EP3731595A1 - Ptc heating element and electric heating device comprising such a ptc heating element and method for producing a ptc heating element - Google Patents

Ptc heating element and electric heating device comprising such a ptc heating element and method for producing a ptc heating element Download PDF

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EP3731595A1
EP3731595A1 EP20170981.3A EP20170981A EP3731595A1 EP 3731595 A1 EP3731595 A1 EP 3731595A1 EP 20170981 A EP20170981 A EP 20170981A EP 3731595 A1 EP3731595 A1 EP 3731595A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
ptc
heating element
ptc element
ptc heating
Prior art date
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Pending
Application number
EP20170981.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Kurt Walz
Michael Niederer
Rüdiger FREITAG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Original Assignee
Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eberspaecher Catem GmbH and Co KG filed Critical Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Publication of EP3731595A1 publication Critical patent/EP3731595A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F24H1/10Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
    • F24H1/12Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
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    • F24H3/0405Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between
    • F24H3/0411Air heaters with forced circulation the air being in direct contact with the heating medium, e.g. electric heating element using electric energy supply, e.g. the heating medium being a resistive element; Heating by direct contact, i.e. with resistive elements, electrodes and fins being bonded together without additional element in-between for domestic or space-heating systems
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    • H05B2203/021Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the present invention relates to a PTC heating element for an electrical heating device.
  • the PTC heating element according to the invention has a housing which adds at least one PTC element, conductor tracks electrically connected to the PTC element and thermally conductive insulating layers lying against the PTC element as a unit and is surmounted by the contact tongues that supply current to the PTC element are electrically conductively connected with the conductor tracks with different polarity.
  • Such a PTC heating element is off, for example EP 2 190 256 A1 known.
  • This PTC heating element has a frame which has frame openings extending through the frame, in each of which at least one PTC element is received, which is provided on both sides with contact plates forming the conductor tracks.
  • a similar elongated PTC heating element is disclosed in US Pat EP 2 724 086 B1 , in which the aforementioned components forming a heating cell, namely the PTC element and the conductor tracks lying on it on both sides, are accommodated in a flat tube in the form of contact sheets with an insulating layer in between.
  • EP 2 190 256 A1 known solution a large number of parts to seal the PTC element and the current-carrying conductor tracks from the environment. Leaks can occur at the phase boundaries between the individual components, which endangers electrical safety.
  • the present invention is based on the problem of specifying a PTC heating element of the type mentioned above, which can be manufactured inexpensively and which allows the heat generated by the PTC element to be dissipated well.
  • the present invention proposes a housing which forms a receiving space which is designed to be adapted to receive the PTC element, the conductor tracks and the insulating layers.
  • This receiving space is formed by the housing, preferably by a deep-drawn part, the deep-drawn part already being closed on the underside after the forming process in the context of deep-drawing.
  • the housing or the deep-drawn part has a cup-shaped configuration that is closed on the underside and is only open on one side. On this side, the contact tongues protrude beyond the housing so that the PTC element can be electrically connected on this side.
  • the housing is preferably formed from sheet metal by forming.
  • a die and a punch preferably work together, the punch penetrating into the sheet metal material this drives ahead.
  • the sheet metal is diverted from the die and follows the movement of the punch.
  • a pot-shaped component is obtained which is closed on the underside.
  • the component consists of a metal sheet, so that the walls delimiting the receiving space are made of a material with good thermal conductivity.
  • the sheet can for example be a copper sheet or an aluminum sheet.
  • the housing is preferably formed from a cylindrical profile that is closed on one side and initially produced as an endless material.
  • the housing is preferably made of Al 99.5 or aluminum with a low proportion of Si, the proportion of Si not exceeding 5% by weight.
  • the receiving space is delimited in a cross-sectional view by two opposing, regularly aligned parallel to one another and covering the PTC element, flat inner surfaces and cavities, which adjoin the inner surfaces. These cavities are delimited on the outside by outer longitudinal edges of the housing which extend in the vertical direction of the PTC element.
  • Deformation segments which are plastically deformed in the direction of the receiving space, are provided between these outer longitudinal edges and the flat inner surfaces. The deformation segments are plastically deformed with respect to the inner surfaces and preferably the longitudinal edges. The deformation segments are then plastically deformed relative to the inner surfaces and preferably the outer longitudinal edges. The deformation segments usually adjoin the inner surface directly.
  • the deformation segments lie in the edge region of the receiving space and thus of the housing, but within the outer longitudinal edge.
  • the inner surfaces are placed against the PTC element under elastic pretension and with the insulating layer and the conductor track in between.
  • the cavities are preferably concave on the outside, for example polygonal, oval or circular segment-shaped and have a diameter which is greater than the distance between the inner surfaces.
  • This specification relates to the finished product as well as the housing before forming, in which the inner surfaces, which initially leave a free space for introducing the insulating layer together with the conductor tracks and the PTC element, are moved towards one another in order to be preloaded against the outer surfaces of the Apply insulation layer.
  • the PTC element or elements in the receiving space are covered by the inner surfaces.
  • the inner surface of the housing thus covers the main side surface of the PTC element and can preferably only protrude slightly above it.
  • the special design of the receiving space facilitates the elastic contact of the inner surfaces against the outer surfaces of the insulating layers.
  • the deformation takes place in the area of the cavities, i.e. by a deformation force acting exclusively against the longitudinal edges of the housing.
  • the diameter is not necessarily only to be understood as the inner dimension of a cavity with a circular segment shape in cross section.
  • the cavity can also have other shapes. It can have an oval or polygonal cross-sectional shape.
  • it is essential that the dimension of the cavity in the direction of the distance between the inner surfaces is greater than this distance and that the outer surface of the cavity or the deformation segments the outer surface of the housing where the housing is to be placed with its inner surface on the insulating layer, towers. This is because a forming tool acting against the edge regions of the housing engages this outer surface of the housing and applies the inner surfaces to the insulating layers with a certain prestress.
  • the insulating layer preferably comprises a layer made of an elastomer or silicone.
  • the thickness of the insulating layer should be a few tenths of a millimeter. For example, 1/10 to 3/10 mm.
  • the insulating layer should have certain damping properties in order to compensate for local stresses when pressing the housing in such a way that the PTC element does not break.
  • the insulating layer can have a ceramic plate, in particular an Al 2 O 3 plate, preferably as a further layer in connection with the above-mentioned plastic layer and optionally an adhesive layer.
  • the housing preferably has at least one reinforcement, preferably formed by the deep-drawn part, which holds at least two of the PTC element, conductor track and insulating layer against one another under prestress in the housing.
  • the PTC element, the conductor tracks and the insulating layers provided on the outside are usually received as parallel layers in the receiving space.
  • the insulating layers can be made in one piece, for example by turning over a film that connects two insulating layers to one another via a lower fold.
  • that area of the PTC element which is provided close to the closed end of the deep-drawn part is referred to as the bottom.
  • the closed end is usually that end which is provided in front of the punch in the direction of movement of the punch during deep drawing.
  • the reinforcement of the housing is preferably provided in the area of the outer longitudinal edges and / or in the area of the inner surfaces. In contrast, the deformation segments in which the plastic deformation takes place are less pronounced.
  • the reinforcement can be formed by shaping and / or thicker walls.
  • the aforementioned spherical design is a type of reinforcement of the housing in the area of the outer longitudinal edges.
  • the reinforcement on the housing can be formed by a stiffening rib produced by means of deep drawing or a spherical configuration of opposite main side walls of the housing or parts of these walls. This spherical configuration is shown on the outside of the housing, whereas the inner surfaces corresponding to it are plane-parallel and bear against the insulating layers.
  • the inner surface is flat and extends parallel to a main side surface of the PTC element, whereas the outer side of the housing is convex opposite to the main side surface. Accordingly, in a cross-sectional view, the housing has a greater thickness in the center of the inner surface than at the edge of the inner surface.
  • the convex design can be essential to the invention, i.e. the features of claim 3 can define a PTC heating element according to the invention with the preamble features of claim 1.
  • the thickness ratio between the largest and smallest wall thickness of the housing should be between 3/1 and 5/1.
  • the smallest wall thickness should preferably not be greater than 1mm.
  • the present invention proposes to improve or ensure the close contact of the PTC element, conductor tracks and insulating layers, which is preferable for good heat extraction, by means of a pretensioning force established by the housing.
  • a pretensioning force established by the housing.
  • the above-mentioned parts can first be glued in the context of pre-assembly.
  • the bond between the PTC element and the conductor tracks is usually cured under pressure so that these layers are kept as close as possible to one another until the adhesive has cured.
  • the pretensioning ensures that the housing rests on the outside against the insulating layer under pretension, the pretensioning being passed on to the phase boundary to the conductor track and / or the PTC element even in the case of previous gluing.
  • the conductor track can be electrically contacting and connected to the main side surface of the PTC element.
  • the conductor track can be a continuous sheet of metal.
  • the conductor track can also be formed by a metal structure provided with openings, for example a metal grid, an expanded metal or a metal mesh.
  • the conductor tracks can be applied entirely or partially in an electrically conductive manner against the end faces of the PTC element. In this case, the main side surfaces of the PTC element are usually hardly or not at all covered with the conductor track. Thus, the heat extraction does not have to take place via the main side surface through the conductor track.
  • the main side area of the PTC element is usually understood to be the largest area of the PTC element.
  • PTC elements are usually cuboid or plate-shaped.
  • An edge surrounding the main side surfaces usually has a height of less than one tenth of the length or the width of the PTC element, the width and length spanning the main side surface.
  • the PTC heating element according to the invention has a ground connection tongue that is electrically connected to the housing.
  • This ground connection tongue can protrude from the housing in a direction parallel to the extension direction of the contact tongues.
  • the ground connection tongue is used for the electrical connection of the housing to a ground pole.
  • the housing can have a retaining rib opposite the contact tongues. In the case of a housing designed as a deep-drawn part, this retaining rib is usually formed by deep-drawing. After deep-drawing, the housing does not require any post-processing to form the corresponding retaining rib.
  • the holding rib is usually provided in order to position the housing in a heating housing, which for this purpose has a receptacle adapted to receive the holding rib on its arch, as is basically the case EP 3 334 242 A1 is known for another example of a PTC heating element.
  • the heater housing has electrically conductive properties or at least forms an electrically conductive base, the housing of the PTC heating element according to the invention can be electrically connected via the retaining rib.
  • the PTC heating element with its housing is connected to ground via the bottom of the heater housing.
  • the PTC heating element according to the invention has a sealing element made of a flexible plastic, which seals an opening in the housing and is protruded by the contact tongues.
  • This seal is usually shaped as a labyrinth seal.
  • This sealing element consists e.g. made of a flexible plastic such as silicone or TPE.
  • the housing usually forms a collar which is circumferentially surrounded by a labyrinth seal of the sealing element.
  • This collar leads to a certain stiffening in the area of the seal, so that the sealing element can be inserted with good press-in force into a female plug contact receptacle of a heater housing, which has a connection chamber for the electrical connection of the PTC element and a circulation chamber that is separated from each other via a partition of the heater housing are separated fluid-tight. This results in a good seal in the area of the female plug-in element receptacle.
  • that PTC heating element positioned through the plug contact in the partition and held at least temporarily for assembly purposes.
  • the sealing element protrudes beyond the housing in the longitudinal direction of the contact tongues.
  • the sealing element can accordingly be compressed in the insertion direction, so that the sealing element expands in the female plug-in element receptacle and fills it as completely as possible, thereby improving the tightness.
  • the housing has a retaining edge in particular to counter this compression movement of the sealing element.
  • the sealing element rests against this retaining edge.
  • the retaining edge is usually formed by the deep-drawn part itself and is therefore the result of a deformation of the sheet metal material during deep-drawing of the housing.
  • the PCT heating element preferably has a lead-through segment made of an electrically insulating material, which is inserted in the manner of a plug into a free end of the deep-drawn part through which the contact tongues protrude and which forms lead-through channels for the contact tongues.
  • This lead-through segment gives the contact tongues a lateral guide in the area in which they are extended beyond the housing.
  • the leadthrough segment prevents direct electrical contact between the contact tongues and the housing made of sheet metal, so that the insulation of the electrically conductive housing is not impaired.
  • the lead-through segment is preferably designed in one piece with a frame which surrounds the PTC element at least partially, usually completely.
  • the frame usually forms a receiving opening for the at least one PTC element, which is formed by frame spars completely surrounding the PTC element, which are usually arranged as thin webs between the PTC element and the inner wall of the deep-drawn part.
  • the bushing segment can be formed in one piece with the aforementioned frame and form half-shells for guiding the contact tongues, in which the contact tongues are circumferentially guided, held and insulated after a bushing segment cover has been placed on the bushing segment.
  • the connection between the frame and the leadthrough segment cover is usually made by hot caulking of pegs, which penetrate holes recessed in the contact tongues, so that the contact tongues and the conductor tracks attached to them are prepositioned.
  • the conductor tracks are preferably formed from sheet metal as contact sheets. They usually have form-locking elements at their lower end, which are formed from the sheet metal material by punching and bending and are engaged in receptacles that are formed by the frame, in particular by our cross member of the frame.
  • a preassembled assembly can be generated by the frame, which combines the frame, the lead-through segment and the two contact plates and the PTC element (s) provided in between to form a unit.
  • the bushing segment consists of the bushing segment provided on the frame side and the bushing segment cover.
  • the present invention proposes an electrical heating device with at least one PTC element of the type described above arranged in a circulation chamber, the contact tongues protruding from the housing protruding through a partition into a connection chamber of a heater housing, in which the contact tongues are used for energizing of the PTC element are connected to a power source with different polarity.
  • the partition of the heater housing forms a female plug contact receptacle in which the PTC element is usually inserted in a sealed manner, preferably held in a frictionally engaged manner via the sealing element, at least for assembly purposes.
  • the present invention proposes a method for producing a PTC heating element of the type mentioned at the beginning.
  • the PTC element, the conductor tracks and the insulating layer are introduced into a receiving space of the housing through an opening formed through the housing.
  • the housing was preferably designed as a deep-drawn part beforehand.
  • the direction in which the punch drives the sheet metal material in front of it corresponds to the direction in which the aforementioned elements are introduced into the receiving space.
  • the deep-drawing only forms one opening to the receiving space. Opposite the opening, the deep-drawn part is closed, since only the formed sheet metal is provided on this side.
