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Die vorliegende Erfindung betrifft ein PTC-Heizelement mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1. Ein solches PTC-Heizelement ist aus der
EP 3 334 242 A1 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine elektrische Heizvorrichtung mit zumindest einem in einer Zirkulationskammer angeordneten PTC-Heizelement mit einem Rahmen, der zumindest ein PTC-Element und das PTC-Element bestromende Kontaktzungen als bauliche Einheit fügt. Die Kontaktzungen überragen dabei den Rahmen und sind elektrisch leitend mit Leiterbahnen zur Bestromung des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität elektrisch leitend verbunden, wozu der Rahmen üblicherweise Kontaktbleche in sich aufnimmt und umschließt, die bevorzugt die Kontaktzungen einteilig ausbilden können. Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung hat ferner eine Trennwand, die die Zirkulationskammer von einer Anschlusskammer trennt, wobei in der Anschlusskammer die durch die Trennwand hindurchragenden Kontaktzungen des PTC-Heizelementes freiliegen und elektrisch angeschlossen sind.
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Bei der elektrischen Heizvorrichtung nach
EP 2 607 121 A1 sind in einem das Heizelementgehäuse ausbildenden Rahmen mehrere PTC-Elemente aufgenommen, die an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen mit einem Kontaktblech kontaktiert sind, welche mit dem Rahmen verrastet sind. An einer Stirnseite wird das Heizelementgehäuse von Anschlussstutzen überragt, die einteilig an dem Rahmen angeformt sind und über welche Dichtungshülsen aus Teflon mit einer an der Außenumfangsfläche vorgesehenen Labyrinthdichtung gezogen sind. An der den PTC-Elementen abgewandten Außenseite der Kontaktbleche sind jeweils Isolierlagen aufgebracht, die aus einer Kunststofffolie gebildet sind.
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Aus der
EP 1 253 808 A1 bzw.
EP 1 395 098 A1 sind ähnliche, ebenfalls gattungsgemäße PTC-Heizelemente und gattungsgemäße Heizvorrichtungen bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird zumindest einseitig das Kontaktblech zusammen mit der Isolierlage bei der Herstellung des Heizelementgehäuses umspritzt, so dass lediglich die PTC-Elemente in die Öffnung des Rahmens eingelegt und an der gegenüberliegenden Seite mit dem Kontaktblech und der Isolierung zu überdecken sind.
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Eine solche Ausgestaltung stellt zwar gegenüber dem zuvor beschriebenen Stand der Technik eine fertigungstechnische Vereinfachung dar. Der Aufbau ist aber weiterhin relativ raumgreifend und aufwändig.
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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein PTC-Heizelement einer solchen elektrischen Heizvorrichtung. Solche Komponenten werden seit jeher gewichtsoptimiert ausgebildet. Des Weiteren muss aufgrund der hohen Stückzahlen in der Kfz-Industrie auf eine wirtschaftliche Herstellbarkeit geachtet werden. Bei elektrischen Heizvorrichtungen mit PTC-Heizelementen sind des Weiteren Ausgestaltungen zu bevorzugen, die zu einer möglichst guten und symmetrischen Wärmeableitung der in dem PTC-Element erzeugten Wärme ermöglichen. Des Weiteren kommt es insbesondere für Kraftfahrzeuge, die mit Hochvolt betrieben werden, d.h. elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge auf eine gute Isolierung der bestromten Elemente des PTC-Heizelementes in dem Rahmen an. Denn das PTC-Heizelement wird bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug üblicherweise mit Hochvolt betrieben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein PTC-Heizelement und eine elektrische Heizvorrichtung mit zumindest einem PTC-Heizelement anzugeben, die eine gute Wärmeauskopplung bei guter Isolierung der von dem Rahmen umgebenen elektrifizierten Teile erlauben.
