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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements sowie ein beispielsweise mit einem derartigen Verfahren hergestelltes PTC-Heizelement.
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Im Fahrzeugbau werden PTC-Heizelemente zur Erwärmung gasförmiger oder flüssiger Medien eingesetzt, beispielsweise um Wärme auf die in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitende Luft zu übertragen. Dabei findet der Einsatz von PTC-Heizelementen vor allem bei rein elektromotorisch betriebenen Fahrzeugen Berücksichtigung, bei welchen andere Wärmequellen, wie zum Beispiel ein Verbrennungsmotor oder ein mit Brennstoff betriebenes Heizgerät, nicht zur Verfügung stehen. Auch in anderen Bereichen, wie zum Beispiel zum Beheizen von Zügen oder zum Beheizen von Brennstoffzellen, finden derartige PTC-Heizelemente Anwendung.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements sowie ein PTC-Heizelement vorzusehen, mit welchen bei der Möglichkeit, den Herstellungsvorgang einfach und kostengünstig durchführen zu können, ein effizienter Heizbetrieb eines PTC-Heizelements erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements, wobei das PTC-Heizelement wenigstens ein PTC-Bauteil und an wenigstens einer Seite des wenigstens einen PTC-Bauteils einen mit dem wenigstens PTC-Bauteil fest verbundenen Träger umfasst, wobei das Verfahren die Maßnahmen umfasst:
- a) Aufbringen von elektrisch leitendem Sintermaterial auf wenigstens eine mit einem Träger fest zu verbindende Seite wenigstens eines PTC-Bauteils oder/und auf wenigstens einen mit dem wenigstens einen PTC-Bauteil zu verbindenden Träger,
- b) nach Durchführung der Maßnahme a), Herstellen eines Kontakts des wenigstens einen PTC-Bauteils mit wenigstens einem Träger derart, dass zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und dem wenigstens einen Träger bei der Maßnahme a) aufgebrachtes, zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und dem wenigstens einen Träger vorgesehenes Sintermaterial positioniert ist,
- c) Sintern des bei der Maßnahme b) zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und dem wenigstens einen Träger positionierten Sintermaterials durch Erwärmen oder/und Ausüben von Druck.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Herstellung eines PTC-Heizelements vereinigt verschiedene für das Herstellungsverfahren einerseits und den Betrieb eines so hergestellten PTC-Heizelements andererseits besonders vorteilhafte Aspekte. Durch den Einsatz eines elektrisch leitenden Sintermaterials zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen einem oder mehreren PTC-Bauteilen und wenigstens einem Träger dafür ist die Möglichkeit geschaffen, sowohl die mechanische Verbindung, also auch die elektrisch leitende Verbindung durch ein und die selbe Materiallage, nämlich das zwischen einem jeweiligen PTC-Bauteil und einem Träger angeordnete, und nach dem Sintern ausgehärtete Sintermaterial, bereitzustellen. Zusätzliche Materiallagen, welche vor allem die Wärmeableitung und somit die Heizeffizienz beeinträchtigen könnten, sind nicht erforderlich. Weiter nutzt das erfindungsgemäße Verfahren den wesentlichen Vorteil, dass derartige elektrisch leitende Sintermaterialien im Allgemeinen sehr gute Wärmeleiter sind, so dass nicht nur mit einer sehr geringen Anzahl an zwischen einem PTC-Bauteil und einem Träger positionierten Materiallagen eine feste Verbindung erzeugt werden kann, sondern dazu auch ein den Wärmeübergang zwischen einem PTC-Bauteil und einem Träger nur wenig beeinträchtigendes Material eingesetzt wird, welches darüber hinaus eine hohe thermische Resistenz aufweist. Ein weiterer Vorteil ist, dass zur Herstellung der festen Verbindung zwischen einem PTC-Bauteil und einem Träger keine komplex durchzuführenden Füge-Arbeitsschritte erforderlich sind.