  • the housing is finally reshaped by circumferential forces acting solely on the edge areas of the housing, so that opposing inner surfaces of the housing are placed against the components introduced into the receiving space, i.e. the PTC element, the conductor tracks and / or the insulating layer .
  • the function of the insulating layer which is one or more layers, is to interact directly with the inner surfaces of the housing, ie to rest against them. These inner surfaces are usually parallel to the main side surfaces of the PTC element.
  • the deformation forces act exclusively on those areas of the deep-drawn part which, as an edge, lie outside a projection surface of the main side surfaces of the PTC element on the inner surface of the housing. Accordingly, the deformation forces do not act directly against the main side surfaces of the PTC element and the layers resting against them, for example the insulating layers. A gentle deformation of the housing is achieved in this way.
  • the material of the housing can be reshaped between the lateral edges, which in the preferred deep-drawing usually extend parallel to the direction of movement of the punch, and the layers provided in the receiving space, so that a certain pretension can be achieved by externally convex curvature of the edge areas, with which the inner surfaces rest against the layers introduced into the receiving space.
  • This free space may be covered by the insulating layer, which can be applied as a plastic film over the PTC element or the conductor track and at the same time at least partially covers the longitudinal bars. This ensures that the deformation of the housing does not lead to any direct electrical contact between parts of the housing, for example with the circumferential edge of the PTC element or with a conductor track lying against it.
  • the reshaping is preferably carried out in a die with an upper part and a lower part, which have shaped surfaces that interact with the outside of the deep-drawn part outside the PTC element, that is to say laterally next to the PTC element as described above.
  • the deep-drawn part is preferably formed in the die with a block pressing.
  • this block pressing at least the opposing longitudinal edges of the housing are framed both on the upper and lower sides in the direction of movement of the die and at right angles thereto and thus on the edge side. This prevents the metallic material of the deep-drawn part from evading the forming movement to the outside. Rather, this results in a deformation of the inwardly directed curvature of a usually convex longitudinal edge of the housing. Depending on the tolerances of the housing, but in particular of the components accommodated in the receiving space, the deformation can be more or less pronounced. However, the process is set in such a way that the forming movement results in a pretensioned contact between the components of the PTC heating element accommodated in the receiving space.
  • Figure 1 shows a perspective top view of a heater housing, identified with reference number 2, of an electrical heating device designed as a water heater.
  • the heater housing 2 has a housing pan element 4 made of plastic.
  • the heater housing 2 forms an inlet connector 6 and an outlet connector 8, which in the present case are formed in one piece on the housing pan element 4.
  • the nozzles 6, 8 are designed as hose connection nozzles and form an inlet opening 10 or an outlet opening 12 to a circulation chamber identified by reference numeral 14.
  • the circulation chamber 14 is separated from a connection chamber 18 by a partition 16 made of plastic and is sealed off from the latter.
  • the partition 16 forms female plug-in element receptacles 20 for PTC heating elements 22, which are inserted sealingly into the female plug-in element receptacles 20 and are supported on a base 24 of the housing pan element 4.
  • the Figures 3 to 9 illustrate details of the PTC heating element 22, which in the present case only has one PTC element 30, which is covered with an insulating layer 34 on its mutually opposite main side surfaces 32.
  • the insulating layers 34 are formed by a plastic film, for example from Kapton.
  • the PTC element 30 is designed as a plate with a width B and a length L which are greater by a factor of at least 10 than a thickness which corresponds to the distance between the two main side surfaces 32.
  • Contact plates 38 are provided on opposite main side surfaces 32, which are glued to the PTC element 30 and thus connected in an electrically conductive manner to a surface metallization of the PTC element 30, which can be applied as a layer by means of PVD or CVD.
  • the contact plates 38 can also only be placed on the PTC element 30.
  • Each contact sheet 38 forms a contact surface 40 which rests in an electrically conductive manner on the main side surface 32 of the PTC element 30, a contact tongue 42 protruding beyond the PTC element 30 on one side and a latching tongue 44 protruding on the opposite side, hereinafter referred to as the underside out.
  • the contact surface 40 is provided congruently with the main side surface 32 of the PTC element 30.
  • the insulating layer 34 lies on the side facing away from the PTC element 30 on the contact sheet 38 and covers it.
  • the PTC element 30 is received in a frame 46 which for this purpose has a frame opening 48 which is delimited by longitudinal spars 50 and transverse spars 52, 54.
  • the lower transverse bar 54 has two locking openings 56 for receiving the locking tongues 44.
  • the upper transverse bar 52 is formed in one piece with a lead-through element base 58 which, together with a lead-through segment cover 60, forms a type of plug over which a stop collar 61 projects.
  • This stop collar 61 is surmounted by half-shells 62 formed by the frame 46, from which pins 64 protrude.
  • the leadthrough segment cover 60 has bores 66 and half-shells 68 aligned with these.
  • one of the contact plates 38 is first inserted with its contact tongue 44 into the half-shell 62.
  • the pin 64 is in this case through a bores cut out on the contact tongue 44 carried out.
  • the latching tongue 44 of the contact plate 38 is introduced into the associated locking opening 56.
  • the frame 46 has a base formed by the contact plate 38 on which the PTC element 30 is placed.
  • the further contact sheet 38 is then inserted into the other of the two half-shells 62 in the manner described above and placed on the main side surface 32 of the PTC element 30.
  • the lead-through segment cover 60 is then applied so that the pins 64 are inserted into the bores 66 and the half-shells 68 of the cover 60 complete the half-shells 62 of the base 58. Thereafter, the respective contact tongues 42 are accommodated in an insulating manner in a feed-through channel 70 formed by the half-shells 62, 68 and extended beyond the frame 46 (cf. Figure 4 ). The pins 64 can then be heat staked to secure the base 58 and cover 60 together.
  • the structural unit produced in this way is covered with insulating layer 34.
  • the plastic film forming the insulating layer 34 is folded over around the lower cross member 54 at the lower end of the frame, so that parallel legs are produced which are each formed by the uniform film and form the insulating layers 34.
  • the unit produced in this way is placed in a housing 72, which in the present case is formed from sheet metal by deep drawing and is provided with a single opening 74, the area of the housing 72 opposite the opening 74 being closed and provided with a retaining rib 76 which is connected in a the bottom 24 of the heater housing 2 recessed receiving groove for positioning the PTC heating element 22 in the heater housing 2 cooperates.
  • the preassembled unit is introduced into a receiving space 78 of the deep-drawn part 72 through the opening 74.
  • the stop collar 61 strikes the edge of the opening 74, whereby the installation position of the frame 46 and thus the components of the PTC heating element 22 held by the frame 46 and placed around the frame 46 is predetermined.
  • the deep-drawn part 72 forms a retaining edge 80 which runs parallel to the edge of the opening 74 around the deep-drawn part 72 and between it and the opening 74 forms a collar 82 which forms a contact surface for a sealing element 84.
  • the sealing element 84 is made of a flexible plastic, for example TPE or silicone, and has passage openings 86 for the half-shells 62, 68 connected to one another.
  • the sealing element 84 can be produced separately and joined to the frame 46 and the deep-drawn part 72. Alternatively, it is also possible to connect the sealing element 84 to the frame 46 and the deep-drawn part 72 by insert molding.
  • the sealing element 84 is supported on the retaining edge 80, which is formed by the deep-drawn part 72 itself and is formed by deep-drawing the sheet metal material. All of the contours and projections provided on the deep-drawn part 72 are realized by deep-drawing and are the result of the metal sheet metal forming process. Only the opening 74 is formed by cutting off the excess sheet metal and optionally deburring it.
  • the contact tongues 44 protrude beyond the free ends of the joined half-shells 62, 68 and can be used as male plug-in elements of a plug-in connection to the PTC heating element 22.
  • the sealing element 84 is located at a distance from the end face of the joined half-shells 62, 68.
  • the deep-drawn part 72 is reshaped in the region of its longitudinal edges 88.
  • the deep-drawn part 72 is introduced into a die 90 with an upper part 92 and a lower part 94, which are basically identical in shape.
  • Figure 9 It can be seen that the two parts 92, 94 each form a deforming edge 96 which is placed against the outer surface of the deep-drawn part 72.
  • the point of application of the forming edge 96 lies laterally in the sectional view next to the transverse extension of the PTC element 30 and the associated contact plates 40.
  • the forming edge 96 engages in a free space between the associated longitudinal spar 50 and the PTC element 30 or the contact surface 40 is left free and is only bridged by the insulating layer 34, which at least partially projects beyond the respective longitudinal spar 50.
  • the deep-drawn part 72 is thus formed only in the area of its longitudinal edges 88.
  • the curvature of the longitudinal edges 88 of the deep-drawn part 72 produced by deep-drawing, initially basically semicircular-shaped by deep-drawing, are bent more inward, as a result of which the inner surfaces of the deep-drawn part extending parallel to the main side surfaces 32 are placed under pretension against the surfaces of the insulating layers 34.
  • the die 90 grips the respective longitudinal edges 88 both in the direction of movement of the two parts 92, 94 and on the outside of the deep-drawn part 72.
  • the deep-drawn part 72 inserted into the die 90 touches with its outer sides defined by the longitudinal edges 88 the die 90.
  • the metallic material of the deep-drawn part 72 can accordingly only be formed in the direction of the PTC element 30.
  • the deformation edge 96 does not act directly against the PTC element 30, so that damage to it during deformation is largely avoided.
  • the reshaping results in an elastic pre-tension, which results in reliable heat dissipation through good heat conduction from the PTC element 30 through the contact plates 40 and the insulating layer 34 to the inner surface of the deep-drawn part 62 and through this through heat conduction to the outside.
  • the deep-drawn part 72 is convex with its main side surface.
  • An inner surface 98 extends flatly towards the main side surface 32 of the PTC element 30, whereas the outer side of the deep-drawn part 72 opposite the main side surface 32 is convex. Accordingly, the deep-drawn part 72 in a cross-sectional view in the middle of the inner surface 98 has a greater thickness than at the edge of the inner surface 98. This configuration improves the pretension and strength of the deep-drawn part 72 for applying an external contact pressure to the elements of the PTC heating element mounted in the receiving space 78 22nd
  • the flat inner surface 98 of the deep-drawn part 72 merges at the edge into a basically circular segment-shaped cavity.
  • the aforementioned deformation of the deep-drawn part 72 takes place only in the area of this cavity.
  • the still open C-shaped claw formed by the cavity is after the forming and in Figure 8 clearly more closed.
  • the diameter of each cavity of the deep-drawn part 72 provided on the longitudinal edges of the deep-drawn part 72 is reduced by the forming processing, as a result of which the opposing inner surfaces 98 are placed against one another and under pretension against the insulating layer 34.
  • a deformation segment 99 is formed by the housing between an outer longitudinal edge 97 and the inner surface 98.
  • This deformation segment 99 is plastically deformed in the direction of the receiving space 78.
  • four such deformation segments 99 are provided.
  • two deformation segments 99 are provided between the inner surface 98 and the outer longitudinal edge 97. It is sufficient, however, for the preloaded contact of the inner surfaces 98 against the PTC element 30 to merely provide appropriate deformation segments 99 on the upper side, for example, and to plastically deform them in order to introduce an internal preload force into the housing. It does not matter whether the housing is manufactured by deep drawing or otherwise.
  • the deformation segments 99 are deformed, the outer longitudinal edge 97 remains undeformed in the present case.
  • the inner surface 98 of the deep-drawn part 62 lies down after the deformation according to FIG Figure 9 flush with the insulating layer 34.
  • the Figure 2 illustrates the electrical connection of the PTC heating elements 22.
  • metal sheets are provided as busbars 100, 102, 104 in the connection chamber 18, which have contact projections 106 formed by punching and bending, which rest against the contact tongues 42 under elastic pretension and these to contact.
  • the contact projections 106 protrude into receiving openings 108 which are recessed in the sheet metal strips of the busbars 100, 102, 104.
  • connecting tongues identified with reference numeral 110 are connected, which are in contact with an equipped printed circuit board that is received in a control housing 112.
  • the connection of the busbar 102 takes place directly via the connecting tongue 110, whereas the connection of the busbars 100, 102 is made via a power transistor 114 that is contacted with punched leads 116 that are electrically connected to the associated connecting tongues 110.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft PTC-Heizelement (22) für eine elektrische Heizvorrichtung, eine elektrische Heizvorrichtung mit einem solchen PTC-Heizelement (22) und ein Verfahren zu Herstellung des PTC-Heizelements (22). Das PTC-Heizelement (22) hat ein Gehäuse (72), das zumindest ein PTC-Element (30), elektrisch mit dem PTC-Element (30) verbundene Leiterbahnen (38) und wärmeleitend gegen das PTC-Element (30) anliegende Isolierlagen (34) als Einheit fügt und von Kontaktzungen (42) überragt ist, die zur Bestromung des PTC-Elementes (30) mit unterschiedlicher Polarität mit den Leiterbahnen (38) elektrisch leitend verbunden sind. Zur Verbesserung der Wärmeauskopplung aus dem PTC-Element wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen den Aufnahmeraum (78) in einer Querschnittsansicht durch zwei sich gegenüberliegende und das PTC-Element (30) überdeckende Innenflächen (88) und sich an die Innenflächen (88) anschließende und die Längsränder (88) des Gehäuses (72) bildende konkave Höhlungen zu begrenzen, deren Durchmesser größer als der Abstand der Innenflächen (88) ist. Die elektrische Heizvorrichtung hat zumindest ein in einer Zirkulationskammer (14) angeordnetes erfindungsgemäßes PTC-Heizelement (22). Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst das Gehäuse (72) ausgebildet wird. Sodann werden das PTC-Element (30), die Leiterbahnen (38) und die Isolierlagen (34) durch eine Öffnung (74) des Tiefziehteils (72) in den Aufnahmeraum (78) eingebracht und schließlich wird das Gehäuse (72) durch auf Randbereiche des Gehäuses (72) einwirkende Umformkräfte umgeformt, sodass einander gegenüberliegende Innenflächen des Gehäuse (72) gegen die Isolierlagen (34) angelegt werden.The present invention relates to a PTC heating element (22) for an electrical heating device, an electrical heating device with such a PTC heating element (22) and a method for producing the PTC heating element (22). The PTC heating element (22) has a housing (72) which contains at least one PTC element (30), conductor tracks (38) electrically connected to the PTC element (30) and insulating layers which are thermally conductive against the PTC element (30) (34) inserts as a unit and is surmounted by contact tongues (42) which are electrically conductively connected to the conductor tracks (38) with different polarity in order to energize the PTC element (30). To improve the heat extraction from the PTC element, the present invention proposes the receiving space (78) in a cross-sectional view through two opposing inner surfaces (88) that overlap the PTC element (30) and adjoining the inner surfaces (88) to delimit the longitudinal edges (88) of the housing (72) forming concave cavities, the diameter of which is greater than the distance between the inner surfaces (88). The electrical heating device has at least one PTC heating element (22) according to the invention arranged in a circulation chamber (14). In the method according to the invention, the housing (72) is first formed. The PTC element (30), the conductor tracks (38) and the insulating layers (34) are then introduced into the receiving space (78) through an opening (74) in the deep-drawn part (72) and finally the housing (72) is pushed through to edge areas deformation forces acting on the housing (72) are transformed so that opposing inner surfaces of the housing (72) are placed against the insulating layers (34).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein PTC-Heizelement für eine elektrische Heizvorrichtung. Das erfindungsgemäße PTC-Heizelement hat ein Gehäuse, das zumindest ein PTC-Element, elektrisch mit dem PTC-Element verbundene Leiterbahnen und wärmeleitend gegen das PTC-Element anliegende Isolierlagen als Einheit fügt und von den Kontaktzungen überragt ist, die zur Bestromung des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität mit den Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden sind.The present invention relates to a PTC heating element for an electrical heating device. The PTC heating element according to the invention has a housing which adds at least one PTC element, conductor tracks electrically connected to the PTC element and thermally conductive insulating layers lying against the PTC element as a unit and is surmounted by the contact tongues that supply current to the PTC element are electrically conductively connected with the conductor tracks with different polarity.

