EP3101999B1

EP3101999B1 - Ptc-heizelement und elektrische heizvorrichtung für ein kraftfahrzeug umfassend ein solches ptc-heizelement

Info

Publication number: EP3101999B1
Application number: EP15193710.9A
Authority: EP
Inventors: Franz Bohlender; Patrick Kachelhoffer; Andreas Schwarzer; Kurt Walz
Original assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2035-11-09
Also published as: EP3101999A1; CN106231699B; CN106231699A; US20160360572A1; US10524310B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1. Ein solches Verfahren ist aus EP 0 057 172 A2 bekannt. Ein ähnliches Verfahren ist aus WO 91/07068 A1 bekannt.
PTC-Elemente haben in elektrischen Heizvorrichtungen für Kraftfahrzeuge eine gute Akzeptanz gefunden, was an den selbstregelnden Eigenschaften von PTC-Elementen liegt. Ein Wärme erzeugendes Element in einer elektrischen Heizvorrichtung besteht üblicherweise aus zumindest einem PTC-Element und beidseitig elektrisch leitend an dem PTC-Element angebrachten Leiterbahnen, die in der Regel dem elektrischen Anschluss des PTC-Elementes dienen. Solche Wärme erzeugenden Elemente liegen entweder unmittelbar oder unter Zwischenlage einer Isolierschicht gegen Wärme abgebende Flächen an. Der Einbau der PTC-Elemente erfolgt üblicherweise so, dass das PTC-Element beidseitig Wärme an Wärme abgebende Flächen abgibt.
Beispiele für elektrische Heizvorrichtungen mit einer Isolierschicht, die zumindest eine der Leiterbahnen außenseitig abdeckt, sind beispielsweise die EP 1 768 459 A1 bzw. die EP 2 637 475 A1
Aus der EP 1 768 459 A1 ist eine elektrische Heizvorrichtung zur Lufterwärmung bekannt, bei welcher die Wärme abgebenden Flächen durch Wellrippenlagen gebildet sind, die beidseitig an dem PTC-Element anliegen. Bei dem vorbekannten Stand der Technik sind mehrere PTC-Elemente in einem Positionsrahmen aufgenommen und beidseitig mit Kontaktblechen kontaktiert, welche die Leiterbahnen bilden und dem elektrischen Anschluss des PTC-Elementes dienen.
Eine weitere elektrische Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 872 986 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik ragen Heizrippen in ein Zirkulationsgehäuse herein, welches von einem zu erwärmenden Fluid durchströmt ist. Die Heizrippen bilden eine U-förmige Tasche aus, in welcher das PTC-Element sowie die Leiterbahnen und jeweils außenseitig an den Leiterbahnen vorgesehene Isolierschichten aufgenommen sind. Dadurch sind das PTC-Element und die zur Bestromung beidseitig daran anliegenden Leiterbahnen elektrisch isolierend in der Heizrippe aufgenommen. Mitunter ist es indes möglich, beispielsweise bei einem Betrieb der elektrischen Heizvorrichtung mit der Netzspannung eines Kraftfahrzeuges von 12 Volt, lediglich einseitig eine Isolierung vorzusehen und auf der anderen Seite das PTC-Element unmittelbar mit Masse zu kontaktieren. "Masse" kann dabei durch die Außenseite einer Heizrippe oder durch eine Wellrippenlage gebildet sein, die an einer Seite Wärme leitend gegen das oder die PTC-Elemente anliegt.
Bei dem aus der EP 1 768 458 A1 bekannten Stand der Technik wird die Isolierlage durch einen zweischichtigen Aufbau gebildet, der eine Polyimid Folie sowie eine Keramikschicht umfasst. Insbesondere bei Hochvoltanwendungen und speziell mit Rücksicht auf den Betrieb der elektrischen Heizvorrichtung in einem Elektrofahrzeug ist auf eine sichere elektrische Isolierung des PTC-Elementes und der beidseitig dieses kontaktierenden Leiterbahnen zu achten. Eine laminierte Isolierfolie für gleiche Zwecke beschreibt die EP 2 109 345 A1 .
Die vorliegende Erfindung will einen Beitrag hierzu leisten. Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements anzugeben, welches in verbesserter Weise an der Außenseite elektrisch isoliert ist, wobei auch der Notwendigkeit einer angemessenen Wärmeübertragung von dem PTC-Element auf die Wärme abgebende Fläche durch die elektrische Isolierschicht Rechnung getragen werden soll.
