrisch isolierende Masse (22) mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebracht wird, die den Abstand zwischen einer der Hauptseitenflächen (24) und dem PTC-Element (10) überbrückt, ein wärmeabgebendes Element (26) gegen die Masse (22) angelegt und die Masse (22) zwischen dem wärmeabgebenden Element (26) und dem PTC-Element (10) verpresst und ausgehärtet wird.The present invention relates to an electrical heating device, in particular for a motor vehicle, with heat-emitting elements (26) and a heat-generating element (30) and on heat-conducting elements (26) on opposite sides thereof, wherein the heat-generating element (30) has a positioning frame (2 ) and at least one PTC element (10), which is provided in the position frame (2), has main side surfaces (14) for the heat extraction and contact plates (18) of different polarity, said main side surfaces (24) of the position frame (2) a frame opening (16) leading to the PTC element (10) is provided. The present invention further relates to a method for producing an electrical heating device, in which at least one PTC element (10) is arranged in a position frame (2) at a distance from main side surfaces (24) of the position frame (2), into a frame opening (16). an electrically insulating mass (22) with good thermal conductivity is introduced which bridges the distance between one of the main side surfaces (24) and the PTC element (10), a heat-emitting element (26) is applied against the mass (22) and the mass ( 22) between the heat-emitting element (26) and the PTC element (10) is pressed and cured.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wärmeabgebenden Elementen und mit einem wärmeerzeugenden Element, das an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen mit den wärmeabgebenden Elementen wärmeleitend verbunden ist und einen Positionsrahmen und zumindest ein PTC-Heizelement aufweist, das in dem Positionsrahmen vorgesehen ist und Hauptseitenflächen für die Wärmeauskopplung aufweist. Dieses PTC-Element liegt an Kontaktblechen unterschiedlicher Polarität an. Die Hauptseitenflächen des Positionsrahmens sind mit einer zu dem PTC-Element führenden Rahmenöffnung versehen.The present invention relates to an electric heater, in particular for a motor vehicle, with heat-emitting elements and with a heat-generating element, which is thermally conductively connected at opposite main side surfaces with the heat-emitting elements and having a positioning frame and at least one PTC heating element, which is provided in the position frame and main side surfaces for the heat extraction. This PTC element is applied to contact plates of different polarity. The main side surfaces of the position frame are provided with a frame opening leading to the PTC element.

Ein solcher Stand der Technik ist beispielsweise aus der EP 1 768 459 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik liegt an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes ein Kontaktblech an, welches außenseitig mit einer Isolierung versehen ist. Gegen diese Isolierung liegt ein wärmeabgebendes Element in Form einer Wellrippenlage an.Such a prior art is for example from the EP 1 768 459 A1 known. In this prior art is located on opposite main side surfaces of the PTC element on a contact plate, which is provided on the outside with insulation. Against this isolation is a heat-emitting element in the form of a corrugated fin.

Für einen hohen Wirkungsgrad solcher elektrischer Heizvorrichtungen ist es wesentlich, dass die Wärme zuverlässig und mit guter Leitfähigkeit aus dem PTC-Element ausgekoppelt wird. Übergangswiderstände an Phasengrenzen verschiedener Lagen können einen solchen guten Wärmeübergang beeinträchtigen. So ist die Fachwelt bemüht, elektrische Heizvorrichtungen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die von dem PTC-Element abgegebene Wärme bestmöglich ausgekoppelt wird.For a high efficiency of such electrical heating devices, it is essential that the heat is coupled out reliably and with good conductivity from the PTC element. Contact resistances at phase boundaries of different layers can impair such a good heat transfer. Thus, the experts endeavor to improve electrical heating devices of the type mentioned in that the heat emitted from the PTC element heat is coupled out as possible.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen anzugeben, die mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden kann, wobei das Verfahren einfach und zuverlässig durchführbar sein soll.The present invention is based on the problem to provide an electric heater and a method for producing such, which can be operated with good efficiency, the method should be simple and reliable feasible.

Zur Lösung des vorrichtungsmäßigen Aspekts wird mit der vorliegenden Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Diese unterscheidet sich dadurch von dem zuvor erwähnten Stand der Technik, dass in die Rahmenöffnung eine elektrisch isolierende Masse mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebracht ist, die den Abstand zwischen dem wärmeerzeugenden Element und dem PTC-Element bzw. dem Kontaktblech überbrückt.To solve the device-related aspect, the present invention proposes an electric heating device having the features of claim 1. This differs from the aforementioned prior art in that in the frame opening an electrically insulating mass with good thermal conductivity is introduced, which bridges the distance between the heat-generating element and the PTC element or the contact sheet.

Die vorliegende Erfindung lässt sich von der Überlegung leiten, dass der Positionsrahmen einen Aufnahmeraum vorgibt, der mit der elektrisch isolierenden Masse im flüssigen oder zähflüssigen Zustand gefüllt werden kann. Dieser Aufnahmeraum wird zumindest seitlich, gegebenenfalls auch vollumfänglich von dem Positionsrahmen umgeben. Der Positionsrahmen kann zu beiden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes einen entsprechenden Aufnahmeraum ausbilden. Das PTC-Element befindet sich üblicherweise in Höhenrichtung mittig in dem Positionsrahmen aufgenommen. Dabei kann der Positionsrahmen aufgrund seiner Gestaltung eine PTC-Aufnahme oder mehrere PTC-Aufnahmen zur vorbestimmten Positionierung von mehreren PTC-Elementen innerhalb des Positionsrahmen vorgeben. Die PTC-Aufnahmen geben üblicherweise die Lage eines PTC-Elementes formschlüssig innerhalb des Positionsrahmens vor.The present invention is based on the consideration that the positioning frame prescribes a receiving space that can be filled with the electrically insulating mass in the liquid or viscous state. This receiving space is at least laterally, possibly also completely surrounded by the positioning frame. The position frame can form a corresponding receiving space for both main side surfaces of the PTC element. The PTC element is usually located in the height direction centered in the position frame. In this case, the position frame due to its design can specify a PTC recording or a plurality of PTC images for the predetermined positioning of a plurality of PTC elements within the position frame. The PTC images usually specify the position of a PTC element in a form-fitting manner within the position frame.

