EP1253031A1 - Heizregister mit PTC-Elementen - Google Patents

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EP1253031A1
EP1253031A1 EP02006424A EP02006424A EP1253031A1 EP 1253031 A1 EP1253031 A1 EP 1253031A1 EP 02006424 A EP02006424 A EP 02006424A EP 02006424 A EP02006424 A EP 02006424A EP 1253031 A1 EP1253031 A1 EP 1253031A1
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ptc
ptc elements
group
elements
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Patrick Freymann
Jean-Philippe Herzog
Yannick Laumonnerie
Grégory Lucas
Pascal Miss
Thomas Muller
Christophe Schmittheisler
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Mahle Behr France Rouffach SAS
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Behr France Hambach SARL
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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the invention relates to a heating register with several individual PTC elements that electrically form a PTC element group with each other interconnected and selected in this way from a production of PTC elements are that the PTC element group with respect to an electrical parameter adheres to a specified group tolerance.
  • Such PTC heating registers are used, for example, to build heating blocks used for electric heaters used in automotive heating systems for heating a vehicle interior come.
  • the heating register consists of the individual PTC elements, the electrically e.g. are connected in parallel.
  • DE 44 34 613 A1 is a strip-shaped PTC heating register for discloses this purpose, the individual PTC elements at a distance inserted side by side in openings of a sealing frame and by two sheets lying on both sides are held.
  • the invention has the technical problem of providing a PTC heating register based on the type mentioned, in which the predetermined Group tolerance with regard to the relevant electrical parameter is observed, all places for PTC elements can be filled and as far as possible no functional PTC elements from production for the Must be discarded in the heating register.
  • This heating register includes a PTC element group with a fixed number of PTC elements, i.e. all the places reserved for the same are also occupied. to Not only those PTC elements are used in the heating register approved, the individual tolerance of the electrical Characteristic within one of the given group tolerance Single tolerance range, but also PTC elements the production, the individual tolerance of which lies outside of this range.
  • PTC elements are special for the heating register selected as a group that is electrically interconnected comply with the specified group tolerance. This can e.g.
  • Fig. 1 shows a strip-shaped PTC heating register of known Structure as described in DE 44 34 613 A1 cited above.
  • On Sealing frame 1 e.g. Made of soft plastic material with multiple openings 2 provided, in the example shown, these are three openings, one in corresponding number of individual PTC elements 3a, 3b, 3c introduced is.
  • the PTC elements 3a, 3b, 3c are in it through a lower plate 4 and one removed in FIG. 1 for the purpose of recognizing the PTC elements 3a, 3b, 3c, upper sheet held.
  • the sheets also serve that Heat transport and the electrical contacting of the PTC elements 3a, 3b, 3c.
  • the three PTC elements 3a, 3b, 3c with each other electrically in parallel to a corresponding PTC element group connected has to adhere to a certain tolerance referred to as group tolerance.
  • group tolerance a certain tolerance referred to as group tolerance.
  • the frequency distribution has its maximum at the tolerance value 0%, ie the frequency maximum lies with those manufactured PTC elements whose electrical resistance or conductance has the target value specified for production.
  • PTC elements with resistance or conductance values that deviate from the nominal value. Although their number decreases with increasing distance of the actual resistance or conductance from the target value, overall there is nevertheless a considerable number of PTC elements with their resistance or conductance, for example in the hatched area B L of FIG. 2 lie, ie lie below the target value by more than a lower limit value T U , or lie in the area B R shaded in FIG. 2, ie lie above the target value by more than an upper limit value T O.
  • the lower and the upper limit value T U , T O are set so that this individual tolerance range B M corresponds to the predetermined group tolerance, ie when the individual tolerances of all three PTC elements 3a, 3b, 3c on lower limit value T U , this leads to an overall tolerance value at the lower limit of the specified group tolerance, and analogously, if the individual tolerances of the three PTC elements 3a, 3b, 3c are at the upper limit value T O , an overall tolerance value at the upper limit Limit of the specified group tolerance.
  • all manufactured PTC elements can be used in that when selecting the three PTC elements 3a, 3b, 3c for the heating register, their individual tolerances are observed and a tolerance deviating in one direction for one of the PTC elements by selecting one or more of the other PTC elements with tolerance deviating in the other direction is compensated.
  • any PTC element can first be picked out as the first PTC element 3a used from a complete set of manufactured PTC elements. If this comes from the mean single tolerance range B M of FIG. 2, there is practically complete freedom of choice for the second PTC element 3b to be used.
  • the second PTC element 3b is preferably selected from the respective other of these two regions B L , B R.