Zur Lösung des obigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Dieses PTC-Heizelement weist als elektrische Isolierschicht eine Kombination aus einer Folie und einer darauf aufgebrachten elektrisch isolierenden Masse mit guter Wärmeleitfähigkeit auf. Dabei wird die Folie zusammen mit der Masse zunächst als Einheit vorbereitet und dann als vorgefertigte Hybridfolie umfassend die Folie und die darauf aufgebrachte elektrisch isolierende Masse außenseitig gegen zumindest eine der elektrischen Leiterbahnen angelegt.
Dabei hat die elektrische Isolierschicht einen Schichtaufbau mit einer üblicherweise durchlaufenden Folie und einer darauf üblicherweise mit konstanter Stärke aufgebrachten elektrisch isolierenden Masse mit guter Wärmeleitfähigkeit. Die erfindungsgemäße Isolierschicht bietet insbesondere aufgrund der elastischen und elektrisch isolierenden Masse die Möglichkeit, Unebenheiten, welche auch kleine Partikel wie z. B. Staubkörner sein können, zwischen der Leiterbahn und einer Wärme abgebenden Gegenfläche einer elektrischen Heizvorrichtung insbesondere in einem Kraftfahrzeug auszugleichen. Wo hingegen bei üblichen Isolierfolien als Isolierschicht, die auch durch elektrostatische Wirkung Fremdkörper anziehen können, an der Außenseite des PTC-Elementes die Isolierung durch solche Unebenheiten durchstoßen und damit überbrückt werden kann, was zur Folge hat, dass die am PTC-Element anliegende Spannung eben nicht gegenüber der Wärme abgebenden Fläche isoliert ist. Dies kann zu Kurzschlüssen innerhalb der elektrischen Heizvorrichtung und somit zum Ausfall führen. Ohne eine entsprechende Abschaltvorrichtung kann ein lebensbedrohlicher Zustand entstehen.
Die elektrisch isolierende Masse ist vorzugsweise eine pastöse Masse, die zwar vorzugsweise schon vernetzt und damit abgebunden ist, so dass diese nicht mehr fließfähig im eigentlichen Sinne ist. Die Masse kann aber gewisse Ausgleichsbewegungen vollziehen, um beispielsweise an Positionen innerhalb der isolierenden Schicht mit einer punktuellen Druckbeaufschlagung auszuweichen, dabei den punktuellen Druck aufzunehmen und zu vergleichmäßigen ohne dass die isolierende Wirkung durch die elektrische Isolierschicht verloren geht. Eine gut wärmeleitfähige Masse hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 3 W/(m*K), besonders bevorzugt von zumindest 5 W/(m*K). Die elektrisch isolierende Masse kann auf die Folie mit einer Technologie aufgebracht werden, die bei der Herstellung von Klebebändern zum Einsatz kommt und bei welcher die Folie über Walzen durch ein Bad bestehend aus der elektrisch isolierenden Masse hindurchgeleitet wird. Dazu kann die elektrisch isolierende Masse mit einem Lösungsmittel versetzt sein, wodurch die Viskosität der elektrisch isolierenden Masse herabgesetzt wird bzw. das Benetzen der Folie verbessert werden kann. Als elektrisch isolierende Masse kommt dabei üblicherweise eine Kunststoffmasse zum Einsatz, die nach dem Beschichten der Folie ganz oder teilweise abbindet bzw. aushärtet. Vorzugsweise wird ein vernetzender Kunststoff eingesetzt, wobei nach dem Beschichten der Folie dieser auch durch Zugabe von Wärme und/oder Beaufschlagen mit einer Bestrahlung beschleunigt aushärten kann. Die zur Herstellung der isolierenden Schicht vorgesehene Vorrichtung hat dazu üblicherweise eine Heiz- oder Bestrahlungsstrecke, welche die mit der Masse beschichtete Folie durchläuft.
Eine in solcher Weise zunächst vorbereitete elektrische Isolierschicht wird danach gegen die Außenseite der zumindest einen, vorzugsweise beider Leiterbahnen des PTC-Elementes angelegt. Diese Leiterbahn kann durch ein Metallblech oder in aufgedruckter Schicht gebildet sein.
