EP3416456B1

EP3416456B1 - Elektrische heizvorrichtung und ptc-heizelement für eine solche

Info

Publication number: EP3416456B1
Application number: EP18177252.6A
Authority: EP
Inventors: Patrick Kachelhoffer
Original assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2020-09-09
Anticipated expiration: 2038-06-12
Also published as: EP3416456A1; DE102017209990A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit zumindest einem in einer Zirkulationskammer angeordneten PTC-Heizelement mit einem Heizelementgehäuse, das zumindest ein PTC-Element und das PTC-Element bestromende Kontaktbleche als bauliche Einheit fügt und von elektrisch mit den Kontaktblechen verbundenen Kontaktzungen überragt ist, und mit einer Trennwand, die die Zirkulationskammer von einer Anschlusskammer trennt, in der die die Trennwand durchragenden Kontaktzungen des PTC-Heizelementes freiliegen und elektrisch angeschlossen sind. Eine solche elektrische Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 2 607 121 A1 bekannt.
Bei der elektrischen Heizvorrichtung nach EP 2 607 121 A1 sind in einem das Heizelementgehäuse ausbildenden Positionsrahmen mehrere PTC-Elemente aufgenommen, die an gegenüberliegenden Hauptseitenflächen mit einem Kontaktblech kontaktiert sind, welche mit dem Positionsrahmen verrastet sind. An einer Stirnseite wird das Heizelementgehäuse von Anschlussstutzen überragt, die einteilig an dem Heizelementgehäuse angeformt sind und über welche Dichtungshülsen aus Teflon mit einer an der Außenumfangsfläche vorgesehenen Labyrinthdichtung gezogen sind. An der den PTC-Elementen abgewandten Außenseite der Kontaktbleche sind jeweils Isolierlagen aufgebracht, die aus einer Kunststofffolie gebildet sind.
Aus der EP 1 253 808 A1 bzw. EP 1 395 098 A1 sind ähnliche PTC-Heizelemente bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird zumindest einseitig das Kontaktblech zusammen mit der Isolierlage bei der Herstellung des Heizelementgehäuses umspritzt, so dass lediglich die PTC-Elemente in die Öffnung des rahmenförmigen Heizelementgehäuses eingelegt und an der gegenüberliegenden Seite mit dem Kontaktblech und der Isolierung zu überdecken sind.
Eine solche Ausgestaltung stellt zwar gegenüber dem zuvor beschriebenen Stand der Technik eine fertigungstechnische Vereinfachung dar. Der Aufbau ist aber weiterhin relativ raumgreifend und aufwändig. Die vorliegende Erfindung will ein PTC-Element insbesondere für die Kraftfahrzeugindustrie angeben. In Kraftfahrzeugen, insbesondere im Bereich der Elektromobilität, kommen verstärkt PTC-Heizelemente zum Einsatz. Diese müssen sich kostengünstig herstellen lassen und möglichst leicht sein. Des Weiteren ist eine gute Wärmeauskopplung der von dem PTC-Element erzeugten Wärme gewünscht, da die PTC-Elemente selbstregelnde Eigenschaften haben und nur mit schlechtem Wirkungsgrad betrieben werden können, wenn die von dem PTC-Element erzeugte Wärme nur unzureichend abgeführt wird.
Die auf die Anmelderin zurückgehende EP 2 440 004 A1 offenbart eine elektrische Heizvorrichtung zur Erwärmung eines flüssigen Mediums offenbart. In der speziellen Beschreibung wird auch ein Heizelementgehäuse offenbart, welches als solches aus EP 1 921 896 A1 bekannt ist und in der elektrischen Heizvorrichtung gemäß EP 2 440 004 A1 verbaut ist.
Als gattungsgemäß wird die aus der JP H09 82503 A bekannte Heizvorrichtung angesehen, die ein zweiteiliges äußeres Gehäuse mit einem keramischen Gehäuseschalenelement und einem keramischen Gehäusedeckel hat, in welchem Gehäuse ein Halteteil aufgenommen ist, welches endseitig ein Kontaktblech positioniert und U-förmig zur Aufnahme eines elastischen Schaums ausgebildet ist, der das andere Kontaktblech randseitig positioniert und unter Vorspannung gegen das PTC-Element anlegt.
Bei einem Ausführungsbeispiel der JP H09 82503 A ist der Gehäusedeckel mit dem Gehäuseschalenelement verrastet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Gehäusedeckel mit dem Gehäuseschalenelement verschraubt.
