EP1523225A1 - Heizungsanordnung mit PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Heizungsanordnung mit PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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EP1523225A1
EP1523225A1 EP03292474A EP03292474A EP1523225A1 EP 1523225 A1 EP1523225 A1 EP 1523225A1 EP 03292474 A EP03292474 A EP 03292474A EP 03292474 A EP03292474 A EP 03292474A EP 1523225 A1 EP1523225 A1 EP 1523225A1
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EP
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adhesive
ptc element
ptc
ohm
heating arrangement
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Christophe Schmittheisler
Pascal Miss
Maxime Mundel
Mathieu Mougey
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Mahle Behr France Rouffach SAS
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Behr France Hambach SARL
Behr France Rouffach SAS
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    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/50—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material heating conductor arranged in metal tubes, the radiating surface having heat-conducting fins

Definitions

  • the invention relates to a heating arrangement with a PTC element, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • DE 101 44 757 A1 discloses a heating arrangement with a PTC element known for passenger vehicles, with an additional heating with a Radiator, which flows through during operation of the additional heating of heating air is, and with at least one air outlet opening in the foot of a Passenger compartment is provided, to which the heating air is passed.
  • a Radiator which flows through during operation of the additional heating of heating air is, and with at least one air outlet opening in the foot of a Passenger compartment is provided, to which the heating air is passed.
  • To be flexible Create a vertical temperature stratification in the passenger compartment to be able to, especially when sitting in the rear felt comfortable when the radiator is designed as an electrical PTC element, which is arranged directly at the air outlet opening in the foot area is.
  • Such a heater can still be desired.
  • a PTC element in the form of several Schuwaben arranged in a plastic frame not described in detail, which encloses the air outlet opening.
  • Kontakblechen PTC elements are done conventionally by means of an adhesive, wherein - depending on the application - insulating Adhesives with a specific electrical resistance of more than 10,000 Ohm x cm, or conductive adhesives with a specific electrical resistance of less than 10 ohms x cm. Such compounds between contact plate and PTC element leave nothing to be desired.
  • a heating arrangement with at least one PTC element provided, wherein the PTC element disposed between contact plates is that serve the electrical connection, the contact plates and the PTC element are connected by means of an adhesive, the one resistivity of minimum 50 ohm x cm and maximum 500 ohms x cm, preferably of minimum 80 ohms x cm and maximum 150 ohm.cm, in particular of 100 ohm.cm +/- 10%.
  • the heating and safety aspects are considered at the same time, if an adhesive with a certain electrical resistivity, in particular an adhesive with a specific electrical resistance from 50 to 500 ohms x cm, is chosen, with the PTC elements connected to contact plates by this electrically conductive adhesive become.
  • the specific electrical resistance should be chosen so that On the one hand the risk of a short circuit between the Kontakblechen is avoided.
  • the specific electrical resistance is like that to choose that in case of damage to the heater assembly in Consequence of aging the adhesive layer have a forced relaxation can, which makes it no longer directly contact between the PTC element and the contact sheets, but in this case the adhesive layer one has sufficient electrical conductivity to maintain the heating function to obtain.
  • the adhesive layer has an additional electrical Resistance and shows an acceptable heat output. Advantage of the invention is that, in this case, the heating function is not disturbed. The o.g. Area for the specific electrical resistance has proved to be the most suitable exposed.
  • the layer thickness of the adhesive between the PTC element is preferred and a Kontakblech before a forced relaxation negligible and is after a forced relaxation maximum 0.02 .mu.m, in particular 0.01 by +/- 10%.
  • an adhesive can also be a solder with a corresponding specific electrical resistance can be used.
  • PTC heater assembly 1 with ceramic PTC elements is one each PTC element 2 between two mutually parallel contact plates 3 (positive pole) and 4 (negative pole) glued, in this case by means of a Adhesive 5, which has a specific electrical resistance of about 100 Ohm x cm has.
  • Adhesive 5 which has a specific electrical resistance of about 100 Ohm x cm has.
  • Corrugated ribs 6 attached and to these, again with a corresponding adhesive connection depending on a further contact plate 3 and 4.
  • a plastic frame 7 arranged to the arrangement described above. The flow direction of the air is in Fig. 1 in the direction of view.
  • the length of a PTC element 2 is L, in this case 035 mm, the width of the PTC element 2 with 1, in this case 8 mm, and the thickness of the PTC element 2 with e, here 1.4 mm.
  • the width of the adhesive around the PTC element 2 between the contact sheets 3 and 4 is denoted by s and in the present case is 1 mm.
  • the voltage between the contact plates 3 and 4 is designated by U. and is 13V in accordance with the present embodiment, but may be also be larger, for example 48 V.
  • the electrical resistivity of the adhesive 5 is denoted by Rho adhesives, the resistance of the PTC element 2 with R PTC, the resistance of the layer of adhesive between the PTC element 2 and contact plate 3 or 4 with R Adh.
  • the power of the PTC element 2 is designated P PTC , the power of the adhesive 5 between the contact plates 3 and 4 with P b , the power of the PTC element 2 in conjunction with the adhesive 5 without forced relaxation with P bonding + PTC without forced relaxation , the power of the PTC element 2 in conjunction with the forced release adhesive 5 with P sticking + PTC after forced relaxation , the total power with P total .
  • FIGS and FIG. 6 Replacement diagrams for the circuits of the resistors are shown in FIGS and FIG. 6.
  • the ratio P PTC / P b should be chosen as large as possible. Furthermore, the ratio of P sticking + PTC without forced relaxation / P sticking + PTC after forced relaxation should be as close as possible to 1. In this case, the ratio of P PTC / P b lies in particular between approximately 4 and 40 and the ratio of P adhesive + PTC without forced relaxation / P bonding + PTC after forced relaxation between approx. 1,2 and 1,02.

