DE102019207983A1

DE102019207983A1 - Device for reducing mechanical loads under and in a functional component

Info

Publication number: DE102019207983A1
Application number: DE102019207983.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Urbanek; Thorsten Stahl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-12-03
Also published as: CN113906526A; KR20220016135A; WO2020239735A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung mechanischer Belastungen unter und in einem Funktionsbauteil (22), insbesondere einem PTC-Element. Dieses ist zwischen einem stromführenden Element (20) mit einer Abdeckung (14) einerseits und einer thermischen Masse (24) andererseits angeordnet. Eine Fixiervorrichtung (10) weist innerhalb eines Mittelteils (12) eine flach oder konkav gewölbt ausgeführte Kontaktseite (32) auf. Diese beaufschlagt im gespannten Zustand (30) der Fixiervorrichtung (10) eine Oberseite (18) der Abdeckung (14).The invention relates to a device for reducing mechanical loads under and in a functional component (22), in particular a PTC element. This is arranged between a current-carrying element (20) with a cover (14) on the one hand and a thermal mass (24) on the other. A fixing device (10) has a flat or concavely curved contact side (32) inside a central part (12). In the tensioned state (30) of the fixing device (10), this acts on an upper side (18) of the cover (14).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verringerung mechanischer Belastungen unter und in einem Funktionsbauteil, das zwischen einem stromführenden Bauteil mit einer Abdeckung einerseits und einer thermischen Masse andererseits angeordnet ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Vorrichtung als Fixierung mindestens eines Heizelements zur Temperierung oder zum Auftauen eines Betriebs-/Hilfsstoffs.The invention relates to a device for reducing mechanical loads under and in a functional component which is arranged between a current-carrying component with a cover on the one hand and a thermal mass on the other. The invention also relates to the use of the device as a fixation of at least one heating element for temperature control or for thawing an operating / auxiliary material.

Stand der TechnikState of the art

Zum Aufbauen von Betriebs-/Hilfsstoffen wie beispielsweise einer gefrierfähigen wässrigen Harnstoff-Wasser-Lösung werden insbesondere im Abgasnachbehandlungsbereich elektrisch betriebene Heizer mit PTC-Elementen eingesetzt. Derartige PTC-Elemente werden beispielsweise durch Verstemmen, d. h. durch plastische Verformung einer Tasche in einer zur Wärmeableitung und Wärmeverteilung benutzten Masse, beispielsweise einen Kühlkörper, fixiert. Eine weitere Möglichkeit, PTC-Elemente zu befestigen ist durch Federstahl-Clips gegeben, mit deren Hilfe ein Paket aus PTC-Element, einem stromführenden Bauteil wie beispielsweise einer stromleitenden Schiene und einer als Abdeckung dienenden elektrischen Isolierung, als Paket von Federstahlclips umgriffen, direkt an den Kühlkörper gedrückt wird.To build up operating / auxiliary materials, such as a freezable aqueous urea-water solution, electrically operated heaters with PTC elements are used, particularly in the exhaust gas aftertreatment area. Such PTC elements are for example by caulking, i. H. by plastic deformation of a pocket in a mass used for heat dissipation and distribution, for example a heat sink. Another possibility of attaching PTC elements is provided by spring steel clips, with the help of which a package of PTC element, a current-carrying component such as a current-conducting rail and electrical insulation serving as a cover, encompassed as a package of spring steel clips, directly the heat sink is pressed.

Bei derartigen Fixierungstechniken hat es sich herausgestellt, dass aus funktionellen, geometrischen oder auch fertigungstechnischen Gründen die beispielsweise durch einen Federclip aufgebrachte Haltekraft derart auf das PTC-Heizelement drückt, dass die Haltekraft nur punktuell wirkt und nicht verteilt ist. Dies führt zu schädigenden Spannungsspitzen, die in dem Material eines derart fixierten PTC-Elements auftreten können. Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass eine Kontaktdruckverteilung, die mittels eines Federclips erreicht wird und nicht flächig wirkt, was auch für die Wärmeabfuhr ungünstig ist.With such fixation techniques it has been found that for functional, geometric or manufacturing reasons, the holding force applied by a spring clip, for example, presses on the PTC heating element in such a way that the holding force only acts selectively and is not distributed. This leads to damaging voltage peaks that can occur in the material of a PTC element fixed in this way. Furthermore, it has been found that a contact pressure distribution that is achieved by means of a spring clip and does not have a flat effect, which is also unfavorable for heat dissipation.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Verringerung mechanischer Belastungen unter und in einem Funktionsbauteil, beispielsweise eines PTC-Elements vorgeschlagen, welches zwischen einem stromführenden Bauteil mit einer Abdeckung einerseits und einer thermischen Masse andererseits angeordnet ist. Eine Fixiervorrichtung weist innerhalb eines Mittelteils eine flache oder konkav gewölbte Kontaktseite auf, die im gespannten Zustand der Fixiervorrichtung eine Oberseite der Abdeckung beaufschlagt.According to the invention, a device for reducing mechanical loads under and in a functional component, for example a PTC element, is proposed, which is arranged between a current-carrying component with a cover on the one hand and a thermal mass on the other. A fixing device has within a central part a flat or concavely curved contact side which, when the fixing device is in the tensioned state, acts on an upper side of the cover.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die schädigenden mechanischen Spannungen, die auf das Material des Funktionsbauteils dauerhaft einwirken, erheblich verringert werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist darin zu erblicken, dass die Funktion der Wärmeableitung in Bezug auf ein derart fixiertes Funktionsbauteil erheblich verbessert wird.With the solution proposed according to the invention, the damaging mechanical stresses which permanently act on the material of the functional component can be reduced considerably. A further advantage of the solution proposed according to the invention can be seen in the fact that the function of the heat dissipation is considerably improved in relation to a functional component fixed in this way.