Die CN 2 867 540 Y offenbart ein PTC-Heizelement mit einem rechteckigen Gehäuse aus Porzellan mit Aufnahmefächern für PTC-Elemente, die zwischen Kontaktblechen anliegen, von denen jeweils eines mit Federzungen ausgebildet ist. Die Kontaktbleche bilden jeweils über die eigentlichen Anlagebereiche hinaus verlängerte Kontaktzungen zum elektrischen Anschluss aus, die durch Schlitze einer Abdeckung 4 hindurchgeführt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein PTC-Heizelement einer solchen elektrischen Heizvorrichtung. Solche Komponenten werden seit jeher gewichtsoptimiert ausgebildet. Des Weiteren muss aufgrund der hohen Stückzahlen in der Kfz-Industrie auf eine wirtschaftliche Herstellbarkeit geachtet werden. Bei elektrischen Heizvorrichtungen mit PTC-Heizelementen sind des Weiteren Ausgestaltungen zu bevorzugen, die zu einer möglichst guten und symmetrischen Wärmeableitung der in dem PTC-Element erzeugten Wärme ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein PTC-Heizelement und eine elektrische Heizvorrichtung mit zumindest einem PTC-Heizelement anzugeben, die eine gute Wärmeauskopplung erlauben und gewichtsreduziert sind.
Zur Lösung dieses Problems wird mit dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein PTC-Heizelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses PTC-Heizelement hat ein Heizelementgehäuse, welches aus einem Gehäuseelement und einem Gehäusegegenelement gebildet ist. Üblicherweise wird das Heizelementgehäuse allein aus diesen beiden Gehäuseelementen geformt. Die beiden Gehäuseelemente liegen üblicherweise unmittelbar gegeneinander an. Sie schließen das PTC-Element abgedichtet zwischen sich ein. Dies bedeutet, dass die beiden Gehäuseelemente bevorzugt unmittelbar aneinander anliegen und einen abgedichteten Innenraum ausformen, in dem zumindest das PTC-Element und die elektrisch mit dem PTC-Element verbundenen Leiterbahnen aufgenommen sind. Die Dichtigkeit ist dabei derart, dass keine Feuchtigkeit und auch keine Umgebungsluft in den Innenraum des Heizelementgehäuses gelangt. Das Heizelementgehäuse fügt das Gehäuseelement und das Gehäusegegenelement in baulicher Einheit. Das Heizelementgehäuse ist dabei üblicherweise ausschließlich aus dem Gehäuseelement und dem Gehäusegegenelement gebildet, die den abgedichteten Innenraum ausbilden und umschließen. Weitere konstruktive Elemente sind üblicherweise nicht Bestandteil des Heizelementgehäuses. Insbesondere fehlt es üblicherweise an einer elastischen Dichtung zwischen den beiden Gehäuseelementen. Diese sind vielmehr unmittelbar aneinander anliegend gefügt, beispielsweise geschweißt oder geklebt. Beim Kleben erfolgt dabei das Fügen der beiden Gehäuseelemente unter Zwischenlage eines Klebefilms, der nur geringfügig im Fügebereich zwischen den beiden Gehäuseelementen aufträgt. So schließt das Heizelementgehäuse die Bauteile nicht nur ein, sondern verbindet die Leiterbahnen und das zumindest eine PTC-Element mittelbar oder unmittelbar miteinander. Üblicherweise fügt das Heizelement auch die Kontaktzungen, die elektrisch leitend mit den Leiterbahnen verbunden sind, so dass die Leiterbahnen über die außen freiliegenden Kontaktzungen mit unterschiedlicher Polarität bestromt werden können. Das Gehäuse wird regelmäßig allein von den Kontaktzungen durchragt, die das Gehäuse in diesem abgedichtet durchsetzen.