Landscapes

  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
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  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanordnung mit mindestens einem PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das PTC-Element (2) zwischen Kontaktblechen (3, 4) angeordnet ist die der elektrischen Anbindung dienen, wobei die Kontaktbleche (3, 4) und das PTC-Element (2) mittels eines Klebstoffes (5) verbunden sind, wobei der Klebstoff (5) einen spezifischen elektrischen Widerstand von minimal 50 Ohm x cm und maximal 500 Ohm x cm aufweist. Alternativ kann anstelle des Klebstoffs (5) auch ein Lot verwendet werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungsanordnung mit einem PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 101 44 757 A1 ist eine Heizungsanordnung mit einem PTC-Element für Personenfahrzeuge bekannt, wobei eine Zusatzheizung mit einem Heizkörper, der im Betrieb der Zusatzheizung von Heizluft durchströmt wird, und mit mindestens einer Luftaustrittsöffnung im Fußbereich eines Fahrgastraumes versehen ist, zu der die Heizluft geleitet wird. Um auf flexible Weise eine vertikale Temperaturschichtung im Fahrgastraum erzeugen zu können, die insbesondere auch an Sitzen im Fond als angenehm empfunden wird, ist der Heizkörper als ein elektrisches PTC-Element gestaltet, welches unmittelbar an der Luftaustrittsöffnung im Fußbereich angeordnet ist. Ein derartiger Zuheizer lässt noch Wünsche offen. Gemäß einem offenbarten Ausführungsbeispiel ist ein PTC-Element in Gestalt mehrerer Heizwaben in einem nicht näher beschriebenen Kunststoff-Rahmen angeordnet, der die Luftaustrittsöffnung einfasst.
Die Anbringung von Kontakblechen an PTC-Elementen erfolgt herkömmlicherweise mittels eines Klebstoffs, wobei - je nach Einsatzfall - isolierende Klebstoffe mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von über 10000 Ohm x cm, oder leitende Klebstoffe mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von unter 10 Ohm x cm verwendet werden. Derartige Verbindungen zwischen Kontakblech und PTC-Element lassen noch Wünsche offen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Heizungsanordnung mit PTC-Element zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Heizungsanordnung mit einem PTC-Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Heizungsanordnung mit mindestens einem PTC-Element vorgesehen, wobei das PTC-Element zwischen Kontaktblechen angeordnet ist, die der elektrischen Anbindung dienen, wobei die Kontaktbleche und das PTC-Element mittels eines Klebstoffes verbunden sind, der einen spezifischen elektrischen Widerstand von minimal 50 Ohm x cm und maximal 500 Ohm x cm, vorzugsweise von minimal 80 Ohm x cm und maximal 150 Ohm x cm, insbesondere von 100 Ohm x cm +/- 10%, aufweist.
Die Heizungs- und Sicherheitsaspekte werden gleichzeitig berücksichtigt, wenn ein Klebstoff mit einem gewissen spezifischen elektrischen Widerstand, insbesondere ein Klebstoff mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 50 bis 500 Ohm x cm, gewählt wird, wobei die PTC-Elemente mit Kontaktblechen durch diesen elektrisch leitenden Klebstoff verbunden werden. Dabei ist der spezifische elektrische Widerstand so zu wählen, dass zum Einen das Risiko eines Kurzschlusses zwischen den Kontakblechen vermieden wird. Zum Anderen ist der spezifische elektrische Widerstand so zu wählen, dass im Falle einer Beschädigung der Heizungsanordnung in Folge von Alterung die Klebstoffschicht eine Zwangentspannung haben kann, wodurch es keinen direkt Kontakt mehr zwischen dem PTC-Element und den Kontaktblechen gibt, jedoch für diesen Fall die Klebstoffschicht eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist, um die Heizfunktion aufrecht zu erhalten. Dabei hat die Klebstoffschicht einen zusätzlichen elektrischen Widerstand und zeigt eine annehmbare Heizleistung. Vorteil der Erfindung ist dass, in diesem Fall die Heizfunktion nicht gestört wird. Der o.g. Bereich für den spezifischen elektrischen Widerstand hat sich als am besten geeignet herausgestellt.
