EP3405001A1 - Verfahren zum herstellen eines ptc-heizelementes - Google Patents

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EP3405001A1
EP3405001A1 EP18172444.4A EP18172444A EP3405001A1 EP 3405001 A1 EP3405001 A1 EP 3405001A1 EP 18172444 A EP18172444 A EP 18172444A EP 3405001 A1 EP3405001 A1 EP 3405001A1
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EP
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contact
ptc element
ptc
contact plates
bridge
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Michael Niederer
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Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
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Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
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    • 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 present invention relates to a method for producing a PTC heating element with a PTC element and contact surfaces for making electrical contact with the PTC element.
  • PTC heating elements such as those from EP 1 253 808 A1 respectively.
  • EP 1 395 098 A1 are known, an electrical conductor on opposite major side surfaces of the PTC element.
  • the conductor track is usually formed from a contact plate, which is connected to a position frame, for example sealed sealed in the position frame.
  • PTC elements have self-regulating properties. With increasing heating, the power consumption decreases as the electrical resistance of the PTC element increases. Thus, one has always strived for a good heat extraction from the PTC element. Furthermore, in PTC heating elements for the automotive industry to ensure cost-effective production. The structure of the PTC heating element must be scalable and reliably producible even within large tolerance limits within predetermined tolerance limits.
  • the present invention is based on the problem of specifying a method for producing a PTC heating element, in which the PTC element is reliably electrically contacted with contact surfaces on its end faces.
  • the present invention proposes a method having the features of claim 1.
  • the contact sheets are connected to each other via electrically insulating bridge elements, leaving a receptacle for the PTC element.
  • electrically insulating bridge elements can be used to form a number of recordings. These bridge elements are usually provided at intervals to each other along elongated contact plates. In each shot, one or more PTC elements may be provided.
  • the PTC element is inserted into the receptacle and between the contact sheets.
  • the contact plates are so far apart that the receptacle is dimensioned sufficiently large that the PTC element can be inserted into the receptacle without being influenced by the contact sheets. Only then is formed for the formation of a voltage applied to the end face of the PTC element contact projection each contact plate.
  • the contact projection can be formed.
  • the contact plates with elongate slots, by means of which the contact projections are cut free as strips on a boundary layer to the PTC element.
  • these thin lands are reformed toward the PTC element and applied against an end face of the PTC element to provide a solid electrical contact between the PTC element and the respective contact sheet.
  • the forming of the contact spring bar for abutment thereof against the PTC element is preferably carried out by a conically widening tool, such as a pin in a slot is introduced between the contact spring bar and the rest of the material of the contact sheet to reform the contact spring bar in the direction of the PTC element.
  • a conically widening tool such as a pin in a slot is introduced between the contact spring bar and the rest of the material of the contact sheet to reform the contact spring bar in the direction of the PTC element.
  • a conically widening tool such as a pin in a slot is introduced between the contact spring bar and the rest of the material of the contact sheet to reform the contact spring bar in the direction of the PTC element.
  • a conically widening tool such as a pin in a slot is introduced between the contact spring bar and the rest of the material of the contact sheet to reform the contact spring bar in the direction of the PTC element.
  • a plurality of pins are provided on a tool for forming the contact spring webs in this way
  • the tool can be lowered in a force-controlled manner to ensure that the contact spring webs rest with a predetermined contact pressure on the end face of the PTC element.
  • the contact spring webs rest with a predetermined contact pressure on the end face of the PTC element.
  • the contact plates are preferably accommodated in a tool which bears against the outer surface of the contact plates.
  • the forces required for reshaping are resisted, so that the deformation on the side to be brought into contact with the PTC element of the contact plates, but not on the opposite free outer side of the contact plates.
  • the forming of the contact spring webs controllable since the possibly monitored force for forming the Maisfedervorsprünge exclusively leads to a deformation in the direction of the PTC element.
  • the contact sheets are encapsulated after forming.
  • an insulating layer is preferably applied to the PTC element.
  • the PTC element is usually provided on its main side surfaces each with an insulating layer, which may be a ceramic insulating layer.
  • the insulating layer is formed by an alumina plate.
  • the insulating layer is preferably glued good thermal conductivity on the PTC element.
  • the insulating layer When encapsulating the contact sheets, the insulating layer is sealed at the edge with a plastic material. In this case, however, the vast surface of the insulating layer is left free, so that the finished PTC heating element is limited with the encapsulation on its outer side substantially by the outer surface of the insulating layer, which can be done with high heat density, a discharge of the heat generated by the PTC element.
  • the bridge or the elements When encapsulating the contact plates usually the bridge or the elements is molded with. These can in turn be connected by molding with the contact plates. However, the contact plates can also be plugged into receptacles of the bridge elements and thus connected to them.
  • the encapsulation of the contact sheets is preferably carried out with an elastic plastic material, for example TPE, elastomer or Duomer.
  • an elastic plastic material for example TPE, elastomer or Duomer.
  • one of the bridge elements which may be formed from a hard plastic component such as polyamide, be provided with a sealing collar having a lamellar seal to form the PTC element as a plug-in heating element, which is sealingly insertable into a plug receptacle of a partition, the a circulation chamber through which the fluid to be heated flows separates from a connection chamber in which contact tongues of the PTC heating element are exposed to the electrical connection.