Mit der zuvor diskutierten bevorzugten Ausgestaltung, bei welcher das Heizelementgehäuse allein aus den beiden Gehäuseelementen gebildet ist, ergibt sich eine Einsiegelung des PTC-Elementes mit den Leiterbahnen allein durch die beiden keramischen Gehäuseelemente. Dabei ist bevorzugt zumindest eines der Gehäuseelemente schalenförmig ausgebildet, d.h. bildet eine Vertiefung aus, die von Rändern des Gehäuseelementes überragt ist und zur Aufnahme des wenigstens einen PTC-Elementes angepasst ausgebildet ist. Das andere Gehäuseelement kann plattenförmig ausgebildet und dichtend mit dem schalenförmigen Gehäuseelement verbunden sein. Ebenso gut können beide Gehäuseelemente schalenförmig ausgebildet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen ist eine Lösung zu bevorzugen, bei welcher die beiden Gehäuseelemente identisch ausgebildet und miteinander verbunden sind.
Die Verbindung der beiden Gehäuseelemente kann durch Kleben erfolgen. Das Kleber gegenüber Keramik eine relativ schlechte Wärmeleitfähigkeit hat, sollte die Klebeverbindung zur Abdichtung und Versiegelung der beiden Gehäuseelemente miteinander außerhalb des Wärmeleitweges liegen, der durch einander gegenüberliegende Hauptseitenflächen des PTC-Elementes gebildet ist und die daran anliegenden keramischen Gehäuseelemente durchsetzt. Als Hauptseitenflächen des PTC-Elementes sind diejenigen Seitenflächen zu verstehen, die die größte flächenmäßige Erstreckung haben. Dabei wird davon ausgegangen, dass das PTC-Element zwei sich parallel zueinander erstreckende und einander gegenüberliegende Hauptseitenflächen hat, die durch eine ringförmige Umfangsfläche oder polygonale, d.h. drei-, vier- oder mehreckig ausgebildete Seitenränder miteinander verbunden sind. Die Seitenränder erstrecken sich dabei üblicherweise rechtwinklig zu den Hauptseitenflächen. Die Hauptseitenflächen können mit einer Metallisierung versehen sein, gegen welche die Kontaktzungen anliegen. Die Metallisierung ist dabei auf das keramische PTC-Element aufgedampft oder aufgesputtert. Die Gehäuseelemente bilden die Außenfläche, regelmäßig die alleinige Außenfläche des Gehäuseelementes. So erfolgt die Wärmeabfuhr der durch das PTC-Element erzeugten Wärme unmittelbar und allein durch Wärmeleitung von dem PTC-Element durch die Gehäuseelemente zur Abgabe an das zu erwärmende Medium. Das Medium kann Luft sein. Bei dieser Ausgestaltung wird das PTC-Heizelement in einem Luftheizer verwendet. Alternativ kann das Medium auch eine Flüssigkeit sein, die das Heizelementgehäuse umfließt.
Vorzugsweise liegt das Gehäuseelement und/oder das Gehäusegegenelement zumindest teilweise unmittelbar an dem PTC-Element an. Üblicherweise wird auf separate Leiterbahnenelemente aus Blechstreifen verzichtet, die die Hauptseitenflächen des PTC-Elementes ganz oder teilweise abdecken. Vielmehr werden bevorzugt die Hauptseitenflächen der PTC-Elemente allein gegen Kontaktierungsenden der Kontaktzungen gelegt. Diese Verbindung ist bevorzugt eine elastische Verbindung, bei welcher die Stromeinleitung gegen das PTC-Element mit einer Kontaktfeder erfolgt, die als Federzunge einteilig an einem die Kontaktzunge ausbildenden Blechstreifen ausgeformt und unter elastischer Vorspannung gegen das PTC-Element angelegt ist. Der übrige Flächenanteil der Hauptseitenflächen der PTC-Elemente wird bei dieser Ausgestaltung unmittelbar von dem Gehäuseelement bzw. Gehäusegegenelement abgedeckt. Als unmittelbare Anlage wird jede Ausgestaltung verstanden, bei welcher das keramische Material des Gehäuseelementes ohne ein anderes strukturelles Bauteil an dem PTC-Element anliegt. Dieses kann durch Bedampfen oder dergleichen mit einer Metallisierung versehen sein. Diese Metallisierung auf der Oberfläche des PTC-Elementes ist dem PTC-Element selbst zugeordnet.