Bevorzugt ist die Schichtdicke des Klebstoffs zwischen dem PTC-Element und einem Kontakblech vor einer Zwangsentspannung vernachlässigbar und beträgt nach einer Zwangentspannung maximal 0,02 µm, insbesondere 0,01 um +/- 10%.
Anstelle von einem Klebstoff kann auch ein Lot mit einem entsprechenden spezifischen elektrischen Widerstand verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Heizungsanordnung,
Fig. 2
einen vergrößerten Schnitt durch die Heizungsanordnung von Fig. 1 entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3
einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4
eine Fig. 2 entsprechende Darstellung nach einer Zwangsentspannung,
Fig. 5
ein elektrisches Ersatzschaubild, das die Widerstände verdeutlicht, und
Fig. 6
ein Fig. 5 entsprechendes Ersatzschaubild, das die Widerstände nach einer Zwangsentspannung verdeutlicht.
Bei PTC-Heizungsanordnung 1 mit Keramik-PTC-Elementen ist jeweils ein PTC-Element 2 zwischen zwei parallel zueinander angeordneten Kontaktblechen 3 (Pluspol) und 4 (Minuspol) eingeklebt, vorliegend mittels eines Klebstoffes 5, der einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 100 Ohm x cm hat. Auf den jeweils dem PTC-Element 2 gegenüberliegenden Seiten der Kontaktbleche 3 und 4 sind mittels einer entsprechenden Klebe-Verbindung Wellrippen 6 angebracht und an diesen, ebenfalls wiederum mit einer entsprechenden Klebe-Verbindung je ein weiteres Kontaktblech 3 und 4. Um die zuvor beschriebene Anordnung herum ist ein Kunststoff-Rahmen 7 angeordnet. Die Strömungsrichtung der Luft liegt bei Fig. 1 in Blickrichtung.
Im Folgenden wird die Länge eines PTC-Elements 2 mit L, vorliegend 035 mm, die Breite des PTC-Elements 2 mit 1, vorliegend 8 mm, und die Dicke des PTC-Elements 2 mit e, vorliegend 1,4 mm, bezeichnet. Die durchschnittliche Dicke der Klebstoffschicht zwischen der Oberfläche des PTC-Elements 2 und einem Kontaktblech 3 oder 4 mit eta, vorliegend 0,01 µm, bezeichnet. Die Breite des Klebstoffes um das PTC-Element 2 zwischen den Kontaktblechen 3 und 4 wird mit s bezeichnet und beträgt vorliegend 1 mm.
Die Spannung zwischen den Kontaktblechen 3 und 4 wird mit U bezeichnet und beträgt gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 13 V, kann jedoch auch größer sein, bspw. 48 V.
Der spezifische elektrische Widerstand des Klebstoffs 5 wird mit RhoKleb bezeichnet, der Widerstand des PTC-Elements 2 mit RPTC, der Widerstand der Klebstoffschicht zwischen PTC-Element 2 und Kontaktblech 3 oder 4 mit RKleb.
Die Leistung des PTC-Elements 2 wird mit PPTC bezeichnet, die Leistung des Klebstoffes 5 zwischen den Kontaktblechen 3 und 4 mit Pb, die Leistung des PTC-Elements 2 in Verbindung mit dem Klebstoff 5 ohne Zwangsentspannung mit PKleben + PTC ohne Zwangentspannung, die Leistung des PTC-Elements 2 in Verbindung mit dem Klebstoff 5 mit Zwangsentspannung mit PKleben + PTC nach Zwangentspannung, die Gesamtleistung mit Pgesamt.
Hierbei ergibt sich der Widerstand RKleb des Klebstoffs 5 zwischen dem PTC-Element und einem Kontaktblech 3 oder 4 bzw. der Widerstand Rb des das PTC-Element 2 umgebenden Klebstoffes 5 wie folgt:
  • (1) RKleb = RhOKleb x eta / (L x l)
  • (2) Rb = RhoKleb x e / (2(L+I) x s)
    • Ersatzschaubilder für die Schaltungen der Widerstände sind in den Figuren 5 und 6 dargestellt.
    Die Leistung PKleben + PTC ohne Zwangentspannung ergibt sich bZW. die Leistung PKleben . + PTC nach Zwangentspannung durch
  • (3) PKleben + PTC ohne Zwangentspannung = U2 / RPTC
  • (4) PKleben + PTC nach Zwangentspannung = U2 / (2RKleb + RPTC)
    • Um einen optimalen Wirkungsgrad des PTC-Elements 2 zu bewirken, sollte das Verhältnis PPTC/ Pb möglichst groß gewählt werden. Ferner sollte jedoch das Verhältnis von PKleben + PTC ohne Zwangentspannung / PKleben + PTC nach Zwangentspannung möglichst nahe bei 1 liegen. Dabei liegt das Verhältnis von PPTC/ Pb insbesondere zwischen ca. 4 und 40 und das Verhältnis von PKleben + PTC ohne Zwangentspannung / PKleben + PTC nach Zwangentspannung zwischen Ca. 1,2 und 1,02.
    Bezugszeichenliste
  • 1 Heizungsanordnung
  • 2 PTC-Element
  • 3 Kontaktblech
  • 4 Kontaktblech
  • 5 Klebstoff
  • 6 Wellrippe
  • 7 Kunststoff-Rahmen