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Um einerseits einen möglichst dünnen, die Wärmeleitung aus dem PTC-Heizelement heraus möglichst wenig beeinträchtigenden Gesamtaufbau zu erhalten, andererseits eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleisten zu können, wird vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme a) das auf wenigstens eine Seite des wenigstens einen PTC-Bauteils oder/und auf wenigstens einen Träger aufgebrachte, zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und dem wenigstens einen Träger vorgesehene Sintermaterial mit einer Schichtdicke von 5 µm bis 20 µm, vorzugsweise etwa 10 µm, aufgebracht wird. Dies bedeutet, dass dann, wenn sowohl auf eine Seite eines PTC-Bauteils, als auch den mit dem PTC-Bauteil an dieser Seite zu verbindenden Träger zur Herstellung einer Verbindung zwischen diesen vorgesehenes Sintermaterial aufgebracht wird, die Dicke des zwischen dem PTC-Bauteil und dem Träger positionierten Sintermaterials der doppelten Schichtdicke entspricht, also beispielsweise im Bereich von 10 µm bis 40 µm, vorzugsweise bei etwa 20 µm liegt.
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Zum Vorsehen eines sandwichartig zwischen zwei Trägern angeordneten und mit diesen jeweils fest verbundenen PTC-Bauteils wird weiter vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme a) auf zwei voneinander abgewandt orientierte Seiten des wenigstens einen PTC-Bauteils zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und dem wenigstens einen Träger vorgesehenes Sintermaterial aufgebracht wird, oder/und dass bei der Maßnahme a) auf zwei mit dem wenigstens einen PTC-Bauteil an zwei voneinander abgewandt orientierten Seiten des wenigstens einen PTC-Bauteils zu verbindende Träger zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und dem wenigstens einen Träger vorgesehenes Sintermaterial aufgebracht wird.
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Um im Heizbetrieb ein PTC-Heizelement zur Abgabe von Wärme erregen zu können, ist es erforderlich, dieses elektrisch zu kontaktieren. Hierzu kann vorgesehen sein, dass bei der Maßnahme a) auf wenigstens einen Träger, vorzugsweise zwei Träger, an einer dem wenigstens einen PTC-Bauteil zugewandt zu positionierenden Seite zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und diesem wenigstens einen Träger vorgesehenes Sintermaterial aufgebracht wird und an einer von dem wenigstens einen PTC-Bauteil abgewandt zu positionierenden Seite dieses wenigstens einen Trägers bzw. der beiden Träger zur Bereitstellung wenigstens eines Kontaktfeldes vorgesehenes Sintermaterial aufgebracht wird, wobei zwischen dem zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und diesem wenigstens einen Träger vorgesehenen Sintermaterial und dem zur Bereitstellung wenigstens eines Kontaktfeldes vorgesehenen Sintermaterial wenigstens ein Sintermaterial-Verbindungsbereich gebildet wird, und dass bei der Maßnahme c) das zur Bereitstellung wenigstens eines Kontaktfeldes vorgesehene Sintermaterial und der wenigstens eine Sintermaterial-Verbindungsbereich durch Erwärmen oder/und Ausüben von Druck gesintert werden.
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Eine sehr effiziente Ausnutzung der von einem PTC-Bauteil bei elektrischer Erregung abgegebenen Wärme kann dadurch erreicht werden, dass dieser wenigstens eine Träger an seiner dem wenigstens einen PTC-Bauteil zugewandt zu positionierenden Seite einen PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich aufweist, wobei in dem PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich dieser wenigstens eine Träger mit dem wenigstens einen PTC-Bauteil durch das bei der Maßnahme a) aufgebrachte, zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und diesem wenigstens einen Träger vorgesehene Sintermaterial zu verbinden ist, dass dieser wenigstens eine Träger an seiner von dem wenigstens einen PTC-Bauteil abgewandt zu positionierenden Seite wenigstens einen Kontaktfeldflächenbereich aufweist, wobei in dem wenigstens einen Kontaktfeldflächenbereich wenigstens ein Kontaktfeld durch das bei der Maßnahme a) aufgebrachte Sintermaterial zur Bereitstellung wenigstens eines Kontaktfeldes zu bilden ist, und dass der wenigstens eine Kontaktfeldflächenbereich und der PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich sich wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig, nicht überlappen. Somit überlappt bzw. überdeckt der wenigstens eine zur elektrischen Kontaktierung vorgesehene Kontaktfeldflächenbereich denjenigen Bereich des PTC-Bauteils, in welchem diesem durch Sintermaterial mit einem oder mehreren Trägern verbunden ist, nicht und beeinträchtigt somit nicht die Wärmeabgabe von dem PTC-Bauteil auf zu erwärmendes Medium.