Das PTC-Element kann stirnseitig mit einem Kontaktblech kontaktiert sein. Bei dieser Ausgestaltung liegt das Kontaktblech nicht an einer Hauptseitenfläche des PTC-Elementes an, sondern an einer stirnseitigen, die Hauptseitenfläche umfänglich umgebenden Randfläche des PTC-Elementes. So liegt die wärmeabgebende Oberfläche des PTC-Elementes innerhalb der Rahmenöffnung zumindest teilweise frei. Bei dieser Fallgestaltung wird die elektrisch isolierende Masse gegen die Oberfläche des PTC-Elementes befüllt. Dementsprechend bildet das PTC-Element die untere Begrenzung der Rahmenöffnung. Bei einer eher konventionellen Bestromung, bei der das Kontaktblech auf einer Hauptseitenfläche des PTC-Elementes aufliegt, begrenzt das Kontaktblech unterseitig die Rahmenöffnung und wird mit der elektrisch isolierenden Masse auf der dem PTC-Element gegenüberliegenden Seite benetzt.The PTC element can be contacted with a contact plate on the front side. In this embodiment, the contact plate is not on a main side surface of the PTC element, but on a front side, the main side surface circumferentially surrounding edge surface of the PTC element. Thus, the heat-emitting surface of the PTC element is at least partially exposed within the frame opening. In this case, the electrically insulating compound is filled against the surface of the PTC element. Accordingly, the PTC element forms the lower boundary of the frame opening. In a more conventional energizing, in which the contact plate rests on a main side surface of the PTC element, the contact plate bounded on the underside of the frame opening and is wetted with the electrically insulating compound on the opposite side of the PTC element.

Die elektrisch isolierende Masse erstreckt sich vom Inneren des Positionsrahmens, d. h. der Oberfläche des PTC-Elementes und/oder des Kontaktbleches nach außen, üblicherweise bis zu einer äußeren Oberfläche des Positionsrahmens. Dabei wird die elektrisch isolierende Masse vorzugsweise vor oder beim Aushärten bereits gegen die Oberfläche des dort vorgesehenen wärmeabgebenden Elementes angelegt, so dass die elektrisch isolierende Masse bei dem zu bevorzugenden Aushärten der elektrisch isolierenden Masse gegen das wärmeabgebende Element abbindet und dieses mit guter Wärmeleitfähigkeit mit dem PTC-Element koppelt und darüber hinaus eine Einheit aus wärmeabgebenden Element und wärmeerzeugenden Element gebildet wird. Es versteht sich, dass diese Einheit zwei an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des Positionsrahmens anliegende wärmeabgebende Elemente umfasst, die bevorzugt in dieser Weise zusammen mit dem wärmeerzeugenden Element zu einer Einheit gefügt sind.The electrically insulating mass extends from the interior of the position frame, i. H. the surface of the PTC element and / or the contact plate to the outside, usually up to an outer surface of the position frame. In this case, the electrically insulating compound is preferably applied before or during curing already against the surface of the heat-emitting element provided there, so that the electrically insulating compound sets in the preferred curing of the electrically insulating mass against the heat-emitting element and this with good thermal conductivity with the PTC Element coupled and beyond a unit of heat-emitting element and heat-generating element is formed. It is understood that this unit comprises two heat-emitting elements which abut on opposite main side surfaces of the positioning frame and which are preferably joined together in this way together with the heat-generating element.

Das wärmeerzeugende Element muss nicht in Höhenrichtung symmetrisch ausgebildet sein, wobei sich das PTC-Element in der Symmetrieachse erstreckt. Eine solche Ausgestaltung ist zwar zu bevorzugen. Es kann aber gleichwohl zunächst ein Positionsrahmen mit einem oder mehreren PTC-Elementen vorbereitet werden, welcher bereits an einer Seite einen Kern oder ein Einlegeteil aus einem gut wärmeleitfähigen Material ausbildet, beispielsweise mit einer elektrisch isolierenden Masse versehen ist, die gegen das wärmeabgebende Element an dieser Seite des Positionsrahmens verklebt ist. Von der gegenüberliegenden Seite kann beispielsweise ein PTC-Element gegebenenfalls mit dem zugehörigen Kontaktblech gegen eine solche Lage aus elektrisch isolierender Masse angelegt werden. Danach erfolgt dann das Verfüllen der gegenüberliegenden Rahmenöffnung mit der isolierenden Masse.The heat-generating element does not have to be formed symmetrically in the height direction, with the PTC element in the axis of symmetry extends. Such an embodiment is to be preferred. However, it may nevertheless first be prepared a position frame with one or more PTC elements, which already forms on one side of a core or insert of a good thermal conductivity material, for example, provided with an electrically insulating material, against the heat-emitting element at this Side of the position frame is glued. From the opposite side, for example, a PTC element can optionally be applied with the associated contact plate against such a layer of electrically insulating material. This is then followed by filling the opposite frame opening with the insulating mass.