  • the plastic material sealing the contact surface is preferably selected to have good wetting properties to the surface of the insulating layer.
  • the contact sheets are extended on one side over one of the bridge elements to form said contact tongues.
  • an electrical connection element for the PTC heating element is formed in a conventional manner by the respective contact plates.
  • FIG. 1 shows a perspective side view of two metal strips 2a, 2b, which are each formed identically and forming tongues 4a, 4b.
  • the metal strips 2a, 2b are stamped.
  • Each of the metal strips 2a, 2b has two longitudinal slots 6 which form contact spring webs 8, which are formed as uniform segments on the sheet metal strips 2a, 2b and each provided with a contact projection 9, which forms a convex contact surface 10.
  • the metal strips 2a, 2b are interconnected by an upper bridge element 12 and a lower bridge element 14.
  • the bridge elements 12, 14 are made of plastic. They are connected by encapsulation of the metal strips 2a, 2b with these. When encapsulating provided on the metal strip 2a, 2b holes 16 are kept partially by trained on the injection molding pins. Only the plastic material forming the lower bridge element 14 penetrates one each in the lower region (in FIG. 1 , right) of the sheet metal strip 2a and 2b provided bore 16, so that an intimate positive connection between the plastic material of the bridge element 14 and the sheet metal strips 2a, 2b results. About the two plastic bridge elements 12, 14, the two metal strips 2a, 2b are connected to each other in a predetermined manner and kept at a distance.
  • the bridge elements 12, 14 each form spacers 18, which protrude into a receptacle 20 formed between the two metal strips 2a, 2b and the bridge elements 12, 14.
  • FIG. 3 This in FIG. 2 intermediate product shown is in FIG. 3 shown recorded in a tool 24.
  • This tool 24 is H-shaped and forms U-shaped receptacles for the lower bridge element 14 and the upper bridge element 12 together with the contact tongues 4a, 4b. These recordings of the tool 20 grasp the metal strips 2a, 2b at the edge.
  • a central web of the H-shaped tool 24 is provided, which has a support surface for a in FIG. 3 formed insulating layer, which is formed here by an aluminum oxide plate 26.
  • alumina plate 26 is in FIG. 2 presented intermediate product.
  • the alumina plate 26 then partially covers the metal strips 2a, 2b and is provided at a distance from the bridge elements 12, 14, as this FIG. 6 can be seen.
  • the applied there insulating layer 28 has identical dimensions as the insulating layer 26 in FIG. 3 ,
  • the insulating layer 26 may be provided on its inner surface with a good electrical conductivity adhesive. This can be completely or partially filled with highly thermally conductive particles in order to improve the thermal conductivity of the adhesive.
  • the PTC element 22 is placed ( FIG. 4 ). This is now in the receptacle 20.
  • conical pins 30 engage in the longitudinal slots 6. These have each an idealized circular extension 32, which in the FIGS. 1 and 2 to recognize and adapted for receiving the conical end of the pin 30 is formed.
  • the pins 30 are held in total in a single holding element, not shown, which is movable relative to the tool 24. As part of the lowering of the pins 30 in the direction of the metal strips 2a, 2b, the pins 30 penetrate with their tapered conical end in the extension 32nd in order to cause deformation of the contact spring webs 8. Because the outside of the sheet side 2a, 2b is prevented by the tool 24 within the U-shaped receptacle of the same, to avoid the deformation imposed by the pins 30 to the outside.
  • the contact spring webs 8 are plastically deformed inwardly.
  • the contact surfaces 10 initially bear against end faces 34 of the PTC element 22.
  • the front side surfaces provided on the broad side, over which this electrical contacting takes place, are held by the spacers 18 at a distance from the bridge elements 12, 18.
  • With progressive insertion movement and after the application of the contact spring webs 8 against the end faces 34 results in an elastic deformation of the contact spring webs 8, so that at the end of the deformation of the contact spring webs 8, the contact surfaces 10 rest under a certain elastic bias to the PTC elements 22 end face side.
  • the PTC element 22 is electrically connected via the contact surfaces 10 with the respective metal strips 2a, 2b.
  • the PTC element 22 is also held over this pressure within a housing 36 formed by the sheet-metal strips 2a, 2b and the bridge elements 12, 14 (cf. FIG. 5 ). During this deformation step, the PTC element 22 is supported by a support formed by the tool 24 on the underside with the interposition of the insulating layer 26. Thus, the PTC element 22 is clamped in the vertical direction in the middle between the contact spring webs 8.
  • the pins 30 are pulled.
  • the housing 36 is removed from the tool 24.
  • the further insulating layer 28 is placed on the PTC element 22 in order to provide an intermediate product in which the opposite main side surfaces of the PCT element 22 are each covered by one of the insulating layers 26, 28. This intermediate product is in FIG. 6 shown.
  • FIG. 6 shown intermediate product is then encapsulated by a usually elastic plastic material.
  • This plastic material also passes through the remaining holes 16 of the metal strips 2a, 2b, which are aligned with corresponding holes of the bridge elements 14, 16, so that an intimate positive connection between the intermediate product according to FIG. 6 and the plastic frame 38, which passes through the longitudinal slots. Since the longitudinal slots 6 are recessed immediately adjacent to the insulating layers 26, 28, there is also a reliable seal of the insulating layers 26, 28 through the plastic material of the plastic frame 38, which passes through the longitudinal slots.