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Um eine gleichmäßige und vollflächige Beschichtung eines PTC-Bauteils bzw. eines Trägers und somit eine entsprechend gleichmäßige und vollflächige Verbindung zwischen diesen gewährleisten zu können, wird vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme a) das Sintermaterial durch Siebdruck aufgebracht wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass der Siebdruck als ein Beispiel einer besonders einfach und auch präzise durchführe Vorgehensweise für das Aufbringen von fließfähigem, beispielsweise pastösem Material angeführt ist. Auch andere Vorgehensweisen zur Aufbringung von derartigen fließfähigem, beispielsweise pastösem Material, wie zum Beispiel das Aufbringen dieses Materials auf eine zu beschichtende Oberfläche und das Verteilen des fließfähigen Materials auf dieser Oberfläche vermittels einer Rakel oder eines derartigen Werkzeugs, können Anwendung finden.
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Eine hohe mechanische Stabilität bei guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass das bei der Maßnahme a) aufgebrachte Sintermaterial Metallmaterial enthält. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei der Einsatz von Silber oder/und Platin enthaltendem Metallmaterial erwiesen.
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Insbesondere dann, wenn das Sintermaterial Silber oder/und Platin enthaltendes Metallmaterial umfasst, kann zur Durchführung eines Sintervorgangs bei der Maßnahme c) das Sintermaterial auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 300°C, vorzugsweise etwa 250°C, erwärmt werden. Die Durchführung des Sintervorgangs bei einer derartigen vergleichsweise niedrigen Temperatur stellt sicher, dass eine durch eine übermäßige Erwärmung herbeigeführte strukturelle Veränderung im Aufbaumaterial eines PTC-Bauteils, welche dessen Funktionsfähigkeit beeinträchtigen könnte, vermieden wird.
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Für einen flächigen Kontakt zwischen mit einem oder mehreren PTC-Bauteilen kann der wenigstens eine Träger plattenartig ausgebildet sein. Um einen derartigen Träger selbst als elektrischen Isolator, jedoch guten Wärmeleiter bereitstellen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass der wenigstens eine Träger mit Keramikmaterial aufgebaut ist. Beispielsweise kann ein derartiger Träger mit Aluminiumoxid (Al2O3) aufgebaut sein.
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Um eine im Wesentlichen vollständige Umkapselung des wenigstens einen PTC-Bauteils erreichen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass bei der Maßnahme b) das wenigstens eine PTC-Bauteil zwischen zwei mit diesem zu verbindenden Trägern mit dazwischen jeweils positioniertem, zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem wenigstens einen PTC-Bauteil und einem jeweiligen der beiden Träger vorgesehenen Sintermaterial derart angeordnet wird, dass das wenigstens eine PTC-Bauteil von einem zwischen den beiden Trägern angeordneten Rahmen wenigstens teilweise umgeben ist, wobei eine Materialstärke des Rahmens nicht größer, vorzugsweise kleiner, ist als eine Dicke des wenigstens einen PTC-Bauteils. Da die Materialstärke des Rahmens gemessen in einer Richtung zwischen den den Rahmen zwischen sich aufnehmenden Trägern zumindest nicht größer ist als die zwischen den beiden Trägern gemessene Dicke eines PTC-Bauteils, wird erreicht, dass die ein derartiges PTC-Bauteil zwischen sich aufnehmende Positionierung der beiden Träger und somit auch die Verbindungsfestigkeit mit dem PTC-Bauteil durch den zwischen den Trägern angeordneten Rahmen nicht beeinträchtigt werden.