In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die Fixiervorrichtung insbesondere als Federklammer ausgeführt.In a further development of the solution proposed according to the invention, the fixing device is designed in particular as a spring clip.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung entstehen im gespannten Zustand der Fixiervorrichtung ein erster Kontaktbereich und ein zweiter Kontaktbereich zwischen der Kontaktseite der Fixiervorrichtung und der bevorzugt konvex gekrümmt ausgebildeten Oberseite der Abdeckung.In the solution proposed according to the invention, when the fixing device is tensioned, a first contact area and a second contact area arise between the contact side of the fixing device and the preferably convexly curved upper side of the cover.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind im gespannten Zustand der Fixiervorrichtung der erste Kontaktbereich und der zweite Kontaktbereich im Mittelteil der Fixiervorrichtung durch eine Aufwölbung getrennt. Durch die Ausbildung des ersten Kontaktbereichs und des zweiten Kontaktbereichs wird die in einem jeden der beiden Kontaktbereiche wirkende Kraft herabgesetzt hinsichtlich ihrer absoluten Höhe; des Weiteren kann durch die Ausbildung der beiden Kontaktbereiche in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass der wirkende Kontaktdruck auf das Funktionsbauteil auf dieses und darunter liegende Bauelemente wesentlich gleichmäßiger verteilt werden kann. Dies wiederrum begünstigt den Abbau von Spannungsspitzen und vergleichmäßigt zudem die Druckverteilung innerhalb des Materials, aus welchem das Funktionsbauteil, beispielsweise ausgebildet als PTC-Element, gefertigt ist. In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung umfasst die Fixiervorrichtung eine erste Lasche und eine zweite Lasche, die sich seitlich des Mittelteils erstrecken und beispielsweise parallel zueinander verlaufen können. Die erste und die zweite Lasche, die sich seitlich des Mittelteils erstrecken, sind so ausgeführt, dass sich in diesen ausgebildete Fenster, beispielsweise in Haken, die an der thermischen Masse ausgebildet sind, verhaken, und das zu biegende Mittelteil verformen. Die Laschen müssen nicht zwangsweise parallel zueinander verlaufen, sie könnten auch in einem kleinen Winkel verdreht zueinander ausgebildet sein. Es besteht die Möglichkeit, an der Federklammer lediglich eine Lasche auszubilden und einen Vorsprung der thermischen Masse als Klemmstelle zu nutzen.In the solution proposed according to the invention, when the fixing device is in the tensioned state, the first contact area and the second contact area in the central part of the fixing device are separated by a bulge. As a result of the formation of the first contact area and the second contact area, the force acting in each of the two contact areas is reduced in terms of its absolute level; Furthermore, the formation of the two contact areas can advantageously ensure that the contact pressure acting on the functional component can be distributed much more evenly on this and underlying components. This in turn promotes the reduction of stress peaks and also evens out the pressure distribution within the material from which the functional component, for example designed as a PTC element, is made. In a further development of the solution proposed according to the invention, the fixing device comprises a first tab and a second tab, which extend laterally of the central part and can for example run parallel to one another. The first and second tabs, which extend laterally of the central part, are designed such that windows formed in them, for example in hooks formed on the thermal mass, hook and deform the central part to be bent. The tabs do not necessarily have to run parallel to one another, they could also be designed rotated at a small angle to one another. There is the possibility of simply forming a tab on the spring clip and using a protrusion of the thermal mass as a clamping point.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht die Möglichkeit, die Abdeckung, die das stromführende Bauteil mit einem seitlichen Überstand überdeckt, als Spritzgussteil aus einem elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisende Kunststoffmaterial zu fertigen. Dadurch kann bereits bei der Herstellung der Abdeckung die konvex gekrümmte Oberseite, d. h. der Verlauf der Wölbung, welcher der Kontaktseite der Fixiervorrichtung gegenüberliegt, bei der Herstellung der Abdeckung, ohne dass weitere Arbeitsgänge erforderlich wären, gefertigt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die besagte Abdeckung als das stromführende Bauteil überdeckendes Keramikplättchen ausgeführt ist.In the solution proposed according to the invention, there is the possibility of having the cover, which covers the current-carrying component with a lateral protrusion, as an injection-molded part made of an electrically insulating property Manufacture plastic material. As a result, the convexly curved top side, ie the curve of the curvature which is opposite the contact side of the fixing device, can be produced during the production of the cover without further work steps being required. Alternatively, there is the possibility that said cover is designed as a ceramic plate covering the current-carrying component.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die Abdeckung des Funktionsbauteils so ausgebildet, dass diese das Funktionsbauteil mit einem seitlichen Überstand überragt. Die Fläche des stromführenden Elements ist größer als die Fläche des Funktionsbauteils, um sicherzustellen, dass die ganze Seite des Funktionsbauteils elektrisch kontaktiert wird. Dies gilt auch für den Fall, dass diese Seite mit einem gut leitenden Material beschichtet ist, und auch, um zu dieser Seite hin die Wärmeableitung zu verbessern. Der seitliche Überstand bietet zudem den Vorteil eines besseren Schutzes des stromführenden Elements gegen einen Kontakt mit der Fixiervorrichtung und der thermischen Masse und dient damit als Schutz gegen das Auftreten eines Kurzschlusses. Strom soll nur vom stromführenden Element über das Funktionsbauteil in die thermische Masse fließen.In the solution proposed according to the invention, the cover of the functional component is designed such that it protrudes beyond the functional component with a lateral overhang. The area of the current-carrying element is larger than the area of the functional component in order to ensure that the entire side of the functional component is electrically contacted. This also applies in the event that this side is coated with a highly conductive material, and also in order to improve the heat dissipation towards this side. The lateral overhang also offers the advantage of better protection of the current-carrying element against contact with the fixing device and the thermal mass and thus serves as protection against the occurrence of a short circuit. Electricity should only flow from the current-carrying element via the functional component into the thermal mass.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung steht im gespannten Zustand der Fixiervorrichtung unter dem zu fixierenden Funktionsbauteil eine im Wesentlichen rechteckförmig verlaufende Druckverteilung in diesem. Durch diese Druckverteilung wird die mechanische Beanspruchung des zu fixierenden Funktionsbauteils erheblich herabgesetzt und das Maximum entstehender Druckspitzen aufgrund der Druckverteilung vergleichmäßigt.As a result of the solution proposed according to the invention, in the tensioned state of the fixing device there is an essentially rectangular pressure distribution under the functional component to be fixed. Through this pressure distribution, the mechanical stress on the functional component to be fixed is considerably reduced and the maximum pressure peaks that arise due to the pressure distribution are evened out.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Vorrichtung als Fixierung mindestens eines Heizelements zur Temperierung oder zum Auftauen eines Betriebs-/Hilfsstoff zur Nachbehandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine innerhalb eines Abgasnachbehandlungssystems.In addition, the invention relates to the use of the device as a fixation of at least one heating element for temperature control or for thawing an operating / auxiliary material for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine within an exhaust gas aftertreatment system.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind vor allem darin zu erblicken, dass durch diese Lösung eine günstigere Verteilung der Haltekraft, die auf ein zu fixierendes Funktionsbauteil wirkt, erreicht werden kann. Des Weiteren lässt sich eine Verbesserung der Kontaktdruckverteilung zwischen dem Funktionsbauteil und einer thermischen Masse erreichen, insbesondere eine erhebliche Vergrößerung der im Kontakt miteinander stehenden Flächen sowie die Verringerung der absoluten Höhe von auftretenden Druckspitzen. Es begünstigt eine Verringerung der mechanischen Spannungen im Funktionsbauteil, bei dem es sich insbesondere um ein PTC-Element handelt. Da das Spannungsniveau im Funktionsbauteil erheblich herabgesetzt wird, wird sich dessen Lebensdauer über die Standzeit beispielsweise eines Abgasnachbehandlungssystems für Abgase von Verbrennungskraftmaschinen gesehen, erheblich verlängern lassen.The advantages of the solution proposed according to the invention are primarily to be seen in the fact that this solution enables a more favorable distribution of the holding force that acts on a functional component to be fixed to be achieved. Furthermore, an improvement in the contact pressure distribution between the functional component and a thermal mass can be achieved, in particular a considerable increase in the areas in contact with one another and a reduction in the absolute level of pressure peaks that occur. It favors a reduction in the mechanical stresses in the functional component, which is in particular a PTC element. Since the voltage level in the functional component is considerably reduced, its service life can be extended considerably over the service life of an exhaust gas aftertreatment system for exhaust gases from internal combustion engines, for example.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung entstehen in den beiden Kontaktbereichen zwischen der Fixiervorrichtung und der Abdeckung, die das stromführende Bauteil überdeckt, anstelle eines einzigen Punktkontaktes beziehungsweise eines liegenden Kontaktes zwei Kontaktbereiche, die voneinander getrennt sind, d. h. ohne Wechselwirkungen aufeinander ausgebildet sind, wodurch die absolute Höhe der mechanischen Belastung erheblich herabgesetzt und eine Druckverteilung im zu fixierenden Funktionsbauteil insbesondere stärker vergleichmäßigt wird.As a result of the solution proposed according to the invention, in the two contact areas between the fixing device and the cover that covers the current-carrying component, instead of a single point contact or a horizontal contact, two contact areas that are separated from one another, i.e. H. are formed without interactions with one another, as a result of which the absolute level of the mechanical load is considerably reduced and a pressure distribution in the functional component to be fixed is in particular more evened out.