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Zur Lösung dieses Problems wird mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein PTC-Heizelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Das PTC-Heizelement hat einen Rahmen aus einem elektrischen nichtleitenden Material. Der Rahmen umgibt üblicherweise das PTC-Element und die beiderseits dagegen anliegenden Isolierlagen vollumfänglich. So fasst der Rahmen die Randflächen der Isolierlagen ein. Das PTC-Element liegt üblicherweise innerhalb einer Rahmenöffnung. Mitunter können sich Randbereich des PTC-Elementes auch bis in die den Rahmen ausbildenden Holme erstrecken.
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Bei dem zuvor erwähnten Stand der Technik gemäß
EP 3 334 242 A1 umgreift das den Rahmen ausbildende Kunststoffmaterial randseitig die Isolierlagen, sodass die Isolierlagen vollumfänglich von dem Rahmen eingesiegelt sind. Gleichwohl besteht dort das Problem, dass zwischen der aus Keramik gebildeten Isolierlage und dem Rahmenholm und der durch den Rahmenholm ausgebildeten Dichtlippe auf der Oberfläche der Isolierlage eine Undichtigkeit auftreten kann. Dadurch kann Verschmutzung und Feuchtigkeit zu den bestromten Elementen des PTC-Heizelementes gelangen.
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Hier schafft die vorliegende Erfindung Abhilfe indem sie vorschlägt, die Isolierlage außenseitig mit einem Film zu versehen, der üblicherweise streng parallel zu den Hauptseitenflächen des PTC-Elementes und der darauf aufgebrachten Isolierlage verläuft. So ist das PTC-Element vollumfänglich von dem Rahmen und dem Film eingekapselt. Allerdings ist der Film ein dünnwandiger Film, sodass rechtwinklig zu der Hauptseitenfläche des PTC-Elementes die Wärme durch die Isolierlage und durch den Film, der üblicherweise die Außenfläche des PTC-Elementes bildet, ohne große Wärmewiderstände abgegeben werden kann.
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Der Rahmen ist üblicherweise aus Kunststoff ausgebildet, beispielsweise aus Silikon oder einem anderen warmfesten und dabei elastischen Kunststoffmaterial. Dabei wird der Rahmen bevorzugt mit dem Film als bauliche Einheit ausgebildet, beispielsweise indem das PTC-Element, die Leiterbahnen sowie die gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes anliegenden Isolierlagen mit dem den Rahmen bildenden Material umspritzt werden. So werden die stromleitenden Teile des PTC-Heizelementes durch Umspritzen dichtend mit dem Rahmen verbunden.
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Hierbei wird aber bevorzugt auch auf den Außenflächen der Isolierlagen jeweils der Film ausgebildet. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist die Isolierlage bevorzugt eine Isolierlage aus einer Keramik, insbesondere einer Keramikplatte, die bevorzugt aus Aluminiumoxid gebildet ist. Die relativ spröde und dünne Keramik kann Risse aufweisen, sodass mit der erfindungsgemäßen Lösung die Außenfläche des PTC-Elementes durch den Film und die das PTC-Element umfänglich umgebenden Holme des Rahmens auch im Falle einer Undichtigkeit der Isolierlage vor dem Eintritt von Verschmutzung oder Feuchtigkeit geschützt sind. Auch besteht das aus dem zuvor erwähnten Stand der Technik bekannte Problem einer Undichtigkeit der durch das Rahmenmaterial gebildeten Dichtlippe an der Oberfläche der Isolierlage nicht.
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Der Film überdeckt die Isolierlagen auf beiden Hauptseitenflächen des Rahmens vollständig. Er geht vollumfänglich in die Holme des Rahmens über. Der Film und der Rahmen sind bevorzugt stoffidentisch ausgebildet.
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Der Film ist dabei dünn. Er hat eine Dicke von üblicherweise nicht mehr als 100 µm, bevorzugt nicht mehr als 50 µm, besonders bevorzugt nicht mehr als 20 µm. Eine Untergrenze für die Schichtdicke ist grundsätzlich nicht erforderlich. Wesentlich ist vielmehr, dass der Film vollflächig auf die Isolierlage aufgebracht und mit dem Rahmen dichtend verbunden ist. Eine Mindestdicke des Films in einem Bereich von 5 µm bis 10 µm wird jedenfalls als ausreichend angesehen.