Bevorzugt ist zwischen dem Gehäuseelement und dem PTC-Element eine Klebeschicht vorgesehen. Diese Klebeschicht dient beispielsweise dem Ausgleich von Rauigkeiten des PTC-Elementes und verhindert Lufteinschlüsse zwischen der Oberfläche des PTC-Elementes und der Gegenfläche des Gehäuseelementes, die auch durch eine gewisse Rauigkeit der keramischen Gehäuseelemente begründet sein kann. Der Kleber hat zumindest eine bessere Wärmeleitung als Luft. Wenngleich die Klebeschicht etwaige Rauigkeiten ausfüllt, gilt weiterhin, dass bei einer solchen Ausgestaltung das Gehäuseelement bzw. Gehäusegegenelement unmittelbar an dem PTC-Element anliegt. Das Gehäuseelement bzw. Gehäusegegenelement und/oder das PTC-Element können eine Rauigkeit aufweisen, deren Spitzen die Klebeschicht durchsetzen und unmittelbar an dem jeweils anderen Element anliegen. Der Kleber wird zwischen einer Hauptseitenfläche und das zugeordnete Gehäuseelement bzw. Gehäusegegenelement üblicherweise volumetrisch zugefördert, sodass lediglich eine die Rauigkeiten ausfüllende Menge an Klebemasse zugeführt wird, die derart bemessen ist, dass zwar trotz der gegebenen Rauigkeiten jegliche Freiräume zwischen dem keramischen Gehäuseelement und dem PTC-Element ausgeglichen sind, indes die Spitzen der Rauigkeit weiter unmittelbar gegen das keramische Gehäuseelement bzw. Gehäusegegenelement anliegen. Als Kleber wird dabei bevorzugt Epoxid-Kleber, beispielsweise der Firma Polytec mit der Produktbezeichnung EP 655 verwendet.
Das bevorzugte Verkleben von PTC-Element und/oder Leiterbahn mit dem Gehäuseelement bzw. dem Gehäusegegenelement hat den weiteren Vorteil, dass bei der Herstellung des erfindungsgemäßen PTC-Elementes durch den Kleber eine Vorpositionierung und Vormontage gesichert wird. Der Kleber kann ein gut wärmeleitfähiger Kleber sein. Er kann mit gut wärmeleitendem Füllstoff versehen sein. Er muss nicht notwendigerweise elektrisch isolierend sein. In dieser Weise vorpositioniert werden üblicherweise danach das Gehäuseelement und das Gehäusegegenelement randseitig versiegelt, wie dies nachstehend beschrieben werden wird.
Die Gehäuseelemente sind üblicherweise mittels Sintern hergestellt. Dementsprechend sind die Gehäuseelemente konturiert ausgebildet mit einander zugeordneten Fügeflächen. Wie bereits zuvor erwähnt, kann eines der Gehäuseelemente schalenförmig ausgebildet sein. Ein solches Gehäuseelement kann beispielsweise eine Nut oder dergleichen ausbilden, die teilweise oder vollumfänglich umläuft und einen die Anlagefläche für das PTC-Element überragenden Rand des anderen Gehäuseelementes in sich aufnimmt. Diese Nut kann mit einem Kleber gefüllt sein, in welchen der Rand eintaucht, um das Gehäuseelement und das Gehäusegegenelement zu fügen und gegeneinander abzudichten. Der Kleber sollte ein dauerhaft elastischer Kleber sein, so dass auch bei längerem Einsatz des PTC-Heizelementes die gewünschte Dichtwirkung nicht verloren geht. Praktische Versuche haben indes gezeigt, dass die thermischen Wechselbelastungen des PTC-Heizelementes übliche Kleber dauerhaft ermüden. Jedenfalls sind Kleber weniger gut geeignet für PTC-Elemente, die in einem Kraftfahrzeug über beispielsweise 15 Jahre störungsfrei zum Einsatz kommen sollen. Dabei ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung insbesondere in der Hochvolttechnik Anwendung finden wird. Undichtigkeiten des PTC-Heizelementes, durch welche das zu erwärmende Medium unmittelbar zu dem PTC-Element und den stromführenden Bahnen innerhalb des Heizelementgehäuses gelangen kann, sind unbedingt zu vermeiden.
So ist es zu bevorzugen, das Gehäuseelement mit dem Gehäusegegenelement mittels Laserschweißen zu fügen. Dazu kann zwischen dem Gehäuseelement und dem Gehäusegegenelement ein Schweißhilfsmittel vorgesehen sein, welches im Zuge des Laserschweißens aufgeschmolzen wird, um beide Teile miteinander zu verbinden und abzudichten. Bevorzugt sind indes die Gehäuseelemente durch Keramik-Laserschweißen miteinander verbunden. In diesem Fall wird die Schweißnaht durch lokales Aufschmelzen bzw. Anschmelzen des Keramikmaterials zumindest eines der beiden Gehäuseelemente erzeugt. Die Schweißnaht bewirkt dabei zumindest ein Fügen und dauerhaftes Gegeneinanderlegen der beiden Gehäuseelemente. Bevorzugt dichtet die aus dem Keramikmaterial gebildete Schweißnaht auch die beiden Gehäuseelemente gegeneinander ab, so dass der Aufnahmeraum für das PTC-Element und die Leiterbahnen durch die Keramik-Schweißnaht abgedichtet sind.