Aufgrund der Vergleichmäßigung der Haltekrafteinleitung auf das zu fixierende Funktionsbauteil wird auch dessen Wärmeableitung verbessert und insgesamt die das Funktionsbauteil über Lebensdauer gesehen schädigenden mechanischen Spannungen hinsichtlich ihres Maximalniveaus erheblich herabgesetzt.Due to the equalization of the introduction of the holding force on the functional component to be fixed, its heat dissipation is also improved and overall the maximum level of the mechanical stresses damaging the functional component over the service life is considerably reduced.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung bietet einerseits den Vorteil einer niedrigen mechanischen Spannung im eher empfindlichen und eher spröden Funktionsbauteil sowie eine gleichmäßigere Kontaktdruckverteilung zwischen dem Funktionsbauteil und der thermischen Masse. Der erstgenannte Vorteil verringert die Gefahr von Brüchen im Material des Funktionselements beziehungsweise erhöht die zu erwartende Lebensdauer desselben und/oder erlaubt höhere Anpresskräfte aufzubringen, ohne dass eine Bauteilschädigung eintritt. Der zweitgenannte Vorteil verbessert und vergleichmäßigt die Ableitung von Wärme aus dem Funktionsbauteil, welches beispielsweise ein PTC-Element ist, in die thermische Masse. Dies erhöht die Heizleistung und erlaubt eine Herabsetzung der Schwankung der Heizleistungen zwischen mehreren Heizern.The solution proposed according to the invention offers, on the one hand, the advantage of a low mechanical stress in the more sensitive and more brittle functional component and a more uniform contact pressure distribution between the functional component and the thermal mass. The first-mentioned advantage reduces the risk of fractures in the material of the functional element or increases the expected service life of the same and / or allows higher contact pressure to be applied without damage to the component. The second-mentioned advantage improves and even out the dissipation of heat from the functional component, which is for example a PTC element, into the thermal mass. This increases the heating output and allows the fluctuation in the heating output between several heaters to be reduced.