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Auch bei der vorliegenden Erfindung sind die beiden Leiterbahnen bevorzugt aus einem stanzbearbeiteten Blech gebildet, das neben der Leiterbahn auch die Kontaktzunge als Einheit ausbildet. Die Kontaktzungen durchsetzen dabei den Rahmen und überragen diesen außenseitig. Der übrige Längenbereich der Kontaktbleche ist innerhalb des Rahmens vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung überragen die die Isolierlagen und das PTC-Element umfänglich umgebenden Rahmenholme beidseitig den Film in Dickenrichtung des PTC-Heizelementes. Die Dickenrichtung erstreckt sich rechtwinklig zu der Hauptseitenfläche des PTC-Elementes. Mit anderen Worten bilden die Rahmenholme eine vollumfängliche Einfassung der Isolierlage und des PTC-Elementes und damit eine Rahmenöffnung aus, gegenüber welcher der Film beidseitig nach innen in Richtung auf das PTC-Element verspringt. Die Rahmenholme bilden dementsprechend das Chassis bzw. Heizelementgehäuse des PTC-Heizelementes aus. Sie schaffen die strukturelle Integrität des PTC-Heizelementes. Der Film ist lediglich im Hinblick auf die gewünschte Abdichtung der Hauptseitenfläche des PTC-Elementes bzw. der Isolierlage angepasst ausgebildet. Je dünner der Film, desto besser ist die Wärmeableitung durch den Film in Dickenrichtung des PTC-Heizelementes. So erfolgt die Wärmeauskopplung aus dem PTC-Heizelement üblicherweise schwerpunktmäßig, wenn nicht gar ausschließlich über die Hauptseitenflächen und nicht die Randflächen des PTC-Elementes, die die beiden Hauptseitenflächen miteinander verbinden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Film stoffschlüssig mit der Isolierlage verbunden. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Wärmauskopplung gegenüber der Fallgestaltung, bei welcher das PTC-Heizelement, die beidseitig an den Hauptseitenflächen desselben anliegenden Isolierlagen und die beiden Filme lediglich geschichtet sind. Eine solche Lösung fällt aber noch unter den Schutzbereich von Anspruch 1. Mit Blick auf eine möglichst gute Wärmeauskopplung durch die Hauptseitenflächen des PTC-Elementes ist dieses ferner bevorzugt mit der Isolierlage stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verklebt oder verlötet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Kern aus einem elektrisch isolierenden Material vorgesehen, der von den Kontaktzungen durchragt ist und in dem Rahmen aufgenommen ist. Dabei kann sich der Kern auf denjenigen Holm des Rahmens beschränken, der rechtwinklig von den Kontaktzungen durchsetzt und überragt ist. Der Kern besteht dabei üblicherweise aus einem Hartkunststoff, wie beispielsweise PP, PE oder PA. Der Kern ist üblicherweise von dem weichelastischen Kunststoff umgeben bzw. durch diesen umspritzt, der im Bereich des Kernes als Labyrinthdichtung ausgeformt werden kann.
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So schafft der Kern einen gewissen Widerstand beim Einschieben des entsprechenden Rahmenholmes in eine weibliche Steckkontaktaufnahme, die durch die Trennwand der elektrischen Heizvorrichtung ausgeformt ist. So kann das PTC-Heizelement durch Stecken dichtend in die Trennwand eingesetzt und darin gehalten werden. Dadurch wird verhindert, dass das zu erwärmende Fluid aus der Zirkulationskammer in die Anschlusskammer gelangt.