Neben dem zuvor erwähnten Beschichten der Folie aus einem System aus Walzen und in einem Schmelzbad der elektrisch isolierenden Masse kann diese auch durch Drucken oder Besprühen auf die Folie aufgebracht werden, wobei im Falle des Druckens ein Rakeln zu bevorzugen ist.
Die Masse umfasst vorzugsweise als Flüssigphase üblicherweise eine Silikonmasse. Bevorzugt ist die Flüssigphase durch ein additionsvernetzendes 2-Komponenten-Silikon gebildet, das bei Raumtemperatur aushärtet und unter Wärme forciert aushärtet. Die Masse hat eine Viskosität bei 25° C von zwischen 100 und 200 Pa s. Mit Blick auf eine gute Fließfähigkeit wird dem 2-Kompontenen-Silikon üblicherweise Benzin oder Tuluol als Verdünner beigemischt, um bei 25° C eine Viskosität in einem Bereich von zwischen 4 und 15, vorzugsweise von zwischen 5 und 8 Pa s zu erhalten. Im vernetzten Zustand sollte der die Flüssigphase ausbildende Bestandteil der Masse eine Härte Shore A von etwa 10-40 haben. Dieser Flüssigphase ist üblicherweise ein die Wärmeleitfähigkeit erhöhender jedoch elektrisch isolierender Feststoff beigemischt.
Die Masse wird vorzugsweise so ausgewählt, dass gute Benetzungseigenschaften zu den Partikeln mit guter Wärmeleitfähigkeit bestehen. Dabei können die Partikel zusätzlich mit einem Adhäsionsmittel behandelt sein, bevor die Partikel in die pastöse Masse gegeben werden, um diese gleichmäßig hierin zu dispergieren. Die Masse kann beispielsweise eine Silikonmasse sein oder zumindest überwiegend Silikonmasse umfassen.
Mit Blick auf die elektrischen Isoliereigenschaften der isolierenden Schicht wird dieser Füllstoffanteil in der Regel durch elektrisch isolierende Partikel mit guter Wärmeleitfähigkeit gebildet, wobei Partikel aus Aluminiumoxid zu bevorzugen sind, speziell Gas- oder Wasser verdünnte Partikel, die sich aufgrund ihrer Morphologie relativ dicht innerhalb der Flüssigphase packen lassen und die Fließeigenschaften der gefüllten isolierenden Masse nicht so sehr verschlechtem wie Partikel anderer Morphologie. Der Füllstoffanteil der Partikel mit guter Wärmeleitfähigkeit innerhalb der Flüssigphase liegt bei zumindest 50 Vol.-%, besonders bevorzugt bei zwischen 85 Vol.-% und 95 Vol.-%. Ein solcher Volumenanteil an Füllstoff innerhalb der Masse verbessert die Wärmeleitfähigkeit aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit der Partikel, behindert aber nicht das Fließen der pastösen Masse und damit das schmelzflüssige Auftragen der Masse auf die Folie.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht die Isolierschicht aus der Folie und der elektrisch isolierenden Masse, wobei die elektrisch isolierende Masse selbst mehrere Phasen, nämlich beispielsweise den Füllstoffanteil und die Flüssigphase haben kann. Die Weiterbildung bringt mit sich, dass die Gestaltung der Isolierschicht allein aus der Folie und der elektrisch isolierenden Masse gebildet ist, wobei die Folie auf der der Masse abgewandten Seite zusätzlich noch selbstklebend ausgebildet sein und dementsprechend mit einer Klebeschicht versehen sein kann. Diese Klebeschicht ist üblicherweise auf der vorgefertigten Isolierschicht vorgesehen. Sie wird auf die Folie einseitig aufgetragen, nachdem oder bevor die elektrisch isolierende Masse auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Folie aufgetragen worden ist.
Aufgrund der selbstregelnden Eigenschaften von PTC-Elementen sollte die Schichtdicke beschränkt sein. So wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorliegende Erfindung vorgeschlagen, die elektrisch isolierende Schicht mit einer Dicke von nicht mehr als 250 µm auszubilden.
