DE102021204888A1 - PTC-Heizelement - Google Patents

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Marcel Hülss
Peter Schlünzen
Falk Viehrig
Robin Wanke
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein PTC-Heizelement (1). Das PTC-Heizelement (1) weist einen blockförmigen PTC-Thermistor (2) mit zwei Kontaktflächen (4a, 4b) und zwei elektrisch leitende Kontaktplatten (3a, 3b) auf. Der PTC-Thermistor (2) ist zwischen den Kontaktplatten (3a, 3b) und mit den Kontaktflächen (4a, 4b) den Kontaktplatten (3a, 3b) zugewandt angeordnet. Jeweils zwischen der Kontaktfläche (4a, 4b) und der Kontaktplatte (3a, 3b) ist eine haftvermittelnde elektrisch leitende Haftschicht (6a, 6b) angeordnet. Der PTC-Thermistor (2) ist mit den jeweiligen Kontaktplatten (3a, 3b) mittels den jeweiligen Haftschichten (6a, 6b) fest verbunden und elektrisch leitend kontaktiert.Die haftvermittelnde elektrisch leitende Haftschicht (6a, 6b) weist erfindungsgemäß Silikon auf oder besteht daraus.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein PTC-Heizelement mit einem blockförmigen PTC-Thermistor und mit zwei elektrisch leitenden Kontaktplatten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein PTC-Heizelement umfasst üblicherweise einen blockförmigen PTC-Thermistor, der zwischen zwei Kontaktplatten angeordnet ist. Ist an die Kontaktplatten eine Spannung angelegt, so kann der PTC-Thermistor Wärme erzeugen. Um die Funktion des PTC-Heizelements sicherzustellen, ist ein dauerhafter elektrisch leitender Kontakt zwischen den Kontaktplatten und dem PTC-Thermistor notwendig. Bekannt ist es beispielsweise, den PTC-Thermistor zwischen den Kontaktplatten ohne jegliche Zwischenschichten zu verklemmen. Zudem kann der PTC-Thermistor mittels einer Kontaktnase an den Kontaktplatten befestigt und der elektrische Kontakt sichergestellt sein. PTC steht in üblicher Weise für positive temperature coefficient und betrifft bekanntermaßen Halbleitermaterialien, deren elektrischer Widerstand von der Temperatur abhängt.
  • Zudem ist es beispielweise bekannt, den PTC-Thermistor mit den Kontaktplatten mittels eines dielektrischen Klebematerials zu verkleben. Um den elektrisch leitenden Kontakt zwischen den Kontaktplatten und dem PTC-Thermistor nicht zu beeinträchtigen, ist die Schichtdicke des Klebematerials sehr gering. Dabei kann das Klebematerial nachteiligerweise die Toleranzen des PTC-Thermistors nicht ausgleichen, so dass es stellenweise zu Kontaktierungsproblemen zwischen dem PTC-Thermistor und den Kontaktplatten kommen kann. Aus EP 1 523 225 B1 ist beispielweise bekannt, ein elektrisch leitendes Klebematerial zu verwenden. Nachteiligerweise kann hier jedoch das Klebematerial durch das Anpressen der Kontaktplatten aneinander herausquellen und ein Kurzschluss kann nicht sicher ausgeschlossen werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein PTC-Heizelement der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein PTC-Heizelement weist einen blockförmigen PTC-Thermistor mit zwei einander gegenüberliegenden Kontaktflächen und zwei elektrisch leitende Kontaktplatten auf. Der PTC-Thermistor ist dabei zwischen den beiden Kontaktplatten und mit den jeweiligen Kontaktflächen den jeweiligen Kontaktplatten zugewandt angeordnet. Zudem ist jeweils zwischen der jeweiligen Kontaktfläche und der jeweiligen Kontaktplatte eine haftvermittelnde elektrisch leitende Haftschicht angeordnet. Der PTC-Thermistor ist dabei mit den jeweiligen Kontaktplatten mittels den jeweiligen Haftschichten festverbunden und elektrisch leitend kontaktiert. Die haftvermittelnde elektrisch leitende Haftschicht weist erfindungsgemäß Silikon auf oder besteht daraus.