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Vorzugsweise hat das PTC-Heizelement eine Metallstruktur, die fluiddurchlässig, bevorzugt wasserdurchlässig, ausgebildet ist und eine elektromagnetische Abschirmung um das PTC-Element und die Leiterbahnen definiert. Die fluid-durchlässige Metallstruktur bietet dabei die Möglichkeit, dass das zu erwärmende Fluid unmittelbar zu der die Wärme abgebenden Oberfläche des PTC-Heizelementes gelangen kann. So muss im Gegensatz zu dem Stand der Technik gemäß
DE 10 2012 013 770 A1 die von dem PTC-Element erzeugte Wärme nicht erst durch eine geschlossene Abschirmschale hindurch-gelangen, um an das Medium abgegeben zu werden. Bevorzugt umgibt die Metallstruktur als Käfig das PTC-Heizelement und die Leiterbahnen. Die Metallstruktur liegt auf Massepotential, wohingegen die beiden Leiterbahnen dem Potential des Leistungsstroms zugeordnet sind.
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Zum Heizen mit dem erfindungsgemäßen PTC-Heizelement kann Luft oder ein flüssiger Wärmeträger, beispielsweise Wasser, sein. Das PTC-Element kann in einem Luftheizer eingebaut sein, sodass eine die Wärme an die Luft abgebende Wellrippenlage unmittelbar an die Metallstruktur angelegt werden kann. Eine etwaige elektrische Isolierung zwischen den elektrisch leitenden Bestandteilen des PTC-Heizelementes, nämlich dem PTC-Element und den beiden Leiterbahnen, kann innerhalb der Abschirmung vorgesehen sein. Durch diese Isolierung wird verhindert, dass das zu erwärmende Medium unmittelbar in Kontakt mit den elektrisch leitenden und den Leistungsstrom führenden Komponenten des PTC-Heizelementes gelangt.
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In der Zirkulationskammer liegen die PTC-Heizelemente der vorliegenden Erfindung nach Art vom Heizrippen frei. Die fluiddurchlässige Metallstruktur umgibt dabei die wärmeabgebende Oberfläche des PTC-Heizelementes mit wenig Abstand, sodass sich ein Strömungsspalt zwischen der Abschirmung und der wärmeabgebenden Fläche einstellt. In diesem Strömungsspalt zeigt sich gegenüber vorbekannten Lösungen eine verbesserte Wärmeübertragung, da die Fluidströmung durch die Metallstruktur verwirbelt wird, was zu einer verbesserten Wärmeübertragung an der Grenzfläche, d. h. der wärmeabgebenden Fläche, des wärmeerzeugenden PTC-Heizelementes führt. Die Abschirmung ist hierzu bevorzugt zumindest abschnittsweise zu der wärmeleitend mit dem PTC-Element verbundenen wärmeabgebenden Fläche beanstandet. Der Abstand beträgt zwischen in der Regel 1,0 und 4,0 Millimeter. Durch einen solchen Abstand kann die Strömung im Spalt bestmöglich im Hinblick auf die gewünschte intensive Wärmeübertragung zwischen der wärmeabgebenden Fläche und dem zu erwerbenden Medium eingestellt werden.
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Für den zuvor erwähnten Effekt einer Verwirbelung des zu erwärmenden Fluids eignen sich verschiedene Metallstrukturen, wie beispielsweise Metallgewirke, Metallgewebe oder auch Streckmetallbleche. Denkbar sind auch textile Strukturen, die ganz oder teilweise metallische Fäden enthalten, ggf. auch textile Fäden in sich aufnehmen bzw. durch diese gebildet sind. Die Maschenweite zwischen einzelnen metallischen Elementen der fluiddurchlässigen Metallstruktur wird durch den gewünschten Effekt der Abschirmung bestimmt. Die entsprechende Maschenweite sollte indes nicht kleiner als 1,0 Millimeter sein. Für die gewünschte Abschirmung können zwar die einzelnen Elemente der Metallstruktur beliebig dicht aneinander geführt werden. Auch beispielsweise dicht gewebte Metallstrukturen sind grundsätzlich fluiddurchlässig. Im Hinblick auf eine gute konvektive Abfuhr der Wärme sollte eine Mindest-Maschenweite nicht unterschritten werden. Der minimale Abstand von benachbarten Faser- oder Faden- Elementen oder Streckmetallstrukturen der Metallstruktur sollte 1,0 Millimeter nicht unterschreiten. Das Optimum im Hinblick auf einen eine gute Verwirbelung zur Erzeugung turbulenter Strömungen an der wärmeabgebenden Fläche des PTC-Elementes einerseits und eine gute Durchströmbarkeit zum konvektiven Abführen der Wärme andererseits ist bei einer Maschenweite von zwischen 1,5 und 2,0 Millimetern, bevorzugt von zwischen 3 und 10 Millimetern möglich. Mit Blick auf die Stabilität und insbesondere die Verarbeitbarkeit sowie unter Berücksichtigung der gewünschten Maschenweite sollte die Drahtstärke zwischen 0,2 und 0,5 Millimetern liegen. Solche Drahtstärken sind gut gewebt und als Standardprodukte verfügbar. Im ondulierten Bereich sollte die Drahtstärke mit einer Dicke von 0,4 bis 1 Millimeter gewählt werden.