Zu bevorzugen ist indes die Aufnahme des PTC-Elementes mittig in Höhenrichtung in dem Positionsrahmen, so dass einander gegenüberliegende Rahmenöffnungen durch den Positionsrahmen gebildet sind, die jeweils in der zuvor beschriebenen Weise mit der elektrisch isolierenden Masse gefüllt werden.However, it is preferable to receive the PTC element centrally in the height direction in the positioning frame, so that mutually opposite frame openings are formed by the positioning frame, which are respectively filled with the electrically insulating mass in the manner described above.

Der von der Masse überbrückte Abstand erstreckt sich in Höhenrichtung und damit in einer Richtung rechtwinklig zu der Erstreckung der Hauptseitenfläche des PTC-Elementes bzw. des Positionsrahmens. In der Regel ist annähernd die gesamte Hauptseitenfläche des PTC-Elementes mit der Masse benetzt bzw. von dieser abgedeckt.The space bridged by the mass extends in the height direction and thus in a direction perpendicular to the extension of the main side surface of the PTC element and the position frame. As a rule, almost the entire main side surface of the PTC element is wetted or covered by the mass.

Bei der elektrisch isolierenden Masse handelt es sich vorzugsweise um ein additionsvemetzendes Zwei-Komponenten-Polymer, beispielsweise um ein entsprechend vernetzendes Silikon. Das Polymer sollte hydrolysebeständig sein. Wichtig ist eine gute Wärmeleitfähigkeit von zumindest 2 W/(m K). Die Masse hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 3, besonders bevorzugt 5 W/(m K). Mit Blick darauf wird der Masse üblicherweise ein Füllstoffanteil beigefügt. Bei diesem Füllstoff handelt es sich um Partikel mit guter Wärmeleitfähigkeit, die indes elektrisch isolierende Eigenschaften haben. So können beispielsweise Partikel aus Aluminiumoxid als Füllstoffanteil verwendet werden. Es kann sich um Gas- oder Wasserverdüstepartikel handeln. Zu bevorzugen ist ein Füllstoffanteil von zumindest 50 Vol.-%, besonders bevorzugt von zwischen 85 Vol.-% und 95 Vol.-%. Ein solcher Füllstoffanteil ermöglicht zwar eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, behindert aber noch nicht die im Grunde schmelzflüssige Verarbeitung der elektrisch isolierenden Masse.The electrically insulating compound is preferably an addition-crosslinking two-component polymer, for example a correspondingly crosslinking silicone. The polymer should be resistant to hydrolysis. Important is a good thermal conductivity of at least 2 W / (m K). The composition preferably has a thermal conductivity of 3, more preferably 5 W / (m K). In view of this, the mass is usually added to a filler. These fillers are particles with good thermal conductivity, which, however, have electrically insulating properties. For example, particles of alumina may be used as filler. It can be gas or water atomization particles. To be preferred is a filler content of at least 50% by volume, more preferably between 85% by volume and 95% by volume. Although such a proportion of filler allows a very good thermal conductivity, but does not hinder the basically molten processing of the electrically insulating mass.

Als Füllstoffanteil kommen bevorzugt Flakes zum Einsatz, d. h. Partikel mit unregelmäßiger Geometrie und einer erheblichen Korngrößenverteilung. Eine solche Eigenschaft des Füllstoffanteils verbessert das möglichst dichte Anordnen des Füllstoffs innerhalb der flüssigen Phase. Die Partikel können gut verzahnen und unmittelbaren Kontakt miteinander haben, was sich günstig auf den Wärmetransport durch die Masse auswirkt.As filler, flakes are preferably used, d. H. Particles with irregular geometry and a considerable particle size distribution. Such a property of the filler content improves the dense placement of the filler within the liquid phase. The particles can interlock well and have direct contact with each other, which has a favorable effect on the heat transport through the mass.

Bei Verwendung eines Zwei-Komponenten-Polymers als Masse wird vorzugsweise der Füllstoffanteil mit guter Wärmeleitfähigkeit vor dem Durchmischen der Komponenten jeder einzelnen Komponente beigemischt. Dies verbessert den Durchmischungsgrad der resultierenden elektrisch isolierenden Masse.When using a two-component polymer as a mass, the filler fraction with good thermal conductivity is preferably admixed before mixing the components of each individual component. This improves the degree of mixing of the resulting electrically insulating material.

Die Masse sollte ferner eine gute Durchschlagsfestigkeit von zumindest 10 kV/mm haben, besonders bevorzugt von zumindest 20 kV/mm. Der spezifische Durchschlagswiderstand sollte zumindest 1,9 × 1015 Ω/cm liegen. Der für die Kriechstromfestigkeit relevante CTI-Wert sollte CTI > 600 sein.The composition should also have a good dielectric strength of at least 10 kV / mm, more preferably at least 20 kV / mm. The specific breakdown resistance should be at least 1.9 × 10 15 Ω / cm. The CTI value relevant for tracking resistance should be CTI> 600.

