EP3405001B1 - Verfahren zum herstellen eines ptc-heizelementes - Google Patents

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EP3405001B1
EP3405001B1 EP18172444.4A EP18172444A EP3405001B1 EP 3405001 B1 EP3405001 B1 EP 3405001B1 EP 18172444 A EP18172444 A EP 18172444A EP 3405001 B1 EP3405001 B1 EP 3405001B1
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EP
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contact
ptc element
ptc
contact plates
insulating layer
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Michael Niederer
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Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Original Assignee
Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
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    • H01R43/20—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for assembling or disassembling contact members with insulating base, case or sleeve
    • H01R43/24—Assembling by moulding on contact members
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • 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 or.
  • EP 1 395 098 A1 are known, an electrical conductor path on opposite main side surfaces of the PTC element.
  • the conductor track is usually formed from a contact plate which is connected to a positioning frame, for example, is sealed in the positioning frame.
  • EP 2 547 171 A2 shows further PTC elements from the prior art.
  • PTC elements have self-regulating properties. As the temperature increases, the power consumption decreases because the electrical resistance of the PTC element increases. Efforts have always been made to ensure good heat extraction from the PTC element. Furthermore, PTC heating elements for the automotive industry must be manufactured in a cost-effective manner. The structure of the PTC heating element must be scalable and reliably producible within predetermined tolerance limits even with large quantities.
  • 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 plates are connected to one another via electrically insulating bridge elements, leaving a receptacle for the PTC element free.
  • several bridge elements can be used to form several recordings. These bridge elements are usually provided at a distance from one another along elongated contact plates.
  • One or more PTC elements can be provided in each receptacle.
  • the PTC element is inserted into the receptacle and between the contact plates.
  • 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 plates. Only then is each contact sheet deformed to form a contact projection resting against the end face of the PTC element.
  • the contact protrusion can be formed during forming.
  • the contact projection can usually already be formed by punching, but not yet reshaped in the direction of the PTC element for contact with the same. So it is conceivable to provide the contact plates with elongated slots through which the contact projections are cut free as strips at a boundary layer to the PTC element. During the subsequent reshaping, these thin webs are reshaped in the direction of the PTC element and placed against an end face of the PTC element in order to create solid electrical contact between the PTC element and the respective contact sheet.
  • the reshaping of the contact spring bar to rest it against the PTC element is preferably carried out by a conically widening tool, for example a pin, which is inserted into a slot is introduced between the contact spring bar and the remaining material of the contact plate in order to reshape the contact spring bar in the direction of the PTC element.
  • a conically widening tool for example a pin, which is inserted into a slot is introduced between the contact spring bar and the remaining material of the contact plate in order to reshape the contact spring bar in the direction of the PTC element.
  • a conically widening tool for example a pin, which is inserted into a slot is introduced between the contact spring bar and the remaining material of the contact plate in order to reshape the contact spring bar in the direction of the PTC element.
  • pins are provided on a tool for reshaping the contact spring bars in this way, and these pins are introduced into the corresponding slots at the same time.
  • the tool can, for example, be lowered in a force-controlled manner in order to ensure that the contact spring webs are in contact with the end face of the PTC element with a predetermined contact force.
  • care is also taken to ensure that identical contact is made with the PTC element on opposite end faces.
  • the contact plates are preferably received in a tool that rests on the outer surface of the contact plates. This counteracts the forces required for the deformation, so that the deformation is shown on the side of the contact plates that is to be brought into contact with the PTC element, but not on the opposite free outside of the contact plates. Also the reshaping of the contact spring bars controllable, since the possibly monitored force for deforming the contact spring projections leads exclusively to deformation in the direction of the PTC element.
  • the contact plates are overmolded after forming.
  • an insulating layer is preferably placed on the PTC element.
  • the PTC element is usually provided with an insulating layer on each of its main side surfaces, which can be a ceramic insulating layer.
  • the insulating layer is formed by an aluminum oxide plate.
  • the insulating layer is preferably glued to the PTC element with good thermal conductivity.
  • the insulating layer When the contact plates are overmolded, the insulating layer is sealed in with a plastic material at the edge. However, the predominant area of the insulating layer is left free, so that the finished PTC heating element with the encapsulation on its outside is essentially limited by the outer surface of the insulating layer, via which the heat generated by the PTC element can be discharged with a high heat density.