  • This plastic material may be a TPE, silicone, a duromer or an elastomer.
  • good wetting of the insulating layers 26, 28 by the corresponding one Plastic material The plastic material is encapsulated with omission of substantially the major side surfaces of the insulating layer 26, 28.
  • the overmolded plastic material results in a plastic frame, which leaves the main side surfaces of the insulating layers 26, 28 substantially and forms a window 40 in which the insulating layers 26, 28 are exposed.
  • the peripheral edges of the insulating layers 26, 28 are sealed by the material of the plastic frame and accordingly there is a seal of the insulating layers 26, 28 relative to the plastic frame 38.
  • Wie FIG. 7 illustrates, only the contact tongues 4a, 4b protrude the product thus produced.
  • the bridge elements 12, 14 are only partially enveloped.
  • the lower bridge element 14 projects beyond the plastic frame 38 and forms from the technical plastic of the bridge element 14 a holder, via which the in FIG. 7 shown PTC heating element 42 can be positioned in a heater housing at the bottom.
  • On the opposite side of the plastic material of the plastic frame 38 forms a sealing collar 44 having a plurality of circumferential sealing beads 46 which can be pressed as a male plug and seal elements in a female receptacle of a partition wall to hold the PTC heating element 42 in a plug connection and in this seal.
  • the plug connection is usually provided in a partition wall which separates a circulation chamber, through which the fluid to be heated flows and in which the PTC heating element 42 is substantially provided, from a connection chamber in which the contact tongues 4a, 4b are electrically connected.
  • the connection chamber can have a printed circuit board, by means of which different PTC heating elements of the heater are combined to form a heating circuit and / or are supplied with current controlled by a power current.
  • the controller may also be provided within the connection chamber.
  • the sealing beads 46 are circumferentially surrounding the plastic of the upper bridge element 12 provided. As a result, the contact force is improved within the female plug element receptacle.
  • the product according to the invention is characterized in that the PTC element 22 is reliably contacted with its opposite end faces 34.
  • the contact surfaces 10 of the metal strips 2a, 2b are not only pressed against the PTC element 22 at. Rather, an elastic deformation is also impressed by the lateral distance between the convex contact surface 10 and the extension 32, which receives the pin 30, the contact spring web 8, which can be compensated during operation any possible Setzbeträge and / or thermal expansion within the PTC heating element 42 ,
  • the plastic frame 38 the heat-generating cell with the two current-carrying metal strips 2a, 2b, which are connected to different polarities, and the PTC heating element 22 completely sealed, since the plastic frame 38 only the insulating layers 26, 28 leaves free.
  • the bridge elements 12, 14 can also be connected by plugging with the metal strips 2a, 2b.
  • the attachment between the bridge elements 12, 14 and the metal strips 2a, 2b can be done for example by welding or gluing. Even positive connections are conceivable.
  • the bridge elements 12, 14 may each be formed in several parts, wherein the plurality of parts of a single bridge element can be joined together, including the metal strips 2a, 2b.
  • the metal strips 2a, 2b are preferably secured in this form-fitting within the bridge or the elements.
  • the metal strips are provided in the longitudinal direction in each case with a plurality of bridge elements, wherein in each case a receptacle is provided between adjacent bridge elements.
  • the illustrated PTC heating element 42 is suitable as a PTC heating element in a fluid heater. Due to the plastic frame 38, there is no risk that the fluid to be heated reaches the PTC element. In this case, the sealing bead 46 is sealingly received in a partition and the protruding over the plastic frame 38 lower bridge element 14 may be received in a recess which is recessed at the bottom of the circulation chamber. As a result, the PTC heating element 42 can be held in a predetermined arrangement and orientation within a fluid heater, as it basically from the EP 2 607 121 B1 . EP 2 440 004 B1 or EP 1 921 896 the applicant is known.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines PTC-Heizelementes, mit einem PTC-Element (22) und Kontaktblechen (2a, 2b), die mit Stirnseitenflächen (34) des PTC-Elementes (22) elektrisch leitend kontaktiert sind, bei dem das PTC-Element an seinen Stirnseitenflächen zuverlässig elektrisch mit Kontaktflächen kontaktiert wird. Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Kontaktbleche (2a, 2b) über elektrisch isolierbare Brückenelemente unter Freilassung einer Aufnahme für das PTC-Element (22) zu verbinden und die Kontaktbleche (2a, 2b) zur Ausbildung eines gegen die Stirnseitenfläche (34) anliegenden Kontaktvorsprungs (9) umzuformen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizelementes mit einem PTC-Element und Kontaktflächen zur elektrischen Kontaktierung des PTC-Elementes. Üblicherweise liegt bei PTC-Heizelementen, wie sie beispielsweise aus EP 1 253 808 A1 bzw. EP 1 395 098 A1 bekannt sind, eine elektrische Leiterbahn an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes an. Die Leiterbahn wird üblicherweise aus einem Kontaktblech gebildet, welches mit einem Positionsrahmen verbunden ist, beispielsweise abgedichtet in den Positionsrahmen eingesiegelt ist.