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Für einen einfach durchzuführenden Herstellungsvorgang kann der Rahmen mit einem der beiden mit dem wenigstens einen PTC-Bauteil zu verbindenden Träger vor dem Anordnen des PTC-Bauteils zwischen den beiden Trägern mit einem der beiden Träger verbunden werden.
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Die eingangs angegebene Aufgabe wird weiter gelöst durch ein PTC-Heizelement, umfassend wenigstens ein PTC-Bauteil und an wenigstens einer Seite, vorzugsweise an zwei voneinander abgewandt orientierten Seiten des wenigstens einen PTC-Bauteils einen mit diesem durch elektrisch leitendes Sintermaterial fest verbundenen Träger. Ein derartiges PTC-Heizelement kann beispielsweise mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
- 1 in perspektivischer Ansicht ein PTC-Heizelement;
- 2 das PTC-Heizelement der 1 in Explosionsdarstellung;
- 3 eine Längsschnittdarstellung eines mit einem Träger durch Sintermaterial zu verbindenden PTC-Bauteil
- 4 in ihren Darstellungen a) und b) Alternativen zur Ausgestaltung eines Kontaktfeldes.
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Die 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein PTC-Heizelement 10, das in verschiedenen zu heizenden Systemen, wie z. B. elektromotorisch betriebenen Fahrzeugen, Zügen, Brennstoffzellen oder dergleichen eingesetzt werden kann. Das im Wesentlichen plattenartig ausgebildete PTC-Heizelement 10, welches in 2 in Explosionsdarstellung gezeigt ist, ist mit zwei plattenartigen Trägern 14, 16 aufgebaut. Die beiden plattenartigen Träger 14, 16 sind beispielsweise aus Keramikmaterial, wie z. B. Aluminiumoxid, aufgebaut. Zwischen diesen beiden plattenartigen Trägern 14, 16 ist das von einem beispielsweise ebenfalls aus Keramikmaterial, wie z. B. Aluminiumoxid, aufgebauten Rahmen 18 umgebene, bei elektrischer Erregung Wärme generierende PTC-Bauteil 20 beispielsweise ebenfalls mit plattenartiger Gestalt angeordnet. Der Rahmen 18 weist eine an die Außenumfangskontur und die Außenabmessung des PTC-Bauteils 20 angepasste Öffnung 22 auf und ist in seinem Außenumfangsbereich vorzugsweise so geformt und dimensioniert, dass er im Zusammenbau mit den beiden beidseits davon angeordneten Trägern 14, 16 im Wesentlichen bündig abschließt, d. h., seitlich nach außen nicht hervorsteht bzw. zurückversetzt ist.
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Zur Herstellung einer festen und auch eine elektrische Kontaktierung zulassenden Verbindung des PTC-Bauteils 20 mit den beiden Trägern 14, 16 wird in nachfolgend beschriebener Art und Weise metallhaltiges Sintermaterial, also beispielsweise Silber oder/und Platin enthaltendes Sintermaterial eingesetzt. Das PTC-Bauteil 20 wird an seinen beiden voneinander abgewandt orientierten und jeweils mit einem der Träger 14, 16 zu verbindenden Seiten 24, 26 mit fließfähigem, beispielsweise pastösem Sintermaterial 28, 30 überzogen. Dies kann beispielsweise in einem Siebdruckvorgang bzw. unter Verwendung einer Rakel oder eines derartigen Werkzeugs erfolgen, so dass im Wesentlichen jeweils die gesamte mit einem der Träger 14, 16 zu verbindende Seite 24, 26 mit dem Sintermaterial 28, 30 überzogen ist.