Die isolierende Schicht hat eine Schichtdicke von zwischen 100 und 300 µm, bevorzugt von zwischen 150 µm und 250 µm. Durch diese Dickenabmessungen ergibt sich eine hinreichende elektrische Sicherheit, d. h. zuverlässige außenseitige Isolierung des PTC-Elementes durch die elektrische Isolierlage bei einer hinreichenden absoluten Wärmeableitung durch die elektrische Isolierschicht, die mit Blick auf die selbstregelnden Eigenschaften des PTC-Elementes für einen wirkungsvollen Betrieb desselben günstig ist. Praktische Versuche haben gezeigt, dass insbesondere mit einer mit elektrisch isolierenden Füllstoffpartikeln gefüllte Masse insbesondere aufgebracht auf eine Polyimidschicht zum einen bei einer Schichtdicke von 250 µm der isolierenden Schicht insgesamt eine spezifische elektrische Durchschlagsfestigkeit von 20 kV/mm, einen spezifischen Durchgangswiderstand von 1,9*10¹⁵ Ohm/cm und eine Kriechstromfestigkeit von CTI>600 erreicht werden kann. Dabei ist die elektrische Isolierschicht vorzugsweise in einem Temperaturbereich von -40°C bis 260°C temperaturbeständig.
Mit der vorliegenden Erfindung wird mithin eine elektrische Isolierschicht angegeben, die eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit hat, so dass das PTC-Element mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden kann, die ferner sich leicht als Meterware vorbereiten und herstellen und damit gut verarbeiten lässt und desweiteren eine hohe Temperaturbeständigkeit hat. Da die Folie als Träger für die isolierende Masse innerhalb der elektrischen Isolierschicht dient, die elektrische Isolierung und die gute Wärmeleitfähigkeit indes vor allem durch die isolierende Masse bewirkt wird, kann diese auch auf beiden Seiten einer dünner gewählten Folie vorgesehen sein. In einem solchen Fall muss lediglich auf eine gute Wärmebeständigkeit der Folie innerhalb der elektrisch isolierenden Schicht geachtet werden. Desweiteren sind mechanische Eigenschaften wie gute Reißfestigkeit und dergleichen gewünscht. Je dünner die Folie innerhalb der elektrischen Isolierschicht gewählt wird, desto weniger muss auf eine gute Wärmeleitfähigkeit der Folie selbst geachtet werden.
Die Flüssigphase der elektrisch isolierenden Masse, d. h. die Flüssigphase der Suspension, die eventuell Partikel guter Wärmeleitfähigkeit in sich aufnimmt, ist aus einer kalthärtenden 2-Komponentenmasse gebildet. Vorzugsweise besteht die Flüssigphase allein aus einer solchen 2-Komponentenmasse. Eine solche kalthärtende Masse härtet üblicherweise bei einer Erwärmung von nicht mehr als 80 °C in wenigen Minuten, d. h. in 2 bis 8 Minuten aus. Höhere Temperaturen müssen nicht aufgewandt werden, um ein Aushärten der Masse zu erreichen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung besteht die Leiterbahn regelmäßig aus einem gestanzten Kontaktblech, welches auch die Anschlussfahnen zum elektrischen Anschluss der Wärme erzeugenden Lage ausbildet. Die Wärme erzeugende Lage ist dabei das PTC-Element mit den daran anliegenden bzw. damit unmittelbar verbundenen Leiterbahnen und der außenseitig vorgesehenen Isolierschicht. Das wenigstens eine PTC-Element sowie die üblicherweise unmittelbar daran anliegenden Kontaktbleche können dabei als vormontierte Einheit in einem Rahmen vorgesehen sein, der diese Elemente des Wärme erzeugenden Elementes zu einer vormontierten Einheit zusammenhält, wie dies beispielsweise in EP 1 921 896 bzw. EP 2 637 475 beschrieben ist. Die pastöse Masse wird auf diese vormontierte Einheit aufgebracht, sodass die Außenfläche des Kontaktbleches mit der Isolierschicht versehen ist. Sofern ein Keilelement zum Verspannen des Wärme erzeugenden Elementes in einer U-förmigen Tasche zum Einsatz kommt und gegebenenfalls an dem Rahmen beweglich geführt und gehalten ist, wie dies aus der EP 1 921 896 A1 bekannt ist, befindet sich an dieser Seite zwischen der elektrischen Isolierschicht üblicherweise eine Gleitschicht, an der das Keilelement beim Verspannen der Wärme erzeugenden Elementes in der Tasche in verbesserter Weise vorbei gleiten kann. Eine solche Schicht kann beispielsweise durch einen Blechstreifen gebildet sein, der zwischen dem Keilelement und der Masse vorgesehen ist.