FigurenlisteFigure list

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:

1 eine erfindungsgemäße Fixiervorrichtung im entspannten Zustand,
2 die erfindungsgemäß vorgeschlagene Fixiervorrichtung im gespannten Zustand,
3 eine perspektivische Ansicht der Fixiervorrichtung oberhalb einer eine konvex gekrümmte Oberseite aufweisende Abdeckung,
4.1 und 4.2 Spannungsverteilungen in einem Funktionsbauteil mit einer flach ausgebildeten Abdeckung und einer konventionellen Federklammer,
5.1 und 5.2 eine sich einstellende Druckverteilung zwischen der erfindungsgemäßen Fixiervorrichtung und einer Abdeckung eines stromführenden Bauteils bei beginnendem Kontakt in 5.1 und bei hergestelltem Kontakt am Ende des Montagevorgangs in 5.2,
6.1 und 6.2 Druckverteilungen unter dem Funktionsbauteil gemäß 6.1 und die Spannungsverteilung in dem Funktionsbauteil gemäß 6.2,
7 einen Verlauf einer ersten Biegelinie bei einer konventionellen Federklammer,
8 die Darstellung einer zweiten Biegelinie einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen als Federklammer ausgebildeten Fixiervorrichtung,
9 eine Ausführungsvariante zum Spannen einer Fixiervorrichtung an einer thermischen Masse und
10 eine Ausführungsvariante der Fixierung des Funktionsbauteils mittels eines Keramikplättchens.

The invention is described in more detail below with reference to the drawing. It shows:

1 a fixation device according to the invention in the relaxed state,
2 the fixing device proposed according to the invention in the tensioned state,
3 a perspective view of the fixing device above a cover having a convexly curved upper side,
4th .1 and 4.2 stress distributions in a functional component with a flat cover and a conventional spring clip,
5 .1 and 5.2 an established pressure distribution between the fixing device according to the invention and a cover of a current-carrying component when contact begins in 5 .1 and when contact has been established at the end of the assembly process in 5 .2,
6th .1 and 6.2 pressure distributions under the functional component according to 6th .1 and the stress distribution in the functional component according to 6th .2,
7th a course of a first bending line in a conventional spring clip,
8th the representation of a second bending line of a fixing device proposed according to the invention designed as a spring clip,
9 an embodiment variant for clamping a fixing device to a thermal mass and
10 a variant of the fixation of the functional component by means of a ceramic plate.

Ausführungsvarianten der ErfindungVariants of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Fixiervorrichtung 10 in ihrem entspannten Zustand 28. 1 shows a fixing device proposed according to the invention 10 in their relaxed state 28 .

Wie aus 1 hervorgeht, ist eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Fixiervorrichtung 10 beispielsweise als Federklammer ausgeführt und umfasst einen Mittelteil 12. Der Mittelteil 12 weist auf einer einer Abdeckung 14 zugewandten Seite eine Kontaktseite 32 auf. In der Darstellung gemäß 1 ist ein Bereich der Kontaktseite 32 des Mittelteils 12 gerade ausgeführt. Beidseits des Mittelteils 12 erstrecken sich parallel zueinander verlaufend eine erste Lasche 82 und eine zweite Lasche 84 der Fixiervorrichtung 10.How out 1 is shown is a fixing device proposed according to the invention 10 For example, designed as a spring clip and includes a central part 12 . The middle part 12 points to one of a cover 14th facing side a contact page 32 on. In the representation according to 1 is a section of the contact page 32 of the middle part 12 just executed. On both sides of the middle part 12 a first tab extend parallel to one another 82 and a second tab 84 the fixing device 10 .

Die Fixiervorrichtung 10 ist oberhalb der Abdeckung 14 angeordnet. Die Abdeckung 14 kann eine wie in 1 dargestellte flache Oberseite 16 aufweisen; alternativ besteht die Möglichkeit, vergleiche Darstellung gemäß 3, die Abdeckung 14 mit einer gekrümmten Oberseite 18 auszuführen. Die Abdeckung 14 ist aus einem elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisenden Kunststoffmaterial gefertigt. Die Abdeckung 14 überdeckt ein unter dieser angeordnetes stromführendes Element 20. Das stromführende Element 20, beispielsweise ausgeführt als eine Stromschiene, überdeckt wiederum ein Funktionsbauteil 22. Bei dem Funktionsbauteil 22 handelt es sich beispielsweise um ein PTC- Element, welches als Heizeinrichtung eingesetzt wird und dem Temperieren beziehungsweise Auftauen eines gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoffs dient, beispielsweise einer gefrierfähigen Harnstoff-Wasser-Lösung, die zur Nachbehandlung des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine Verwendung findet.The fixation device 10 is above the cover 14th arranged. The cover 14th can one like in 1 illustrated flat top 16 exhibit; alternatively there is the possibility of comparing the illustration according to 3 who have favourited cover 14th with a curved top 18th execute. The cover 14th is made of an electrically insulating plastic material. The cover 14th covers a current-carrying element arranged below it 20th . The live element 20th , for example designed as a busbar, in turn covers a functional component 22nd . With the functional component 22nd It is, for example, a PTC element that is used as a heating device and is used to temper or thaw a freezable operating / auxiliary material, for example a freezable urea-water solution that is used for post-treatment of the exhaust gas of an internal combustion engine.

Das Funktionsbauteil 22, insbesondere ausgeführt als ein PTC-Element, ist auf einer Oberseite 26 einer thermischen Masse 24 aufgebracht. Während in 1 der entspannte Zustand 28 der als Federklammer ausgebildeten Fixiervorrichtung 10 dargestellt ist, ist diese in der Darstellung gemäß 2 im gespannten Zustand 30 dargestellt.The functional component 22nd , in particular designed as a PTC element, is on an upper side 26th a thermal mass 24 upset. While in 1 the relaxed state 28 the fixing device designed as a spring clip 10 is shown, this is in the representation according to 2 when tensioned 30th shown.