Mit Blick auf die erforderliche Dichtigkeit kann zwischen den Gehäuseelementen aus Keramik auch eine Glaspaste eingebracht sein, die beim Laserschweißen aufgeschmolzen wird. Eine solche Ausgestaltung lässt sich bei verminderten Schweißtemperaturen von etwa 600° dicht schweißen. Beim Anschmelzen des das Gehäuseelement bildenden Keramikmaterials sind weitaus höhere Temperaturen an der Phasengrenze zwischen dem Gehäuseelement und dem Gehäusegegenelement von zumindest 1000°C notwendig. Als Glaspaste kann beispielsweise das Produkt ESL 4026 bzw. das Produkt ESL 4031-B der ESL Electroscience, King of Prussia, Pennsylvania, USA zum Einsatz kommen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist zumindest eines der Gehäuseelemente mit einem von den Kontaktzungen durchragten Flansch versehen. Zumindest eine Kontaktzunge ist als von der Leiterbahn separates Kontaktzungenelement hergestellt und in eine an dem Flansch ausgesparte Öffnung eingesetzt. Das Kontaktzungenelement ist bei dieser bevorzugten Ausgestaltung elektrisch mit der zugeordneten Leiterbahn verbunden, bevorzugt über eine elastische Federzunge, die durch Stanzen und Biegen aus dem das Kontaktzungenelement bildenden Material herausgebildet ist und elektrisch leitend an der Leiterbahn anliegt. Die Kontaktzungen bzw. Kontaktzungenelemente können in den Flansch eingeklebt sein. Sofern der Flansch aus einem anderen Material als Keramik ausgebildet ist, liegen die beiden Gehäuseelemente dichtend gegen den Flansch an. Hierzu kann der Flansch einen Dichtkragen haben, der von dem oder den Gehäuseelementen übergriffen ist.
Bevorzugt weist eines der Gehäuseelemente einen Flansch auf, der von den Kontaktzungen bzw. Kontaktzungenelementen durchragt ist und gegen das andere Gehäuseelement abgedichtet anliegt. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung wird der zuvor erwähnte Flansch durch eines der Gehäuseelemente selbst ausgebildet und ist danach aus Keramik geformt. Die Ausgestaltung ermöglicht eine vereinfachte Herstellung des erfindungsgemäßen PTC-Heizelementes, da das Heizelementgehäuse dieses PTC-Heizelementes allein durch die beiden keramischen Gehäuseelemente gebildet ist, die allein von den beiden Kontaktzungen bzw. Kontaktzungenelementen überragt sind.
Die mit dem nebengeordneten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene elektrische Heizvorrichtung ist in Anspruch 8 definiert. Sie hat als PTC-Heizelement das erfindungsgemäße PTC-Heizelement. Dieses durchragt zumindest mit den Kontaktzungen die Trennwand und ist ansonsten bevorzugt dichtend in die Trennwand eingesetzt, so dass in der Zirkulationskammer enthaltenes und zu erwärmendes Fluid nicht in die Anschlusskammer gelangen kann. Die Heizvorrichtung kann ansonsten gemäß EP 2 440 004 A1 , EP 1 872 986 A1 oder EP 2 607 121 A1 ausgebildet sein.