  • Insbesondere bei Hochvoltanwendungen in Elektrofahrzeugen ist es erforderlich, die Außenseite des Kontaktbleches elektrisch zu isolieren. Hierzu ist es aus dem zuvor erwähnten Stand der Technik bekannt, auf die Außenseite des Kontaktbleches eine Isolierlage aufzulegen.
  • PTC-Elemente haben selbstregelnde Eigenschaften. Mit zunehmender Erwärmung vermindert sich die Leistungsaufnahme, da der elektrische Widerstand des PTC-Elementes zunimmt. So ist man seit jeher um eine gute Wärmeauskopplung aus dem PTC-Element bemüht. Des Weiteren ist bei PTC-Heizelementen für die Kfz-Industrie auf eine kostengünstige Herstellung zu achten. Der Aufbau des PTC-Heizelementes muss skalierbar und auch bei großen Stückzahlen verlässlich innerhalb vorbestimmter Toleranzgrenzen herstellbar sein.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines PTC-Heizelementes anzugeben, bei dem das PTC-Element an seinen Stirnseitenflächen zuverlässig elektrisch mit Kontaktflächen kontaktiert wird.
  • Zur Lösung dieses Problems wird der vorliegenden Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Kontaktbleche über elektrisch isolierende Brückenelemente unter Freilassung einer Aufnahme für das PTC-Element miteinander verbunden. Es versteht sich von selbst, dass mehrere Brückenelemente zur Ausbildung mehrere Aufnahmen Verwendung finden können. Diese Brückenelemente sind üblicherweise in Abständen zueinander entlang von länglichen Kontaktblechen vorgesehen. In jeder Aufnahme kann ein oder mehrere PTC-Elemente vorgesehen sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Vorgehen wird das PTC-Element in die Aufnahme und zwischen die Kontaktbleche eingelegt. Hierbei liegen die Kontaktbleche so weit voneinander entfernt, dass die Aufnahme hinreichend groß bemessen ist, dass das PTC-Element ohne Beeinflussung durch die Kontaktbleche in die Aufnahme eingelegt werden kann. Erst danach wird zur Ausbildung von einem gegen die Stirnseitenfläche des PTC-Elementes anliegenden Kontaktvorsprung jedes Kontaktblech umgeformt.
  • Beim Umformen kann der Kontaktvorsprung ausgeformt werden. Alternativ kann bei einer Vorbearbeitung des Blechstreifens üblicherweise durch Stanzen der Kontaktvorsprung bereits ausgebildet, jedoch noch nicht in Richtung auf das PTC-Element zur Anlage an dasselbe umgeformt sein. So ist es denkbar, die Kontaktbleche mit länglichen Schlitzen zu versehen, durch welche die Kontaktvorsprünge als Streifen an einer Grenzschicht zu dem PTC-Element freigeschnitten werden. Beim nachfolgenden Umformen werden diese dünnen Stege in Richtung auf das PTC-Element umgeformt und gegen eine Stirnseitenfläche des PTC-Elementes angelegt, um eine solide elektrische Kontaktierung zwischen dem PTC-Element und dem jeweiligen Kontaktblech zu schaffen.
  • Bei der zuvor erwähnten Ausgestaltung, bei der üblicherweise durch die vorherige Stanzbearbeitung ein Kontaktfedersteg an dem Kontaktblech ausgeformt wird, erfolgt das Umformen des Kontaktfedersteges zur Anlage desselben gegen das PTC-Element bevorzugt durch ein sich konisch verbreiterndes Werkzeug, beispielsweise einen Stift, der in einen Schlitz zwischen dem Kontaktfedersteg und dem übrigen Material des Kontaktbleches eingebracht wird, um den Kontaktfedersteg in Richtung auf das PTC-Element umzuformen. Üblicherweise sind an einem Werkzeug zum Umformen der Kontaktfederstege in dieser Weise mehrere Stifte vorgesehen, die zeitgleich in die entsprechenden Schlitze eingebracht werden. Dabei wird wirtschaftlich und verlässlich ein Umformen der Kontaktfederstege erreicht. Das Werkzeug kann beispielsweise kraftgesteuert abgesenkt werden um sicherzustellen, dass die Kontaktfederstege mit vorbestimmter Anpresskraft an der Stirnseitenfläche des PTC-Elementes anliegen. Beim zeitgleichen Umformen von Kontaktfederstegen unterschiedlicher Kontaktbleche wird darüber hinaus dafür Sorge getragen, dass das PTC-Element an gegenüberliegenden Stirnseitenflächen identisch kontaktiert wird.