2 zeigt die Fixiervorrichtung 10 im gespannten Zustand 30. Im gespannten Zustand 30 fixiert die als Federklammer ausgeführte Fixiervorrichtung 10 einen Verbund aus der Abdeckung 14, dem stromführenden Element 20 und dem Funktionsbauteil 22, bei dem es sich um ein PTC-Element oder dergleichen handeln kann, auf der Oberseite 26 der thermischen Masse 24. Wie aus 2 hervorgeht, verlaufen die erste Lasche 82 und die zweite Lasche 84 der als Federklammer ausgebildeten Fixiervorrichtung 10 seitlich der thermischen Masse 24. Die Laschen 82, 84 werden bei der Montage leicht auseinandergedrückt, sodass sich der Mittelteil 12 der Fixiervorrichtung 10, an dem eine flach oder konkav ausgebildete Kontaktseite 32 ausgeführt ist, an die die flache Oberseite 16 aufweisende Abdeckung 14 anschmiegt. Aufgrund der Verformung der Fixiervorrichtung 10 entstehen - wie in 2 dargestellt - zwei voneinander getrennte Kontaktbereiche, nämlich der erste Kontaktbereich 34 und der zweite Kontaktbereich 36. Der erste Kontaktbereich 34 und der zweite Kontaktbereich 36 sind durch eine Aufwölbung 38 im Material des Mittelteils 12 der als Federklammer ausgebildeten Fixiervorrichtung 10 voneinander getrennt. Durch das Ausbilden des ersten Kontaktbereichs 34 sowie das Ausbilden des zweiten Kontaktbereichs 36 wird eine Haltekraft verteilt und die absolute Höhe der Kontaktdruckmaxima erheblich verringert. Die beiden Kontaktbereiche 34 und 36, die durch die in 2 angedeutete Aufwölbung 38 im Material des Mittelteils 12 voneinander getrennt sind, sind wechselwirkungsfrei, d. h. beeinflussen einander nicht. 2 shows the fixing device 10 when tensioned 30th . In the tensioned state 30th fixes the fixing device designed as a spring clip 10 a composite of the cover 14th , the live element 20th and the functional component 22nd , which can be a PTC element or the like, on the top 26th the thermal mass 24 . How out 2 appears, run the first flap 82 and the second tab 84 the fixing device designed as a spring clip 10 to the side of the thermal mass 24 . The tabs 82 , 84 are slightly pushed apart during assembly so that the middle part 12 the fixing device 10 , on which a flat or concave contact side 32 is carried out to which the flat top 16 having cover 14th hugs. Due to the deformation of the fixation device 10 arise - as in 2 shown - two separate contact areas, namely the first contact area 34 and the second contact area 36 . The first contact area 34 and the second contact area 36 are through a bulge 38 in the material of the middle part 12 the fixing device designed as a spring clip 10 separated from each other. By forming the first contact area 34 and the formation of the second contact area 36 a holding force is distributed and the absolute level of the contact pressure maxima is considerably reduced. The two contact areas 34 and 36 that through the in 2 indicated bulge 38 in the material of the middle part 12 are separated from each other are free of interaction, ie do not influence each other.

3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Fixiervorrichtung 10 im montierten Zustand an der thermischen Masse 24. Aus der teilweise geschnitten dargestellten und eine perspektivische Ansicht wiedergebenden 3 lässt sich entnehmen, dass in dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Abdeckung 14 eine gekrümmte Oberseite 18 aufweist. Eine Erstreckung in der gekrümmten Oberseite 18 der Abdeckung 14 ist durch Bezugszeichen 40 angedeutet. Der perspektivischen Darstellung von 3, die überdies in einem Viertelschnitt, lässt sich entnehmen, dass die Abdeckung 14 aus einem Kunststoffmaterial spritzgegossen ist. Bei der Herstellung der Abdeckung 14, welche das stromführende Element 20 in einem Überstand 42 überdeckt, kann bei der Herstellung bereits die konvex gekrümmte Oberseite 18 gefertigt werden, ohne dass weitere Bearbeitungsvorgänge erforderlich wären. 3 shows a perspective view of the fixing device 10 in the assembled state on the thermal mass 24 . From the partially sectioned and reproducing a perspective view 3 it can be seen that in this embodiment of the solution proposed according to the invention, the cover 14th a curved top 18th having. An extension in the curved top 18th the cover 14th is by reference number 40 indicated. The perspective view of 3 , which is also in a quarter section, can be seen that the cover 14th is injection molded from a plastic material. When making the cover 14th which is the current-carrying element 20th in a supernatant 42 covered, the convexly curved upper side can already be used during manufacture 18th can be manufactured without the need for further machining operations.

3 zeigt, dass in dieser Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung die Abdeckung 14 das stromführende Element 20, beispielsweise ausgebildet als Stromschiene, seitlich in einem Überstand 42 überdeckt. Die seitliche Überdeckung 42 erstreckt sich in der x-y-Ebene gemäß der 3. 3 shows that in this embodiment of the solution proposed according to the invention, the cover 14th the live element 20th , for example designed as a busbar, laterally in a protrusion 42 covered. The lateral overlap 42 extends in the xy plane according to 3 .

Auch aus der Darstellung gemäß 3 ist ersichtlich, dass sich im montierten Zustand, d. h. im gespannten Zustand 30 der Fixiervorrichtung 10 im Mittelteil 12 der Fixiervorrichtung 10 der erste Kontaktbereich 34 sowie der zweite Kontaktbereich 36 ausbilden. Die beiden Kontaktbereiche 34, 36 sind durch die sich im Material des Mittelteils 12 einstellende Aufwölbung 38 voneinander separiert. Der erste Kontaktbereich 34 und der zweite Kontaktbereich 36 zwischen der Kontaktseite 32 des Mittelteils 12 und der konvex gekrümmten Oberseite 18 der Abdeckung 14 bewirken eine Vergleichmäßigung der Haltekrafteinleitung in das Funktionsbauteil 22, welches beispielsweise als ein Keramikbauteil oder als PTC-Element ausgebildet sein kann.Also from the representation according to 3 it can be seen that in the assembled state, ie in the clamped state 30th the fixing device 10 in the middle part 12 the fixing device 10 the first contact area 34 as well as the second contact area 36 form. The two contact areas 34 , 36 are due to the in the material of the middle part 12 adjusting bulge 38 separated from each other. The first contact area 34 and the second contact area 36 between the contact page 32 of the middle part 12 and the convexly curved top 18th the cover 14th bring about an equalization of the introduction of holding force into the functional component 22nd , which can be designed, for example, as a ceramic component or as a PTC element.