Ein solches PTC-Heizelement ist beispielsweise aus EP 2 190 256 A1 bekannt. Dieses PTC-Heizelement hat einen Rahmen, der den Rahmen durchsetzende Rahmenöffnungen aufweist, in denen jeweils zumindest ein PTC-Element aufgenommen ist, welches beidseitig mit die Leiterbahnen ausbildenden Kontaktblechen versehen ist. Auf der dem PTC-Element gegenüberliegenden Seite liegt eine Isolierlage an. Diese Elemente sind mit einem Klebstoff umspritzt, wodurch die den Leistungsstrom führenden Komponenten des PTC-Heizelements gegenüber der Außenseite des PTC-Heizelementes eingesiegelt sein sollen.Such a PTC heating element is off, for example EP 2 190 256 A1 known. This PTC heating element has a frame which has frame openings extending through the frame, in each of which at least one PTC element is received, which is provided on both sides with contact plates forming the conductor tracks. There is an insulating layer on the side opposite the PTC element. These elements are coated with an adhesive, whereby the components of the PTC heating element carrying the power current are supposed to be sealed in from the outside of the PTC heating element.

Ein ähnliches, längliches PTC-Heizelement offenbart die EP 2 724 086 B1 , bei welchem die zuvor erwähnten, eine Heizzelle ausbildenden Komponenten, nämlich das PTC-Element und die beidseitig daran anliegenden Leiterbahnen in Form von Kontaktblechen unter Zwischenlage einer Isolierlage in einem Flachrohr aufgenommen sind.A similar elongated PTC heating element is disclosed in US Pat EP 2 724 086 B1 , in which the aforementioned components forming a heating cell, namely the PTC element and the conductor tracks lying on it on both sides, are accommodated in a flat tube in the form of contact sheets with an insulating layer in between.

Diese beiden vorbekannten Vorschläge für ein PTC-Heizelement haben den Nachteil, dass die Rohre einseitig verschlossen werden müssen, wodurch die PTC-Heizelemente in der Länge stärker aufbauen als nötig. Solche als Rechteck-, Rund- oder Oval-Rohre ausgebildete Gehäuse werden üblicherweise durch Laser- oder Elektronenschweißen endseitig verschlossen. Dieser zusätzliche Prozess verteuert die Herstellung des PTC-Elementes.These two previously known proposals for a PTC heating element have the disadvantage that the tubes have to be closed on one side, as a result of which the PTC heating elements are longer than necessary. Such housings, designed as rectangular, round or oval tubes, are usually closed at the end by laser or electron welding. This additional process makes the production of the PTC element more expensive.

Darüber hinaus benötigt die aus EP 2 190 256 A1 vorbekannte Lösung eine Vielzahl von Teilen, um das PTC-Element und die stromführenden Leiterbahnen gegenüber der Umgebung abzudichten. An den Phasengrenzen zwischen den einzelnen Komponenten kann es zu Undichtigkeiten kommen, was die elektrische Sicherheit gefährdet.In addition, the required from EP 2 190 256 A1 known solution a large number of parts to seal the PTC element and the current-carrying conductor tracks from the environment. Leaks can occur at the phase boundaries between the individual components, which endangers electrical safety.

Entsprechendes gilt für die aus EP 2 428 746 A1 bekannte Lösung, bei welcher das PTC-Element in einem rohrförmigen Blech aufgenommen ist, das durch ein stirnseitig geschlossenes Blechprofil ausgeformt ist. Die dazu vorgeschlagene Umbördelung der in einer Querschnittsansicht des PTC-Heizelementes freien Enden des Blechs kann ebenso wenig die notwendige Dichtigkeit gewährleisten.The same applies to the off EP 2 428 746 A1 known solution in which the PTC element is received in a tubular sheet metal which is formed by a sheet metal profile closed at the end. The flanging proposed for this in a cross-sectional view of the PTC heating element free ends of the sheet metal can also not ensure the necessary tightness.

Die vorliegende Anmelderin hat mit DE 10 2017 209 990 A1 ein PTC-Heizelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei welchem die stromführenden Teile in keramischen Schalen angeordnet und eingesiegelt sind. Auch hier kann es an der Fuge zwischen den beiden Schalenelementen zu Undichtigkeiten kommen. Die Herstellung des vorbekannten PTC-Heizelement ist darüber hinaus verhältnismäßig aufwendig.The present applicant has with DE 10 2017 209 990 A1 a PTC heating element of the type mentioned is proposed, in which the current-carrying parts are arranged and sealed in ceramic shells. Here, too, there may be leaks at the joint between the two shell elements. The production of the previously known PTC heating element is also relatively expensive.

Entsprechendes gilt für die aus EP 3 334 242 A1 vorbekannten Lösung, bei welcher das PTC-Element und die als Leiterbahnen elektrisch leitend daran anliegenden Kontaktbleche zusammen mit einer außenseitig vorgesehenen Isolierung mit einem die Isolierung freilassenden Kunststoffrahmen umspritzt werden. Zusätzlich zu der aufwändigen Fertigung hat diese Lösung den Nachteil, dass zwischen dem Rahmen und der Oberfläche der Isolierlage das zu erwärmende Medium zu den stromführenden Teilen gelangen kann. Eine vollständige Abdichtung der stromführenden Teile innerhalb des Gehäuses bedarf einer besonders genauen Verfahrensführung und Überprüfung der hergestellten PTC-Heizelemente.The same applies to the off EP 3 334 242 A1 known solution, in which the PTC element and the contact plates which are in contact with it as conductor tracks in an electrically conductive manner are encapsulated together with an insulation provided on the outside with a plastic frame that leaves the insulation free. In addition to the complex production, this solution has the disadvantage that the medium to be heated can reach the current-carrying parts between the frame and the surface of the insulating layer. A complete sealing of the current-carrying parts within the housing requires a particularly precise process control and inspection of the PTC heating elements produced.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein PTC-Heizelement der oben genannten Art anzugeben, das sich kostengünstig herstellen lässt und einen guten Wärmeaustrag der durch das PTC-Element erzeugten Wärme erlaubt.The present invention is based on the problem of specifying a PTC heating element of the type mentioned above, which can be manufactured inexpensively and which allows the heat generated by the PTC element to be dissipated well.

Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse vorgeschlagen, welches einen Aufnahmeraum ausbildet, der zur Aufnahme des PTC-Elementes, der Leiterbahnen und der Isolierlagen angepasst ausgebildet ist. Dieser Aufnahmeraum wird durch das Gehäuse bevorzugt durch ein Tiefziehteil gebildet, wobei das Tiefziehteil bereits nach der Umformbearbeitung im Rahmen des Tiefziehens unterseitig verschlossen ist. So hat das Gehäuse bzw. das Tiefziehteil eine topfförmige, unterseitig verschlossene Ausgestaltung und ist lediglich einseitig offen. An dieser Seite überragen die Kontaktzungen das Gehäuse, sodass das PTC-Element an dieser Seite elektrisch angeschlossen werden kann.To solve this problem, the present invention proposes a housing which forms a receiving space which is designed to be adapted to receive the PTC element, the conductor tracks and the insulating layers. This receiving space is formed by the housing, preferably by a deep-drawn part, the deep-drawn part already being closed on the underside after the forming process in the context of deep-drawing. Thus, the housing or the deep-drawn part has a cup-shaped configuration that is closed on the underside and is only open on one side. On this side, the contact tongues protrude beyond the housing so that the PTC element can be electrically connected on this side.

Soweit bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf das Tiefziehen abgestellt wird, ist darunter auch das Fließpressen als Synonym zu verstehen.Insofar as the description of the present invention focuses on deep drawing, it is also to be understood as a synonym for extrusion.

Das Gehäuse wird aus einem Blech bevorzugt durch Umformen gebildet. Dabei wirken bevorzugt eine Matrize und ein Stempel zusammen, wobei der Stempel durch Eindringen in das Blechmaterial dieses vor sich hertreibt. Das Blechmaterial geleitet von der Matrize ab und folgt der Bewegung des Stempels. Am Ende wird ein topförmiges Bauteil erhalten, welches unterseitig geschlossen ist. Das Bauteil besteht aus einem metallischen Blech, sodass die den Aufnahmeraum begrenzenden Wandungen aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt sind. Das Blech kann beispielsweise ein Kupferblech oder ein Aluminiumblech sein. Das Gehäuse ist bevorzugt aus einem einseitig geschlossenen, zunächst als Endlosmaterial hergestellten zylindrischen Profil gebildet. Das Gehäuse besteht bevorzugt aus AI 99,5 oder Aluminium mit einem geringen Si-Anteil, wobei der Si-Anteil 5 Gew.-% nicht übersteigen sollte.The housing is preferably formed from sheet metal by forming. A die and a punch preferably work together, the punch penetrating into the sheet metal material this drives ahead. The sheet metal is diverted from the die and follows the movement of the punch. At the end, a pot-shaped component is obtained which is closed on the underside. The component consists of a metal sheet, so that the walls delimiting the receiving space are made of a material with good thermal conductivity. The sheet can for example be a copper sheet or an aluminum sheet. The housing is preferably formed from a cylindrical profile that is closed on one side and initially produced as an endless material. The housing is preferably made of Al 99.5 or aluminum with a low proportion of Si, the proportion of Si not exceeding 5% by weight.

Gemäß der Erfindung ist der Aufnahmeraum in einer Querschnittsansicht durch zwei sich gegenüberliegende, regelmäßig parallel zueinander ausgerichtete und das PTC-Element überdeckende ebene Innenflächen und Höhlungen begrenzt, die sich an die Innenflächen anschließen. Diese Höhlungen werden außenseitig durch äußere Längsränder des Gehäuses begrenzt, die sich in Höhenrichtung des PTC-Elementes erstrecken. Zwischen diesen äußeren Längsrändern und den ebenen Innenflächen sind Verformungssegmente vorgesehen, die in Richtung auf den Aufnahmeraum plastisch verformt sind. Die Verformungssegmente sind gegenüber den Innenflächen und bevorzugt den Längsrändern plastisch verformt. Die Verformungssegmente sind danach relativ zu den Innenflächen und bevorzugt den äußeren Längsrändern plastisch verformt. Die Verformungssegmente schließen sich in der Regel unmittelbar an die Innenfläche an. Die Verformungssegmente liegen in einer Querschnittsansicht im Randbereich des Aufnahmeraumes und damit des Gehäuses, jedoch innerhalb des äußeren Längsrandes. Durch die plastische Verformung sind die Innenflächen unter elastischer Vorspannung und unter Zwischenlage der Isolierlage und der Leiterbahn gegen das PTC-Element angelegt.According to the invention, the receiving space is delimited in a cross-sectional view by two opposing, regularly aligned parallel to one another and covering the PTC element, flat inner surfaces and cavities, which adjoin the inner surfaces. These cavities are delimited on the outside by outer longitudinal edges of the housing which extend in the vertical direction of the PTC element. Deformation segments, which are plastically deformed in the direction of the receiving space, are provided between these outer longitudinal edges and the flat inner surfaces. The deformation segments are plastically deformed with respect to the inner surfaces and preferably the longitudinal edges. The deformation segments are then plastically deformed relative to the inner surfaces and preferably the outer longitudinal edges. The deformation segments usually adjoin the inner surface directly. In a cross-sectional view, the deformation segments lie in the edge region of the receiving space and thus of the housing, but within the outer longitudinal edge. As a result of the plastic deformation, the inner surfaces are placed against the PTC element under elastic pretension and with the insulating layer and the conductor track in between.