Dort befindet sich üblicherweise eine Leiterplatte, mit welcher die bevorzugt mehreren PTC-Heizelemente ggf. zu Heizkreisen gruppiert und elektrische an eine Stromversorgung ggf. unter Zwischenlage einer Steuerung für den Leistungsstrom elektrisch angeschlossen sind.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass das Heizelementgehäuse durch keramische Gehäuseelemente gebildet ist. Diese haben eine gute Wärmeleitfähigkeit. Im Übrigen hat keramisches Material eine relativ geringe Dichte. Der Wärmeleitweg zwischen dem PTC-Element und der Außenseite des Heizelementgehäuses ist verkürzt und geht üblicherweise allein von dem PTC-Element ggf. durch die Leiterbahn und durch das zugeordnete Gehäuseelement. Mit der guten Wärmeleitfähigkeit von Keramik ist somit eine gute Wärmeauskopplung der von dem PTC-Element erzeugten Wärme gewährleistet. Die Leiterbahn muss nicht notwendigerweise ganz oder teilweise an einer Hauptseitenfläche des PTC-Elementes elektrisch leitend daran anliegen. Vielmehr ist auch eine elektrische Kontaktierung über die Stirnseite des PTC-Elementes denkbar. In diesem Fall kann die Wärmeauskopplung direkt über die Hauptseitenfläche unter Umgehung der Leiterbahn erfolgen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels;
Figur 2: das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer anderen perspektivischen Explosionszeichnung; und
Figur 3: eine Längsschnittansicht des in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels.

Das in den Figuren gezeigte PTC-Heizelement 2 hat vorliegend ein einziges PTC-Element 4, welches in einem schalenförmigen Gehäuseelement 6 aufgenommen ist, das einen Flansch 8 ausbildet, der in einer Ausnehmung einer nicht gezeigten Trennwand einer elektrischen Heizvorrichtung dichtend einsetzbar ist. Der Flansch 8 bildet zwei sich parallel zu der Hauptseitenfläche des PTC-Elementes 4 erstreckende Halteöffnungen 9 aus. Der Flansch 8 überragt beidseitig eine mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Schale des Gehäuseelementes 6 und begrenzt diese Schale 10 stirnseitig. In die Schale 10 ist das PTC-Element 4 eingelegt. Das PTC-Element 4 hat eine etwas größere Höhe als die Schale 10. So wird die Schale 10 geringfügig von dem PTC-Element überragt. Das Gehäuseelement 6 ist mit einem Gehäusegegenelement 12 abdeckbar, welches in den Figuren 1 und 2 getrennt von dem Gehäuseelement 6 und dem PTC-Element 4 dargestellt ist. Das Gehäuseelement 6 wie auch das Gehäuseelement 12 bilden jeweils eine Kontaktzungenaufnahmekammer 14 aus, in welcher jeweils eine der mit Bezugszeichen 16 gekennzeichneten Kontaktzungen einbringbar ist (vgl. Fig. 3). Der Kontur eines äußeren Randes des Gehäusegegenelementes 12 folgt eine durch das Gehäuseelement 6 gebildete Anlagefläche 17 für den äußeren Rand. Diese Anlagefläche 17 wird teilweise durch den Flansch 8 ausgebildet (vgl. Fig. 1).
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Stromeinleitung in das PTC-Element 4 über eine an der Außenfläche des PTC-Elementes 4 vorgesehene, mittels PVC oder CVD auf das Keramikmaterial des PTC-Elementes 4 aufgebrachte Metallsierung, die eine Leiterbahn 18 ausformt. Die Leiterbahn 18 ist dementsprechend einteilig mit dem PTC-Element 4 vorgesehen. Zwischen der durch die Metallisierung 18 ausgebildeten Oberfläche des PTC-Elementes 4 und dem Gehäuseelement 6 bzw. dem Gehäusegegenelement 12 ist üblicherweise ein Kleber, beispielsweise ein Epoxy-Kleber vorgesehen, der Rauigkeiten auf der Oberfläche des PTC-Elementes 4 und/oder auf der Innenfläche des Gehäuseelementes 6 bzw. des Gehäusegegenelementes 12 ausgleicht, sodass die Gehäuseelemente 6, 12 vollflächig unmittelbar an dem PTC-Element 4 anliegen.
Wie Fig. 2 und Fig. 3 verdeutlichen, ist jede Kontaktzunge 16 aus einem separaten Kontaktzungenelement 20 ausgebildet. Das Kontaktzungenelement 20 hat die Längsseiten der Kontaktzunge 16 überragende Nocken 22, die durch Freischneiden des Blechmaterials der Kontaktzungenelemente 20 ausgebildet sind und als Anschläge für die Anlage des Kontaktzungenelementes 20 gegen die Außenfläche des Flansches 8 dienen. An dem die Nocken 22 in Richtung auf das PTC-Element 4 überragenden Abschnitt des Kontaktzungenelementes 20 ist durch Freischneiden und Biegen eine Kontaktfeder 24 ausgeformt. Diese Kontaktfeder 24 überragt die Ebene des das Kontaktzungenelement 20 ausformenden Blechmaterials in Richtung auf das PTC-Element 4 (vgl. Fig. 3).