  • the bridge element or elements are usually also overmolded. These, in turn, can be connected to the contact plates by extrusion coating.
  • the contact plates can, however, also be inserted into receptacles in the bridge elements and thus connected to them.
  • the contact plates are preferably encapsulated with an elastic plastic material, for example TPE, elastomer or duomer.
  • One of the bridge elements which can be made of a hard plastic component such as polyamide, can be provided with a sealing collar which has a lamellar seal in order to form the PTC element as a plug-in heating element which can be inserted sealingly into a plug-in element receptacle of a partition which separates a circulation chamber through which the fluid to be heated flows from a connection chamber in which contact tongues of the PTC heating element are exposed for electrical connection.
  • the plastic material sealing the contact surface is preferably selected such that it has good wetting properties with respect to the surface of the insulating layer.
  • the Figure 1 shows a perspective side view of two sheet metal strips 2a, 2b, which are each designed identically and form contact tongues 4a, 4b.
  • the sheet metal strips 2a, 2b are stamped.
  • Each of the sheet 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 are each provided with a contact projection 9 which forms a convex contact surface 10.
  • the sheet metal strips 2a, 2b are connected to one another by an upper bridge element 12 and a lower bridge element 14.
  • the bridge elements 12, 14 are made of plastic. They are connected to the metal strips 2a, 2b by injection molding around them. During overmolding, bores 16 provided on sheet metal strips 2a, 2b are partially kept free by pins formed on the injection molding tool. Only the plastic material forming the lower bridge element 14 penetrates one in each case in the lower area (in Figure 1 , right) of the sheet metal strip 2a or 2b provided hole 16 so that an intimate, form-fitting connection between the plastic material of the bridge element 14 and the sheet metal strips 2a, 2b results.
  • the two sheet metal strips 2a, 2b are connected to one another in a predetermined manner and kept at a distance via the two plastic bridge elements 12, 14.
  • the bridge elements 12, 14 each form spacers 18 which protrude into a receptacle 20 formed between the two sheet metal strips 2a, 2b and the bridge elements 12, 14. This is to be inserted into the receptacle 20 and in Figure 4 provided PTC element 22 is positioned in a predetermined manner relative to the bridge elements 18, 20, whereby the air and creepage distances between the PTC element 22 and a holder for the PTC element formed by the sheet metal strips 2a, 2b and the bridge elements 12, 14 22 is adjustable and controllable.
  • This in Figure 2 intermediate product shown is in Figure 3 shown received 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 enclose the sheet metal strips 2a, 2b at the edge. Between the respective receptacles, a central web of the H-shaped tool 24 is provided, which has a support surface for an in Figure 3 Forms reproduced insulating layer, which is formed in the present case by an aluminum oxide plate 26. On this aluminum oxide plate 26 carried by the tool 24 is the in Figure 2 Intermediate product shown placed. The aluminum oxide plate 26 then partially covers the sheet metal strips 2a, 2b and is provided at a distance from the bridge elements 12, 14, like this Figure 6 can be found.
  • the insulating layer 28 placed there has identical dimensions to the insulating layer 26 in FIG Figure 3 .
  • the insulating layer 26 can be provided with an electrically highly conductive adhesive on its inner surface. 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 on the surface of the insulating layer 26 prepared in this way ( Figure 4 ). This is now located in the receptacle 20.
  • conical pins 30 engage in the longitudinal slots 6.
  • these each have an idealized circular extension 32, which is in the Figures 1 and 2 to be recognized and adapted to receive the conical end of the pin 30.
  • the pins 30 are held overall in a unitary holding element, not shown, which is movable relative to the tool 24.
  • the pins 30 penetrate with their tapered conical ends into the widening 32 in order to cause deformation of the contact spring bars 8. This is because the outside of the sheet metal side 2a, 2b is prevented by the tool 24 within its U-shaped receptacle from evading the outward deformation imposed by the pins 30.
  • the contact spring bars 8 are thus plastically deformed inward.
  • the contact surfaces 10 initially rest against the end face surfaces 34 of the PTC element 22. These are the end faces 34 on the long sides of the PTC element 22.
  • the end faces provided on the broad side, via which this electrical contact is made, are held at a distance from the bridge elements 12, 18 by the spacers 18.