  • Die haftvermittelnde Haftschicht, die Silikon aufweist oder aus Silikon besteht, ist elektrisch leitend. Dadurch kann die Haftschicht eine größere Schichtdicke als herkömmliche dielektrische Klebematerialien aufweisen, da ein unmittelbarer elektrisch leitender Kontakt zwischen der Haftschicht und dem PTC-Thermistor nicht notwendig ist. Entsprechend kann die Schichtdicke der Haftschicht an die Toleranzen des PTC-Thermistors angepasst sein. Zudem ist die haftvermittelnde Haftschicht, die Silikon aufweist oder aus Silikon besteht, temperaturbeständig und flexibel. Dadurch können Brüche der haftvermittelnden Haftschicht vorteilhaft vermieden werden.
  • Die elektrische Leitfähigkeit der haftvermittelnden elektrisch leitenden Haftschicht kann dabei derart angepasst sein, dass eine ausreichende Stromdurchleitung zwischen den Kontaktplatten und dem PTC-Thermistor ermöglicht ist. Die elektrische Leitfähigkeit der haftvermittelnden elektrisch leitenden Haftschicht kann zudem derart angepasst sein, dass ein Kurzschluss und eine Überhitzung des PTC-Thermistors ausgeschlossen sind. Dadurch kann die Betriebssicherheit des PTC-Heizelements in Bezug auf den Kurzschluss und die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken eingehalten sein.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der spezifische Widerstand der jeweiligen Haftschicht zwischen 500 Ωcm und 50000 Ωcm beträgt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Haftschicht die jeweilige Kontaktfläche des PTC-Thermistors vollständig bedeckt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Haftschicht ausschließlich die jeweilige Kontaktfläche des PTC-Thermistors vollständig bedeckt. In diesem Fall wird keine die beiden Kontaktflächen des PTC-Thermistors verbindende Seitenfläche von der Haftschicht benetzt. Die Luft- und Kriechstrecken zwischen den beiden Kontaktplatten sind demnach vollständig eingehalten. Ein Kurzschluss und eine Überhitzung des PTC-Thermistors sind dadurch ausgeschlossen.
  • Für diesen Fall kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der spezifische Widerstand der Haftschicht größer als ein minimaler Wert des spezifischen Widerstands ist. Der minimale Wert des spezifischen Widerstands entspricht dabei einem Produkt eines minimalen Sicherheitsfaktors von 5 und einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements. Der minimale Sicherheitsfaktor ist dabei in Ωcm/Volt Betriebsspannung angegeben. Vorteilhafterweise kann die Betriebsspannung des PTC-Heizelements zwischen 350 V und 1250 V liegen.
  • Im Folgenden werden beispielhaft die minimalen Werte des spezifischen Widerstands der Haftschicht genannt. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 350 V, so liegt der minimale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 350V * 5 Ωcm/V = 1750 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 450 V, so liegt der minimale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 450V * 5 Ωcm/V = 2250 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 850 V, so liegt der minimale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 850V * 5 Ωcm/V = 4250 Qcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 1250 V, so liegt der minimale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 1250V * 5 Ωcm/V = 6250 Qcm.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Haftschicht zumindest eine die beiden Kontaktflächen des PTC-Thermistors verbindende Seitenfläche teilweise benetzt und von der jeweiligen anderen Haftschicht über die Seitenfläche elektrisch isoliert ist. In diesem Fall sind die Luft- und Kriechstrecken zwischen den beiden Kontaktplatten verkürzt. Sobald jedoch der minimale Wert des spezifischen Widerstands nicht unterschritten ist, können ein Kurzschluss und eine Überhitzung des PTC-Thermistors sicher ausgeschlossen sein.
  • Für diesen Fall kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der spezifische Widerstand der Haftschicht einem bevorzugten Wert des spezifischen Widerstands gleich ist. Der bevorzugte Wert des spezifischen Widerstands entspricht dabei einem Produkt eines bevorzugten Sicherheitsfaktors von 20 und einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements. Der bevorzugte Sicherheitsfaktor wird in Qcm/Volt Betriebsspannung angegeben. Vorteilhafterweise kann die Betriebsspannung des PTC-Heizelements zwischen 350 V und 1250 V liegen.