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Gemäß ihrem zweiten Aspekt gibt die vorliegende Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10 an. Diese umfasst zumindest ein PTC- Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Wie zuvor bereits diskutiert kann das PTC-Heizelement dichtend nach Art eines männlichen Steckelementes in die Trennwand eingesetzt und/oder darin gehalten sein. Hierzu ist das PTC-Heizelement zumindest im Bereich der Steckkontaktierung üblicherweise mit Dichtlippen bzw. -Lamellen versehen, die mit einer weiblichen Steckkontaktaufnahme, die durch die Trennwand ausgeformt ist, dichtend zusammenwirken.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
- 1 eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung;
- 2 eine perspektivische Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach 1 nach Anschluss der PTC-Heizelemente;
- 3 eine perspektivische Seitenansicht von Teilen eines PTC-Heizelementes;
- 4 eine teilweise gebrochene perspektivische Seitenansicht des PTC-Heizelementes;
- 5 eine perspektivische Querschnittsansicht des PTC-Heizelementes;
- 6 eine perspektivische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines PTC-Heizelementes;
- 7 das Detail VII gemäß 6 in vergrößerter Darstellung und
- 8 eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII gemäß 6.
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1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein mit Bezugszeichen 2 gekennzeichnetes Gehäuse einer als Wasserheizer ausgebildeten elektrischen Heizvorrichtung. Das Gehäuse 2 hat ein Gehäusewannenelement 4 aus Kunststoff. Das Gehäuse 2 bildet einen Einlassstutzen 6 und einen Auslassstutzen 8 aus, die vorliegend einteilig an dem Gehäusewannenelement 4 ausgebildet sind. Die Stutzen 6, 8 sind als Schlauchanschlussstutzen ausgebildet und bilden eine Einlassöffnung 10 bzw. eine Auslassöffnung 12 zu einer mit Bezugszeichen 14 gekennzeichneten Zirkulationskammer aus.
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Die Zirkulationskammer 14 ist durch eine Trennwand 16 aus Kunststoff von einer Anschlusskammer 18 getrennt und gegenüber dieser abgedichtet. Die Trennwand 16 bildet weibliche Steckelementaufnahmen 20 für PTC-Heizelemente 22 aus, die dichtend in die weiblichen Steckelementaufnahmen 20 eingesetzt und an einem Boden 24 des Gehäusewannenelementes 4 abgestützt sind.