Die elektrisch isolierende Masse kann so ausgebildet sein, dass die beiden Komponenten bei Raumtemperatur vernetzen. Eine solche Vernetzung wird bekanntlich mit steigender Temperatur beschleunigt. Dabei kann zur Vernetzung der elektrisch isolierenden Masse das PTC-Element bestromt und dadurch im Inneren des herzustellenden Erzeugnisses Wärme erzeugt werden. Dabei wird das PTC-Element üblicherweise mit einer Spannung unterhalb der Betriebsspannung betrieben. Wichtig für eine kontrollierte Aushärtung der elektrisch isolierenden Masse ohne Blasenbildung ist ein möglichst optimales Aufheizen. Die Temperatur im Inneren darf nicht zu schnell ansteigen. So wird die Spannung zum Aushärten der Masse auf einen Wert gesetzt, der unter dem eigentlichen Betriebspunkt liegt. Bei einem Wärmeerzeugenden Element, welches mit Hochspannung betrieben wird, beispielsweise 350 V, kann die Spannung zum Erwärmen bei 200 V liegen.The electrically insulating mass may be formed so that the two components crosslink at room temperature. Such crosslinking is known to be accelerated with increasing temperature. In this case, the PTC element can be energized to crosslink the electrically insulating material and thereby heat is generated in the interior of the product to be produced. In this case, the PTC element is usually operated with a voltage below the operating voltage. Important for a controlled hardening of the electrically insulating compound without blistering is the best possible heating. The temperature inside must not rise too fast. Thus, the stress for hardening the mass is set to a value which is below the actual operating point. For example, in a heat generating element operated at high voltage, for example, 350 V, the voltage for heating may be 200V.

Das Aushärten erfolgt bevorzugt mit einem Stempel, durch den die elektrisch isolierende Masse nicht nur in der Rahmenöffnung verpresst wird, sondern darüber hinaus ausgehärtet wird. Dieser Stempel kann unmittelbar gegen die elektrisch isolierende Masse anliegen oder unter Zwischenlage des wärmeabgebenden Elementes oder eines Teiles davon. In diesem Fall wird die Druckspannung auch genutzt, um das wärmeabgebende Element gut mit dem wärmeerzeugenden Element zu verbinden und die Verbindung dauerhaft durch Aushärten der elektrisch isolierenden Masse zu sichern. Dabei kann vor dem Aushärten der elektrisch isolierenden Masse und nach dem Einbringen derselben in die Rahmenöffnung diese glattgestrichen werden, um überschüssiges Material abzuziehen und die Oberfläche zu vergleichmäßigen, so dass das wärmeabgebende Element vollflächig über die elektrisch isolierende Masse an dem wärmeerzeugenden Element angelegt werden kann. Der Stempel wird bevorzugt vor oder während des Verpressens geheizt bzw. erwärmt.The curing is preferably carried out with a stamp, by which the electrically insulating compound is not only pressed in the frame opening, but is also cured. This stamp can bear directly against the electrically insulating compound or with the interposition of the heat-emitting element or a part thereof. In this case, the compressive stress is also used to connect the heat-emitting element well with the heat-generating element and to secure the connection permanently by curing the electrically insulating mass. It can be smoothed before curing the electrically insulating material and after the introduction of the same in the frame opening to remove excess material and to even out the surface, so that the heat-emitting element can be applied over the entire surface of the electrically insulating mass to the heat-generating element. The stamp is preferably heated or heated before or during the pressing.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat der Positionsrahmen das PTC-Element beidseitig überragende Vorsprünge. Diese Vorsprünge verhindern einen unmittelbaren Kontakt zwischen dem wärmeabgebenden, üblicherweise aus Metall ausgebildeten Element und den elektrisch leitenden Teilen des wärmeerzeugenden Elementes. Die Vorsprünge stellen einen Minimalabstand sicher, der mit der elektrisch isolierenden Masse gefüllt ist. Die entsprechende Anlagefläche wird üblicherweise durch Zapfen gebildet, die das PTC-Element beidseitig überragen. Das PTC-Element kann an seinen gegenüberliegenden Hauptseitenflächen jeweils durch mehrere Zapfen überragt sein, so dass das PTC-Element zwischen den Zapfen innerhalb des Positionsrahmens formschlüssig in Richtung der Rahmenöffnung lagefixiert ist. Die Zapfen haben dabei eine Erstreckung in Längsrichtung des üblicherweise länglichen Rahmens, die bevorzugt geringer als die Längserstreckung des PTC-Elementes ist. Diese Überlegung geht davon aus, dass das den Positionsrahmen ausbildende Material eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als die elektrisch isolierende Masse hat, so dass die Flächenanteile des den Positionsrahmen ausbildenden Materials innerhalb der Rahmenöffnung, d. h. dem Raum zwischen der Hauptseitenfläche des PTC-Elementes und dem zugeordneten wärmeabgebenden Element maximal möglich mit der elektrisch isolierenden Masse ausgefüllt sein sollte. Gegen einen der Zapfen kann das wärmeerzeugende Element unmittelbar oder unter Zwischenlage der Masse anliegen. According to a preferred development of the present invention, the positioning frame has the PTC element protruding on both sides. These projections prevent direct contact between the heat-emitting, usually made of metal element and the electrically conductive parts of the heat-generating element. The protrusions ensure a minimum clearance that is filled with the electrically insulating mass. The corresponding contact surface is usually formed by pins which project beyond the PTC element on both sides. The PTC element can be surmounted in each case by a plurality of pins on its opposite main side surfaces, so that the PTC element is fixed in position in the direction of the frame opening between the pins within the position frame in a form-fitting manner. The pins have an extension in the longitudinal direction of the usually elongated frame, which is preferably less than the longitudinal extension of the PTC element. This consideration assumes that the material forming the position frame has a poorer thermal conductivity than the electrically insulating mass, so that the area ratios of the position frame forming material within the frame opening, ie, the space between the main side surface of the PTC element and the associated heat emitting element should be filled as possible with the electrically insulating mass. Against one of the pins, the heat-generating element can lie directly or with the interposition of the mass.