  • Im Folgenden werden beispielhaft die bevorzugten Werte des spezifischen Widerstands der Haftschicht genannt. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 350 V, so liegt der bevorzugte Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 350V * 20 Ωcm/V = 7000 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 450 V, so liegt der bevorzugte Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 450V * 20 Ωcm/V = 9000 Qcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 850 V, so liegt der bevorzugte Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 850V * 20 Ωcm/V = 17000 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 1250 V, so liegt der bevorzugte Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 1250V * 20 Qcm/V = 25000 Ωcm.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der jeweiligen Haftschichten zumindest eine die beiden Kontaktflächen des PTC-Thermistors verbindende Seitenfläche teilweise benetzt und mit der jeweiligen anderen Haftschicht über die Seitenfläche elektrisch leitend verbunden ist. In diesem Fall sind die Luft- und Kriechstrecken zwischen den beiden Kontaktplatten durch die Haftschicht überbrückt. Sobald jedoch der minimale Wert des spezifischen Widerstands nicht unterschritten ist, können ein Kurzschluss und eine Überhitzung des PTC-Thermistors sicher ausgeschlossen sein.
  • Für diesen Fall, dass die Seitenflächen elektrisch leitend verbunden sind, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der spezifische Widerstand der Haftschicht kleiner als ein maximaler Wert des spezifischen Widerstands ist. Der maximale Wert des spezifischen Widerstands entspricht dabei einem Produkt eines maximalen Sicherheitsfaktors von 40 und einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements ist. Der maximale Sicherheitsfaktor wird in Qcm/Volt Betriebsspannung angegeben. Vorteilhafterweise kann die Betriebsspannung des PTC-Heizelements zwischen 350 V und 1250 V liegen.
  • Im Folgenden werden beispielhaft die maximalen Werte des spezifischen Widerstands der Haftschicht genannt. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 350 V, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 350V * 40 Ωcm/V = 14000 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 450 V, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 450V * 40 Ωcm/V = 18000 Qcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 850 V, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 850V * 40 Ωcm/V = 34000 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 1250 V, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 1250V * 40 Ωcm/V = 50000 Ωcm.
  • Für diesen Fall, dass die Seitenfläche elektrisch leitend verbunden sind, kann zusätzlich vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der spezifische Widerstand der Haftschicht bevorzugt gleich einem Quotienten zwischen einem Produkt eines Multiplikationsfaktors von 40 mit einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements und einer Dicke des PTC-Thermistors ist. Die Dicke des PTC-Thermistors ist dabei durch den Abstand der beiden Kontaktflächen zueinander bestimmt. Der Multiplikationsfaktorwird in Ωcm*mm Dicke/Volt Betriebsspannung angegeben. Vorteilhafterweise kann die Dicke des PTC-Thermistors zwischen 1,5 mm und 3,5 mm liegen.
  • Im Folgenden werden beispielhaft die bevorzugten Werte des spezifischen Widerstands der Haftschicht in Abhängigkeit von der Dicke genannt. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 350 V und die PTC-Thermistordicke 2mm, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 350V * 40 Ωcm*mm/V / 2mm = 7000 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 450 V und die PTC-Thermistordicke 2mm, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 450V * 40 Ωcm*mm/V / 2mm = 9000 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 850 V die PTC-Thermistordicke 2,5mm, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 850V * 40 Ωcm*mm/V / 2,5mm = 13600 Ωcm. Beträgt die Betriebsspannung des PTC-Heizelements 1250 V die PTC-Thermistordicke 3mm, so liegt der maximale Wert des spezifischen Widerstands der Haftschicht bei 1250V * 40 Ωcm*mm/V / 3,5mm = 14285 Ωcm.
  • Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Haftschicht auf die jeweilige Kontaktfläche des PTC-Thermistors und/oder auf die jeweilige Kontaktplatte mittels eines Siebdrucks aufgetragen ist.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch
    • 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen PTC-Heizelements;
    • 2 ein Ersatzschaltbild des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements;
    • 3 eine Schnittansicht des abweichend ausgebildeten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements;
    • 4 eine Schnittansicht des abweichend ausgebildeten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements;
    • 5 ein Ersatzschaltbild des in 4 gezeigten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen PTC-Heizelements 1. Das PTC-Heizelement 1 weist dabei einen blockförmigen PTC-Thermistor 2 und zwei elektrisch leitende Kontaktplatten 3a und 3b auf, wobei der PTC-Thermistor 2 zwischen den Kontaktplatten 3a und 3b angeordnet ist. Der PTC-Thermistor weist dabei zwei gegenüberliegende Kontaktflächen 4a und 4b und mehrere - insgesamt vier - Seitenflächen 5 auf. Die Seitenflächen 5 verbinden dabei die beiden gegenüberliegenden Kontaktflächen 4a und 4b des PTC-Thermistors miteinander.