Den 4.1 und 4.2 sind eine Druckverteilung beziehungsweise eine Spannungsverteilung 58 im Funktionsbauteil 22 zu entnehmen.The 4th .1 and 4.2 are a pressure distribution and a stress distribution, respectively 58 in the functional component 22nd refer to.

Während in 4.1 eine beispielhafte Druckverteilung unterhalb des Funktionsbauteils 22 dargestellt ist, geht aus 4.2 eine sich einstellende Spannungsverteilung 58 im Material des Funktionsbauteils 22 hervor.While in 4th .1 an exemplary pressure distribution below the functional component 22nd is shown goes out 4th .2 a self-adjusting stress distribution 58 in the material of the functional component 22nd emerged.

4.1. zeigt, wie sich bei der Verwendung einer konventionellen Federklammer am Funktionsbauteil 22, von dem hier eine Unterseite 78 dargestellt ist, zwei Kontaktdruckzonen 44 und 46 entlang der Kanten des Funktionsbauteils 22 mit hohen lokalen Maxima einstellen. Zwischen diesen Kontaktdruckkonzentrationen ist der Kontaktdruck niedrig bis null. Eine Oberseite des Funktionsbauteils 22 ist in der Darstellung gemäß 4.1 mit Bezugszeichen 80 bezeichnet. 4.2 zeigt, dass sich im Material des Funktionsbauteils 22, welches hier von seiner Oberseite 80 aus dargestellt ist, im Bereich der ersten Kontaktdruckzone 44 und der zweiten Kontaktdruckzone 46 höhere Spannungen einstellen, vorausgesetzt die Abdeckung 14 wird mit einer in 1 und 2 dargestellten flachen Oberseite 16 gefertigt. Die 5.1 und 5.2 zeigen die sich einstellende mechanische Belastung bei der Montage der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fixiervorrichtung 10 auf die gekrümmte Oberseite 18 der Abdeckung 14. 4th .1. shows how a conventional spring clip is used on the functional component 22nd , of which here is a bottom 78 is shown, two contact pressure zones 44 and 46 along the edges of the functional component 22nd set with high local maxima. Between these contact pressure concentrations, the contact pressure is low to zero. A top of the functional component 22nd is shown in accordance with 4th .1 with reference number 80 designated. 4th .2 shows that in the material of the functional component 22nd which one here from its top 80 is shown in the area of the first contact pressure zone 44 and the second contact pressure zone 46 Set higher voltages, provided the cover 14th comes with an in 1 and 2 shown flat top 16 manufactured. The 5 .1 and 5.2 show the mechanical stress that occurs during assembly of the fixing device proposed according to the invention 10 on the curved top 18th the cover 14th .

5.1 zeigt beispielsweise, dass in einer ersten Kontaktphase 48, in der die Fixiervorrichtung 10 von oben her aufgebracht wird, vergleiche Bewegungsrichtung 52, die beiden parallel zueinander verlaufenden Laschen 82, 84 aufgespreizt werden und sich innerhalb der ersten Kontaktphase 48 eine Kontaktfläche 50 ergibt. Diese entsteht zwischen der Kontaktseite 32 des Mittelteils 12 der Fixiervorrichtung 10 einerseits und der Oberseite 18 der Abdeckung 14. Die Fixiervorrichtung 10 ist in der Darstellung gemäß 5.1 geschnitten dargestellt. 5.1 zeigt eine erste Montagephase der Fixiervorrichtung 10 in Bewegungsrichtung 52. 5 .1 shows, for example, that in a first contact phase 48 , in which the fuser 10 is applied from above, compare direction of movement 52 , the two parallel tabs 82 , 84 be spread open and within the first contact phase 48 a contact area 50 results. This arises between the contact side 32 of the middle part 12 the fixing device 10 one hand and the top 18th the cover 14th . The fixation device 10 is shown in accordance with 5 .1 shown cut. 5 .1 shows a first assembly phase of the fixing device 10 in the direction of movement 52 .

5.2 schließt sich an die erste Montagephase der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Fixiervorrichtung 10 mit flacher oder konkav gewölbter Kontaktseite 32 an. Im in 5.2 dargestellten gespannten Zustand 30 der Fixiervorrichtung 10, die hier als teilweise aufgeschnittene Federklammer dargestellt ist, stellen sich der erste Kontaktbereich 34 und der zweite Kontaktbereich 36 in einer zweiten Kontaktphase 54 ein. Im in 5.2 dargestellten Zustand hat die Kontaktseite 32 im Mittelteil 12 der Fixiervorrichtung 10 die eine gekrümmte Oberseite 18 aufweisende Abdeckung 14 berührt, das bedeutet, dass im gespannten Zustand 30 die Kontaktseite 32 der Fixiervorrichtung 10 die Abdeckung 14 samt darunter liegender Bauteile wie beispielsweise das stromführende Element 20 sowie das Funktionsbauteil 22 innerhalb eines Verbunds fixiert. Die in den beiden Kontaktbereichen, d. h. dem ersten Kontaktbereich 34 sowie dem zweiten Kontaktbereich 36 auftretende Haltekraft verteilt sich gemäß der perspektivischen Halbschnittdarstellung in 5.2 im Wesentlichen linienförmig. 5 .2 follows on from the first assembly phase of the fixing device proposed according to the invention 10 with flat or concave contact side 32 at. In the in 5 .2 shown tensioned state 30th the fixing device 10 , which is shown here as a partially cut-open spring clip, represent the first contact area 34 and the second contact area 36 in a second contact phase 54 one. In the in 5 .2 state shown has the contact side 32 in the middle part 12 the fixing device 10 the one curved top 18th having cover 14th touched, that means that in the tensioned state 30th the contact page 32 the fixing device 10 the cover 14th including underlying components such as the current-carrying element 20th as well as the functional component 22nd fixed within a network. Those in the two contact areas, ie the first contact area 34 and the second contact area 36 The holding force that occurs is distributed according to the perspective half-section view in 5 .2 essentially linear.