  • Beim Umformen der Kontaktvorsprünge werden die Kontaktbleche bevorzugt in einem Werkzeug aufgenommen, das an der Außenfläche der Kontaktbleche anliegt. Hierdurch werden die zum Umformen erforderlichen Kräfte widergelagert, sodass sich die Umformung an der mit dem PTC-Element in Kontakt zu bringenden Seite der Kontaktbleche zeigt, nicht aber an der gegenüberliegenden freien Außenseite der Kontaktbleche. Auch wird das Umformen der Kontaktfederstege kontrollierbar, da die eventuell überwachte Kraft zum Umformen der Kontaktfedervorsprünge ausschließlich zu einem Umformen in Richtung auf das PTC-Element führt.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die Kontaktbleche nach dem Umformen umspritzt. Vor dem Umspritzen wird bevorzugt eine Isolierlage auf das PTC-Element aufgelegt. Nach diesem Auflegen der Isolierlage ist üblicherweise das PTC-Element an seinen Hauptseitenflächen jeweils mit einer Isolierlage versehen, die eine keramische Isolierlage sein kann. Beispielsweise wird die Isolierlage durch eine Aluminiumoxid-Platte gebildet. Die Isolierlage wird bevorzugt gut wärmeleitend auf das PTC-Element aufgeklebt.
  • Beim Umspritzen der Kontaktbleche wird die Isolierlage randseitig mit einem Kunststoffmaterial eingesiegelt. Dabei wird aber die überwiegende Fläche der Isolierlage freigelassen, sodass das fertige PTC-Heizelement mit der Umspritzung an seiner Außenseite im Wesentlichen durch die Außenfläche der Isolierlage begrenzt ist, über welche mit hoher Wärmedichte ein Austrag der von dem PTC-Element generierten Wärme erfolgen kann.
  • Beim Umspritzen der Kontaktbleche wird üblicherweise das oder die Brückenelemente mit umspritzt. Diese können wiederum für sich durch Umspritzen mit den Kontaktblechen verbunden sein. Die Kontaktbleche können aber auch in Aufnahmen der Brückenelemente eingesteckt und so mit diesen verbunden sein.
  • Das Umspritzen der Kontaktbleche erfolgt bevorzugt mit einem elastischen Kunststoffmaterial, beispielsweise TPE, Elastomer oder Duomer. Dabei kann eines der Brückenelemente, welches aus einer harten Kunststoffkomponente wie beispielsweise Polyamid gebildet sein kann, mit einem Dichtkragen versehen sein, der eine Lamellendichtung aufweist, um das PTC-Element als steckbares Heizelement auszubilden, welches in eine Steckelementaufnahme einer Trennwand dichtend einsetzbar ist, die eine von dem zu erwärmenden Fluid durchflossene Zirkulationskammer von einer Anschlusskammer trennt, in welcher Kontaktzungen des PTC-Heizelementes zum elektrischen Anschluss freiliegen. Das die Kontaktfläche einsiegelnde Kunststoffmaterial ist bevorzugt so ausgewählt, dass es gute Benetzungseigenschaften zu der Oberfläche der Isolierlage hat.
  • Weiter bevorzugt sind die Kontaktbleche einseitig über eines der Brückenelemente zur Ausbildung besagter Kontaktzungen verlängert. So wird ein elektrisches Anschlusselement für das PTC-Heizelement in an sich bekannter Weise durch die jeweiligen Kontaktbleche gebildet.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen die Figuren verschiedene Phasen im Rahmen der Herstellung eines PTC-Heizelementes, und zwar
    • Figur 1
    eine perspektivische Seitenansicht der Blechstreifen des PTC-Heizelementes;
    Figur 2
    eine perspektivische Seitenansicht der mit Brückenelementen gefügten Blechstreifen des Ausführungsbeispiels;
    Figur 3
    eine perspektivische Seitenansicht des in einem Werkzeug vorgesehenen Zwischenerzeugnisses gemäß Figur 2;
    Figur 4
    eine perspektivische Seitenansicht gemäß Figur 3 beim Umformen der Kontaktbleche;
    Figur 5
    eine perspektivische Draufsicht gemäß den Figuren 3 und 4 am Ende des Umformens;
    Figur 6
    eine perspektivische Seitenansicht des Zwischenerzeugnisses nach dem Auflegen einer Isolierlage; und
    Figur 7
    eine perspektivische Seitenansicht nach dem Umspritzen des Zwischenerzeugnisses.
  • Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Seitenansicht von zwei Blechstreifen 2a, 2b, die jeweils identisch ausgebildet sind und Kontaktzungen 4a, 4b ausformen. Die Blechstreifen 2a, 2b sind stanzbearbeitet. Jedes der Blechstreifen 2a, 2b weist zwei Längsschlitze 6 auf, die Kontaktfederstege 8 ausbilden, die als einheitliche Segmente an den Blechstreifen 2a, 2b ausgeformt und jeweils mit einem Kontaktvorsprung 9 versehen sind, der eine konvexe Kontaktfläche 10 ausbildet.
  • Bei der Darstellung gemäß Figur 2 sind die Blechstreifen 2a, 2b durch ein oberes Brückenelement 12 und ein unteres Brückenelement 14 miteinander verbunden. Die Brückenelemente 12, 14 bestehen aus Kunststoff. Sie sind durch Umspritzen der Blechstreifen 2a, 2b mit diesen verbunden. Beim Umspritzen werden an den Blechstreifen 2a, 2b vorgesehene Bohrungen 16 teilweise durch an dem Spritzgießwerkzeug ausgebildete Stifte freigehalten. Lediglich das das untere Brückenelement 14 ausbildende Kunststoffmaterial durchsetzt jeweils eine im unteren Bereich (in Figur 1, rechts) des Blechstreifens 2a bzw. 2b vorgesehene Bohrung 16, sodass sich eine innige formschlüssige Verbindung zwischen dem Kunststoffmaterial des Brückenelementes 14 und den Blechstreifen 2a, 2b ergibt. Über die beiden Kunststoff-Brückenelemente 12, 14 sind die beiden Blechstreifen 2a, 2b in vorbestimmter Weise miteinander verbunden und auf Abstand gehalten.