  • Der PTC-Thermistor 2 ist mit der jeweiligen Kontaktfläche 4a bzw. 4b der jeweiligen Kontaktplatte 3a bzw. 3b zugewandt angeordnet. Zwischen der jeweiligen Kontaktfläche 4a bzw. 4b und der jeweiligen Kontaktplatte 3a bzw. 3b ist eine haftvermittelnde elektrisch leitende Haftschicht 6a bzw. 6b, die Silikon aufweist oder aus Silikon besteht, angeordnet. Mittels der Haftschicht 6a bzw. 6b ist der PTC-Thermistor 2 an der jeweiligen Kontaktfläche 4a bzw. 4b mit der jeweiligen Kontaktplatte 3a bzw. 3b elektrisch leitend kontaktiert.
  • In 1 bedeckt die jeweilige Haftschicht 6a bzw. 6b ausschließlich die jeweilige Kontaktfläche 4a bzw. 4b des PTC-Thermistors 2. Dadurch sind die Seitenflächen 5 von der jeweiligen Haftschicht 6a bzw. 6b nicht benetzt. Die Luft- und Kriechstrecken zwischen den beiden Kontaktplatten 3a und 3b sind demnach vollständig eingehalten bzw. sind nicht verkürzt. Ein Kurzschluss und eine Überhitzung des PTC-Thermistors sind hier ausgeschlossen. Es handelt sich hier um einen sogenannten Idealfall.
  • 2 zeigt ein Ersatzschaltbild des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements 1. Dabei bildet der elektrische Widerstand R_6a bzw. R_6b den elektrischen Widerstand der Haftschicht 6a bzw. 6b ab. Der elektrische Widerstand R_2 bildet ferner den elektrischen Widerstand des PTC-Thermistors 2 ab. Der Haftschichtwiderstand R_SI setzt sich dabei aus dem Widerstand R_6a und R_6b der beiden Haftschichten 6a und 6b zusammen. Der Gesamtwiderstand R_G setzt sich dann aus den Widerständen R_6a, R_6b und R_2 bzw. R_SI und R_2 zusammen. Die elektrische Spannung U wird dabei an die beiden Kontaktplatten 3a und 3b angelegt und der elektrische Strom I strömt dann von der Kontaktplatte 3a über die Haftschicht 6a, den PTC-Thermistor 2, die Haftschicht 6b zu der Kontaktplatte 3b.
  • Nach den Auslegungsanforderungen an elektrische Schnittstellen sollen an der Haftschicht 6a bzw. 6b maximal 5% und insgesamt an den Haftschichten 6a und 6b maximal 10% der angelegten Spannung U abfallen. Es sollte demnach gelten: 0,1 ∗ U ≥ R S I ∗ I .
    Figure DE102021204888A1_0001
  • Es folgt der Zusammenhang: R S I ≤ 0,1 ∗ R G .
    Figure DE102021204888A1_0002
  • Der Haftschichtwiderstand R_SI der Haftschichten 6a und 6b ergibt sich gemäß der Formel R S I = ρ S I ∗ 2 d A ,
    Figure DE102021204888A1_0003
    wobei p_SI der spezifische Widerstand der Haftschicht 6a bzw. 6b; A eine geometrische Fläche der Kontaktfläche 4a bzw. 4b; und d eine Dicke der Haftschicht 6a bzw. 6b sind.
  • Bei einer beispielhaften Betriebsspannung U von 450 V ergibt sich ein Widerstand R_2 des PTC-Thermistors von etwa 400 Ω. Die Haftschicht 6a bzw. 6b kann einen beispielhaften spezifischen Widerstand p_SI von 20000 Ωcm aufweisen. Mit einer beispielhaften geometrischen Fläche A der jeweiligen Kontaktfläche 4a bzw. 4b von (39,8*16) mm2 und einer beispielhaften Dicke d der Haftschicht 6a bzw. 6b von 20 µm ergibt sich für den elektrischen Widerstand R_SI der Haftschichten 6a und 6b ein Wert von 12,56 Ω. Demnach ist der elektrische Widerstand R_SI von 12,56 Ω kleiner als 10% von dem elektrischen Widerstand R_2 des PTC-Thermistors 2 von 400 Ω. Die Anforderungen an die Haftschichten 6a und 6b sind somit erfüllt.