Die Höhlungen sind bevorzugt außen konkav, beispielsweise polygonal, oval oder kreissegmentförmig ausgebildet und haben einen Durchmesser, der größer als der Abstand der Innenflächen ist. Diese Vorgabe bezieht sich auf das fertige Erzeugnis wie auch das Gehäuse vor dem Umformen, bei dem die zunächst einen Freiraum zum Einbringen der Isolierlage zusammen mit den Leiterbahnen und dem PTC-Element freilassenden Innenflächen aufeinander zu bewegt werden, um sich unter Vorspannung gegen die Außenflächen der Isolierlage anzulegen. Das bzw. die PTC-Elemente in dem Aufnahmeraum sind von den Innenflächen überdeckt. So deckt die Innenfläche des Gehäuses die Hauptseitenfläche des PTC-Elementes ab und kann diese bevorzugt lediglich geringfügig überragen. Die spezielle Ausgestaltung des Aufnahmeraumes erleichtert das elastische Anliegen der Innenflächen gegen die Außenflächen der Isolierlagen.The cavities are preferably concave on the outside, for example polygonal, oval or circular segment-shaped and have a diameter which is greater than the distance between the inner surfaces. This specification relates to the finished product as well as the housing before forming, in which the inner surfaces, which initially leave a free space for introducing the insulating layer together with the conductor tracks and the PTC element, are moved towards one another in order to be preloaded against the outer surfaces of the Apply insulation layer. The PTC element or elements in the receiving space are covered by the inner surfaces. The inner surface of the housing thus covers the main side surface of the PTC element and can preferably only protrude slightly above it. The special design of the receiving space facilitates the elastic contact of the inner surfaces against the outer surfaces of the insulating layers.

Den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Umformung im Bereich der Höhlungen, d.h. durch eine ausschließlich gegen die Längsränder des Gehäuses wirkende Umformungskraft. Als Durchmesser ist aber nicht notwendigerweise nur das Innenmaß einer im Querschnitt kreissegmentförmigen Höhlung zu verstehen. Die Höhlung kann auch andere Gestaltungen haben. Sie kann eine ovale oder polygonale Querschnittsform aufweisen. Wesentlich ist vor allem, dass die Abmessung der Höhlung in Richtung des Abstandes zwischen den Innenflächen größer als dieser Abstand ist und dass die Außenfläche der Höhlung bzw. die Verformungssegmente die Außenfläche des Gehäuses dort, wo das Gehäuse mit seiner Innenfläche an die Isolierlage anzulegen ist, überragt. Denn an dieser Außenfläche des Gehäuses greift ein gegen die Randbereiche des Gehäuses wirkendes Umformwerkzeug an, das die Innenflächen mit einer gewissen Vorspannung gegen die Isolierlagen anlegt.In the method according to the invention, the deformation takes place in the area of the cavities, i.e. by a deformation force acting exclusively against the longitudinal edges of the housing. However, the diameter is not necessarily only to be understood as the inner dimension of a cavity with a circular segment shape in cross section. The cavity can also have other shapes. It can have an oval or polygonal cross-sectional shape. Above all, it is essential that the dimension of the cavity in the direction of the distance between the inner surfaces is greater than this distance and that the outer surface of the cavity or the deformation segments the outer surface of the housing where the housing is to be placed with its inner surface on the insulating layer, towers. This is because a forming tool acting against the edge regions of the housing engages this outer surface of the housing and applies the inner surfaces to the insulating layers with a certain prestress.

Die Isolierlage umfasst bevorzugt eine Schicht aus einem Elastomer bzw. Silikon. Die Dicke der Isolierlage sollte wenige Zehntel Millimeter. Z.B 1/10 bis 3/10 mm betragen. Die Isolierlage sollte gewisse Dämpfungseigenschaften haben, um lokale Spannungen beim Verpressen des Gehäuses so zu kompensieren, dass das PTC-Element nicht bricht. Die Isolierlage kann eine Keramikplatte, insbesondere eine Al2O3-Platte, bevorzugt als weitere Schicht in Verbindung mit oben genannter Kunststoffschicht und ggf. einer Klebeschicht aufweisen.The insulating layer preferably comprises a layer made of an elastomer or silicone. The thickness of the insulating layer should be a few tenths of a millimeter. For example, 1/10 to 3/10 mm. The insulating layer should have certain damping properties in order to compensate for local stresses when pressing the housing in such a way that the PTC element does not break. The insulating layer can have a ceramic plate, in particular an Al 2 O 3 plate, preferably as a further layer in connection with the above-mentioned plastic layer and optionally an adhesive layer.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest eine bevorzugt durch das Tiefziehteil ausgebildete Verstärkung auf, die zumindest zwei von PTC-Element, Leiterbahn und Isolierlage unter Vorspannung in dem Gehäuse gegeneinander anlegt hält. Üblicherweise sind das PTC-Element, die Leiterbahnen und die außenseitig vorgesehenen Isolierlagen als parallele Schichten in dem Aufnahmeraum aufgenommen. Die Isolierlagen können einteilig ausgebildet beispielsweise durch Umschlagen einer Folie, die über eine untere Falz zwei Isolierlagen miteinander verbindet. Als unten wird vorliegend derjenige Bereich des PTC-Elementes bezeichnet, der nahe an dem geschlossenen Ende des Tiefziehteils vorgesehen ist. Das geschlossene Ende ist regelmäßig dasjenige Ende, das beim Tiefziehen in Bewegungsrichtung des Stempels vordem Stempel vorgesehen ist.The housing preferably has at least one reinforcement, preferably formed by the deep-drawn part, which holds at least two of the PTC element, conductor track and insulating layer against one another under prestress in the housing. The PTC element, the conductor tracks and the insulating layers provided on the outside are usually received as parallel layers in the receiving space. The insulating layers can be made in one piece, for example by turning over a film that connects two insulating layers to one another via a lower fold. In the present case, that area of the PTC element which is provided close to the closed end of the deep-drawn part is referred to as the bottom. The closed end is usually that end which is provided in front of the punch in the direction of movement of the punch during deep drawing.

Die Verstärkung des Gehäuses ist bevorzugt im Bereich der äußeren Längsränder und/oder im Bereich der Innenflächen vorgesehen. Demgegenüber weniger stark sind die Verformungssegmente ausgebildet, in denen die plastische Verformung stattfindet. Die Verstärkung kann durch Formgebung und/oder dickere Wandstärken geformt sein. Die zuvor erwähnte ballige Ausgestaltung ist eine Art der Verstärkung des Gehäuses im Bereich der äußeren Längsränder.The reinforcement of the housing is preferably provided in the area of the outer longitudinal edges and / or in the area of the inner surfaces. In contrast, the deformation segments in which the plastic deformation takes place are less pronounced. The reinforcement can be formed by shaping and / or thicker walls. The aforementioned spherical design is a type of reinforcement of the housing in the area of the outer longitudinal edges.

Die Verstärkung an dem Gehäuse kann durch eine mittels Tiefziehen hergestellte Versteifungsrippe oder eine ballige Ausgestaltung von gegenüberliegenden Hauptseitenwänden des Gehäuses oder Teilen dieser Wände ausgeformt sein. Diese ballige Ausgestaltung zeigt sich an der Außenseite des Gehäuses, wohingegen die dazu korrespondierenden Innenflächen planparallel sind und an den Isolierlagen anliegen. Bei einer balligen Ausgestaltung ist die Innenfläche eben und erstreckt sich parallel zu einer Hauptseitenfläche des PTC-Elementes, wohingegen die Außenseite des Gehäuses gegenüberliegend zu der Hauptseitenfläche konvex ausgeformt ist. Dementsprechend hat das Gehäuse in einer Querschnittsansicht in der Mitte der Innenfläche eine größere Dicke als am Rand der Innenfläche. Die ballige Gestaltung kann für sich erfindungswesentlich sein d.h. die Merkmale von Anspruch 3 können mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1 ein erfindungsgemäßes PTC- Heizelement definieren.The reinforcement on the housing can be formed by a stiffening rib produced by means of deep drawing or a spherical configuration of opposite main side walls of the housing or parts of these walls. This spherical configuration is shown on the outside of the housing, whereas the inner surfaces corresponding to it are plane-parallel and bear against the insulating layers. In the case of a convex configuration, the inner surface is flat and extends parallel to a main side surface of the PTC element, whereas the outer side of the housing is convex opposite to the main side surface. Accordingly, in a cross-sectional view, the housing has a greater thickness in the center of the inner surface than at the edge of the inner surface. The convex design can be essential to the invention, i.e. the features of claim 3 can define a PTC heating element according to the invention with the preamble features of claim 1.

In einer Querschnittsansicht sollte das Dickenverhältnis zwischen der größten und der geringsten Wandstärke des Gehäuses bei zwischen 3/1 und 5/1 liegen. Die kleinste Wandstärke sollte bevorzugt nicht größer als 1mm sein.In a cross-sectional view, the thickness ratio between the largest and smallest wall thickness of the housing should be between 3/1 and 5/1. The smallest wall thickness should preferably not be greater than 1mm.

Die vorliegende Erfindung schlägt jedenfalls vor, die für die gute Wärmeauskopplung zu bevorzugende enge Anlage von PTC-Element, Leiterbahnen und Isolierlagen durch eine durch das Gehäuse begründete Vorspannkraft zu verbessern oder zu gewährleisten. Selbstverständlich können die zuvor erwähnten Teile im Rahmen einer Vormontage zunächst verklebt werden. Dabei wird die Verklebung zwischen dem PTC-Element und den Leiterbahnen üblicherweise unter Druck ausgehärtet, sodass diese Lagen möglichst eng aneinander angelegt gehalten sind, bis der Kleber ausgehärtet ist. Entsprechendes gilt für die Isolierlagen. So wird jedenfalls durch die Vorspannung erreicht, dass das Gehäuse außenseitig gegen die Isolierlage unter Vorspannung anliegt, wobei die Vorspannung auch bei einer vorherigen Verklebung an die Phasengrenze zu der Leiterbahn und/oder dem PTC-Element weitergegeben wird.In any case, the present invention proposes to improve or ensure the close contact of the PTC element, conductor tracks and insulating layers, which is preferable for good heat extraction, by means of a pretensioning force established by the housing. Of course, the above-mentioned parts can first be glued in the context of pre-assembly. The bond between the PTC element and the conductor tracks is usually cured under pressure so that these layers are kept as close as possible to one another until the adhesive has cured. The same applies to the insulation layers. In any case, the pretensioning ensures that the housing rests on the outside against the insulating layer under pretension, the pretensioning being passed on to the phase boundary to the conductor track and / or the PTC element even in the case of previous gluing.

Die Leiterbahn kann elektrisch kontaktierend und mit der Hauptseitenfläche des PTC-Elements verbunden sein. Es kann sich bei der Leiterbahn um ein durchgehendes Metallblech handeln. Die Leiterbahn kann auch durch eine mit Durchbrechungen versehene Metallstruktur ausgebildet sein, beispielsweise ein Metallgitter, ein Streckmetall oder ein Metallgewebe. Die Leiterbahnen können ganz oder teilweise elektrisch leitend gegen Stirnseitenflächen des PTC-Elementes angelegt sein. In diesem Fall sind die Hauptseitenflächen des PTC-Elementes üblicherweise kaum oder gar nicht mit der Leiterbahn belegt. So muss die Wärmeauskopplung über die Hauptseitenfläche auch nicht durch die Leiterbahn hindurch erfolgen.The conductor track can be electrically contacting and connected to the main side surface of the PTC element. The conductor track can be a continuous sheet of metal. The conductor track can also be formed by a metal structure provided with openings, for example a metal grid, an expanded metal or a metal mesh. The conductor tracks can be applied entirely or partially in an electrically conductive manner against the end faces of the PTC element. In this case, the main side surfaces of the PTC element are usually hardly or not at all covered with the conductor track. Thus, the heat extraction does not have to take place via the main side surface through the conductor track.