Bei der Herstellung des gezeigten Ausführungsbeispiels werden zunächst die Gehäuseelemente 6, 12 durch Pressen und Sintern aus einem Keramikmaterial hergestellt. Der Flansch 8 wird dabei einteilig an dem Gehäuseelement 6 ausgeformt. Danach wird das Gehäuseelement 6 mit dem PTC-Element 4 bestückt, welches hierzu in die Schale 10 eingelegt wird, wobei zuvor auf das PTC-Element 4 und/oder das Gehäuseelement 6 der Kleber aufgebracht wurde. Danach wird das Gehäusegegenelement 12 auf das Gehäuseelement 6 aufgelegt. Auch hier wird zunächst zwischen das PTC-Element 4 und das Gehäusegegenelement 12 Kleber aufgebracht. Der Kleber härtet zunächst aus. Dabei werden die Gehäuseelemente 6, 12 von außen gegen das PTC-Element 4 gedrückt, um aufgrund der Rauigkeiten an der Phasengrenze zwischen dem PTC-Element und den Gehäuseelementen 6, 12 gegebene Hohlräume mit Kleber auszufüllen und so die Wärmeleitfähigkeit von dem PTC-Element 4 in Richtung auf die Gehäuseelemente 6, 12 zumindest über die Hauptseitenflächen des PTC-Elementes 4 zu verbessern. Unter Aufrechterhaltung des Druckes härtet der Kleber aus. Danach werden die Gehäuseelemente 6, 12 randseitig mittels Keramik-Laserschweißen miteinander verbunden. Zuvor kann der Fügebereich zwischen beiden Gehäuseelementen 6, 12 mit einer Paste, beispielsweise einer Glaspaste umlaufend belegt sein. Durch Keramik-Laserschweißen kann entweder das die Gehäuseelemente 6, 12 bildende Material an der Phasengrenze zwischen den beiden Gehäuseelemente 6, 12 aufgeschmolzen werden, um beide Gehäuseelemente 6, 12 dichtend miteinander zu verbinden. Alternativ oder ergänzend kann auch die Glaspaste durch das Laserschweißen angeschmolzen werden, um die Gehäuseelemente randseitig umlaufend abzudichten.
Wie Fig. 3 verdeutlicht, hat das Gehäusegegenelement 12 an seinem Rand einen Steg 26, der an dem Umfang des Gehäusegegenelementes 12 kontinuierlich umlaufend ausgeformt ist. Der Steg 26 greift in eine U-förmige Nut 28 ein, die randseitig an dem Gehäuseelement 6 ausgebildet ist. In diesem Bereich kann beispielsweise die Glaspaste eingefüllt werden, um eine möglichst gute Versiegelung des PTC-Elementes 4 zwischen den Gehäuseelementen 6, 12 zu erreichen.
Nach dem Laserscheißen ist das PTC-Element 4 zwischen dem Gehäuseelement 6 und dem Gehäusegegenelement 12 dichtend gegenüber der Umgebung eingesiegelt. Lediglich an dem Flansch 8 ausgebildete Halteöffnungen 9 kommunizieren mit dem Inneren des durch das Gehäuseelement 6 und das Gehäusegegenelement 12 gebildeten Heizelementgehäuses 30. Durch diese Halteöffnungen 9 werden nunmehr die beiden Kontaktzungenelemente 20 einschoben und eingepasst, bis die jeweiligen Kontaktfedern 24 elektrisch leitend mit der metallisierten Außenseite des PTC-Elementes 6 dadurch verbunden sind, dass die Kontaktfedern 24 elastisch gegen die Hauptseitenflächen des PTC-Elementes 6 anliegen.
Danach ist das Ausführungsbeispiel des PTC-Elementes fertig gestellt.