  • 3 zeigt eine Schnittansicht des abweichend ausgebildeten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements 1. Hier benetzen die jeweiligen Haftschichten 6a und 6b teilweise die Seitenflächen 5, sind jedoch voneinander über die Seitenflächen 5 elektrisch isoliert. In diesem Fall sind die Luft- und Kriechstrecken zwischen den beiden Kontaktplatten verkürzt. Es handelt sich hier um einen sogenannten Normalfall, bei dem durch das Aufpressen der Kontaktplatten 3a und 3b aneinander die Haftschichten 6a und 6b zwischen die Kontaktplatten 3a und 3b fliesen und die Seitenflächen 5 benetzen.
  • 4 zeigt eine Schnittansicht des abweichend ausgebildeten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements 1. Hier benetzen die Haftschichten 6a und 6b die Seitenflächen 5 und sind miteinander über die Seitenflächen 5 elektrisch leitend verbunden. Dadurch ist zwischen den beiden Haftschichten 6a und 6b eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt. Es handelt sich hier um einen sogenannten Extremfall, bei dem die Luft- und Kriechstrecken zwischen den beiden Kontaktplatten 3a und 3b durch die Haftschichten 6a und 6b überbrückt sind.
  • 5 zeigt ein Ersatzschaltbild des in 4 gezeigten erfindungsgemäßen PTC-Heizelements 1. Dabei bildet der elektrische Widerstand R_6a bzw. R_6b den elektrischen Widerstand der Haftschicht 6a bzw. 6b ab. Der elektrische Widerstand R_2 bildet ferner den elektrischen Widerstand des PTC-Thermistors 2 ab Die elektrische Spannung U wird dabei an die beiden Kontaktplatten 3a und 3b angelegt und der elektrische Strom I strömt dann von der Kontaktplatte 3a zu der der Kontaktplatte 3b gleichzeitig über die Haftschichten 6a und 6b und den PTC-Thermistor 2.
  • Um auch in dem gezeigten Extremfall einen Kurzschluss und eine Überhitzung des PTC-Thermistors 2 zu vermeiden, sollte der spezifische Widerstand der Haftschicht 6a bzw. 6b ausreichend hoch sein. Die durch den Abfall der Spannung U an den Haftschichten entstehende Verlustleistung P_V darf gemäß den Anforderungen maximal 10% einer Gesamtleistung P_G des PTC-Heizelements 1 entsprechen: P V ≤ 0,1 ∗ P G
    Figure DE102021204888A1_0004
  • Es gilt also: U 2 P V ≤ R 6 a + R 6 b
    Figure DE102021204888A1_0005
  • Mit der Annahme, dass der elektrische Widerstand R_6a und der elektrische Widerstand R_6b gleich sind, einer beispielhaften Betriebsspannung U von 450 V und einem beispielhaften elektrischen Widerstand R_2 des PTC-Thermistors 2 von 400 Ω ergibt sich für die elektrischen Widerstände R_6a und R_6b jeweils: R 6 a / R 6 b ≤ ( 450 V ) 2 25 W
    Figure DE102021204888A1_0006
  • Der elektrische Widerstand R_6a bzw. R_6b der jeweiligen Haftschicht 6a bzw. 6b darf also jeweils minimal 8100 Ω betragen. Aufgrund des hohen spezifischen Widerstands p_SI der jeweiligen Haftschicht 6a bzw. 6b von 20.000 Ω - wie zu 2 erläutert - und eines geringen Querschnitts und einer geringen Länge der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den beiden Haftschichten 6a und 6b ist das erfüllt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1523225 B1 [0003]

Claims (10)

  1. PTC-Heizelement (1), - wobei das PTC-Heizelement (1) einen blockförmigen PTC-Thermistor (2) mit zwei einander gegenüberliegenden Kontaktflächen (4a, 4b) aufweist, - wobei das PTC-Heizelement (1) zwei elektrisch leitende Kontaktplatten (3a, 3b) aufweist, - wobei der PTC-Thermistor (2) zwischen den beiden Kontaktplatten (3a, 3b) und mit den jeweiligen Kontaktflächen (4a, 4b) den jeweiligen Kontaktplatten (3a, 3b) zugewandt angeordnet ist, - wobei jeweils zwischen der jeweiligen Kontaktfläche (4a, 4b) und der jeweiligen Kontaktplatte (3a, 3b) eine haftvermittelnde elektrisch leitende Haftschicht (6a, 6b) angeordnet ist, - wobei der PTC-Thermistor (2) mit den jeweiligen Kontaktplatten (3a, 3b) mittels den jeweiligen Haftschichten (6a, 6b) fest verbunden und elektrisch leitend kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die haftvermittelnde elektrisch leitende Haftschicht (6a, 6b) Silikon aufweist oder daraus besteht.