In den 6.1 und 6.2 sind in schematischer Weise Druckverteilungen und Spannungsverteilungen 58, die sich im Funktionsbauteil 22 bei Anwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung einstellen, dargestellt. 6.1 zeigt, dass sich an der Unterseite 78 des Funktionsbauteils 22 eine im Wesentlichen rechteckförmig verlaufende Druckverteilung 56 einstellt. Das Funktionsbauteil 22 mit seiner durch Bezugszeichen 80 identifizierten Oberseite ist in der Darstellung gemäß 6.1 von seiner Unterseite 78 her dargestellt.In the 6th .1 and 6.2 are pressure distributions and stress distributions in a schematic manner 58 which are located in the functional component 22nd set when using the solution proposed according to the invention, shown. 6th .1 shows that at the bottom 78 of the functional component 22nd an essentially rectangular pressure distribution 56 adjusts. The functional component 22nd with its by reference number 80 identified upper side is in the illustration according to 6th .1 from its underside 78 shown here.

Im Gegensatz dazu zeigt 6.2 das Funktionsbauteil 22 von seiner Oberseite 80 her. In 6.2 ist eine gleichmäßig verlaufende Spannungsverteilung 58 dargestellt, welche innerhalb des Materials des Funktionsbauteils 22, bei dem es sich beispielsweise um das bereits erwähnte PTC-Element handeln kann, wesentlich gleichmäßiger ist.In contrast shows 6th .2 the functional component 22nd from its top 80 here. In 6th .2 is a uniform stress distribution 58 shown, which is within the material of the functional component 22nd , which can be the PTC element already mentioned, for example, is much more uniform.

Für beide Darstellungen gemäß der 6.1 und 6.2 gilt, dass die Fixiervorrichtung 10 mit ihrer Kontaktseite 32 flach oder konkav gewölbt ausgeführt ist und eine das Funktionsbauteil 22 überdeckende Abdeckung 14 die bereits erwähnte konvex gekrümmte Oberseite 18 umfasst. Für diesen Anwendungsfall stellen sich unterhalb des Funktionsbauteils 22 die im Wesentlichen rechteckförmig verlaufende Druckverteilung 56 einerseits ein sowie andererseits eine deutlich geringere Spannungsverteilung 58 innerhalb des Funktionsbauteils 22, wie sie im Zusammenhang mit 6.2 dargestellt ist.For both representations according to the 6th .1 and 6.2, the fixing device 10 with their contact page 32 is designed flat or concave and one is the functional component 22nd covering cover 14th the already mentioned convexly curved upper side 18th includes. For this application, there are below the functional component 22nd the essentially rectangular pressure distribution 56 on the one hand, and on the other hand, a significantly lower stress distribution 58 within the functional component 22nd as they are related to 6th .2 is shown.

7 zeigt den Verlauf einer ersten Biegelinie 60 einer eine konvexe Kontaktseite 32 aufweisenden Fixiervorrichtung 66. 7th shows the course of a first bending line 60 one a convex contact face 32 having fixing device 66 .

Aus der Darstellung gemäß 7 geht hervor, dass eine Durchbiegung 64 über eine Balkenlänge 62 aufgetragen ist. Ist die normale Fixiervorrichtung 66, d. h. einen konvex gekrümmten Mittelteil 12 aufweisend, ungespannt, so stellt sich ein ungespannter Zustand 70 ein. Sobald die Fixiervorrichtung 66 mit konvexem Mittelteil 12 gespannt wird, stellt sich lediglich ein Kontaktbereich im gespannten Zustand 72 ein.From the representation according to 7th shows that there is a deflection 64 over a bar length 62 is applied. Is the normal fixation device 66 , ie a convexly curved central part 12 exhibiting, untensioned, an untensioned state arises 70 one. Once the fuser 66 with convex middle part 12 is tensioned, there is only a contact area in the tensioned state 72 one.

Demgegenüber ist in 8 eine zweite Biegelinie 65 dargestellt, gemäß der die Durchbiegung 64 über die Balkenlänge 62 aufgetragen ist.In contrast, in 8th a second bending line 65 shown, according to which the deflection 64 over the bar length 62 is applied.

Gemäß 8 ist eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Fixiervorrichtung 10 dargestellt, deren Kontaktseite 32 mit einem flachen Mittelteil 12 beziehungsweise einem konkav gewölbten Mittelteil 12 ausgeführt ist. Beim Übergang vom ungespannten Zustand 74 der Fixiervorrichtung 68 mit flachem oder konkav gewölbtem Mittelteil 12 in den gespannten Zustand 76 stellen sich die Kontaktbereiche, d. h. der erste Kontaktbereich 34 beziehungsweise der zweite Kontaktbereich 36 wie anhand der vorstehend beschriebenen 2 und 3 bereits beschrieben, ein.According to 8th is a fixing device proposed according to the invention 10 their contact page 32 with a flat middle part 12 or a concave central part 12 is executed. When transitioning from the relaxed state 74 the fixing device 68 with a flat or concave central part 12 in the tensioned state 76 the contact areas arise, ie the first contact area 34 or the second contact area 36 as described above 2 and 3 already described, a.