Das zur Lösung des obigen Problems mit der vorliegenden Erfindung angegebene Verfahren gibt das Anordnen zumindest eines PTC-Elementes in dem Positionsrahmen und mit Abstand zu den Hauptseitenflächen desselben vor. Danach wird die Rahmenöffnung mit einer elektrisch isolierenden Masse mit guter Wärmeleitfähigkeit gefüllt. Diese Masse wird derart in die Rahmenöffnung eingebracht, dass der Abstand zwischen der Hauptseitenfläche und dem PTC-Element überbrückt wird. Dieser Abstand wird entweder durch die Oberfläche des PTC-Elementes selbst oder ein an dieser Oberfläche anliegendes Kontaktblech vorgegeben. Das zu dem Vorrichtungsanspruch insofern Gesagte gilt hier entsprechend.The method for solving the above problem with the present invention provides for arranging at least one PTC element in the positioning frame and at a distance from the main side surfaces thereof. Thereafter, the frame opening is filled with an electrically insulating material with good thermal conductivity. This mass is introduced into the frame opening in such a way that the distance between the main side surface and the PTC element is bridged. This distance is predetermined either by the surface of the PTC element itself or by a contact plate resting against this surface. The statements made to the device claim insofar here apply accordingly.

Danach wird ein wärmeabgebendes Element gegen die Masse angelegt, welches gegebenenfalls dabei auch gegen Teile, insbesondere Vorsprünge des Positionsrahmens angelegt werden kann, um den notwendigen Abstand zu dem PTC-Element einzuhalten. Danach wird die Masse unter Aufbringen einer äußeren Kraft gegen das wärmeabgebende Element ausgehärtet. So wird das wärmeabgebende Element beim Aushärten der Masse gegen das PTC-Element unter Zwischenlage der Masse mit dem wärmeerzeugenden Element verbunden.Thereafter, a heat-emitting element is applied against the mass, which may also be applied against parts, in particular projections of the position frame, in order to maintain the necessary distance to the PTC element. Thereafter, the mass is cured by applying an external force against the heat-emitting element. Thus, the heat-emitting element is connected during curing of the mass against the PTC element with the interposition of the mass with the heat-generating element.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.Further details and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment in conjunction with the drawings.

In dieser zeigen:

  • 1 eine perspektivische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines wärmeerzeugenden Elementes;
  • 2 eine perspektivische Schnittansicht gemäß der Darstellung in 1 für ein Ausführungsbeispiel eines Heizstabes; und
  • 3 das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel bei einer Draufsicht.
In this show:
  • 1 a sectional perspective view of an embodiment of a heat generating element;
  • 2 a sectional perspective view as shown in FIG 1 for an embodiment of a heating element; and
  • 3 this in 1 shown embodiment in a plan view.

Die 1 zeigt einen Positionsrahmen 2, der durch zwei sich parallel erstreckende Positionsrahmen-Leisten 4 gebildet ist. Wie 3 erkennen lässt, hat jede der Positionsrahmen-Leisten 4 in Längsrichtung der Leisten 4 voneinander beabstandete Vorsprünge 6, die in Höhenrichtung (vgl. 1) übereinander vorgesehen sind, so dass diese eine PTC-Aufnahme 8 für ein mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnetes PTC-Element ausbilden. In der PTC-Aufnahme 8 ist das PTC-Element 10 in Höhenrichtung H formschlüssig gehalten. Wie 3 erkennen lässt, überragt das PTC-Element 10 in Längsrichtung der Positionsrahmen-Leisten 4 die einzelnen Vorsprünge 6. Zwischen einzelnen PTC-Elementen 10, die vorliegend in Längsrichtung des Positionsrahmens 2 hintereinander in einer Ebene vorgesehen sind, befindet sich ein Spalt 12, der die beiden benachbarten PTC-Elemente 10 voneinander beabstandet.The 1 shows a position frame 2 by two parallel extending frames 4 is formed. As 3 has each of the positioning frame bars 4 in the longitudinal direction of the strips 4 spaced-apart projections 6 , in the height direction (see. 1 ) are provided one above the other so that they have a PTC recording 8th for a with reference number 10 form a labeled PTC element. In the PTC recording 8th is the PTC element 10 in the height direction H held positively. As 3 reveals the PTC element 10 in the longitudinal direction of the position frame strips 4 the individual projections 6 , Between individual PTC elements 10 Present in the longitudinal direction of the position frame 2 are provided one behind the other in a plane, there is a gap 12 that the two adjacent PTC elements 10 spaced apart.