  • Die Brückenelemente 12, 14 bilden jeweils Abstandshalter 18 aus, die in eine zwischen den beiden Blechstreifen 2a, 2b und den Brückenelementen 12, 14 ausgebildete Aufnahme 20 hineinragen. Damit wird ein in die Aufnahme 20 einzulegendes und in Figur 4 vorgesehenes PTC-Element 22 in vorbestimmter Weise relativ zu den Brückenelementen 18, 20 positioniert, wodurch die Luft- und Kriechstrecken zwischen dem PTC-Element 22 und einer durch die Blechstreifen 2a, 2b und die Brückenelemente 12, 14 gebildeten Halterung für das PTC-Element 22 einstellbar und kontrollierbar ist.
  • Das in Figur 2 gezeigte Zwischenerzeugnis ist in Figur 3 in einem Werkzeug 24 aufgenommen dargestellt. Dieses Werkzeug 24 ist H-förmig ausgebildet und formt U-förmige Aufnahmen für das untere Brückenelement 14 und das obere Brückenelement 12 zusammen mit den Kontaktzungen 4a, 4b aus. Diese Aufnahmen des Werkzeugs 20 fassen die Blechstreifen 2a, 2b randseitig ein. Zwischen den jeweiligen Aufnahmen ist ein mittlerer Steg des H-förmigen Werkzeugs 24 vorgesehen, der eine Auflagefläche für eine in Figur 3 wiedergegebene Isolierlage ausbildet, die vorliegend durch eine Aluminiumoxid-Platte 26 ausgebildet ist. Auf diese von dem Werkzeug 24 getragene Aluminiumoxid-Platte 26 ist das in Figur 2 gezeigte Zwischenerzeugnis aufgelegt. Die Aluminiumoxid-Platte 26 überdeckt danach teilweise die Blechstreifen 2a, 2b und ist mit Abstand zu den Brückenelementen 12, 14 vorgesehen, wie dies Figur 6 zu entnehmen ist. Die dort aufgelegte Isolierlage 28 hat identische Abmessungen wie die Isolierlage 26 in Figur 3.
  • Die Isolierlage 26 kann auf ihrer Innenfläche mit einem elektrisch gut leitenden Kleber versehen sein. Dieser kann mit gut wärmeleitfähigen Partikeln ganz oder teilweise gefüllt sein, um die Wärmeleitfähigkeit des Klebers zu verbessern. Auf die so vorbereitete Oberfläche der Isolierlage 26 wird das PTC-Element 22 aufgelegt (Figur 4). Dieses befindet sich nunmehr in der Aufnahme 20.
  • Danach greifen konische Stifte 30 in die Längsschlitze 6 ein. Diese haben dafür jeweils eine idealisiert kreisförmige Erweiterung 32, die in den Figuren 1 und 2 zu erkennen und für die Aufnahme des konischen Endes des Stiftes 30 angepasst ausgebildet ist. Die Stifte 30 sind insgesamt in einem einheitlichen nicht gezeigten Halteelement gehalten, welches relativ zu dem Werkzeug 24 beweglich ist. Im Rahmen der Absenkung der Stifte 30 in Richtung auf die Blechstreifen 2a, 2b dringen die Stifte 30 mit ihrem verjüngten konischen Ende in die Erweiterung 32 ein, um eine Verformung der Kontaktfederstege 8 zu bewirken. Denn die Außenseite der Blechseite 2a, 2b wird durch das Werkzeug 24 innerhalb der U-förmigen Aufnahme desselben daran gehindert, der durch die Stifte 30 aufgezwungenen Verformung nach außen auszuweichen. So werden die Kontaktfederstege 8 nach innen plastisch verformt. Die Kontaktflächen 10 legen sich zunächst gegen Stirnseitenflächen 34 des PTC-Elementes 22 an. Es sind die Stirnseitenflächen 34 an den Längsseiten des PTC-Elementes 22. Die an der Breitseite vorgesehenen Stirnseitenflächen, über welche diese elektrische Kontaktierung erfolgt, werden durch die Abstandshalter 18 auf Abstand zu den Brückenelementen 12, 18 gehalten. Bei fortschreitender Einbringbewegung und nach dem Anlegen der Kontaktfederstege 8 gegen die Stirnseitenflächen 34 ergibt sich eine elastische Verformung der Kontaktfederstege 8, so dass am Ende der Verformung der Kontaktfederstege 8 die Kontaktflächen 10 unter einer gewissen elastischen Vorspannung an den PTC-Elementen 22 stirnflächenseitig anliegen. Danach ist das PTC-Element 22 über die Kontaktflächen 10 elektrisch mit den jeweiligen Blechstreifen 2a, 2b verbunden. Das PTC-Element 22 ist auch über diese Pressung innerhalb eines durch die Blechstreifen 2a, 2b und die Brückenelemente 12, 14 gebildeten Gehäuses 36 gehalten (vgl. Figur 5). Während dieses Verformungsschrittes wird das PTC Element 22 durch ein durch das Werkzeug 24 gebildetes Auflager unterseitig unter Zwischenlage der Isolierlage 26 abgestützt. So wird das PTC Element 22 in Höhenrichtung mittig zwischen den Kontaktfederstegen 8 geklemmt.