Mit ihrem nebengeordneten Anspruch 15 schlägt die vorliegende Erfindung eine Heizvorrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Wärme abgebenden Flächen vor. Bei diesen Wärme abgebenden Flächen kann es sich um Außenflächen eines mit Wellrippen versehenen Radiatorelementes handeln oder aber um gegenüberliegende Innenflächen einer im Wesentlichen U-förmigen Tasche eines Flüssigkeitsheizers.
Die mit ihrem nebengeordneten Aspekt vorgeschlagene elektrische Heizvorrichtung ist insbesondere eine Heizvorrichtung für Hochvoltanwendungen in einem Kraftfahrzeug. Dabei wird die Heizvorrichtung mit einer Spannung bis zu 800 Volt betrieben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Seitenansicht eines nach einem ersten Ausführungsbeispiel hergestellten PTC-Heizelementes einer ersten elektrischen Heizvorrichtung;
Fig. 2: eine perspektivische Seitenansicht der ersten elektrischen Heizvorrichtung;
Fig. 3: eine perspektivische Seitenansicht eines nach einem zweiten Ausführungsbeispiel hergestellten PTC-Heizelementes für eine zweite elektrische Heizvorrichtung und
Fig. 4: eine perspektivische Seitenansicht der zweiten elektrischen Heizvorrichtung.

Das in Fig. 1 gezeigte und mit Bezugszeichen 2 gekennzeichnete PTC-Heizelement umfasst mehrere in Längsrichtung des PTC-Heizelementes 2 hintereinander vorgesehene PTC-Elemente 4, die zwischen zwei jeweils an gegenüberliegen Seiten der PTC-Elemente 4 an diesen anliegenden Leiterbahnen 6 vorliegend in Form von Kontaktblechen, die an einer Stirnseite des PTC-Elementes 4 zur Ausbildung von Kontaktzungen 8 über das eigentliche Wärme erzeugende Element hinaus verlängert sind, anliegen. Dieses Wärme erzeugende Element des PTC-Heizelementes 2 umfasst neben den zuvor erwähnten Bauteilen eine Isolierschicht 10, die beidseitig an den Leiterbahnen 6 anliegt und das Wärme erzeugende Element des PTC-Heizelementes 2 außenseitig jeweils bedeckt. Die elektrische Isolierschicht 10 besteht aus einer elektrisch isolierenden Masse 12, die an einer Folie 14 aus Polyimid anhaftet. Die elektrische Isolierschicht 10 ist zuvor durch Aufbringen der elektrisch isolierenden Masse 12 auf die Folie 14 vorbereitet und danach auf die jeweilige Leiterbahn 6 gelegt worden. Der Zuschnitt der elektrischen Isolierschicht 10 ist dabei in Breitenrichtung so gewählt, dass dieser die PTC-Elemente 4 geringfügig überragt. Zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern der elektrischen Isolierschicht 10 ist ein umlaufender Positionsrahmen 16 vorgesehen. Bei diesem Rahmen handelt es sich um einen Positionsrahmen 16, der in Längsrichtung des PTC-Heizelementes 2 hintereinander vorgesehene Stege aufweist, die einen vorbestimmten Abstand zwischen hintereinander liegenden PTC-Elementen 4 sicherstellen. In dem teilweise zeichnerisch weggenommenen Bereich in Fig. 1 entspricht dieser Steg dem Spalt S.
Die Leiterbahnen 6 sind innenseitig von dem Positionsrahmen 16 begrenzt. Lediglich die Isolierschicht 10 liegt außenseitig auf dem Positionsrahmen 16 auf. An dieser Stelle ist die isolierende Schicht 10 fest und fluiddicht mit dem Positionsrahmen 16 verbunden, beispielsweise verklebt oder durch Umspritzen mit dem Positionsrahmen 16 verbunden, und zwar bei der spritzgießtechnischen Herstellung des Positionsrahmens 16 aus einem wärmebeständigen Kunstsoff. Dieser Kunststoff kann beispielsweise Silikon sein.
In jedem Fall ist dafür Sorge zu tragen, dass bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die elektrische Isolierschicht 10 so mit den Rändern des Positionsrahmens 16 jeweils verbunden ist, dass keine Feuchtigkeit oder Verschmutzung in das Innere des Positionsrahmens 16 gelangen kann.