Jenseits der Vorsprünge 6 ist der lichte Querabstand der beiden Positionsrahmen-Leisten 4 so gewählt, dass eine Hauptseitenfläche 14 des PTC-Elementes 10 vollständig in einer mit Bezugszeichen 16 gekennzeichneten Rahmenöffnung freiliegt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Hauptseitenflächen 14 der PTC-Elemente 10 mit Kontaktblechen 18 kontaktiert, die zumindest einseitig über den Positionsrahmen 2 in dessen Längsrichtung L hinaus verlängert sind, um Kontaktzungen für den elektrischen Anschluss der elektrischen Heizvorrichtung auszubilden. Die entsprechenden Kontaktbleche 18 sind mit unterschiedlicher Polarität bestromt, d. h. nach Anschluss an eine Stromversorgung an Leitungsbahnen innerhalb des Fahrzeuges unterschiedlicher Polarität angeschlossen. Dieser Anschluss kann unter Zwischenlage einer Steuerungsvorrichtung erfolgen, die in einen Rahmen integriert ist, der bevorzugt aus Kunststoff hergestellt ist und eine äußere Umfassung eines einzelnen, in 2 dargestellten und mit Bezugszeichen 20 gekennzeichneten Heizstabes oder mehrerer solcher Heizstäbe 20 sein kann. Hierdurch wird eine baulicher Einheit aus dem oder den Heizstäben 20 und der Steuerungsvorrichtung über den Rahmen erreicht.Beyond the tabs 6 is the clear transverse distance of the two position frame strips 4 so chosen that a main side surface 14 of the PTC element 10 completely in one with reference numerals 16 marked frame opening is exposed. In the embodiment shown, the main side surfaces 14 the PTC elements 10 with contact plates 18 contacted, at least one side over the position frame 2 in the longitudinal direction L are extended to form contact tongues for the electrical connection of the electric heater. The corresponding contact sheets 18 are energized with different polarity, that is connected after connection to a power supply to cable paths within the vehicle of different polarity. This connection can take place with the interposition of a control device, which is integrated in a frame, which is preferably made of plastic and an outer enclosure of a single, in 2 shown and with reference numerals 20 characterized heating rod or more of such heating elements 20 can be. As a result, a structural unit of the or the heating elements 20 and reaches the control device via the frame.

Die 1 zeigt eine in die gegenüberliegenden Rahmenöffnungen 16 eingefüllte elektrisch isolierende Masse 22, nachdem diese Masse 22 an einer Hauptseitenfläche 24 des Positionsrahmens glattgestrichen wurde. Die elektrisch isolierende Masse 22 reicht bis zu den Kontaktblechen 18. Die Masse 22 überragt den Positionsrahmen 2 in Höhenrichtung nicht. Die Masse 22 endet bündig mit der Oberfläche des Positionsrahmens 2. The 1 shows one in the opposite frame openings 16 filled electrically insulating mass 22 after this mass 22 on a main side surface 24 of the position frame was smoothed. The electrically insulating mass 22 extends to the contact plates 18 , The crowd 22 surpasses the position frame 2 not in the vertical direction. The crowd 22 Ends flush with the surface of the frame 2 ,

In 2 ist der Heizstab 20 nach Fertigstellung dargestellt. Beidseitig gegen die Hauptseitenfläche 24 des Positionsrahmens 2 sind wärmeabgebende Elemente 26 vorgesehen. Diese Wellrippenlagen 26 bestehen aus einem, gegebenenfalls aus mehreren Blechstreifen. Zumindest einer der Blechstreifen ist mäandrierend zur Ausbildung von Wellrippen 28 des wärmeabgebenden Elementes 26 umbogen. Bevorzugt liegen diese Wellrippen 28 mit ihrem Scheitelpunkt unmittelbar gegen die Hauptseitenfläche 24 des Positionsrahmens 2 an. Sie sind dabei ganz oder teilweise in die elektrisch isolierende Masse eingetaucht. Die Wellrippen 28 können auch gegen einen Blechstreifen des wärmeabgebenden Elementes 26 anliegen, der zwischen den Scheitelpunkten der einzelnen Wellrippen und der Hauptseitenfläche 24 des Positionsrahmens 2 bzw. den Oberflächen der Vorsprünge 6 vorgesehen ist. In diesem Fall wird das wärmeabgebende Element 26 vollflächig mit der elektrisch isolierenden Masse 22 verbunden.In 2 is the heating element 20 presented after completion. Both sides against the main side surface 24 of the position frame 2 are heat-emitting elements 26 intended. These corrugated ribbed layers 26 consist of one, possibly of several metal strips. At least one of the metal strips is meandering for the formation of corrugated ribs 28 of the heat-emitting element 26 umbogen. Preferably, these corrugated ribs 28 with its vertex directly against the main side surface 24 of the position frame 2 on. They are completely or partially immersed in the electrically insulating material. The corrugated ribs 28 can also be used against a metal strip of the heat-emitting element 26 abutment, between the vertices of the individual corrugated ribs and the main side surface 24 of the position frame 2 or the surfaces of the projections 6 is provided. In this case, the heat-emitting element 26 full surface with the electrically insulating mass 22 connected.