  • the contact spring bars 8 As the insertion movement progresses and after the contact spring bars 8 have been placed against the end faces 34, there is an elastic deformation of the contact spring bars 8, so that at the end of the deformation of the contact spring bars 8 the contact surfaces 10 rest against the PTC elements 22 at the end face with a certain elastic pretension. Thereafter, the PTC element 22 is electrically connected to the respective sheet metal strips 2a, 2b via the contact surfaces 10.
  • the PTC element 22 is also held by this pressing inside a housing 36 formed by the sheet metal strips 2a, 2b and the bridge elements 12, 14 (cf. Figure 5 ). During this deformation step, the PTC element 22 is supported on the underside by a support formed by the tool 24 with the insulating layer 26 interposed. In this way, the PTC element 22 is clamped in the vertical direction between the contact spring bars 8.
  • This plastic material can be a TPE, silicone, a duromer or an elastomer.
  • the plastic material is overmolded, essentially omitting the main side surfaces of the insulating layer 26, 28.
  • the overmolded plastic material thus produces a plastic frame which essentially leaves the main side surfaces of the insulating layers 26, 28 free and forms a window 40 in which the insulating layers 26, 28 are exposed.
  • the circumferential edges of the insulating layers 26, 28 are, however, sealed in by the material of the plastic frame and accordingly the insulating layers 26, 28 are sealed against the plastic frame 38
  • Figure 7 shows, only the contact tongues 4a, 4b protrude beyond the product produced in this way.
  • the bridge elements 12, 14 are only partially enveloped by the elastic material of the plastic frame 38.
  • the lower bridge element 14 projects beyond the plastic frame 38 and forms a holder from the engineering plastic of the bridge element 14, via which the in Figure 7 PTC heating element 42 shown can be positioned on the underside in a heater housing.
  • the plastic material of the plastic frame 38 forms a sealing collar 44 which has several circumferential sealing beads 46 which can be pressed into a female receptacle of a partition wall as male plug-in and sealing elements in order to hold the PTC heating element 42 in a plug-in connection and to seal in this.
  • the plug connection is usually provided in a partition that separates a circulation chamber, through which the fluid to be heated flows and in which the PTC heating element 42 is essentially 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 various PTC heating elements of the heater are combined to form a heating circuit and / or are supplied with power in a controlled manner.
  • the control can also be provided within the connection chamber.
  • the sealing beads 46 are provided around the circumference of the plastic of the upper bridge element 12. This improves the contact pressure within the female plug-in 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 sheet metal strips 2a, 2b are not only pressed against the PTC element 22. Rather, the lateral distance between the convex contact surface 10 and the extension 32, which receives the pin 30, imposes an elastic deformation on the contact spring bar 8, by means of which any settling amounts and / or thermal expansions within the PTC heating element 42 can be compensated for during operation .
  • the bridge elements 12, 14 can also be connected to the sheet metal strips 2a, 2b by being pushed on.
  • the attachment between the bridge elements 12, 14 and the sheet metal strips 2a, 2b can be done for example by welding or gluing. Positive connections are also conceivable.
  • the bridge elements 12, 14 can each be formed in several parts, with the several parts of an individual bridge element being able to be joined to one another, including the sheet metal strips 2a, 2b.
  • the sheet metal strips 2a, 2b are preferably secured in a form-fitting manner within the bridge element or elements during this joining.
  • the sheet metal strips are each provided with a plurality of bridge elements in the longitudinal direction, a receptacle being provided between adjacent bridge elements.
  • the PTC heating element 42 shown is suitable as a PTC heating element in a fluid heater. Due to the plastic frame 38, there is no risk of fluid to be heated reaching the PTC element. In this case, the sealing bead 46 is sealingly accommodated in a partition wall and the lower bridge element 14 protruding beyond the plastic frame 38 can be accommodated in a recess which is cut out in 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 is basically from the EP 2 607 121 B1 , EP 2 440 004 B1 or EP 1 921 896 is known to the applicant.

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. Das Dokument EP 2 547 171 A2 zeigt weitere PTC-Elemente aus dem Stand der Technik.
  • 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 zunächst die Kontaktbleche (2a, 2b) über elektrisch isolierende Brückenelemente (12, 14) unter Freilassung einer Aufnahme (20) für das PTC-Element (22) verbunden werden, danach das PTC-Element (22) in die Aufnahme (20) eingelegt wird und schließlich die Kontaktbleche (2a, 2b) zur Ausbildung eines gegen die Stirnseitenfläche (34) des PCT-Elementes (22) 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 die Brückenelemente (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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