Die elektrische Isolierschicht 10 hat bei der gezeigten Einbausituation an ihrer Außenseite die Folie 14, wohingegen sich die elektrisch isolierende Masse 12 zwischen der Folie 14 und der Leiterbahn 6 befindet.
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer elektrischen Heizvorrichtung 20 gezeigt, in welche mehrere PTC-Heizelemente 2 als wärmeerzeugende Lagen eingebaut sind. Benachbart zu den PTC-Heizelementen 2 sind jeweils Wellrippenelemente 22 vorgesehen, welche an der Außenseite der elektrischen Isolierschicht 10 anliegen und wärmeleitend mit den PTC-Heizelementen 2 verbunden sind, um die in dem wärmeerzeugenden Element erzeugte Wärme zunächst durch Wärmeleitung aufzunehmen und an die quer durch einen mit Bezugszeichen 24 gekennzeichneten Rahmen aus Kunststoff hindurchgeführte Luft abzugeben. Dazu sind die PTC-Elemente 2 und die Wellrippenelemente 22 als Lagen in den Rahmen 24 eingelegt und mit einer Feder gegeneinander vorgespannt gehalten.
Dieser vorliegend zweiteilige Kunststoffrahmen 24 ist mit einem Steuergehäuse 26 verbunden, in dem die Kontaktzungen 8 elektrisch an eine Steuervorrichtung angeschlossen sind. An dem Steuergehäuse 26 liegen Stecker für den Leistungsstrom 28 und dem Steuerstrom 30 frei. In dem Stecker des Leistungsstromes 28 liegen zwei Pole für die Bestromung der elektrischen Heizvorrichtung 20 mit einer Plus- und einer Minusphase frei. Desweiteren wird das Steuergehäuse 26 überragt von einem Anschlusszapfen 32, mit welchem die Steuervorrichtung mit Masse verbunden ist.
Abhängig von den Steuersignalen des Steuerstromes wird die in dem Steuergehäuse 26 vorgesehene Steuervorrichtung so geschaltet, dass sämtliche oder einzelne zu Heizkreisen zusammengeschaltete PTC-Heizelemente 2 mit Leistungsstrom 28 versorgt werden. Die dabei im Inneren des PTC-Heizelementes 2 erzeugte Wärme wird durch Leitung durch die Leiterbahn 6 und quer zu ihrer flächenmäßigen Erstreckung durch die elektrische Isolierschicht 10 hindurchgeleitet und an die Wellrippenelemente 22 abgeleitet.
Die Fig. 3 zeigt ein nach einem zweiten Ausführungsbeispiel hergestelltes PTC-Heizelement 2. Gleiche Bauteile sind gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel liegt das vorliegend einzige PTC-Element 4 an gegenüberliegenden Leiterbahnen 6 an, die vorliegend durch metallische Kontaktbleche gebildet sind. Durch Freistanzen werden durch diese Metallbleche 6 einteilig die Kontaktzungen 8 ausgeformt. Dieses wärmeerzeugende Element des PTC-Heizelementes 2 ist in eine Hybridfolie bestehend aus der Folie 14 und die elektrisch isolierende Masse 12 eingeschlagen. Die Folie 14 bildet dabei die Außenseite des PTC-Heizelementes 2. Dabei befindet sich das PTC-Element 4 und die auf gleiche Abmessung geschnittenen Kontaktbleche 6 mit Abstand zu einem Boden eines U-förmigen Bereiches 40, der durch das Einschlagen des wärmeerzeugenden Elementes in der elektrischen Isolierschicht 10 gebildet ist. Desweiteren überragt die elektrische Isolierschicht 10 das PTC-Element 4 und die Kontaktbleche 6 auch außenseitig. Bei dem fertigen Erzeugnis kann der hierdurch allumfänglich um das PTC-Element 4 und die Kontaktbleche 6 gebildete Freiraum mit einer isolierenden Masse ausgefüllt werden, um Luft- und Kriechstrecken zwischen den Kontaktblechen 6 unterschiedlicher Polarität zu eliminieren oder zumindest zu verringern. Die dabei verwendete Gussmasse kann stoffidentisch zu der elektrisch isolierenden Masse sein, die die entsprechende mit Bezugszeichen 12 gekennzeichnete Lage der elektrischen Isolierschicht 10 ausformt.