Das Verbinden erfolgt beispielsweise nach dem Auflegen der wärmeabgebenden Lagen 26 gegen die gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 24 des Positionsrahmens 2. Danach wird von außen gegen die jeweiligen wärmeabgebenden Elemente 26 gedrückt. Diese verdrängen dabei teilweise die noch nicht ausgehärtete elektrisch isolierende Masse 22, ggf. bis die wärmeabgebenden Elemente 26 gegen die Vorsprünge 6 stoßen. Damit ist die Endlage der wärmeabgebenden Elemente 26 vorgegeben. Es wird ein Minimalabstand zwischen den wärmeabgebenden Elementen 26 und den elektrisch leitenden Teilen eines mit Bezugszeichen 30 gekennzeichneten wärmeerzeugenden Elementes geschaffen. Das wärmeerzeugende Element 26 besteht vorliegend aus den PTC-Elementen 10, den beidseitig daran anliegenden Kontaktblechen 18 und dem Positionsrahmen 2 sowie der darin eingefüllten und schließlich ausgehärteten elektrisch isolierenden Masse 22. Der von außen gegen die wärmeabgebenden Elemente 26 ganz oder teilweise anliegende Stempel ist dabei vorzugsweise beheizt, so dass die elektrisch isolierende Masse 22 beschleunigt aushärtet. Zusätzlich kann das wärmeerzeugende Element 30 bestromt werden, um die in 2 gezeigte elektrische Heizvorrichtung auch im Inneren zu erwärmen und so den Aushärtungsprozess zu beschleunigen.The connection takes place for example after placing the heat-emitting layers 26 against the opposite main side surfaces 24 of the position frame 2 , Thereafter, from the outside against the respective heat-emitting elements 26 pressed. These displace some of the not yet cured electrically insulating mass 22 , if necessary, until the heat-emitting elements 26 against the projections 6 bump. This is the end position of the heat-emitting elements 26 specified. There will be a minimum distance between the heat-emitting elements 26 and the electrically conductive parts of a with reference numerals 30 designated heat generating element created. The heat-generating element 26 in the present case consists of the PTC elements 10 , the contact plates on both sides 18 and the position frame 2 as well as the therein filled and finally cured electrically insulating mass 22 , The outside against the heat-emitting elements 26 Wholly or partially applied stamp is preferably heated, so that the electrically insulating mass 22 accelerates hardening. In addition, the heat-generating element 30 be energized to the in 2 to heat shown electric heater inside and thus to accelerate the curing process.

Wie die 1 und 2 verdeutlichen, liegen die Vorsprünge 6 mit ihrer äußeren Oberfläche unterhalb der die Hauptseitenfläche 24 des Positionsrahmens 2 vorgebenden Ebene. Die wärmabgebenden Elemente 26 sind geringfügig schmaler als der Querabstand der Positionsrahmen-Leisten 4 in der Ebene der Hauptseitenfläche 24 des Positionsrahmens 2. So werden die wärmeabgebenden Elemente 24 durch den Positionsrahmen 2 auch in Breiten- bzw. Querrichtung B des Positionsrahmens festgelegt. Die wärmeabgebenden Elemente 26 sind danach an dem wärmeerzeugenden Element 30 angeklebt, indes auch formschlüssig gehalten.As the 1 and 2 clarify, lie the projections 6 with its outer surface below the main side surface 24 of the position frame 2 given level. The heat-emitting elements 26 are slightly narrower than the transverse distance of the position frame strips 4 in the plane of the main side surface 24 of the position frame 2 , This is how the heat-emitting elements become 24 through the position frame 2 also in width or transverse direction B of the position frame. The heat-emitting elements 26 are thereafter at the heat generating element 30 glued, however, also held positively.

Die Figuren zeigen lediglich einen Ausschnitt des wärmeerzeugenden Elementes 30 bzw. des Heizstabes 20 in Längsrichtung. Beim Ausfüllen mit der elektrisch isolierenden Masse 22 überragen üblicherweise die Kontaktbleche 18 mit daran durch Stanzen einteilig ausgeformten Kontaktzungen den Positionsrahmen 2 an einer Seite. An der anderen Seite überragt der Positionsrahmen 2 die Enden der Kontaktbleche. Dort wird der verbleibende Freiraum ebenfalls mit der elektrisch isolierenden Masse 22 ausgefüllt, um einen unterseitigen Abschluss des wärmeerzeugenden Elementes 30 zu erreichen und die Kontaktbleche sowie die PTC-Elemente endseitig zu versiegeln. An der gegenüberliegenden Seite erfolgt ein entsprechendes Verfüllen unter Freilassen der Kontaktzungen, so dass das wärmeerzeugende Element leicht elektrisch angeschlossen werden kann.The figures only show a section of the heat-generating element 30 or the heating rod 20 longitudinal. When filling with the electrically insulating material 22 usually overhang the contact sheets 18 with it by punching integrally formed contact tongues the position frame 2 on one side. On the other side, the position frame towers over 2 the ends of the contact sheets. There, the remaining space is also with the electrically insulating mass 22 filled to a bottom-side conclusion of the heat-generating element 30 reach and seal the contact plates and the PTC elements end. On the opposite side, there is a corresponding filling with release of the contact tongues, so that the heat-generating element can be easily connected electrically.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Positionsrahmenposition frame
44
Positionsrahmen-LeistePositioning frame bar
66
Vorsprunghead Start
88th
PTC-AufnahmePTC recording
1010
PTC-ElementPTC element
1212
Spaltgap
1414
Hauptseitenfläche des PTC-ElementesMain side surface of the PTC element
1616
Rahmenöffnungframe opening
1818
Kontaktblechcontact sheet
2020
Heizstabheater
2222
elektrisch isolierende Masseelectrically insulating mass
2424
Hauptseitenfläche des PositionsrahmensMain side surface of the position frame
2626
wärmeabgebendes Elementheat-emitting element
2828
Wellrippecorrugated fin
3030
wärmeerzeugendes Elementheat generating element
H H
Höhenrichtungheight direction
BB
Breitenrichtungwidth direction
LL
Längenrichtunglength direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1768459 A1 [0002]EP 1768459 A1 [0002]

Claims (10)

Elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit wärmeabgebenden Elementen (26) und einem wärmeerzeugenden Element (30) und an gegenüberliegenden Seiten daran wärmeleitend anliegenden wärmeabgebenden Elementen (26), wobei das wärmeerzeugende Element (30) einen Positionsrahmen (2) und zumindest ein PTC-Element (10) aufweist, das in dem Positionsrahmen (2) vorgesehen ist, Hauptseitenflächen (14) für die Wärmeauskopplung aufweist und an Kontaktblechen (18) unterschiedlicher Polarität anliegt, wobei Hauptseitenflächen (24) des Positionsrahmens (2) mit einer zu dem PTC-Element (10) führende Rahmenöffnung (16) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rahmenöffnung (16) eine elektrisch isolierende Masse (22) mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebracht ist, die den Abstand zwischen dem wärmeabgebenden Element (26) und dem PTC-Element (10) bzw. dem Kontaktblech (18) überbrückt.An electric heating device, in particular for a motor vehicle, having heat-emitting elements (26) and a heat-generating element (30) and heat-emitting elements (26) in thermal conduction on opposite sides thereof, wherein the heat-generating element (30) comprises a positioning frame (2) and at least one PTC Element (10) provided in the positioning frame (2), having main side surfaces (14) for heat extraction and abutting contact plates (18) of different polarity, wherein main side surfaces (24) of the position frame (2) with a to the PTC Element (10) leading frame opening (16), characterized in that in the frame opening (16) an electrically insulating mass (22) is introduced with good thermal conductivity, the distance between the heat-emitting element (26) and the PTC Bridged element (10) or the contact plate (18). Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsrahmen (2) das PTC-Element (10) beidseitig überragende Vorsprünge (6) ausbildet, die Anlageflächen für das wärmeabgebende Elemente (26) ausbilden.Electric heater after Claim 1 , characterized in that the position frame (2) the PTC element (10) on both sides protruding projections (6) forming the contact surfaces for the heat-emitting elements (26). Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsrahmen (2) beidseitig des PTC-Elementes (10) Rahmenöffnungen (16) aufweist, in die jeweils die elektrisch isolierende Masse (22) eingebracht ist, die den Abstand zwischen den wärmeabgebenden Elementen (26) und dem PTC-Element (10) bzw. dem zugeordneten Kontaktblech (18) überbrückt.Electric heater after Claim 1 or 2 , characterized in that the position frame (2) on both sides of the PTC element (10) has frame openings (16), in each of which the electrically insulating mass (22) is introduced, the distance between the heat-emitting elements (26) and the PTC Element (10) or the associated contact plate (18) bridged. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsrahmen (2) durch zwei sich parallel erstreckende Leisten (4) gebildet ist, die zwischen sich mehrere PTC-Elemente (10) und daran anliegende Kontaktbleche (18) aufnehmen und die über die elektrisch isolierende Masse (22) miteinander verbunden sind.Electric heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the positioning frame (2) by two parallel extending strips (4) is formed, which receive a plurality of PTC elements (10) and adjoining contact plates (18) and the above the electrically insulating mass (22) are interconnected. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung, bei dem zumindest ein PTC-Element (10) in einem Positionsrahmen (2) mit Abstand zu Hauptseitenflächen (24) des Positionsrahmens (2) angeordnet wird, in eine Rahmenöffnung (16) eine elektrisch isolierende Masse (22) mit guter Wärmeleitfähigkeit eingebracht wird, die den Abstand zwischen einer der Hauptseitenflächen (24) und dem PTC-Element (10) überbrückt, ein wärmeabgebendes Element (26) gegen die Masse (22) angelegt und die Masse (22) zwischen dem wärmeabgebenden Element (26) und dem PTC-Element (10) verpresst und ausgehärtet wird.Method for producing an electrical heating device, in which at least one PTC element (10) is arranged in a position frame (2) at a distance from main side surfaces (24) of the position frame (2), an electrically insulating mass (22 ) having good thermal conductivity bridging the distance between one of the main side surfaces (24) and the PTC element (10), a heat-emitting element (26) applied against the mass (22) and the mass (22) between the heat-emitting element (26) and the PTC element (10) is pressed and cured. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (22) nach dem Einbringen der Masse (22) in die Rahmenöffnung (16) glattgestrichen wird.Method according to Claim 5 , characterized in that the mass (22) after the introduction of the mass (22) in the frame opening (16) is smoothed. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (22) eine vernetzende Kunststoffmasse ist, die durch Aufbringen von Wärme ausgehärtet wird.Method according to Claim 5 or 6 , characterized in that the mass (22) is a crosslinking plastic mass which is cured by applying heat. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (22) durch einen beheizten Stempel verpresst wird, dessen Wärmeeintrag das Aushärten der Masse (22) beschleunigt wird.Method according to one of Claims 5 to 7 , characterized in that the mass (22) is pressed by a heated punch whose heat input accelerates the hardening of the mass (22). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (22) ein additionsvernetzendes Zwei-Komponenten-Polymer umfasst, wobei jeder der Komponenten vor dem Mischen der Komponenten ein Füllstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit beigemischt wird.Method according to one of Claims 5 to 8th , characterized in that the mass (22) comprises an addition-crosslinking two-component polymer, wherein each of the components before the mixing of the components, a filler with good thermal conductivity is mixed. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Masse (22) ein Füllstoff mit unregelmäßiger Geometrie und Korngröße beigemischt wird.Method according to one of Claims 5 to 9 , characterized in that the mass (22) is admixed with a filler of irregular geometry and grain size.
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