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Die 3 bis 5 verdeutlichen Details des PTC-Heizelementes 22, welches vorliegend lediglich ein PTC-Element 30 aufweist, welches an seinen aneinander gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 32 mit einer Isolierlage 34 belegt ist. Die Isolierlage 34 ist vorliegend eine Keramikplatte aus Aluminiumoxid. Sie kann aber auch als Beschichtung auf das PTC-Element 30 aufgebracht sein oder als Kombination einer Beschichtung mit einer ein- bzw. mehrschichtigen Isolierschicht verwirklicht sein. Das PTC-Element 30 ist als Plättchen ausgebildet mit einer Breite B bzw. einer Länge L, die um den Faktor von zumindest 10 größer sind, als die Dicke D, die dem Abstand der beiden Hauptseitenflächen 32 entspricht. Sich im Wesentlichen in Richtung der Länge L erstreckend sind an sich gegenüberliegenden Stirnseitenflächen 36 jeweils Blechstreifen 38 vorgesehen, die mit dem PTC-Element 30 verklebt und elektrisch leitend an einer oberflächigen Metallisierung des PTC-Elements 30, die als Schicht mittels PVD oder CVD aufgebracht sein kann, angebunden sind. Jeder Blechstreifen 38 besteht aus einem Kontaktsteg 40, der relativ schmal ist, und einer gegenüber dem Kontaktsteg 40 in Richtung der Breite B verbreiterten Kontaktzunge 42.
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Die Kontaktstege 40 bilden vorliegend die Leiterbahnen zu dem PTC-Element 30 aus und sind mit der Metallisierung des PTC-Elements 30 elektrisch verbunden. Der Blechstreifen 38 ist so vorgesehen, dass dieser an keiner Stelle die Hauptseitenflächen 32 des PTC-Elementes 30 überragt. Wie die 4 und 5 erkennen lassen, ragen die Isolierlagen 34 seitlich über das PTC-Element 30 hinaus. Die Isolierlagen 34 haben demensprechend eine Grundfläche, die größer als die Grundfläche der Hauptseitenflächen 32 des PTC-Elementes 30 ist. Dementsprechend nehmen die äußeren Ränder der Isolierlagen 34 beidseitig den Kontaktsteg 40 zwischen sich auf (vgl. 5). Die Isolierlage 34 ist mit dem PTC-Element 30 verklebt. Die Isolierlage 34 liegt unmittelbar auf dem PTC-Element auf. So kontaktiert eine der Isolierlagen 34 die zugehörige Hauptseitenfläche 32 des PTC-Elementes 30 unmittelbar.
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Alternativ kann der Blechstreifen 38 erfindungsgemäß ganz oder teilweise als Kontaktblech flächig auf die Hauptseitenfläche 32 aufgebracht sein. Im Hinblick auf eine gute Wärmeauskopplung rechtwinklig zu der Hauptseitenfläche 32 ist indes die in Verbindung mit Ausführungsbeispiel diskutierte Variante zu bevorzugen.
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Der Blechstreifen 38 ist überwiegend in einem Rahmen 44 aus einem Isolierstoff aufgenommen, welcher an allen vier umfänglichen Seiten das PTC-Element 30 umgibt. Der Rahmen 44 hat hierzu vier Rahmenholme 45. Dieser Rahmen 44 schließt die umlaufenden Ränder der Isolierlagen 34 umfänglich ein. Auch die Kontaktstege 40 sind von dem den Rahmen 44 bildenden Material eingesiegelt. Der Rahmen 44 ist durch Umspritzen eines Elastomermaterials insbesondere Silikon ausgebildet.
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Bei dem fertigen PTC-Heizelement 22 überragen lediglich die Kontaktzungen 42 an einer Stirnseite den Rahmen 44. Alle anderen funktionalen und für die Wärmeerzeugung und Stromführung dienenden Teile des PTC-Heizelementes 22 sind innerhalb des Rahmens 44 aufgenommen.
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Wie insbesondere die 4 und 5 erkennen lassen, bildet der Rahmen 44 einteilig einen Film 46 aus, der planparallel zu der Isolierlage 34 vorgesehen und stoffschlüssig mit dieser verbunden ist. An beiden Hauptseitenflächen werden die dort vorgesehenen Isolierlagen 34 jeweils von dem Film 46 vollflächig abgedeckt. Jeder Film 46 geht vollständig in den Rahmen 44 über. Der Film 46 hat eine Dicke, d.h. Erstreckung rechtwinklig zu der Hauptseitenfläche 32 von nicht mehr als 50 µm, bevorzugt nicht mehr als 20 µm.