Bei einer Anordnung dieses PTC-Heizelementes in einer elektrischen Heizvorrichtung wird üblicherweise der Flansch 8 dichtend in einer Ausnehmung einer Trennwand eingesetzt, die eine Zirkulationskammer, in welche das PTC-Element mit den entsprechenden Gehäuseelementen 6, 12 hineinragt, von einer Anschlusskammer für den elektrischen Anschluss der Kontaktzungenelemente 20 trennt. Dabei können die Gehäuseelemente 6, 12 in der Zirkulationskammer freiliegen und von einem flüssigen und zu erwärmenden Medium angeströmt werden, wie dies beispielsweise aus EP 2 440 004 A1 bekannt ist. Es ist aber auch denkbar, Wellrippenelemente als Wärme abgebende Elemente beidseitig gegen die Hauptseitenflächen der Gehäuseelemente 6, 12 anzulegen und einen so gebildeten Heizstab in ein üblicherweise rahmenförmiges Gehäuse für die Lufterwärmung einzusetzen.

Bezugszeichenliste

2: PTC-Heizelement
4: PTC-Element
6: Gehäuseelement
8: Flansch
9: Halteöffnungen
10: Schale
12: Gehäuseelement
14: Kontaktzungenaufnahmekammer
16: Kontaktzunge
17: Anlagefläche
18: Leiterbahn
20: Kontaktzungenelement
22: Nocken
24: Kontaktfeder
26: Steg
28: U-Nut
30: Heizelementgehäuse

Claims

PTC-Heizelement (2) für eine elektrische Heizvorrichtung, mit einem Heizelementgehäuse (28), das zumindest ein PTC-Element (4) und das PTC-Element (4) bestromende Kontaktzungen (16) für den elektrischen Anschluss von elektrisch mit dem PTC-Element (4) verbundenen Leiterbahnen (18) als bauliche Einheit fügt,
und ein aus einer Keramik gebildetes Gehäuseelement (6) und einer aus einer Keramik gebildetes Gehäusegegenelement (12) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Gehäuseelemente (6, 12) dichtend gegeneinander anliegen und zwischen sich das PTC-Element (4) abgedichtet einschließen und von den Kontaktzungen (16) überragt sind.
PCT-Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (6) und das Gehäusegegenelement (12) unmittelbar zur Ausbildung eines abgedichteten Innenraums zur Aufnahme des PTC-Elementes (4) gegeneinander anliegen.
PTC-Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von Gehäuseelement (6) und Gehäusegegenelement (12) zumindest eines schalenförmig ausgebildet ist und das Heizelementgehäuse (28) allein als das das PTC-Element (4) dichtend einschließende Gehäuse ausgebildet ist und dass das Gehäuseelement (6) und das Gehäusegegenelement (12) unmittelbar an den die Wärme auskoppelnden gegenüberliegenden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes (4) anliegen.
PCT-Heizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuseelement (6) und/oder das Gehäusegegenelement (12) zumindest teilweise unmittelbar an dem PTC-Element (4) anliegt.
PTC-Heizelement nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest eines der Gehäuseelemente (6, 12) schalenförmig ausgebildet ist.
PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (6) und/oder das Gehäusegegenelement (12) unter Zwischenlage einer Klebeschicht unmittelbar an dem PTC-Element (4) anliegt.
PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseelemente (6, 12) durch Keramik-Laserschweißen miteinander verbunden sind.
PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Gehäuseelemente (6, 12) einen von den Kontaktzungen (16) durchragten Flansch (8) aufweist, und dass zumindest eine der Kontaktzungen (16) durch ein von den Leiterbahnen (18) separates Kontaktzungenelement (20) gebildet und in eine an dem Flansch (8) ausgesparte Halteöffnung (9) eingesetzt und elektrisch mit der zugeordneten Leiterbahn verbunden ist.
PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Gehäuseelemente (6) einen Flansch (8) ausbildet, der von den Kontaktzungen (16) durchragt ist und gegen den das andere Gehäuseelement (12) abgedichtet anliegt.
Elektrische Heizvorrichtung mit zumindest einem in einer Zirkulationskammer angeordneten PTC-Heizelement (2) mit einem Heizelementgehäuse (28), das zumindest ein PTC-Element (4) und das PTC-Element (4) bestromende und Kontaktzungen (16) als bauliche Einheit fügt, und von den elektrisch mit dem PTC-Element (4) verbundenen Kontaktzungen (16) überragt ist, und mit einer Trennwand, die die Zirkulationskammer von einer Anschlusskammer trennt, in der die die Trennwand durchragenden Kontaktzungen (16) des PTC-Heizelementes (2) freiliegen und elektrisch angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet,
dass das PTC-Heizelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (2) dichtend in die Trennwand eingesetzt ist.