Die Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 20. Diese elektrische Heizvorrichtung 20 hat ein in sich geschlossenes Gehäuse 50 mit zwei Anschlussstutzen 52, über welche eine in dem Gehäuse 50 ausgebildete Zirkulationskammer zugänglich ist. Die durch die Anschlussstutzen 52 gebildeten Ein- und Auslässe zu der Zirklulationskammer dienen der Zu- bzw. Ableitung eines flüssigen Mediums, welches in der elektrischen Heizvorrichtung 20 erwärmt werden soll.
Hierzu ragen mehrere U-förmige Vorsprünge in die Zirkulationskammer hinein, wobei jede der U-förmigen Ausnehmungen, die sich in Richtung auf einen mit Bezugszeichen 54 gekennzeichneten Gehäusedeckel 54 hin öffnen und mit zumindest einem PTC-Heizelement 2 gemäß Fig. 3 versehen ist. Die U-förmigen Ausnehmungen sind üblicherweise durch Heizrippen aus einem gut wärmeleitfähigen Stoff, beispielsweise Aluminium gebildet. Die PTC-Heizelemente 2 liegen entweder unmittelbar an sich gegenüberliegenden Innenflächen der Heizrippen an und sind damit wärmeleitend vergossen oder aber durch ein Keilelement darin verpresst, wie dies EP 1 872 986 A1 der vorliegenden Anmelderin beschreibt. Auch das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel hat ein Steuergehäuse 26 mit Steckern 28, 30 für den Leistungsstrom 28 und den Steuerstrom 30, der dort mit Plus- und Minuspol der elektrischen Heizvorrichtung 20 zugeleitet wird. Desweiteren ist auch ein Masseanschluss 32 ausgebildet.

Bezugszeichenliste

2: PTC-Heizelement
4: PTC-Element
6: Leiterbahn
8: Kontaktzunge
10: elektrische Isolierschicht
12: elektrisch isolierende Masse
14: Folie
16: Positionsrahmen
20: Elektrisches Heizelement
22: Wellrippenelement
24: Rahmen
26: Steuergehäuse
28: Stecker/Leistungsstrom
30: Stecker/Steuerstrom
32: Masseanschluss
40: U-förmiger Bereich
50: Gehäuse
52: Anschlussstutzen
54: Gehäusedeckel
S: Spalt

Claims

Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) mit zumindest einem PTC-Element (4), das mit Innenflächen von elektrischen Leiterbahnen (6) elektrisch leitend kontaktiert wird, wobei zumindest eine der Leiterbahnen (6) an ihrer Außenfläche mit einer elektrischen Isolierschicht versehen wird, die eine Folie (14) und eine darauf aufgebrachte elektrisch isolierende Masse (12) mit guter Wärmeleitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Folie (14) zusammen mit der elektrisch isolierenden Masse (12) zunächst als Einheit vorbereitet und dann als vorgefertigte Hybridfolie umfassend die Folie (14) und die darauf aufgebrachte elektrisch isolierende Masse (12) außenseitig gegen zumindest eine der elektrischen Leiterbahnen (6) angelegt wird.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (2) mit Partikeln guter Wärmeleitfähigkeit gefüllt ist und eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 3 W/mK hat.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Partikel mit guter Wärmeleitfähigkeit zwischen 85 Vol.-% und 95 Vol.-% liegt.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel guter Wärmeleitfähigkeit aus Aluminiumoxid gebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Masse (12) durch eine Silikonmasse gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus der Folie (14) und der elektrisch isolierenden Masse (12) besteht.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Masse (12) selbstklebend ist und anhaftend an der Folie (14) angeordnet wird.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (14) eine Polyimid-Folie ist.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Masse (12) eine Schichtdicke von zwischen 100 und 300 µm bevorzugt von zwischen 150 und 250 µm hat.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (10) eine Dicke von nicht mehr als 250 µm hat.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (10) bei einer Dicke von 250 µm eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von zumindest 3 kV DC hat.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (10) in einem Temperaturbereich von -40 °C bis +260 °C eine spezifische Durchschlagsfestigkeit von > 20 kV/mm hat.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (10) bis zu 260 °C temperaturbeständig ist.
Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelements (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigphase der elektrisch isolierenden Masse (12) aus einer kalthärtenden 2-Komponenten Masse gebildet ist.
Elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit Wärme abgebenden Flächen, gekennzeichnet durch ein nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestelltes PTC-Heizelement (2), das mit der wenigstens einen elektrischen Isolierschicht wärmeleitend an den wärmeabgebenden Flächen anliegt.