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Wie insbesondere 5 verdeutlicht liegen das PTC-Element 30, die Isolierlage 34 und der Film 46 hinter einer mit Bezugszeichen 48 gekennzeichneten und durch den Rahmen 44 gebildeten Rahmenöffnungen. Der Rahmen 44, d.h. die Rahmenholme 45 sind dementsprechend dicker als die Summe der Dicken von PTC-Element 30, den beiden Isolierlagen 34 und den beiden Lagen des Films 46.
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Vorliegend ergibt sich nahezu überhaupt keine Überdeckung des Rahmens 44 mit den Hauptseitenflächen 32 des PTC-Elementes 30, so dass dieses zu annähernd 100% seiner Hauptseitenflächen 32 abgedeckt von dem Film 46 und der Isolierlage 34 in der Rahmenöffnungen 46 liegt.
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Der Rahmen 44 bildet einen Dichtkragen 50 aus, der mit zu dem freien Ende der Kontaktzungen 42 konisch zulaufend angeordneten Dichtlippen 52 versehen ist. Vorliegend sind drei dieser Dichtlippen 52 nach Art einer Labyrinthdichtung in Längserstreckungsrichtung der Kontaktzunge 42 hintereinander vorgesehen. Der Dichtkragen 50 aus dem weichelastischen Kunststoff ist um einen Kern 54 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff spritzgegossen, der nicht gezeigte Durchlassöffnungen zum Hindurchführen der verbreiterten Bereiche der Blechstreifen 38 aufweist und der Vormontage der Blechstreifen 38 dient. Dieser Kern 54 erhöht die Presskraft des Dichtkragens 50 beim Einsetzen in die weiblichen Steckelementaufnahmen 20.
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Der Dichtkragen 50 wird unterseitig durch einen umlaufenden ringförmigen Anschlag 56 begrenzt, der nach dem Einsetzen des PTC-Heizelementes 22 in die weibliche Steckelementaufnahme 44 dichtend an einem durch die Trennwand 16 gebildeten Anlagewulst anliegt.
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Die 2 verdeutlicht den elektrischen Anschluss der PTC-Heizelemente 22. Für den elektrischen Anschluss sind in der Anschlusskammer 18 Bleche als Stromschienen 60, 62, 64 vorgesehen, die durch Stanzen und Biegen ausgebildete Kontaktvorsprünge 66 aufweisen, die unter elastischer Vorspannung gegen die Kontaktzungen 42 anliegen und diese kontaktieren. Die Kontaktvorsprünge 66 ragen in Aufnahmeöffnungen 68 hinein, die in den Blechstreifen der Stromschienen 60, 62, 64 ausgespart sind. In gleicher Weise werden mit Bezugszeichen 70 gekennzeichnete Anschlusszungen angeschlossen, die mit einer bestückten Leiterplatte kontaktiert sind, die in einem Steuergehäuse 72 aufgenommen ist. Dabei erfolgt der Anschluss der Stromschiene 62 unmittelbar über die Anschlusszunge 70, wohingegen der Abschluss der Stromschienen 60, 64 über einen Leistungstransistor 74 erfolgt, der mit stanzbearbeiteten Zuleitern 76 kontaktiert ist, die elektrisch an die zugehörigen Anschlusszungen 70 angeschlossen sind.
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Das Steuergehäuse 72 weist ein Steckergehäuse 78 für den Leistungsstrom und ein Steckergehäuse 80 für den Anschluss von Kabeln für die Steuersignale auf.