    • Claims (7)

    1. Heizungsanordnung mit mindestens einem PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das PTC-Element (2) zwischen Kontaktblechen (3, 4) angeordnet ist, die der elektrischen Anbindung dienen, wobei die Kontaktbleche (3, 4) und das PTC-Element (2) mittels eines Klebstoffes (5) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (5) einen spezifischen elektrischen Widerstand von minimal 50 Ohm x cm und maximal 500 Ohm x cm aufweist.
    2. Heizungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (5) einen spezifischen elektrischen Widerstand von minimal 80 Ohm x cm und maximal 150 Ohm x cm, insbesondere von 100 Ohm x cm +/- 10% aufweist.
    3. Heizungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Klebstoffs (5) zwischen dem PTC-Element (2) und einem Kontaktblech (3, 4) vor einer Zwangsentspannung vernachlässigbar ist und nach einer Zwangentspannung maximal 0,02 µm, insbesondere 0,01 µm +/- 10%, beträgt.
    4. Heizungsanordnung mit mindestens einem PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das PTC-Element (2) zwischen Kontaktblechen (3, 4) angeordnet ist, die der elektrischen Anbindung dienen, wobei die Kontaktbleche (3, 4) und das PTC-Element (2) mittels eines Lots verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot einen spezifischen elektrischen Widerstand von minimal 50 Ohm x cm und maximal 500 Ohm x cm aufweist.
    5. Heizungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot einen spezifischen elektrischen Widerstand von minimal 80 Ohm x cm und maximal 150 Ohm x cm, insbesondere von 100 Ohm x cm +/-10% aufweist.
    6. Heizungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Lots zwischen dem PTC-Element (2) und einem Kontaktblech (3, 4) vor einer Zwangsentspannung vernachlässigbar ist und nach einer Zwangentspannung maximal 0,02 µm, insbesondere 0,01 µm +/- 10%, beträgt.
    7. Klebstoff oder Lot für eine Verbindung zwischen einem keramischen PTC-Element (2) und einem elektrisch leitenden Kontakblech (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (5) beziehungsweise das Lot einen spezifischen elektrischen Widerstand von minimal 50 Ohm x cm und maximal 500 Ohm x cm aufweist.
    EP03292474A 2003-10-07 2003-10-07 Heizungsanordnung mit PTC-Element, insbesondere für ein Kraftfahrzeug Expired - Lifetime EP1523225B1 (de)

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