Als Hauptseitenfläche des PTC-Elementes wird üblicherweise die größte Fläche des PTC-Elementes verstanden. PTC-Elemente sind üblicherweise quader- bzw. plättchenförmig. Ein die Hauptseitenflächen umlaufender Rand hat üblicherweise eine Höhe von weniger als einem Zehntel der Länge bzw. der Breite des PTC-Elementes, wobei Breite und Länge die Hauptseitenfläche aufspannen.The main side area of the PTC element is usually understood to be the largest area of the PTC element. PTC elements are usually cuboid or plate-shaped. An edge surrounding the main side surfaces usually has a height of less than one tenth of the length or the width of the PTC element, the width and length spanning the main side surface.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat das erfindungsgemäße PTC-Heizelement eine elektrisch mit dem Gehäuse verbundene Masseanschlusszunge. Diese Masseanschlusszunge kann in einer Richtung parallel zu der Erstreckungsrichtung der Kontaktzungen von dem Gehäuse abragen. Die Masseanschlusszunge dient dem elektrischen Anschluss des Gehäuses an einen Massepol. Des Weiteren kann das Gehäuse gegenüberliegend zu den Kontaktzungen eine Halterippe aufweisen. Diese Halterippe ist im Fall eines als Tiefziehteil ausgebildeten Gehäuses üblicherweise durch das Tiefziehen ausgebildet. So bedarf das Gehäuse nach dem Tiefziehen keiner Nachbearbeitung zur Ausbildung der entsprechenden Halterippe. Die Halterippe ist üblicherweise vorgesehen, um das Gehäuse in einem Heizgehäuse zu positionieren, das dafür an seinem Bogen eine zur Aufnahme der Halterippe angepasst ausgebildete Aufnahme aufweist, wie dies grundsätzlich aus EP 3 334 242 A1 für ein anderes Beispiel eines PTC-Heizelementes bekannt ist. Sofern das Heizergehäuse elektrisch leitende Eigenschaften hat bzw. zumindest einen elektrisch leitenden Boden ausbildet, kann über die Halterippe ein elektrischer Anschluss des aus Blech geformten Gehäuses des erfindungsgemäßen PTC-Heizelementes ist erfolgen. So wird das PTC-Heizelement mit seinem Gehäuse über den Boden des Heizergehäuses auf Masse gelegt.According to a preferred development of the present invention, the PTC heating element according to the invention has a ground connection tongue that is electrically connected to the housing. This ground connection tongue can protrude from the housing in a direction parallel to the extension direction of the contact tongues. The ground connection tongue is used for the electrical connection of the housing to a ground pole. Furthermore, the housing can have a retaining rib opposite the contact tongues. In the case of a housing designed as a deep-drawn part, this retaining rib is usually formed by deep-drawing. After deep-drawing, the housing does not require any post-processing to form the corresponding retaining rib. The holding rib is usually provided in order to position the housing in a heating housing, which for this purpose has a receptacle adapted to receive the holding rib on its arch, as is basically the case EP 3 334 242 A1 is known for another example of a PTC heating element. If the heater housing has electrically conductive properties or at least forms an electrically conductive base, the housing of the PTC heating element according to the invention can be electrically connected via the retaining rib. The PTC heating element with its housing is connected to ground via the bottom of the heater housing.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist das erfindungsgemäße PTC-Heizelement ein Dichtungselement aus einem weichelastischen Kunststoff auf, das eine Öffnung des Gehäuses abdichtet und von den Kontaktzungen überragt ist. Diese Dichtung wird dabei üblicherweise als Labyrinthdichtung ausgeformt. Dieses Dichtungselement besteht z.B. aus einem weichelastischen Kunststoff wie beispielsweise Silikon oder TPE.According to a preferred development of the present invention, the PTC heating element according to the invention has a sealing element made of a flexible plastic, which seals an opening in the housing and is protruded by the contact tongues. This seal is usually shaped as a labyrinth seal. This sealing element consists e.g. made of a flexible plastic such as silicone or TPE.

Das Gehäuse formt üblicherweise einen Kragen aus, der umfänglich von einer Labyrinthdichtung des Dichtungselementes umgeben wird. Dieser Kragen führt im Bereich der Dichtung zu einer gewissen Versteifung, sodass das Dichtungselement mit guter Einpresskraft in eine weibliche Steckkontaktaufnahme eines Heizergehäuses eingesetzt werden kann, welches eine Anschlusskammer zum elektrischen Anschluss des PTC-Elementes und eine Zirkulationskammer aufweist, die über eine Trennwand des Heizergehäuses voneinander fluiddicht getrennt sind. So ergibt sich eine gute Dichtigkeit im Bereich der weiblichen Steckelementaufnahme. Darüber hinaus kann das PTC-Heizelement durch die Steckkontaktierung in der Trennwand positioniert und zumindest vorläufig zu Montagezwecken gehalten werden.The housing usually forms a collar which is circumferentially surrounded by a labyrinth seal of the sealing element. This collar leads to a certain stiffening in the area of the seal, so that the sealing element can be inserted with good press-in force into a female plug contact receptacle of a heater housing, which has a connection chamber for the electrical connection of the PTC element and a circulation chamber that is separated from each other via a partition of the heater housing are separated fluid-tight. This results in a good seal in the area of the female plug-in element receptacle. In addition, that PTC heating element positioned through the plug contact in the partition and held at least temporarily for assembly purposes.

Im Hinblick auf einen Toleranzausgleich und zur verbesserten Abdichtung innerhalb der weiblichen Steckkontaktaufnahme wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das Dichtungselement das Gehäuse in Längserstreckungsrichtung der Kontaktzungen überragt. Beim Einstecken in die weibliche Steckelementaufnahme des Heizergehäuses kann dementsprechend das Dichtungselement in Einsteckrichtung komprimiert werden, sodass sich das Dichtungselement in der weiblichen Steckelementaufnahme ausdehnt und diese möglichst vollständig ausfüllt, wodurch die Dichtigkeit verbessert wird.With a view to compensating for tolerances and for improved sealing within the female plug contact receptacle, it is proposed according to a preferred embodiment of the present invention that the sealing element protrudes beyond the housing in the longitudinal direction of the contact tongues. When it is inserted into the female plug-in element receptacle of the heater housing, the sealing element can accordingly be compressed in the insertion direction, so that the sealing element expands in the female plug-in element receptacle and fills it as completely as possible, thereby improving the tightness.

Insbesondere auch zur Widerlagerung dieser Kompressionsbewegung des Dichtungselementes weist das Gehäuse gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung einen Halterand auf. Gegen diesen Halterand liegt das Dichtungselement an. Der Halterand ist üblicherweise durch das Tiefziehteil selbst ausgebildet und demnach Ergebnis einer Umformung des Blechmaterials beim Tiefziehen des Gehäuses.According to a preferred development of the present invention, the housing has a retaining edge in particular to counter this compression movement of the sealing element. The sealing element rests against this retaining edge. The retaining edge is usually formed by the deep-drawn part itself and is therefore the result of a deformation of the sheet metal material during deep-drawing of the housing.

Vorzugsweise hat das PCT-Heizelement ein Durchführungssegment aus einem elektrisch isolierenden Material, welches nach Art eines Stopfens in ein freies, von den Kontaktzungen durchragtes Ende des Tiefziehteils eingesetzt ist und Durchführkanäle für die Kontaktzungen ausbildet. Durch dieses Durchführungssegment erhalten die Kontaktzungen eine seitliche Führung in dem Bereich, in denen sie über das Gehäuse hinaus verlängern sind. Darüber hinaus verhindert das Durchführungssegment einen unmittelbaren elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktzungen und dem aus Blech gebildeten Gehäuse, sodass die Isolierung des elektrisch leitenden Gehäuses nicht beeinträchtigt wird. Das Durchführungssegment ist vorzugsweise einteilig mit einem Rahmen ausgebildet, der das PTC-Element zumindest teilumfänglich, üblicherweise vollumfänglich umgibt. Der Rahmen bildet üblicherweise eine Aufnahmeöffnung für das zumindest eine PTC Element aus, die durch das PTC-Element vollumfänglich umgebende Rahmenholme gebildet ist, die üblicherweise als dünne Stege zwischen dem PTC-Element und der Innenwandung des Tiefziehteils angeordnet sind.The PCT heating element preferably has a lead-through segment made of an electrically insulating material, which is inserted in the manner of a plug into a free end of the deep-drawn part through which the contact tongues protrude and which forms lead-through channels for the contact tongues. This lead-through segment gives the contact tongues a lateral guide in the area in which they are extended beyond the housing. In addition, the leadthrough segment prevents direct electrical contact between the contact tongues and the housing made of sheet metal, so that the insulation of the electrically conductive housing is not impaired. The lead-through segment is preferably designed in one piece with a frame which surrounds the PTC element at least partially, usually completely. The frame usually forms a receiving opening for the at least one PTC element, which is formed by frame spars completely surrounding the PTC element, which are usually arranged as thin webs between the PTC element and the inner wall of the deep-drawn part.

Das Durchführungssegment kann einteilig mit den zuvor erwähnten Rahmen ausgeformt sein und Halbschalen für die Führung der Kontaktzungen ausformen, in denen nach Aufsetzen eines das Durchführungssegment komplettierenden Durchführungssegment-Deckels die Kontaktzungen umfänglich geführt, gehalten und isoliert aufgenommen sind. Die Verbindung zwischen dem Rahmen und dem Durchführungssegment-Deckel erfolgt dabei üblicherweise durch Warmverstemmen von Zapfen, die in den Kontaktzungen ausgesparte Bohrungen durchsetzen, sodass auch die Kontaktzungen und die daran befestigten Leiterbahnen vorpositioniert sind. Dabei sind die Leiterbahnen bevorzugt aus Blech als Kontaktbleche ausgebildet. Sie weisen üblicherweise an ihrem unteren Ende Formschlusselemente auf, die durch Stanzen und Biegen aus dem Blechmaterial gebildet und in Aufnahmen im Eingriff sind, die durch den Rahmen, insbesondere durch den unseren Querholm des Rahmens geformt sind. So kann durch den Rahmen eine vormontierte Baugruppe erzeugt werden, die den Rahmen, das Durchführungssegment sowie die beiden Kontaktbleche und das bzw. die dazwischen vorgesehenen PTC-Elemente zu einer Einheit fügt. Das Durchführungssegment besteht dabei aus dem rahmenseitig vorgesehenen Durchführungssegment und dem Durchführungssegment-Deckel.The bushing segment can be formed in one piece with the aforementioned frame and form half-shells for guiding the contact tongues, in which the contact tongues are circumferentially guided, held and insulated after a bushing segment cover has been placed on the bushing segment. The connection between the frame and the leadthrough segment cover is usually made by hot caulking of pegs, which penetrate holes recessed in the contact tongues, so that the contact tongues and the conductor tracks attached to them are prepositioned. The conductor tracks are preferably formed from sheet metal as contact sheets. They usually have form-locking elements at their lower end, which are formed from the sheet metal material by punching and bending and are engaged in receptacles that are formed by the frame, in particular by our cross member of the frame. Thus, a preassembled assembly can be generated by the frame, which combines the frame, the lead-through segment and the two contact plates and the PTC element (s) provided in between to form a unit. The bushing segment consists of the bushing segment provided on the frame side and the bushing segment cover.

Gemäß ihrem nebengeordneten Anspruch schlägt die vorliegende Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit zumindest einem in einer Zirkulationskammer angeordneten PTC-Element der vorstehend beschriebenen Art vor, wobei die von dem Gehäuse abragenden Kontaktzungen durch eine Trennwand in eine Anschlusskammer eines Heizergehäuses hineinragen, in welcher die Kontaktzungen zur Bestromung des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität an eine Stromquelle angeschlossen sind. Die Trennwand des Heizergehäuses formt dabei eine weibliche Steckkontaktaufnahme aus, in welcher das PTC-Element üblicherweise abgedichtet eingesetzt, bevorzugt über das Dichtelement reibschlüssig zumindest zu Montagezwecken gehalten ist.According to its independent claim, the present invention proposes an electrical heating device with at least one PTC element of the type described above arranged in a circulation chamber, the contact tongues protruding from the housing protruding through a partition into a connection chamber of a heater housing, in which the contact tongues are used for energizing of the PTC element are connected to a power source with different polarity. The partition of the heater housing forms a female plug contact receptacle in which the PTC element is usually inserted in a sealed manner, preferably held in a frictionally engaged manner via the sealing element, at least for assembly purposes.

Mit ihrem weiteren nebengeordneten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines PTC-Heizelement der eingangs genannten Art vor. Bei diesem Verfahren werden das PTC-Element, die Leiterbahnen und die Isolierlage durch eine durch das Gehäuse ausgebildete Öffnung in einen Aufnahmeraum des Gehäuse eingebracht. Bevorzugt wurde das Gehäuse zuvor als Tiefziehteil ausgebildet. Die Richtung, mit welcher dabei der Stempel das Blechmaterial vor sich hertreibt, entspricht der Richtung des Einbringens der zuvor genannten Elemente in den Aufnahmeraum. Durch das Tiefziehen wird die lediglich eine Öffnung zu dem Aufnahmeraum ausgeformt. Gegenüberliegend zu der Öffnung ist das Tiefziehteil geschlossen, da an dieser Seite lediglich das umgeformte Blech vorgesehen ist.With its further secondary aspect, the present invention proposes a method for producing a PTC heating element of the type mentioned at the beginning. In this method, the PTC element, the conductor tracks and the insulating layer are introduced into a receiving space of the housing through an opening formed through the housing. The housing was preferably designed as a deep-drawn part beforehand. The direction in which the punch drives the sheet metal material in front of it corresponds to the direction in which the aforementioned elements are introduced into the receiving space. The deep-drawing only forms one opening to the receiving space. Opposite the opening, the deep-drawn part is closed, since only the formed sheet metal is provided on this side.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird schließlich das Gehäuse durch eine allein durch auf Randbereiche des Gehäuse einwirkende Umfangkräfte umgeformt, so dass einander gegenüberliegende Innenflächen des Gehäuse gegen die in den Aufnahmeraum eingebrachten Komponenten, d.h. das PTC-Element, die Leiterbahnen und/oder die Isolierlage angelegt werden. Dabei kommt üblicherweise der für sich ein- oder mehrlagig ausgebildeten Isolierlage die Funktion zu, unmittelbar mit den Innenflächen des Gehäuse zusammenzuwirken, d.h. daran anzuliegen. Diese Innenflächen liegen üblicherweise parallel zu den Hauptseitenflächen des PTC-Elementes.In a further process step, the housing is finally reshaped by circumferential forces acting solely on the edge areas of the housing, so that opposing inner surfaces of the housing are placed against the components introduced into the receiving space, i.e. the PTC element, the conductor tracks and / or the insulating layer . The function of the insulating layer, which is one or more layers, is to interact directly with the inner surfaces of the housing, ie to rest against them. These inner surfaces are usually parallel to the main side surfaces of the PTC element.