  • the third PTC element 3c is then suitably selected either from the middle area B M with a small tolerance or from one of the two areas B L , B R with a higher tolerance , so that overall the tolerance of the three selected and electrically interconnected PTC elements 3a, 3b, 3c is within the predetermined overall tolerance.
  • each of several PTC heating registers of a heating block built with it the desired tolerance with regard to the electrical resistance or conductance also ensures that the electrical resistance or conductance of the Total heating blocks is within a predeterminable tolerance.
  • heating registers with any build a different number of PTC elements If necessary can be used for easier selection of the PTC elements with suitable Tolerance value a pre-grouping of all manufactured and functional PTC elements in predefinable groups with different Tolerance intervals may be provided. If a manufacturing system Number of such groups and the associated tolerance intervals as well as the Number of PTC elements to be inserted in the heating register known this is able to select and insert the Make PTC elements largely automated.
  • Heating registers complete freedom of choice from the entire set of manufactured PTC elements, all PTC elements can be seen can be used for the production of appropriate heating registers, too those with high tolerance, i.e. high deviation of the electrical Characteristic of the setpoint.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)

Abstract

Heizregister mit PTC-Elementen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizregister mit mehreren einzelnen PTC-Elementen, die elektrisch zu einer PTC-Elementgruppe miteinander verschaltet und derart aus einer Fertigung von PTC-Elementen ausgewählt sind, dass die PTC-Elementgruppe bezüglich einer elektrischen Kenngröße eine vorgegebene Gruppentoleranz einhält.
Erfindungsgemäß sind für die PTC-Elementgruppe eine vorgebbare feste Anzahl mehrerer PTC-Elemente vorgesehen, die aus einer Fertigung von PTC-Elementen mit Einzeltoleranzen, die in einem Bereich (BL, BM, BR) liegen, der über den der vorgegebenen Gruppentoleranz entsprechenden Einzeltoleranzbereich (BM) hinausgeht, derart ausgewählt sind, dass sie als miteinander verschaltete PTC-Elementgruppe die Gruppentoleranz einhalten.
Verwendung z.B. als PTC-Heizregister für Heizblöcke von elektrischen Heizeinrichtungen in Kraftfahrzeug-Heizungsanlagen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizregister mit mehreren einzelnen PTC-Elementen, die elektrisch zu einer PTC-Elementgruppe miteinander verschaltet und derart aus einer Fertigung von PTC-Elementen ausgewählt sind, dass die PTC-Elementgruppe bezüglich einer elektrischen Kenngröße eine vorgegebene Gruppentoleranz einhält.
Derartige PTC-Heizregister werden beispielsweise zum Aufbau von Heizblöcken für elektrische Heizeinrichtungen verwendet, die in Kraftfahrzeug-Heizungsanlagen zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums zum Einsatz kommen. Das Heizregister besteht dazu aus den einzelnen PTC-Elementen, die elektrisch z.B. parallel geschaltet sind. In der Offenlegungsschrift DE 44 34 613 A1 ist ein streifenförmiges PTC-Heizregister für diesen Einsatzzweck offenbart, wobei die einzelnen PTC-Elemente mit Abstand nebeneinander in Öffnungen eines Dichtrahmens eingesetzt und von zwei beidseits anliegenden Blechen gehalten sind.