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Gleichermaßen wird jeder der beiden Träger 14, 16 an seiner dem PTC-Bauteil 20 zugewandt zu positionierenden bzw. damit zu verbindenden Seite 32, 34 mit Sintermaterial 36, 38 überzogen. Dabei wird im Wesentlichen ein in 3 in Verbindung mit dem Träger 14 dargestellter PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich V der Träger 14, 16 überzogen, in welchem diese mit dem PTC-Bauteil 20 zu verbinden sind. Ein im Wesentlichen von dem Rahmen 18 überdeckter Randbereich 40, 42 der Träger 14, 16 bleibt in dem dargestellten Ausgestaltungsbeispiel an drei Seiten der Träger 14, 16 frei, also unbeschichtet. In einem Teil der Randbereiche 40, 42 ist das auf die Träger 14, 16 aufgebrachte Sintermaterial über den PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich V hinausgezogen, beispielsweise bis in den Bereich einer jeweiligen Stirnseite 44, 46 der Träger 14, 16. In diesem Teil der Randbereiche 40, 42 der Träger 14, 16 wird auch an den von den PTC-Bauteil 20 abgewandt zu positionierenden Seiten 48, 50 der Träger 14, 16 Sintermaterial 36' aufgebracht, um in einem Kontaktfeldflächenbereich K ein Kontaktfeld 52, 54 zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung des PTC-Bauteils 20 zu bilden. Dies ist in 3 in Zusammenhang mit dem am Träger 14 zu bildenden Kontaktfeld 52 dargestellt. Eine entsprechende Ausgestaltung kann auch im Zusammenhang mit dem in 3 nicht dargestellten Träger 16 realisiert sein.
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Um eine Verbindung zwischen dem an den beiden Seiten 32, 48 bzw. 34, 50 der Träger 14, 16 vorgesehenen Sintermaterial 36, 36' herzustellen, ist ein in 3 im Zusammenhang mit dem Träger 14 erkennbarer Sintermaterial-Verbindungsbereich 56 vorgesehen. dieser kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass in einem jeweiligen Träger 14, 16 eine über mehrere Öffnungen 58 vorgesehen werden, welche mit Sintermaterial 36" gefüllt werden, so dass ein Verbund zwischen dem an der dem PTC-Bauteil 20 jeweils zugewandt zu positionierenden Seite 32 bzw. 34 vorgesehenen Sintermaterial 36 bzw. 38 und dem zum Bereitstellen eines jeweiligen Kontaktfeldes 52, 54 an der jeweils vom PTC-Bauteil abgewandt zu positionierenden Seite 48, 50 der Träger 14, 16 vorgesehenen Sintermaterial 36' gebildet ist. Es entsteht somit an jedem der Träger 14, 16 ein einheitlicher Verbund des Sintermaterials.
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In 4 sind alternative Ausgestaltungen für den Sintermaterial-Verbindungsbereich 56 dargestellt. Die 4a) zeigt das Vorsehen des Sintermaterial-Verbindungsbereichs 56 mit über die Stirnseite 44 des Trägers 14 hinweggezogenem Sintermaterial 36", so dass das an dem Träger 14 vorgesehene Sintermaterial 36, 36", 36' zum Bereitstellen des Kontaktfeldes 52 im Kontaktfeldflächenbereich K den Träger 14 im Bereich seiner Stirnseite 44 U-förmig umgreift. Die 4b) zeigt einen der Ausgestaltung der 3 entsprechenden Aufbau, bei welchem das Sintermaterial 36" des Sintermaterial-Verbindungsbereichs 56 in den Öffnungen 58 vorgesehen ist, jedoch nur deren Oberfläche benetzt und diese somit nicht vollständig ausfüllt.
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Jeder der beiden Träger 14, 16 kann zur Bereitstellung eines jeweiligen Sintermaterial-Verbindungsbereichs 56 so wie in den 3 und 4 dargestellt ausgebildet sein, wobei vorzugsweise hinsichtlich der Ausgestaltung der Sintermaterial-Verbindungsbereiche 56 die beiden Träger 14, 16 identisch ausgebildet sind. Grundsätzlich könnten die Sintermaterial-Verbindungsbereiche 56 der beiden Träger 14, 16 zueinander unterschiedlich gestaltet sein.