Die Umformkräfte wirken ausschließlich auf solche Bereiche des Tiefziehteils, die als Rand außerhalb einer Projektionsfläche der Hauptseitenflächen des PTC-Elementes auf die Innenfläche des Gehäuses liegen. Die Umformkräfte wirken dementsprechend nicht unmittelbar gegen die Hauptseitenflächen des PTC-Elementes und die dagegen anliegenden Lagen, beispielsweise die Isolierlagen. Damit wird ein schonendes Umformen des Gehäuse erreicht. Darüber hinaus kann das Material des Gehäuse zwischen den seitlichen Rändern, die sich beim bevorzugten Tiefziehen üblicherweise parallel zu der Bewegungsrichtung des Stempels erstrecken, und den in dem Aufnahmeraum vorgesehenen Lagen umgeformt werden, sodass durch außen konvexe Krümmung der Randbereiche eine gewisse Vorspannung erreicht werden kann, mit welcher die Innenflächen gegen die in den Aufnahmeraum eingebrachten Lagen anliegen. Dazu ist es zu bevorzugen, einen das PTC-Element aufnehmenden Rahmen aus einem isolierenden Material, insbesondere aus Kunststoff, mit seinen Längsholmen unmittelbar benachbart zu den Rändern des Tiefziehteils anzuordnen und zwischen diesen Längsholmen und dem PTC-Element einen Freiraum vorzusehen, in den das Blechmaterial des Gehäuses beim Umformen gedrängt wird. Dieser Freiraum mag von der Isolierlage überdeckt sein, die als Kunststofffolie über dem PTC-Element bzw. der Leiterbahn anliegen kann und gleichzeitig zumindest teilweise die Längsholme überdeckt. So wird sichergestellt, dass das Umformen des Gehäuses zu keiner unmittelbaren elektrischen Kontaktierung von Teilen des Gehäuses beispielsweise mit dem umlaufenden Rand des PTC-Elementes oder einer dagegen anliegenden Leiterbahn führt.The deformation forces act exclusively on those areas of the deep-drawn part which, as an edge, lie outside a projection surface of the main side surfaces of the PTC element on the inner surface of the housing. Accordingly, the deformation forces do not act directly against the main side surfaces of the PTC element and the layers resting against them, for example the insulating layers. A gentle deformation of the housing is achieved in this way. In addition, the material of the housing can be reshaped between the lateral edges, which in the preferred deep-drawing usually extend parallel to the direction of movement of the punch, and the layers provided in the receiving space, so that a certain pretension can be achieved by externally convex curvature of the edge areas, with which the inner surfaces rest against the layers introduced into the receiving space. To this end, it is preferable to arrange a frame made of an insulating material, in particular made of plastic, with its longitudinal spars immediately adjacent to the edges of the deep-drawn part and to provide a free space between these longitudinal spars and the PTC element in which the sheet metal material the housing is pushed during forming. This free space may be covered by the insulating layer, which can be applied as a plastic film over the PTC element or the conductor track and at the same time at least partially covers the longitudinal bars. This ensures that the deformation of the housing does not lead to any direct electrical contact between parts of the housing, for example with the circumferential edge of the PTC element or with a conductor track lying against it.

Das Umformen erfolgt bevorzugt in einem Gesenk mit einem Ober- und einem Unterteil, die Formflächen aufweisen, die mit der Außenseite des Tiefziehteils außerhalb des PTC-Elementes zusammenwirken, also wie oben beschrieben seitlich neben dem PTC-Element.The reshaping is preferably carried out in a die with an upper part and a lower part, which have shaped surfaces that interact with the outside of the deep-drawn part outside the PTC element, that is to say laterally next to the PTC element as described above.

Das Tiefziehteil wird bevorzugt in dem Gesenk mit einer Blockpressung umgeformt. Im Rahmen dieser Blockpressung werden zumindest die sich gegenüberliegenden Längsränder des Gehäuses sowohl in Bewegungsrichtung des Gesenks ober- und unterseitig wie auch rechtwinklig dazu und damit randseitig eingefasst. So wird verhindert, dass das metallische Material des Tiefziehteils der Umformbewegung nach außen ausweicht. Vielmehr ergibt sich eine Umformung der nach innen gerichteten Wölbung eines üblicherweise konvex geformten Längsrandes des Gehäuses. Abhängig von den Toleranzen des Gehäuses, insbesondere aber der in den Aufnahmeraum aufgenommenen Komponenten kann die Umformung mehr oder weniger stark ausgeprägt sein. Der Prozess ist aber so eingestellt, dass durch die Umformbewegung eine vorgespannte Anlage der in dem Aufnahmeraum aufgenommenen Komponenten des PTC-Heizelementes erfolgt.The deep-drawn part is preferably formed in the die with a block pressing. In the context of this block pressing, at least the opposing longitudinal edges of the housing are framed both on the upper and lower sides in the direction of movement of the die and at right angles thereto and thus on the edge side. This prevents the metallic material of the deep-drawn part from evading the forming movement to the outside. Rather, this results in a deformation of the inwardly directed curvature of a usually convex longitudinal edge of the housing. Depending on the tolerances of the housing, but in particular of the components accommodated in the receiving space, the deformation can be more or less pronounced. However, the process is set in such a way that the forming movement results in a pretensioned contact between the components of the PTC heating element accommodated in the receiving space.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

Figur 1
eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung;
Figur 2
eine perspektivische Seitenansicht des Ausführungsbeispiels nach Figur 1 nach Anschluss der PTC-Heizelemente;
Figur 3
eine perspektivische Explosionsdarstellung des PTC-Heizelementes der in den Figuren 1 und 2 gezeigten elektrischen Heizvorrichtung;
Figur 4
eine perspektivische Seitenansicht des in Figur 3 verdeutlichten Ausführungsbeispiels eines PTC-Heizelementes;
Figur 5
eine perspektivische Längsschnittansicht entlang der Linie V-V gemäß der Darstellung in Figur 4 vor dem Verpressen des PTC-Heizelement;
Figur 6
eine perspektivische Querschnittansicht entlang der Linie VI-VI gemäß der Darstellung in Figur 4 vor dem Verpressen des PTC-Heizelement;
Figur 7
eine perspektivische Längsschnittansicht entlang der Linie V-V gemäß der Darstellung in Figur 4 nach dem Verpressen des PTC-Heizelement;
Figur 8
eine perspektivische Querschnittansicht entlang der Linie VI-VI gemäß der Darstellung in Figur 4 nach dem Verpressen des PTC-Heizelement und
Figur 9
eine Querschnittansicht des Ausführungsbeispiels des PTC-Heizelementes nach den Figur 3 bis 8 beim Verpressen in einem Gesenk.
Further details and advantages of the present invention emerge from the following description of an exemplary embodiment in conjunction with the drawing. In this show:
Figure 1
a perspective side view of an embodiment of an electrical heating device;
Figure 2
a perspective side view of the embodiment according to Figure 1 after connecting the PTC heating elements;
Figure 3
a perspective exploded view of the PTC heating element of the electrical heating device shown in Figures 1 and 2;
Figure 4
a perspective side view of the in Figure 3 illustrated embodiment of a PTC heating element;
Figure 5
a perspective longitudinal sectional view along the line VV as shown in FIG Figure 4 before pressing the PTC heating element;
Figure 6
a perspective cross-sectional view along the line VI-VI as shown in FIG Figure 4 before pressing the PTC heating element;
Figure 7
a perspective longitudinal sectional view along the line VV as shown in FIG Figure 4 after pressing the PTC heating element;
Figure 8
a perspective cross-sectional view along the line VI-VI as shown in FIG Figure 4 after pressing the PTC heating element and
Figure 9
a cross-sectional view of the embodiment of the PTC heating element according to Figures 3 to 8 when pressing in a die.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf ein mit Bezugszeichen 2 gekennzeichnetes Heizergehäuse einer als Wasserheizer ausgebildeten elektrischen Heizvorrichtung. Das Heizergehäuse 2 hat ein Gehäusewannenelement 4 aus Kunststoff. Das Heizergehäuse 2 bildet einen Einlassstutzen 6 und einen Auslassstutzen 8 aus, die vorliegend einteilig an dem Gehäusewannenelement 4 ausgebildet sind. Die Stutzen 6, 8 sind als Schlauchanschlussstutzen ausgebildet und bilden eine Einlassöffnung 10 bzw. eine Auslassöffnung 12 zu einer mit Bezugszeichen 14 gekennzeichneten Zirkulationskammer aus. Figure 1 shows a perspective top view of a heater housing, identified with reference number 2, of an electrical heating device designed as a water heater. The heater housing 2 has a housing pan element 4 made of plastic. The heater housing 2 forms an inlet connector 6 and an outlet connector 8, which in the present case are formed in one piece on the housing pan element 4. The nozzles 6, 8 are designed as hose connection nozzles and form an inlet opening 10 or an outlet opening 12 to a circulation chamber identified by reference numeral 14.

Die Zirkulationskammer 14 ist durch eine Trennwand 16 aus Kunststoff von einer Anschlusskammer 18 getrennt und gegenüber dieser abgedichtet. Die Trennwand 16 bildet weibliche Steckelementaufnahmen 20 für PTC-Heizelemente 22 aus, die dichtend in die weiblichen Steckelementaufnahmen 20 eingesetzt und an einem Boden 24 des Gehäusewannenelementes 4 abgestützt sind.The circulation chamber 14 is separated from a connection chamber 18 by a partition 16 made of plastic and is sealed off from the latter. The partition 16 forms female plug-in element receptacles 20 for PTC heating elements 22, which are inserted sealingly into the female plug-in element receptacles 20 and are supported on a base 24 of the housing pan element 4.

Die Figuren 3 bis 9 verdeutlichen Details des PTC-Heizelementes 22, welches vorliegend lediglich ein PTC-Element 30 aufweist, welches an seinen aneinander gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 32 mit einer Isolierlage 34 belegt ist. Die Isolierlagen 34 sind vorliegend durch eine Kunststofffolie, beispielsweise aus Kapton gebildet. Das PTC-Element 30 ist als Plättchen ausgebildet mit einer Breite B bzw. einer Länge L, die um den Faktor von zumindest 10 größer sind, als eine Dicke, die dem Abstand der beiden Hauptseitenflächen 32 entspricht.The Figures 3 to 9 illustrate details of the PTC heating element 22, which in the present case only has one PTC element 30, which is covered with an insulating layer 34 on its mutually opposite main side surfaces 32. In the present case, the insulating layers 34 are formed by a plastic film, for example from Kapton. The PTC element 30 is designed as a plate with a width B and a length L which are greater by a factor of at least 10 than a thickness which corresponds to the distance between the two main side surfaces 32.

Auf gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 32 sind jeweils Kontaktbleche 38 vorgesehen, die mit dem PTC-Element 30 verklebt und dadurch elektrisch leitend an einer oberflächigen Metallisierung des PTC-Elements 30, die als Schicht mittels PVD oder CVD aufgebracht sein kann, angebunden sein können. Die Kontaktbleche 38 können auch lediglich auf das PTC-element 30 aufgelegt sein. Jedes Kontaktblech 38 bildet eine Kontaktfläche 40, die an der Hauptseitenfläche 32 des PTC-Elementes 30 elektrisch leitend anliegt, eine an einer Seite über das PTC-Element 30 hinausragende Kontaktzunge 42 und eine an der gegenüberliegenden, im Folgenden als Unterseite bezeichneten Seite abragende Rastzunge 44 aus. Vorliegend ist die Kontaktfläche 40 deckungsgleich mit der Hauptseitenfläche 32 des PTC-Elementes 30 vorgesehen. Die Isolierlage 34 liegt auf der dem PTC-Element 30 abgewandten Seite auf dem Kontaktblech 38 und deckt dieses ab.Contact plates 38 are provided on opposite main side surfaces 32, which are glued to the PTC element 30 and thus connected in an electrically conductive manner to a surface metallization of the PTC element 30, which can be applied as a layer by means of PVD or CVD. The contact plates 38 can also only be placed on the PTC element 30. Each contact sheet 38 forms a contact surface 40 which rests in an electrically conductive manner on the main side surface 32 of the PTC element 30, a contact tongue 42 protruding beyond the PTC element 30 on one side and a latching tongue 44 protruding on the opposite side, hereinafter referred to as the underside out. In the present case, the contact surface 40 is provided congruently with the main side surface 32 of the PTC element 30. The insulating layer 34 lies on the side facing away from the PTC element 30 on the contact sheet 38 and covers it.