  • Danach werden die Stifte 30 gezogen. Das Gehäuse 36 wird aus dem Werkzeug 24 entnommen. Es wird schließlich die weitere Isolierlage 28 auf das PTC-Element 22 aufgelegt, um ein Zwischenerzeugnis zu schaffen, bei dem die gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des PCT-Elementes 22 jeweils durch eine der Isolierlagen 26, 28 abgedeckt sind. Dieses Zwischenerzeugnis ist in Figur 6 dargestellt.
  • Das in Figur 6 gezeigte Zwischenerzeugnis wird danach durch ein üblicherweise elastisches Kunststoffmaterial umspritzt. Dieses Kunststoffmaterial durchsetzt auch die verbleibenden Bohrungen 16 der Blechstreifen 2a, 2b, die mit entsprechenden Bohrungen der Brückenelemente 14, 16 fluchten, so dass sich eine innige formschlüssige Verbindung zwischen dem Zwischenerzeugnis nach Figur 6 und dem Kunststoffrahmen 38 ergibt, das die Längsschlitze durchsetzt. Da die Längsschlitze 6 unmittelbar benachbart zu den Isolierlagen 26, 28 ausgespart sind, ergibt sich auch eine zuverlässige Abdichtung der Isolierlagen 26, 28 durch das Kunststoffmaterial des Kunststoffrahmens 38, das die Längsschlitze durchsetzt.
  • Dieses Kunststoffmaterial kann ein TPE, Silikon, ein Duromer oder ein Elastomer sein. Es kommt insbesondere auf eine gute Benetzung der Isolierlagen 26, 28 durch das entsprechende Kunststoffmaterial an. Das Kunststoffmaterial wird unter Auslassung im Wesentlichen der Hauptseitenflächen der Isolierlage 26, 28 umspritzt. So ergibt sich durch das umspritzte Kunststoffmaterial ein Kunststoffrahmen, der die Hauptseitenflächen der Isolierlagen 26, 28 im Wesentlichen freilässt und ein Fenster 40 ausbildet, in dem die Isolierlagen 26, 28 freiliegen. Die umfänglichen Ränder der Isolierlagen 26, 28 sind allerdings von dem Material des Kunststoffrahmens eingesiegelt und dementsprechend ergibt sich eine Abdichtung der Isolierlagen 26, 28 gegenüber dem Kunststoffrahmen 38. Wie Figur 7 verdeutlicht, überragen lediglich die Kontaktzungen 4a, 4b das so hergestellte Erzeugnis. Durch das elastische Material des Kunststoffrahmens 38 werden die Brückenelemente 12, 14 nur teilweise umhüllt. Das untere Brückenelement 14 überragt den Kunststoffrahmen 38 und bildet aus dem technischen Kunststoff des Brückenelementes 14 eine Halterung aus, über welche das in Figur 7 gezeigte PTC-Heizelement 42 in einem Heizergehäuse unterseitig positioniert werden kann. Auf der gegenüberliegenden Seite bildet das Kunststoffmaterial des Kunststoffrahmens 38 einen Dichtkragen 44 aus, der mehrere umlaufende Dichtwulste 46 hat, die als männliche Steck- und Dichtelemente in eine weibliche Aufnahme einer Trennwand eingepresst werden können, um das PTC-Heizelement 42 in einer Steckverbindung zu halten und in dieser abzudichten. Die Steckverbindung ist üblicherweise in einer Trennwand vorgesehen, die eine Zirkulationskammer, die von dem zu erwärmenden Fluid durchströmt ist und in welcher das PTC-Heizelement 42 im Wesentlichen vorgesehen ist, von einer Anschlusskammer trennt, in welcher die Kontaktzungen 4a, 4b elektrisch angeschlossen sind. Hierzu kann die Anschlusskammer eine Leiterplatte aufweisen, durch welche verschiedene PTC-Heizelemente des Heizers zu einem Heizkreis zusammengefasst und/oder mit Leistungsstrom gesteuert bestromt werden. Die Steuerung kann ebenfalls innerhalb der Anschlusskammer vorgesehen sein.
  • Die Dichtwulste 46 sind den Kunststoff des oberen Brückenelementes 12 umfänglich umgebend vorgesehen. Hierdurch wird die Anpresskraft innerhalb der weiblichen Steckelementaufnahme verbessert.