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Nachdem das PTC-Bauteil 20 an seinen beiden Seiten 24, 26 mit dem Sintermaterial 28, 30 beschichtet worden ist und die beiden Träger 14, 16 jeweils in ihrem PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich V, ihrem Kontaktfeldflächenbereich K und dem diese beiden Flächenbereiche verbindenden Bereich mit Sintermaterial beschichtet worden sind, kann beispielsweise der Rahmen 18 mit einem der beiden Träger 14, 16 fest verbunden werden, beispielsweise durch Verklebung oder dergleichen in demjenigen Teil des jeweiligen Randbereichs 40, 42, welcher nicht mit dem Sintermaterial 36, 38 überzogen ist. Es kann dann das an seinen beiden Seiten 24, 26 mit dem Sintermaterial 28, 30 beschichtete PTC-Bauteil 20 auf diesen Träger/Rahmen-Verbund aufgelegt bzw. in die Öffnung 22 des Rahmens 18 eingesetzt werden, so dass das PTC-Bauteil 20 mit dem an einer seiner beiden Seiten 24, 26 vorgesehenen Sintermaterial 28, 30 mit dem an dem mit dem Rahmen 18 bereits verbundenen Träger 14 oder 16 im PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich V vorgesehenen Sintermaterial 36 oder 38 in Kontakt kommt. Nachfolgend wird der andere der beiden Träger 14, 16 derart aufgelegt, dass der in 1 dargestellte sandwichartige Verbund erreicht wird und das in dessen PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich V vorgesehenen Sintermaterial 36 oder 38 in Verbindung mit dem an der noch freiliegenden Seite 24 oder 26 des PTC-Bauteils 20 vorgesehenen Sintermaterial 24 oder 26 kommt. Um dabei eine zu einem vollflächigen und stabilen Verbindungskontakt führende Schichtung zu erreichen, ist der Rahmen 18 mit einer zwischen den beiden Trägern 14, 16 gemessenen Dicke aufgebaut, die zumindest nicht größer ist als die Materialstärke des nicht beschichteten PTC-Bauteils 20, vorzugsweise kleiner als diese Materialstärke ist.
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Nach Erreichen dieser sandwichartigen Schichtung der beiden Träger 14, 16 und des vom Rahmen 18 umgebenen PTC-Bauteils 20 wird das Sintermaterial 36, 36', 36" und 38 durch Erwärmen gesintert. Gegebenenfalls kann auch ein den Sintervorgang unterstützender Druck beispielsweise durch Belastung der beiden Träger 14, 16 aufeinander zu ausgeübt werden. Durch den vorteilhaften Einsatz von Silber oder/und Platin enthaltendem Sintermaterial ist es dabei ausreichend, wenn bei Durchführung des Sintervorgangs eine Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich von etwa 250° erfolgt. Dies stellt einerseits sicher, dass das auf den Trägern 14, 16 und dem PTC-Bauteil 20 jeweils vorgesehene Sintermaterial 36, 36', 36", 38, 28, 30 eine stabile Verbindung eingeht, vermeidet aber andererseits auch eine durch übermäßige Erwärmung hervorgerufene und die Funktionalität des PTC-Bauteils 20 möglicherweise beeinträchtigende strukturelle Umwandlung im Inneren des PTC-Bauteils 20.
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Nach Durchführung des Sintervorgangs und dem Abkühlen des so hergestellten PTC-Heizelements 10 kann beispielsweise dann, wenn das PTC-Heizelement 10 in Verbindung mit einer zu erwärmenden Flüssigkeit eingesetzt wird, ein zwischen einem oder beiden der Träger 14, 16 zum Rahmen 18 möglicherweise noch bestehender spaltartiger Zwischenraum abgedichtet werden.