Das PTC Element 30 ist in einem Rahmen 46 aufgenommen, der hierzu eine Rahmenöffnung 48 aufweist, die durch Längsholme 50 und Querholme 52, 54 begrenzt ist. Der unteren Querholm 54 hat zwei Verriegelungsöffnungen 56 zur Aufnahme der Rastzungen 44. Der obere Querholm 52 ist einteilig mit einer Durchführungselement-Basis 58 ausgebildet, die zusammen mit einem Durchführungssegment-Deckel 60 eine Art Stopfen bildet, der von einem Anschlagkragen 61 überragt ist. Dieser Anschlagkragen 61 wird durch von dem Rahmen 46 ausgebildete Halbschalen 62 überragt, von denen Stifte 64 abragen. Korrespondierend hierzu weist der Durchführungssegment-Deckel 60 Bohrungen 66 und mit diesen fluchtende Halbschalen 68 auf.The PTC element 30 is received in a frame 46 which for this purpose has a frame opening 48 which is delimited by longitudinal spars 50 and transverse spars 52, 54. The lower transverse bar 54 has two locking openings 56 for receiving the locking tongues 44. The upper transverse bar 52 is formed in one piece with a lead-through element base 58 which, together with a lead-through segment cover 60, forms a type of plug over which a stop collar 61 projects. This stop collar 61 is surmounted by half-shells 62 formed by the frame 46, from which pins 64 protrude. Corresponding to this, the leadthrough segment cover 60 has bores 66 and half-shells 68 aligned with these.

Zur Montage wird zunächst eines der Kontaktbleche 38 mit seiner Kontaktzunge 44 in die Halbschale 62 eingelegt. Der Stift 64 wird dabei durch eine an der Kontaktzunge 44 ausgesparte Bohrungen durchgeführt. Die Rastzunge 44 des Kontaktblechs 38 wird in die zugeordnete Verriegelungsöffnung 56 eingebracht. In dieser Weise verbunden hat der Rahmen 46 einen durch das Kontaktblech 38 gebildeten Boden, auf den das PTC Element 30 aufgelegt wird. Danach wird das weitere Kontaktblech 38 in der zuvor beschriebenen Weise in die andere der beiden Halbschalen 62 ein- und auf die Hauptseitenfläche 32 des PTC-Elementes 30 aufgelegt.For assembly, one of the contact plates 38 is first inserted with its contact tongue 44 into the half-shell 62. The pin 64 is in this case through a bores cut out on the contact tongue 44 carried out. The latching tongue 44 of the contact plate 38 is introduced into the associated locking opening 56. Connected in this way, the frame 46 has a base formed by the contact plate 38 on which the PTC element 30 is placed. The further contact sheet 38 is then inserted into the other of the two half-shells 62 in the manner described above and placed on the main side surface 32 of the PTC element 30.

Danach wird der Durchführungssegment-Deckel 60 aufgebracht, sodass die Stifte 64 in die Bohrungen 66 eingeführt sind und die Halbschalen 68 des Deckel 60 die Halbschalen 62 der Basis 58 komplettieren. Danach sind die jeweiligen Kontaktzungen 42 isolierend in einem durch die Halbschalen 62, 68 jeweils gebildeten Durchführungskanal 70 aufgenommen und über den Rahmen 46 hinaus verlängert (vergleiche Figur 4). Die Stifte 64 können danach warmverstemmt werden, um Basis 58 und Deckel 60 miteinander unverlierbar zu verbinden.The lead-through segment cover 60 is then applied so that the pins 64 are inserted into the bores 66 and the half-shells 68 of the cover 60 complete the half-shells 62 of the base 58. Thereafter, the respective contact tongues 42 are accommodated in an insulating manner in a feed-through channel 70 formed by the half-shells 62, 68 and extended beyond the frame 46 (cf. Figure 4 ). The pins 64 can then be heat staked to secure the base 58 and cover 60 together.

Die so hergestellte bauliche Einheit wird mit Isolierlage 34 belegt. Dazu wird die die Isolierlage 34 ausbildenden Kunststofffolie am unteren Ende des Rahmens um den unteren Querholm 54 umgeschlagen, sodass sich parallele Schenkel ergeben, die jeweils durch die einheitliche Folie ausgebildet sind und die Isolierlagen 34 ausbilden.The structural unit produced in this way is covered with insulating layer 34. For this purpose, the plastic film forming the insulating layer 34 is folded over around the lower cross member 54 at the lower end of the frame, so that parallel legs are produced which are each formed by the uniform film and form the insulating layers 34.

Die so hergestellte Einheit wird in ein Gehäuse 72 eingebracht, das vorliegend aus Blech durch Tiefziehen gebildet und mit einer einzigen Öffnung 74 versehen ist, wobei der der Öffnung 74 gegenüberliegende Bereich des Gehäuse 72 geschlossen und mit einer Halterippe 76 versehen ist, die in einer an dem Boden 24 des Heizergehäuses 2 ausgesparten Aufnahmenut zur Positionierung des PTC-Heizelementes 22 in dem Heizergehäuses 2 zusammenwirkt. Durch die Öffnung 74 wird die vormontierte Einheit in einen Aufnahmeraum 78 des Tiefziehteils 72 eingebracht. Am Ende der Einbringungsbewegung stößt der Anschlagkragen 61 gegen den Rand der Öffnung 74, wodurch die Einbaulage des Rahmens 46 und damit der durch den Rahmen 46 gehaltenen und um den Rahmen 46 gelegten Komponenten des PTC-Heizelement 22 vorgegeben ist.The unit produced in this way is placed in a housing 72, which in the present case is formed from sheet metal by deep drawing and is provided with a single opening 74, the area of the housing 72 opposite the opening 74 being closed and provided with a retaining rib 76 which is connected in a the bottom 24 of the heater housing 2 recessed receiving groove for positioning the PTC heating element 22 in the heater housing 2 cooperates. The preassembled unit is introduced into a receiving space 78 of the deep-drawn part 72 through the opening 74. At the end of the introduction movement, the stop collar 61 strikes the edge of the opening 74, whereby the installation position of the frame 46 and thus the components of the PTC heating element 22 held by the frame 46 and placed around the frame 46 is predetermined.

Unterhalb der Öffnung 74 bildet das Tiefziehteil 72 einen Halterand 80 aus, der parallel zu dem Rand der Öffnung 74 um das Tiefziehteil 72 umläuft und zwischen sich und der Öffnung 74 einen Kragen 82 ausbildet, der eine Anlagefläche für ein Dichtungselement 84 ausgebildet. Das Dichtungselement 84 ist aus einem weichelastischem Kunststoff, beispielsweise TPE oder Silikon gebildet und hat Durchlassöffnungen 86 für die miteinander verbundenen Halbschalen, 62, 68. Das Dichtungselement 84 kann separat hergestellt und mit dem Rahmen 46 und dem Tiefziehteil 72 gefügt sein. Alternativ ist es auch möglich, das Dichtungselement 84 durch Umspritzen mit dem Rahmen 46 und dem Tiefziehteil 72 zu verbinden.Below the opening 74, the deep-drawn part 72 forms a retaining edge 80 which runs parallel to the edge of the opening 74 around the deep-drawn part 72 and between it and the opening 74 forms a collar 82 which forms a contact surface for a sealing element 84. The sealing element 84 is made of a flexible plastic, for example TPE or silicone, and has passage openings 86 for the half-shells 62, 68 connected to one another. The sealing element 84 can be produced separately and joined to the frame 46 and the deep-drawn part 72. Alternatively, it is also possible to connect the sealing element 84 to the frame 46 and the deep-drawn part 72 by insert molding.

Das Dichtungselement 84 stützt sich jedenfalls an dem Halterand 80 ab, der durch das Tiefziehteil 72 selbst ausgebildet und durch Tiefziehen des Blechmaterials ausgeformt ist. Sämtliche an dem Tiefziehteil 72 vorgesehene Konturen und Vorsprünge sind durch das Tiefziehen verwirklicht und Ergebnis der Umformbearbeitung des Bleches. Lediglich die Öffnung 74 ist durch Abschneiden des überschüssigen Blechmaterials und gegebenenfalls Entgraten gebildet.In any case, the sealing element 84 is supported on the retaining edge 80, which is formed by the deep-drawn part 72 itself and is formed by deep-drawing the sheet metal material. All of the contours and projections provided on the deep-drawn part 72 are realized by deep-drawing and are the result of the metal sheet metal forming process. Only the opening 74 is formed by cutting off the excess sheet metal and optionally deburring it.

Wie die Figur 4 verdeutlicht, überragen die Kontaktzungen 44 die freien Enden der gefügten Halbschalen 62, 68 und sind als männliche Steckelemente einer Steckverbindung an das PTC-Heizelement 22 nutzbar. Mit Abstand zu der Stirnfläche der gefügten Halbschalen, 62, 68, befindet sich das Dichtungselement 84.As the Figure 4 As illustrated, the contact tongues 44 protrude beyond the free ends of the joined half-shells 62, 68 and can be used as male plug-in elements of a plug-in connection to the PTC heating element 22. The sealing element 84 is located at a distance from the end face of the joined half-shells 62, 68.

Das wirtschaftliche Einbringen der zuvor erwähnten Elemente in den Aufnahmeraum 78 bringt es mit sich, dass zunächst die Isolierlagen 34 nicht hinreichend wärmeleitend an den zugeordneten Innenflächen des Aufnahmeraumes 78 anliegen, was die Figuren 5 und 6 verdeutlichen. So wird das Tiefziehteil 72 nach der Montage der Komponenten im Bereich seiner Längsränder 88 umgeformt. Das Tiefziehteil 72 wird dazu in ein Gesenk 90 mit Oberteil 92 und Unterteil 94 eingebracht, die im Grunde identisch ausgeformt sind.The economical introduction of the above-mentioned elements into the receiving space 78 means that initially the insulating layers 34 do not bear against the associated inner surfaces of the receiving space 78 in a sufficiently thermally conductive manner, which the Figures 5 and 6 clarify. Thus, after the components have been assembled, the deep-drawn part 72 is reshaped in the region of its longitudinal edges 88. For this purpose, the deep-drawn part 72 is introduced into a die 90 with an upper part 92 and a lower part 94, which are basically identical in shape.

Figur 9 lässt erkennen, dass die beiden Teile 92, 94 jeweils eine Umformkante 96 ausbilden, die gegen die Außenfläche des Tiefziehteiles 72 angelegt wird. Der Angriffspunkt der Umformkante 96 liegt dabei in der Schnittansicht seitlich neben der Quererstreckung des PTC-Elementes 30 und der zugeordneten Kontaktbleche 40. Die Umformkante 96 greift in einen Freiraum ein, der zwischen dem zugehörigen Längsholm 50 und den PTC-Element 30 bzw. der Kontaktfläche 40 freigelassen und lediglich von der Isolierlage 34 überbrückt ist, die den jeweiligen Längsholm 50 zumindest teilweise überragt. Figure 9 It can be seen that the two parts 92, 94 each form a deforming edge 96 which is placed against the outer surface of the deep-drawn part 72. The point of application of the forming edge 96 lies laterally in the sectional view next to the transverse extension of the PTC element 30 and the associated contact plates 40. The forming edge 96 engages in a free space between the associated longitudinal spar 50 and the PTC element 30 or the contact surface 40 is left free and is only bridged by the insulating layer 34, which at least partially projects beyond the respective longitudinal spar 50.

So wird das Tiefziehteil 72 lediglich im Bereich seiner Längsränder 88 umgeformt. Die durch das Tiefziehen hergestellte, zunächst im Grunde durch Tiefziehen halbreisförmig ausgeformte Krümmung der Längsränder 88 des Tiefziehteiles 72 werden stärker nach innen gebogen, wodurch die sich parallel zu den Hauptseitenflächen 32 erstreckenden Innenflächen des Tiefziehteils unter Vorspannung an die Oberflächen der Isolierlagen 34 angelegt werden.The deep-drawn part 72 is thus formed only in the area of its longitudinal edges 88. The curvature of the longitudinal edges 88 of the deep-drawn part 72 produced by deep-drawing, initially basically semicircular-shaped by deep-drawing, are bent more inward, as a result of which the inner surfaces of the deep-drawn part extending parallel to the main side surfaces 32 are placed under pretension against the surfaces of the insulating layers 34.

Ersichtlich fasst das Gesenk 90 die jeweiligen Längsränder 88 sowohl in Bewegungsrichtung der beiden Teile 92, 94 aufeinander zu, wie auch an der Außenseite des Tiefziehteils 72. So berührt das in das Gesenk 90 eingelegte Tiefziehteil 72 mit seinen äußeren, durch die Längsränder 88 definierten Außenseiten das Gesenk 90. Das metallische Material des Tiefziehteils 72 kann dementsprechend lediglich in Richtung auf das PTC-Element 30 umgeformt werden.It can be seen that the die 90 grips the respective longitudinal edges 88 both in the direction of movement of the two parts 92, 94 and on the outside of the deep-drawn part 72. Thus, the deep-drawn part 72 inserted into the die 90 touches with its outer sides defined by the longitudinal edges 88 the die 90. The metallic material of the deep-drawn part 72 can accordingly only be formed in the direction of the PTC element 30.

Die Umformkante 96 wirkt nicht unmittelbar gegen das PTC-Element 30, sodass eine Beschädigung desselben beim Umformen weitestgehend vermieden wird. Darüber hinaus ergibt sich nach dem Umformen eine elastische Vorspannung, durch welche sich eine sichere Wärmeausleitung durch gute Wärmeleitung von dem PTC-Element 30 durch die Kontaktbleche 40 und die Isolierlage 34 zu der Innenfläche des Tiefziehteil 62 und durch dieses über Wärmeleitung nach außen ergibt.The deformation edge 96 does not act directly against the PTC element 30, so that damage to it during deformation is largely avoided. In addition, the reshaping results in an elastic pre-tension, which results in reliable heat dissipation through good heat conduction from the PTC element 30 through the contact plates 40 and the insulating layer 34 to the inner surface of the deep-drawn part 62 and through this through heat conduction to the outside.