  2. PTC-Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Widerstand der jeweiligen Haftschicht (6a, 6b) zwischen 500 Ωcm und 50000 Ωcm beträgt.
  3. PTC-Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass der spezifische Widerstand der Haftschicht (6a, 6b) größer als ein minimaler Wert des spezifischen Widerstands ist, und - dass der minimale Wert des spezifischen Widerstands einem Produkt eines minimalen Sicherheitsfaktors von 5 und einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements (1) entspricht.
  4. PTC-Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der spezifische Widerstand der Haftschicht (6a, 6b) einem bevorzugten Wert des spezifischen Widerstands gleich ist, und - dass der bevorzugte Wert des spezifischen Widerstands einem Produkt eines bevorzugten Sicherheitsfaktors von 20 und einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements (1) entspricht.
  5. PTC-Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der spezifische Widerstand der Haftschicht (6a, 6b) kleiner als ein maximaler Wert des spezifischen Widerstands ist, und - dass der maximale Wert des spezifischen Widerstands einem Produkt eines maximalen Sicherheitsfaktors von 40 und einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements (1) entspricht.
  6. PTC-Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Widerstand der Haftschicht (6a, 6b) gleich einem Quotienten zwischen einem Produkt eines Multiplikationsfaktors von 40 mit einer Betriebsspannung des PTC-Heizelements (1) und einer Dicke des PTC-Thermistors (2) ist.
  7. PTC-Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Haftschicht (6a, 6b) die jeweilige Kontaktfläche (4a, 4b) des PTC-Thermistors (2) vollständig bedeckt.
  8. PTC-Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Haftschicht (6a, 6b) zumindest eine die beiden Kontaktflächen (4a, 4b) des PTC-Thermistors (2) verbindende Seitenfläche (5) teilweise benetzt und von der jeweiligen anderen Haftschicht (6a, 6b) über die Seitenfläche (5) elektrisch isoliert ist.
  9. PTC-Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der jeweiligen Haftschichten (6a, 6b) zumindest eine die beiden Kontaktflächen (4a, 4b) des PTC-Thermistors (2) verbindende Seitenfläche (5) teilweise benetzt und mit der jeweiligen anderen Haftschicht (6a, 6b) über die Seitenfläche (5) elektrisch leitend verbunden ist.
  10. PTC-Heizelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebsspannung des PTC-Heizelements (1) zwischen 350 V und 1250 V liegt.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3121025A1 (de) 1981-05-27 1982-12-23 Gustav Wahler Gmbh U. Co, 7300 Esslingen Elektrische heizvorrichtung fuer saugrohre von brennkraftmaschinen
JP2636281B2 (ja) 1987-12-08 1997-07-30 株式会社デンソー 発熱ユニット
EP2022687A1 (de) 2007-07-30 2009-02-11 Chia-Hsiung Wu Flüssigkeitserhitzer für ein Fahrzeug
EP1523225B1 (de) 2003-10-07 2009-12-23 Behr France Rouffach SAS Heizungsanordnung mit PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2685784B1 (de) * 2012-07-11 2016-09-14 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Heizvorrichtung
EP2854211A1 (de) * 2013-09-30 2015-04-01 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Heiz- und Kühlvorrichtung für eine Batterie
EP3585134B1 (de) * 2018-06-18 2022-08-03 Mahle International GmbH Ptc-heizmodul

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3121025A1 (de) 1981-05-27 1982-12-23 Gustav Wahler Gmbh U. Co, 7300 Esslingen Elektrische heizvorrichtung fuer saugrohre von brennkraftmaschinen
JP2636281B2 (ja) 1987-12-08 1997-07-30 株式会社デンソー 発熱ユニット
EP1523225B1 (de) 2003-10-07 2009-12-23 Behr France Rouffach SAS Heizungsanordnung mit PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
EP2022687A1 (de) 2007-07-30 2009-02-11 Chia-Hsiung Wu Flüssigkeitserhitzer für ein Fahrzeug

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