  • Das erfindungsgemäße Erzeugnis zeichnet sich dadurch aus, dass das PTC-Element 22 mit seinen gegenüberliegenden Stirnseitenflächen 34 zuverlässig kontaktiert ist. Die Kontaktflächen 10 der Blechstreifen 2a, 2b liegen dabei nicht nur verpresst gegen das PTC-Element 22 an. Vielmehr wird auch durch den Seitenabstand zwischen der konvexen Kontaktfläche 10 und der Erweiterung 32, die den Stift 30 aufnimmt, dem Kontaktfedersteg 8 eine elastische Verformung aufgeprägt, durch welche eventuelle Setzbeträge und/oder thermische Dehnungen innerhalb des PTC-Heizelementes 42 beim Betrieb kompensiert werden können. Durch den Kunststoffrahmen 38 ist die wärmeerzeugende Zelle mit den beiden stromführenden Blechstreifen 2a, 2b, die an unterschiedliche Polaritäten angeschlossen sind, und dem PTC-Heizelement 22 vollumfänglich eingesiegelt, da der Kunststoffrahmen 38 lediglich die Isolierlagen 26, 28 freilässt.
  • Die Brückenelemente 12, 14 können auch durch Aufstecken mit den Blechstreifen 2a, 2b verbunden werden. Die Befestigung zwischen den Brückenelementen 12, 14 und den Blechstreifen 2a, 2b kann beispielsweise durch Schweißen oder Kleben erfolgen. Auch formschlüssige Verbindungen sind denkbar. Darüber hinaus können die Brückenelemente 12, 14 jeweils mehrteilig ausgebildet sein, wobei die mehreren Teile eines einzelnen Brückenelementes miteinander unter Einschluss der Blechstreifen 2a, 2b gefügt werden können. Die Blechstreifen 2a, 2b werden bei diesem Fügen bevorzugt formschlüssig innerhalb des oder der Brückenelemente gesichert.
  • Des Weiteren ist es denkbar, mehrere Aufnahmen 20 in Erstreckungsrichtung der Blechstreifen 2a, 2b hintereinander vorzusehen. Dazu werden die Blechstreifen in Längsrichtung jeweils mit mehreren Brückenelementen versehen, wobei jeweils zwischen benachbarten Brückenelementen eine Aufnahme vorgesehen ist.
  • Das gezeigte PTC-Heizelement 42 eignet sich als PTC-Heizelement in einem Fluidheizer. Aufgrund des Kunststoffrahmens 38 besteht nicht die Gefahr, dass zu erwärmendes Fluid zu dem PTC-Element gelangt. In diesem Fall ist der Dichtwulst 46 in einer Trennwand dichtend aufgenommen und das über den Kunststoffrahmen 38 hinausragende untere Brückenelement 14 kann in einer Ausnehmung aufgenommen sein, die an dem Boden der Zirkulationskammer ausgespart ist. Hierdurch kann das PTC-Heizelement 42 in vorbestimmter Anordnung und Ausrichtung innerhalb eines Fluidheizers gehalten werden, wie er grundsätzlich aus der EP 2 607 121 B1 , EP 2 440 004 B1 oder EP 1 921 896 der Anmelderin bekannt ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 2a, 2b
    Blechstreifen
    4a, 4b
    Kontaktzunge
    6
    Längsschlitz
    8
    Kontaktfedersteg
    9
    Kontaktvorsprung
    10
    Kontaktfläche
    12
    oberes Brückenelement
    14
    unteres Brückenelement
    16
    Bohrung
    18
    Abstandshalter
    20
    Aufnahme
    22
    PTC-Element
    24
    Werkzeug
    26
    Isolierlage
    28
    Isolierlage
    30
    Stift
    32
    Erweiterung
    34
    Stirnseitenfläche
    36
    Gehäuse
    38
    Kunststoffrahmen
    40
    Fenster
    42
    PTC-Heizelement
    44
    Dichtkragen
    46
    Dichtwulst

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines PTC-Heizelementes, mit einem PTC-Element (22) und Kontaktblechen (2a, 2b), die mit Stirnseitenflächen (34) des PTC-Elementes (22) elektrisch leitend kontaktiert sind, bei dem die Kontaktbleche (2a, 2b) über elektrisch isolierbare Brückenelemente unter Freilassung einer Aufnahme für das PTC-Element (22) verbunden werden und die Kontaktbleche (2a, 2b) zur Ausbildung eines gegen die Stirnseitenfläche (34) anliegenden Kontaktvorsprungs (9) umgeformt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlegen des PTC-Elementes (22) in die Aufnahme (20) das Kontaktblech (2a, 2b) mit einem Kontaktfedersteg (8) versehen wird und dass nach dem Einlegen des PTC-Elementes (22) der Kontaktfedersteg (8) in Richtung auf das PTC-Element (22) umgeformt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umformen des Kontaktvorsprungs (9) die Kontaktbleche (2a, 2b) in einem Werkzeug (24) aufgenommen sind, das gegen die Außenfläche der Kontaktbleche anliegt.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (2a, 2b) nach dem Umformen umspritzt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umspritzen eine Isolierlage (26, 28) auf das PTC-Element (22) aufgelegt wird und dass beim Umspritzen die Kontaktbleche (2a, 2b) und die Isolierlage (26, 28) randseitig von einem Kunststoffrahmen (38) umgeben werden.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenelement (12, 14) durch Umspritzen mit den Kontaktblechen (2a, 2b) verbunden wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (2a, 2b) einseitig über eines der Brückenelemente (12, 14) zur Ausbildung von Kontaktzungen (4a, 4b) verlängert werden.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Element (22) beim Umformen durch ein durch das Werkzeug (24) gebildetes Auflager unterseitig abgestützt wird.
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