Beim Aufbau solcher PTC-Heizregister ist es wünschenswert, für eine vorgegebene elektrische Kenngröße, z.B. den elektrischen Widerstand oder den elektrischen Leitwert, eine vorgebbare Toleranz einzuhalten, um unerwünschte Fehlfunktionen zu vermeiden, wie einen zu hohen elektrischen Stromfluss wegen zu geringem Gesamtwiderstand der aus den elektrisch miteinander verschalteten PTC-Elementen bestehenden PTC-Elementgruppe. Um die Toleranz einzuhalten, könnte zwar die Maßnahme in Betracht gezogen werden, zum Aufbau der PTC-Elementgruppe aus einem Satz gefertigter PTC-Elemente nur solche mit entsprechend enger Toleranz auszuwählen. Außerhalb der entsprechend engen Einzeltoleranz liegende PTC-Elemente können dann aber nicht eingesetzt werden. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, eine variable Anzahl von PTC-Elementen zur Bildung der PTC-Elementgruppe des Heizregisters zuzulassen, z.B. für ein erstes Heizregister weniger PTC-Elemente mit größerem elektrischem Einzelwiderstand und für ein zweites Heizregister mehr PTC-Elemente mit niedrigerem Widerstand derart, dass jeweils der Gesamtwiderstand oder Gesamtleitwert innerhalb der gewünschten Gruppentoleranz liegt. Damit wären dann aber nicht immer alle Plätze für PTC-Elemente im Heizregister besetzt.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines PTC-Heizregisters der eingangs genannten Art zugrunde, bei dem die vorgegebene Gruppentoleranz bezüglich der betreffenden elektrischen Kenngröße eingehalten wird, alle Plätze für PTC-Elemente besetzt werden können und möglichst keine funktionsfähigen PTC-Elemente aus der Fertigung für den Einsatz im Heizregister verworfen werden müssen.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Heizregisters mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Heizregister beinhaltet eine PTC-Elementgruppe mit fest vorgegebener Anzahl von PTC-Elementen, d.h. alle für selbige vorgesehenen Plätze sind auch belegt. Zur Verwendung im Heizregister werden nicht nur diejenigen PTC-Elemente zugelassen, deren Einzeltoleranz bezüglich der betreffenden elektrischen Kenngröße innerhalb eines der vorgegebenen Gruppentoleranz entsprechenden Einzeltoleranzbereiches liegt, sondern auch PTC-Elemente aus der Fertigung, deren Einzeltoleranz außerhalb dieses Bereiches liegt. Die mehreren PTC-Elemente sind für das Heizregister in spezieller Weise so ausgewählt, dass sie als elektrisch miteinander verschaltete Gruppe insgesamt die vorgegebene Gruppentoleranz einhalten. Dies lässt sich z.B. dadurch realisieren, dass in Fällen, in denen ein ausgewähltes PTC-Element in der einen Richtung außerhalb des der Gruppentoleranz entsprechenden Einzeltoleranzbereiches liegt, ein oder mehrere andere PTC-Elemente aus der Fertigung gewählt werden, die in der anderen Richtung außerhalb dieses Einzeltoleranzbereiches liegen und dadurch bewirken, dass die Toleranz aller PTC-Elemente zusammen innerhalb der vorgegebenen Gruppentoleranz liegt. Dies ermöglicht, wenn gewünscht, die Nutzung praktisch aller gefertigten, funktionsfähigen PTC-Elemente zum Aufbau solcher Heizregister.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 bildet der elektrische Widerstand oder Leitwert die für die Toleranzbetrachtung maßgebliche elektrische Kenngröße, und es wird eine Gruppentoleranz von ±15% oder weniger vorgegeben. Erfindungsgemäß können dennoch PTC-Elemente verwendet sein, deren Einzeltoleranz deutlich außerhalb dieser Gruppentoleranz liegt, indem PTC-Elemente mit in gegensätzlicher Richtung abweichender Toleranz in der PTC-Elementgruppe benutzt werden.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1
eine Draufsicht auf ein streifenförmiges PTC-Heizregister mit abgenommenem oberem Blech und
Fig. 2
ein Diagramm einer typischen Häufigkeitsverteilung der Einzeltoleranz von PTC-Elementen aus der Fertigung zur Veranschaulichung der Auswahl geeigneter PTC-Elemente für das Heizregister von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein streifenförmiges PTC-Heizregister von an sich bekanntem Aufbau, wie er in der oben zitierten DE 44 34 613 A1 beschrieben ist. Ein Dichtrahmen 1 z.B. aus Weichkunststoffmaterial ist mit mehreren Öffnungen 2 versehen, im gezeigten Beispiel sind dies drei Öffnungen, in die eine entsprechende Anzahl von einzelnen PTC-Elementen 3a, 3b, 3c eingebracht ist. Die PTC-Elemente 3a, 3b, 3c sind darin durch ein unteres Blech 4 und ein in Fig. 1 zwecks Erkennbarkeit der PTC-Elemente 3a, 3b, 3c abgenommenes, oberes Blech gehalten. Die Bleche dienen außerdem dem Wärmetransport und der elektrischen Kontaktierung der PTC-Elemente 3a, 3b, 3c.