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Mit dem vorangehend beschriebenem Verfahren zur Herstellung des PTC-Heizelements wird mit einem einfach durchzuführenden Prozess ein einfach strukturierter Aufbau des PTC-Heizelements 10 erreicht, bei welchem zur Herstellung der mechanischen Verbindung und der elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem PTC-Bauteil und den beiden an diesem vorzusehenden Trägern 14, 16 lediglich eine vergleichsweise dünne Beschichtung mit Sintermaterial vorzusehen ist. Die Dicke dieser Beschichtung kann bei etwa 10 µm liegen, so dass auch dann, wenn an jedem der Träger 14, 16 und der jeweils zugeordneten Seite 24, 26 des PTC-Bauteils 20 jeweils eine derartige Beschichtung mit Sintermaterial 36, 28 bzw. 38, 30 vorgesehen wird, auch die Gesamtstärke der die Verbindung herstellenden Lage von Sintermaterial vergleichsweise dünn ist. Auch die vorzugsweise mit Keramikmaterial aufgebauten Träger 14, 16 sind zu einer hohen Effizienz beitragende gute Wärmeleiter.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil bei dem mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise hergestellten PTC-Heizelement 10 ist, dass, wie die 3 dies zeigt, das PTC-Bauteil bezüglich der beiden Träger 14, 16 so positioniert ist, dass der PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich V sich mit dem jeweiligen Kontaktfeldflächenbereich K nicht überlappt. Dies bedeutet, dass im PTC-Heizelement 10 auch das PTC-Bauteil 20 sich mit den Kontaktfeldern 52, 54 nicht überlappt, vorzugsweise in Abstand dazu angeordnet ist. Dies bietet die Möglichkeit, den gesamten in Verbindung mit dem PTC-Bauteil 20 stehenden Bereich der Träger 14, 16 zur Übertragung von Wärme auf ein zu erwärmendes Medium zu nutzen. Dies vermeidet einerseits das Entstehen eines Wärmestaus im Inneren des sandwichartigen Aufbaus, und führt andererseits zu einem hohen Wirkungsgrad eines so aufgebauten PTC-Heizelements, da eine Wärmeableitung in Bereiche, die tatsächlich nicht zur Erwärmung eines zu erwärmenden Mediums dienen, weitestgehend ausgeschlossen ist. Zu einem hohen Wirkungsgrad trägt auch bei, dass das zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung und der mechanischen Verbindung eingesetzte Material Metallmaterial ist bzw. enthält und somit eine hohe Wärmeleitfähigkeit bzw. einen geringen Wärmeleitwiderstand aufweist, wobei, wie vorangehend dargelegt, das die Verbindung herstellende Material zusätzlich auch noch sehr dünn ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass bei der vorangehend beschriebenen Vorgehensweise zur Herstellung eines PTC-Heizelements auch verschiedene Variationen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, dass mit der vorangehend beschriebenen Vorgehensweise mehrere PTC-Bauteile zwischen zwei Trägern angeordnet werden. Hierzu kann beispielsweise der Rahmen in Zuordnung zu jedem zwischen den beiden Trägern vorzusehenden PTC-Bauteil eine dieses aufnehmende Öffnung aufweisen. Ferner könnte vorgesehen sein, dass die beiden zur Herstellung einer elektrischen Kontaktierung des PTC-Bauteils vorzusehenden Kontaktfelder an einem der beiden Träger vorgesehen sind, während am anderen Träger kein derartiges Kontaktfeld vorhanden ist. Beispielsweise könnten die beiden Kontaktfelder an den voneinander in Abstand liegenden kurzen Seiten von einem der beiden mit rechteckiger Umfangskontur ausgebildeten Träger vorgesehen sein. Um dabei einen elektrischen Kurzschluss durch das derartige Kontaktfelder an einem der beiden Träger bereitstellende Sintermaterial bzw. gesinterte Material zu vermeiden, kann dieses in einem Längenbereich zwischen den beiden Kontaktfeldern im PTC-Bauteil-Verbindungsflächenbereich eine Unterbrechung aufweisen, so dass ein Stromfluss durch das PTC-Bauteil hindurch erzwungen wird. Bei einer weiteren alternativen Vorgehensweise könnte beispielsweise auch vorgesehen sein, dass eine Beschichtung mit Sintermaterial nur im Bereich der Träger erfolgt und das in dem Sintervorgang dann mit diesem zu verbindende PTC-Bauteil mit seiner einem jeweiligen Träger zugewandt zu positionierenden Seite auf das am Träger vorgesehene Sintermaterial aufgelegt wird.