Der Darstellung gemäß 9 ist ein gespannter Zustand 30 der Fixiervorrichtung 10 zu entnehmen. An einer der Laschen 82, 84 der Fixiervorrichtung 10 - hier ausgestaltet als Federklammer - befindet sich ein Fenster 86. In das Fenster 86 des Materials der Fixiervorrichtung 10 greift ein hakenförmiger Vorsprung 88, der sich seitlich an der thermischen Masse 24 befindet, ein. Ein Ende 92 der Fixiervorrichtung 10 ist unter einem Vorsprung 90 der thermischen Masse 24 an einer Klemmstelle 94 eingespannt. Infolge des in 9 dargestellten gespannten Zustands 30 kommt es im Bereich des Mittelteils 12, dort wo dieser gerade ausgebildet ist, zu der in 9 dargestellten Aufwölbung 38. Es bilden sich infolgedessen ein erster Kontaktbereich 34 sowie ein von diesem durch die Aufwölbung 38 getrennter zweiter Kontaktbereich 36 aus - hier zwischen der flachen Oberseite 16 der Abdeckung 14.According to the representation 9 is a tense state 30th the fixing device 10 refer to. On one of the tabs 82 , 84 the fixing device 10 - here designed as a spring clip - there is a window 86 . In the window 86 the material of the fixing device 10 a hook-shaped projection engages 88 on the side of the thermal mass 24 located, a. An end 92 the fixing device 10 is under a ledge 90 the thermal mass 24 at a terminal point 94 clamped. As a result of the in 9 stressed state shown 30th it comes in the area of the middle part 12 , where this is currently trained, to the in 9 depicted bulge 38 . As a result, a first contact area is formed 34 as well as one of these by the bulge 38 separate second contact area 36 from - here between the flat top 16 the cover 14th .

Der Darstellung gemäß 10 ist zu entnehmen, dass im gespannten Zustand 30 der in 10 dargestellten Fixiervorrichtung 10 - hier ebenfalls ausgebildet als Federklammer - das Funktionsbauteil 22 unter Zwischenschaltung eines Keramikplättchens 96 und einem stromführenden Element 20, beispielsweise in Gestalt einer Stromschiene, das Funktionsbauteil 22 auf der Oberseite 26 der thermischen Masse 24 fixiert ist. Im gespannten Zustand 30 der Fixiervorrichtung 10 kommt es auch hier im Bereich des gerade ausgebildeten Mittelteils 12 zu einer Aufwölbung 38 desselben, wodurch sich beidseits der Aufwölbung 38 der erste Kontaktbereich 34 sowie der zweite Kontaktbereich 36 einstellen.According to the representation 10 it can be seen that in the tensioned state 30th the in 10 shown fixing device 10 - here also designed as a spring clip - the functional component 22nd with the interposition of a ceramic plate 96 and a live element 20th , for example in the form of a busbar, the functional component 22nd on the top 26th the thermal mass 24 is fixed. In the tensioned state 30th the fixing device 10 it also occurs here in the area of the just developed middle section 12 to a bulge 38 the same, whereby both sides of the bulge 38 the first contact area 34 as well as the second contact area 36 to adjust.

Aus 10 geht darüber hinaus hervor, dass das stromführende Element 20 ebenso wie das dieses überdeckende Keramikplättchen 96 in Bezug auf die Abmessungen des abgedeckten Funktionsbauteils 22 den Überstand 42 aufweisen. Dadurch kann erreicht werden, dass der Stromfluss vergleichmäßigt wird und unter Vermeidung eines Kurzschlusses der Strom vom stromführenden Element 20 über das Funktionsbauteil 22 in die thermische Masse 24 verläuft. Durch den Überstand 42 kann ein gleichmäßig verteilter auch die Kantenbereiche des Funktionsbauteils 22 erfassender Kontakt herbeigeführt werden.Out 10 it also shows that the live element 20th as well as this covering ceramic plate 96 in relation to the dimensions of the covered functional component 22nd the supernatant 42 exhibit. In this way it can be achieved that the current flow is evened out and the current from the current-carrying element is avoided while avoiding a short circuit 20th via the functional component 22nd into the thermal mass 24 runs. Through the supernatant 42 can evenly distribute the edge areas of the functional component 22nd Detecting contact can be brought about.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not restricted to the exemplary embodiments described here and the aspects emphasized therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible that are within the scope of expert knowledge.

Claims

Device for reducing mechanical loads under and in a functional component (22), in particular a PTC element, which is arranged between a current-carrying element (20) with a cover (14) and a thermal mass (24), characterized in that a fixing device (10) within a central part (12) a flat or concavely curved contact side (32) which, in the tensioned state (30) of the fixing device (10), acts on an upper side (18) of the cover (14).

Device according to Claim 1 , characterized in that the fixing device (10) is designed as a spring clip.

Device according to Claim 1 , characterized in that in the tensioned state (30) of the fixing device (10) a first contact area (34) and a second contact area (36) arise between the contact side (32) and the convexly curved upper side (18) of the cover (14).

Device according to Claim 3 , characterized in that in the tensioned state (30) of the fixing device (10) the first contact area (34) and the second contact area (36) in the central part (12) are separated from one another by a bulge (38).

Device according to Claim 2 , characterized in that the fixing device (10) has a first tab (82) and a second tab (84).

Device according to Claim 1 , characterized in that the cover (14) is manufactured as an injection-molded part from plastic material having electrically insulating properties.

Device according to Claim 1 , characterized in that the cover (14) is designed as a ceramic plate (96) covering the current-carrying element (20).

Device according to Claim 6 , characterized in that the cover (14) projects beyond the functional component (22) in an overhang (42).

Device according to Claim 1 , characterized in that in the tensioned state (30) of the fixing device (10) there is an essentially rectangular pressure distribution (56) under the functional component (22).

Device according to Claim 1 , characterized in that in the tensioned state (30) of the fixing device (10) there is a uniform, large-area contact pressure distribution without pronounced maxima on the functional component (22).

Device according to Claim 1 , characterized in that in the tensioned state (30) of the fixing device (10) there is a low level of mechanical stresses in the functional component (22).

Use of the device according to one of the preceding claims as a fixation of at least one heating element for temperature control or for thawing an operating / auxiliary material for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system.

Heating arrangement with at least one heating element for temperature control or for thawing an operating / auxiliary substance for aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system, the at least one heating element as a functional means by means of a device according to one of the Claims 1 to 11 is fixed.