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Die
6 bis
8 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel eines PTC-Heizelementes. Gleiche Bauteile sind gegenüber dem zuvor diskutierten Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Ausführungsbeispiel hat einen Rahmen
44, welcher auch einen einteilig daran angeformten Dichtkragen
50 ausformt, der in der in
DE 10 2016 224 296 A3 beschriebenen Weise in das Gehäuse
2 dichtend eingesetzt werden kann. Wie ersichtlich, ist das die Außenflächen des Rahmens
44 definierende Kunststoffmaterial beim Spritzgießen des Rahmens
44 um einen Halterahmen
82 gespritzt worden, der eine vorliegend ebene Metallstruktur
84 randseitig umschließt, die eine elektromagnetische Abschirmung ausformt. Der entsprechende Halterrahmen
82 wird zunächst mit der Metallstruktur
84 verbunden und als Einlegeteil in die Spritzgießform gelegt. Der Halterahmen
82 begrenzt dabei innenumfänglich die Kavität zur Ausbildung des Rahmens
44.
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Die Kontaktzungen 42 werden vorliegend durch längliche Blechstreifen 38 gebildet, die stirnseitig an dem PTC-Element 39 anliegen und bestromen. Die die Wärme auskoppelnde Hauptseitenfläche 32 des PTC-Elementes 30 ist außenseitig mit der Isolieranlage 34 und dem Film 46 belegt, die randseitig in das Material des Heizelementgehäuses 2 eingesiegelt sind.
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Der Dichtkragen 50 wird von einem Kontaktblech 86 durchsetzt, das aus einem Blechmaterial durch Stanzen und Biegen hergestellt ist und einen auf beiden Seiten in Richtung auf die Metallstruktur 84 vorspringenden Kontaktabschnitt 88 ausbildet, der elektrisch leitend mit der Metallstruktur 84 verbunden ist. Durch Anschluss einer durch das Kontaktblech 86 gebildeten Abschirmanschlussfahne 90 besteht die Möglichkeit, die an einer Hauptseitenfläche 32 vorgesehene Metallstruktur 84 elektrisch an einen Abschirmpool anzuschließen.
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Das in den 6 bis 8 gezeigte Ausführungsbeispiel hat zwei identisch ausgebildete Kontaktabschnitte 88, die jeweils an den gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 32 mit der jeweils dort vorgesehenen Metallstruktur 84 als ebenes Metallgewebe verbunden sind und von denen lediglich der oberseitige Kontaktabschnitt 88 gezeigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gehäuse
- 4
- Gehäusewannenelement
- 6
- Einlassstutzen
- 8
- Auslassstutzen
- 10
- Einlassöffnung
- 12
- Auslassöffnung
- 14
- Zirkulationskammer
- 16
- Trennwand
- 18
- Anschlusskammer
- 20
- weibliche Steckelementaufnahme
- 22
- PTC-Heizelement
- 24
- Boden
- 30
- PTC-Element
- 32
- Hauptseitenfläche
- 34
- Isolierlage
- 36
- Stirnseitenfläche
- 38
- Blechstreifen
- 40
- Kontaktsteg
- 42
- Kontaktzunge
- 44
- Rahmen
- 45
- Rahmenholm
- 46
- Film
- 48
- Rahmenöffnung
- 50
- Dichtkragen
- 52
- Dichtlippe
- 54
- Kern
- 56
- Anschlag
- 60
- Stromschiene
- 62
- Stromschiene
- 64
- Stromschiene
- 66
- Kontaktvorsprung
- 68
- Aufnahmeöffnung
- 70
- Anschlusszunge
- 72
- Steuergehäuse
- 74
- Leistungstransistor
- 76
- Zuleiter
- 78
- Steckergehäuse Leistungsstrom
- 80
- Steckergehäuse Steuersignale
- 82
- Halterahmen
- 84
- Metallstruktur
- 86
- Kontaktelemente
- 88
- Kontaktanschnitt
- 90
- Abschirmanschlussfahne
- B
- Breite des PTC-Elementes
- L
- Länge des PTC-Elementes
- D
- Dicke des PTC-Elementes
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3334242 A1 [0001, 0003, 0011]
- EP 2607121 A1 [0003, 0004]
- EP 1253808 A1 [0005]
- EP 1395098 A1 [0005]
- DE 102012013770 A1 [0022]
- DE 102016224296 A3 [0042]