Im streifenförmigen PTC-Heizregister sind die drei PTC-Elemente 3a, 3b, 3c elektrisch parallel zu einer entsprechenden PTC-Elementgruppe miteinander verschaltet. Dabei wird vorgegeben, dass der elektrische Widerstand oder dazu gleichwertig der elektrische Leitwert der PTC-Elementgruppe und damit des Heizregisters eine gewisse Toleranz einzuhalten hat, vorliegend als Gruppentoleranz bezeichnet. Beispielsweise kann als Gruppentoleranz ±10% vorgegeben sein. Andererseits hat jedes einzelne PTC-Element 3a, 3b, 3c bezüglich der gewählten elektrischen Kenngröße, d.h. hier bezüglich des elektrischen Widerstands oder Leitwerts, eine bestimmte Einzeltoleranz. Diese streut in einer Massenfertigung von PTC-Elementen nach einer Häufigkeitsverteilung, wie sie für einen typischen Beispielsfall qualitativ im Diagramm von Fig. 2 wiedergegeben ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat die Häufigkeitsverteilung ihr Maximum beim Toleranzwert 0%, d.h. das Häufigkeitsmaximum liegt bei denjenigen gefertigten PTC-Elementen, deren elektrischer Widerstand bzw. Leitwert den für die Fertigung vorgegebenen Sollwert hat. Daneben gibt es jedoch PTC-Elemente mit vom Sollwert abweichendem Widerstands- bzw. Leitwert. Zwar nimmt deren Anzahl mit zunehmendem Abstand des tatsächlichen Widerstands- bzw. Leitwerts vom Sollwert ab, insgesamt gibt es aber doch eine beträchtliche Anzahl von PTC-Elementen, die mit ihrem Widerstands- bzw. Leitwert z.B. im linken schraffierten Bereich BL von Fig. 2 liegen, d.h. um mehr als ein unterer Grenzwert TU unter dem Sollwert liegen, oder im in Fig. 2 rechten schraffierten Bereich BR liegen, d.h. um mehr als ein oberer Grenzwert TO über dem Sollwert liegen.
Würden für den Aufbau des Heizregisters von Fig. 1 jeweils nur PTC-Elemente aus der Fertigung ausgewählt, deren Widerstand bzw. Leitwert im in Fig. 2 mittleren, unschraffierten Bereich BM mit Toleranzen zwischen dem unteren Grenzwert TU und dem oberen Grenzwert To liegt, könnte damit zwar die geforderte Gruppentoleranz eingehalten werden. Die Beschränkung auf eine Nutzung nur solcher PTC-Elemente aus diesem Einzeltoleranzbereich BM hätte aber den Nachteil, dass zum Aufbau des Heizregisters eine große Anzahl der z.B. in Serienfertigung hergestellten PTC-Elemente nicht genutzt würde, d.h. alle PTC-Elemente aus den schraffierten Bereichen BL und BR von Fig. 2. Dabei sind der untere und der obere Grenzwert TU, TO so festgelegt, dass dieser Einzeltoleranzbereich BM der vorgegebenen Gruppentoleranz entspricht, d.h. wenn die Einzeltoleranzen aller drei PTC-Elemente 3a, 3b, 3c am unteren Grenzwert TU liegen, führt dies zu einem Gesamttoleranzwert an der unteren Grenze der vorgegebenen Gruppentoleranz, und analog ergibt sich dann, wenn die Einzeltoleranzen der drei PTC-Elemente 3a, 3b, 3c am oberen Grenzwert TO liegen, ein Gesamttoleranzwert an der oberen Grenze der vorgegebenen Gruppentoleranz. Wie dieser so zu ermittelnde Einzeltoleranzbereich BM = [TU, TO] in seiner Ausdehnung um den Sollwert mit Toleranz 0% jeweils aussieht, hängt ersichtlich von der Anzahl an PTC-Elementen in der PTC-Elementgruppe und davon ab, durch welche mathematische Beziehung sich der Gesamtwert der gewählten elektrischen Kenngröße für die PTC-Elementgruppe aus den Einzelwerten der einzelnen PTC-Elemente ergibt, wie sich dies für den Fachmann versteht.
Erfindungsgemäß werden hingegen alle gefertigten PTC-Elemente nutzbar, indem bei der Auswahl der drei PTC-Elemente 3a, 3b, 3c für das Heizregister deren Einzeltoleranzen beachtet und eine in der einen Richtung abweichende Toleranz für eines der PTC-Elemente durch Wahl eines oder mehrerer der anderen PTC-Elemente mit in der anderen Richtung abweichender Toleranz kompensiert wird. So kann z.B. zum Füllen der drei Öffnungen 2 des Heizregisters von Fig. 1 zunächst ein beliebiges PTC-Element als das erste eingesetzte PTC-Element 3a aus einem gesamten Satz gefertigter PTC-Elemente herausgegriffen werden. Wenn dieses aus dem mittleren Einzeltoleranzbereich BM von Fig. 2 stammt, besteht auch für das zweite einzusetzende PTC-Element 3b praktisch völlige Wahlfreiheit. Stammt das erste PTC-Element 3a hingegen aus einem der Bereiche BL und BR mit größerer Toleranzabweichung, wird das zweite PTC-Element 3b vorzugsweise aus dem jeweils anderen dieser beiden Bereiche BL, BR gewählt. Je nach dem, welche Gesamttoleranz aus den beiden schon gewählten PTC-Elementen 3a, 3b resultiert, wird dann das dritte PTC-Element 3c passend entweder aus dem mittleren Bereich BM kleiner Toleranz oder einem der beiden Bereiche BL, BR höherer Toleranz ausgewählt, so dass insgesamt die Toleranz der drei ausgewählten und elektrisch miteinander verschalteten PTC-Elemente 3a, 3b, 3c innerhalb der vorgegebenen Gesamttoleranz liegt.
Indem auf diese Weise sichergestellt ist, dass jedes von mehreren PTC-Heizregistern eines damit aufgebauten Heizblocks die gewünschte Toleranz bezüglich des elektrischen Widerstands bzw. Leitwertes einhält, ist auch gewährleistet, dass der elektrische Widerstand bzw. Leitwert des Heizblocks insgesamt innerhalb einer vorgebbaren Toleranz liegt.
Es versteht sich, dass sich in dieser Weise auch Heizregister mit einer beliebigen anderen Anzahl von PTC-Elementen aufbauen lassen. Bei Bedarf kann zum einfacheren Auswählen der PTC-Elemente mit jeweils passendem Toleranzwert eine Vorab-Eingruppierung aller gefertigten und funktionsfähigen PTC-Elemente in vorgebbare Gruppen mit unterschiedlichen Toleranzintervallen vorgesehen sein. Wenn einem Fertigungssystem die Anzahl solcher Gruppen und die zugehörigen Toleranzintervalle sowie die Anzahl an in das Heizregister einzusetzenden PTC-Elementen bekannt gemacht wird, ist dieses in der Lage, das Auswählen und Einsetzen der PTC-Elemente weitestgehend automatisiert vorzunehmen.
Da mindestens für das jeweils erste einzusetzende PTC-Element eines Heizregisters völlige Wahlfreiheit aus dem gesamten Satz von gefertigten PTC-Elementen besteht, können ersichtlich alle gefertigten PTC-Elemente für die Fertigung von entsprechenden Heizregistern genutzt werden, auch solche mit hohem Toleranzwert, d.h. hoher Abweichung der elektrischen Kenngröße vom Sollwert. Zwar sind solche stark abweichenden PTC-Elemente nicht mehrheitlich in den Heizregistern verwendbar, jedoch korrespondiert dies problemlos mit der Tatsache, dass in der Fertigung prozentual nur wenige solche PTC-Elemente anfallen, siehe die Häufigkeitsverteilung von Fig. 2.
Das erfindungsgemäße Verwenden praktisch aller funktionstüchtigen PTC-Elemente aus einer Serienfertigung ist an den hergestellten PTC-Heizregistern daran erkennbar, dass stets alle Plätze für PTC-Elemente belegt sind und dabei auch PTC-Elemente verwendet sind, deren Einzeltoleranz außerhalb des der vorgegebenen Gruppentoleranz entsprechenden Einzeltoleranzbereiches BM liegt.

Claims (2)

  1. Heizregister mit
    mehreren einzelnen PTC-Elementen (3a, 3b, 3c), die elektrisch zu einer PTC-Elementgruppe miteinander verschaltet und derart aus einer Fertigung von PTC-Elementen ausgewählt sind, dass die PTC-Elementgruppe bezüglich einer elektrischen Kenngröße eine vorgegebene Gruppentoleranz einhält,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für die PTC-Elementgruppe eine vorgebbare feste Anzahl mehrerer PTC-Elemente (3a, 3b, 3c) vorgesehen ist, die aus einer Fertigung von PTC-Elementen mit Einzeltoleranzen, die in einem Bereich (BL, BM, BR) liegen, der über den der vorgegebenen Gruppentoleranz entsprechenden Einzeltoleranzbereich (BM) hinausgeht, derart ausgewählt sind, dass sie als miteinander verschaltete PTC-Elementgruppe die Gruppentoleranz einhalten.
  2. Heizregister nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Kenngröße der elektrische Widerstand oder Leitwert gewählt ist und die vorgegebene Gruppentoleranz höchstens ±15% beträgt.
EP02006424A 2001-04-23 2002-03-22 Heizregister mit PTC-Elementen Revoked EP1253031B1 (de)

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DE10119928A DE10119928A1 (de) 2001-04-23 2001-04-23 Heizregister mit PTC-Elementen
DE10119928 2001-04-23

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EP1253031B1 EP1253031B1 (de) 2003-09-03

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