Ersichtlich ist das Tiefziehteil 72 mit seiner Hauptseitenfläche ballig ausgebildet. Eine Innenfläche 98 erstreckt sich eben zu der Hauptseitenfläche 32 des PTC-Elementes 30, wohingegen die Außenseite des Tiefziehteils 72 gegenüberliegend zu der Hauptseitenfläche 32 konvex ausgeformt ist. Dementsprechend hat das Tiefziehteil 72 in einer Querschnittsansicht in der Mitte der Innenfläche 98 eine größere Dicke als am Rand der Innenfläche 98. Diese Ausgestaltung verbessert die Vorspannung und Festigkeit des Tiefziehteils 72 zum Aufbringen einer äußeren Anpresskraft der in dem Aufnahmeraum 78 montierten Elemente des PTC-Heizelementes 22.It can be seen that the deep-drawn part 72 is convex with its main side surface. An inner surface 98 extends flatly towards the main side surface 32 of the PTC element 30, whereas the outer side of the deep-drawn part 72 opposite the main side surface 32 is convex. Accordingly, the deep-drawn part 72 in a cross-sectional view in the middle of the inner surface 98 has a greater thickness than at the edge of the inner surface 98. This configuration improves the pretension and strength of the deep-drawn part 72 for applying an external contact pressure to the elements of the PTC heating element mounted in the receiving space 78 22nd

Die ebene Innenfläche 98 des Tiefziehteils 72 geht jeweils randseitig in eine im Grunde kreissegmentförmige Höhlung über. Die zuvor erwähnte Umformung des Tiefziehteils 72 erfolgt allein im Bereich dieser Höhlung. Die in Figur 6 noch offene C-förmige und durch die Höhlung gebildete Klaue ist nach der Umformbearbeitung und in Figur 8 deutlicher geschlossener zu erkennen. Mit anderen Worten wird der Durchmesser jeder an den Längskanten des Tiefziehteils 72 vorgesehenen Höhlung des Tiefziehteils 72 durch die Umformbearbeitung verringert, wodurch die einander gegenüberliegenden Innenflächen 98 aufeinander zu und unter Vorspannung gegen die Isolierlage 34 angelegt werden.The flat inner surface 98 of the deep-drawn part 72 merges at the edge into a basically circular segment-shaped cavity. The aforementioned deformation of the deep-drawn part 72 takes place only in the area of this cavity. In the Figure 6 The still open C-shaped claw formed by the cavity is after the forming and in Figure 8 clearly more closed. In other words, the diameter of each cavity of the deep-drawn part 72 provided on the longitudinal edges of the deep-drawn part 72 is reduced by the forming processing, as a result of which the opposing inner surfaces 98 are placed against one another and under pretension against the insulating layer 34.

Konkret ist zwischen einem äußeren Längsrand 97 und der Innenfläche 98 jeweils ein Verformungssegment 99 durch das Gehäuse ausgebildet. Dieses Verformungssegment 99 ist in Richtung auf den Aufnahmeraum 78 plastisch verformt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier solcher Verformungssegmente 99 vorgesehen. Auf der Oberseite wie auch auf der Unterseite gemäß Figur 8 sind jeweils zwischen der Innenfläche 98 und dem äußeren Längsrand 97 je zwei Verformungssegmente 99 vorgesehen. Es reicht aber aus, zur vorgespannten Anlage der Innenflächen 98 gegen das PTC-Element 30 lediglich beispielsweise auf der Oberseite entsprechende Verformungssegmente 99 vorzusehen und plastisch zu verformen, um eine innere Vorspannkraft in das Gehäuse einzubringen. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Gehäuse mittels Tiefziehen oder anderweitig hergestellt ist. Beim Verformen der Verformungssegmente 99 bleibt vorliegend der äußere Längsrand 97 unverformt.Specifically, a deformation segment 99 is formed by the housing between an outer longitudinal edge 97 and the inner surface 98. This deformation segment 99 is plastically deformed in the direction of the receiving space 78. In the embodiment shown, four such deformation segments 99 are provided. On the top as well as on the bottom according to Figure 8 two deformation segments 99 are provided between the inner surface 98 and the outer longitudinal edge 97. It is sufficient, however, for the preloaded contact of the inner surfaces 98 against the PTC element 30 to merely provide appropriate deformation segments 99 on the upper side, for example, and to plastically deform them in order to introduce an internal preload force into the housing. It does not matter whether the housing is manufactured by deep drawing or otherwise. When the deformation segments 99 are deformed, the outer longitudinal edge 97 remains undeformed in the present case.

Wie der Vergleich der Figuren 5 bzw. 6 mit den Figuren 7 bzw. 8 verdeutlicht, legt sich die Innenfläche 98 des Tiefziehteils 62 nach der Umformung gemäß Figur 9 bündig an die Isolierlage 34 an.Like comparing the Figures 5 or 6 with the Figures 7 8 and 8, the inner surface 98 of the deep-drawn part 62 lies down after the deformation according to FIG Figure 9 flush with the insulating layer 34.

Die Figur 2 verdeutlicht den elektrischen Anschluss der PTC-Heizelemente 22. Für den elektrischen Anschluss sind in der Anschlusskammer 18 Bleche als Stromschienen 100, 102, 104 vorgesehen, die durch Stanzen und Biegen ausgebildete Kontaktvorsprünge 106 aufweisen, die unter elastischer Vorspannung gegen die Kontaktzungen 42 anliegen und diese kontaktieren. Die Kontaktvorsprünge 106 ragen in Aufnahmeöffnungen 108 hinein, die in den Blechstreifen der Stromschienen 100, 102, 104 ausgespart sind. In gleicher Weise werden mit Bezugszeichen 110 gekennzeichnete Anschlusszungen angeschlossen, die mit einer bestückten Leiterplatte kontaktiert sind, die in einem Steuergehäuse 112 aufgenommen ist. Dabei erfolgt der Anschluss der Stromschiene 102 unmittelbar über die Anschlusszunge 110, wohingegen der Anschluss der Stromschienen 100, 102 über einen Leistungstransistor 114 erfolgt, der mit stanzbearbeiteten Zuleitern 116 kontaktiert ist, die elektrisch an die zugehörigen Anschlusszungen 110 angeschlossen sind.The Figure 2 illustrates the electrical connection of the PTC heating elements 22. For the electrical connection, metal sheets are provided as busbars 100, 102, 104 in the connection chamber 18, which have contact projections 106 formed by punching and bending, which rest against the contact tongues 42 under elastic pretension and these to contact. The contact projections 106 protrude into receiving openings 108 which are recessed in the sheet metal strips of the busbars 100, 102, 104. In the same way, connecting tongues identified with reference numeral 110 are connected, which are in contact with an equipped printed circuit board that is received in a control housing 112. The connection of the busbar 102 takes place directly via the connecting tongue 110, whereas the connection of the busbars 100, 102 is made via a power transistor 114 that is contacted with punched leads 116 that are electrically connected to the associated connecting tongues 110.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22
HeizergehäuseHeater housing
44th
GehäusewannenelementHousing pan element
66th
EinlassstutzenInlet port
88th
AuslassstutzenOutlet port
1010
EinlassöffnungInlet opening
1212
AuslassöffnungOutlet opening
1414th
ZirkulationskammerCirculation chamber
1616
Trennwandpartition wall
1818th
AnschlusskammerConnection chamber
2020th
weibliche Steckelementaufnahmefemale plug-in element receptacle
2222nd
PTC-HeizelementPTC heating element
2424
Bodenground
3030th
PTC-ElementPTC element
3232
HauptseitenflächeMain face
3434
IsolierlageInsulating layer
3838
KontaktblechContact sheet
4040
KontaktflächeContact area
4242
KontaktzungeContact tongue
4444
RastzungeLocking tongue
4646
Rahmenframe
4848
RahmenöffnungFrame opening
5050
LängsholmLongitudinal spar
5252
oberer Querholmupper cross member
5454
unterer Querholmlower cross bar
5656
VerriegelungsöffnungLocking opening
5858
Durchführungselement-BasisFeedthrough element base
6060
Durchführungselement-DeckelFeed-through element cover
6161
AnschlagkragenStop collar
6262
HalbschaleHalf shell
6464
Stiftpen
6666
Bohrungdrilling
6868
HalbschaleHalf shell
7070
DurchführkanalFeed-through channel
7272
TiefziehteilDeep-drawn part
7474
Öffnungopening
7676
HalterippeRetaining rib
7878
AufnahmeraumRecording room
8080
HalterandRetaining edge
8282
Kragencollar
8484
DichtungselementSealing element
8686
DurchlassöffnungPassage opening
8888
LängsrandLongitudinal edge
9090
GesenkDie
9292
OberteilTop
9494
UnterteilLower part
9696
UmformkanteForming edge
9797
äußerer Längsrandouter longitudinal edge
9898
InnenflächeInner surface
9999
VerformungssegmentDeformation segment
100100
StromschieneBusbar
102102
StromschieneBusbar
104104
StromschieneBusbar
106106
KontaktvorsprungContact advantage
108108
AufnahmeöffnungReceiving opening
110110
AnschlusszungeConnection tongue
112112
SteuergehäuseControl housing
114114
LeistungstransistorPower transistor
116116
ZuleiterFeeder
118118
Steckergehäuse LeistungsstromConnector housing power current
120120
Steckergehäuse SteuersignaleConnector housing control signals

Claims (15)

PTC-Heizelement (22) für eine elektrische Heizvorrichtung, mit einem Gehäuse (72), das zumindest ein PTC-Element (30), elektrisch mit dem PTC-Element (30) verbundene Leiterbahnen (38) und wärmeleitend gegen das PTC-Element (30) anliegende Isolierlagen (34) als Einheit fügt und von Kontaktzungen (42) überragt ist, die zur Bestromung des PTC-Elementes (30) mit unterschiedlicher Polarität mit den Leiterbahnen (38) elektrisch leitend verbunden sind, wobei das Gehäuse einen das PTC-Element (30), die Leiterbahnen (40) und die Isolierlagen (38) aufnehmenden Aufnahmeraum (78) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (78) in einer Querschnittsansicht durch zwei sich gegenüberliegende und das PTC-Element (30) überdeckende ebene Innenflächen (88), sich an die Innenflächen (98) anschließende Verformungssegmente (99) und äußere Längsränder (88) des Gehäuses (72) begrenzt ist, wobei die Verformungssegmente (99) in einer Querschnittsansicht zwischen einer der Innenflächen (98) und dem zugeordneten äußeren Längsrand (88) vorgesehen sind, wobei die Verformungssegmente (99) in Richtung auf den Aufnahmeraum und gegenüber den Innenflächen und den äußeren Längsrändern des Gehäuses (72) plastisch verformt sind.PTC heating element (22) for an electrical heating device, with a housing (72) containing at least one PTC element (30), conductor tracks (38) electrically connected to the PTC element (30) and thermally conductive to the PTC element ( 30) inserts adjacent insulating layers (34) as a unit and is surmounted by contact tongues (42) which are electrically conductively connected to the conductor tracks (38) with different polarity in order to energize the PTC element (30), the housing having a PTC Element (30), the conductor tracks (40) and the insulating layers (38) receiving the receiving space (78), characterized in that the receiving space (78) in a cross-sectional view through two opposite and the PTC element (30) overlapping flat inner surfaces (88), deformation segments (99) adjoining the inner surfaces (98) and outer longitudinal edges (88) of the housing (72), the deformation segments (99) in a cross-sectional view between one of the inner surfaces (98) and the associated outer longitudinal edge (88) are provided, the deformation segments (99) being plastically deformed in the direction of the receiving space and with respect to the inner surfaces and the outer longitudinal edges of the housing (72). PTC-Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (72) zumindest eine Verstärkung (80) aufweist, die zumindest zwei von PTC-Element (30), Leiterbahn (40) und Isolierlage (38) unter Vorspannung in dem Gehäuse (72) gegeneinander angelegt hält.PTC heating element according to Claim 1, characterized in that the housing (72) has at least one reinforcement (80) which holds at least two of the PTC element (30), conductor track (40) and insulating layer (38) under prestress in the housing ( 72) holds against each other. PTC-Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (80) durch eine ballige Ausgestaltung von gegenüberliegenden Hauptseitenwänden des Gehäuses (72) gebildet ist, deren Innenflächen (88) in einer Querschnittsansicht des Gehäuses (72) eben sind und an dem PTC-Element (30) anliegen und die in der Mitte des PTC-Elementes (30) dicker als an dem Rand des PTC-Elementes (30) sind.PTC heating element according to claim 2, characterized in that the reinforcement (80) is formed by a spherical configuration of opposite main side walls of the housing (72), the inner surfaces (88) of which are flat in a cross-sectional view of the housing (72) and on the PTC -Element (30) and which are thicker in the middle of the PTC element (30) than at the edge of the PTC element (30). PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrisch mit dem Gehäuse (72) verbundene Masseanschlusszunge (76).PTC heating element according to one of the preceding claims, characterized by a ground connection tongue (76) electrically connected to the housing (72). PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Dichtungselement (84) aus einem weichelastischen Kunststoff, das eine Öffnung (74) des Gehäuses (72) abdichtet und von den Kontaktzungen (42) überragt ist.PTC heating element according to one of the preceding claims, characterized by a sealing element (84) made of a flexible plastic which seals an opening (74) in the housing (72) and is protruded by the contact tongues (42). PTC-Heizelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (84) in Richtung der Längserstreckung der Kontaktzungen (42) das Gehäuse (72) überragt.PTC heating element according to Claim 5, characterized in that the sealing element (84) projects beyond the housing (72) in the direction of the longitudinal extension of the contact tongues (42). PTC-Heizelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (72) einen das Dichtungselement (84) haltenden Halterand (80) ausformt.PTC heating element according to Claim 5 or 6, characterized in that the housing (72) forms a retaining edge (80) holding the sealing element (84). PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Durchführungselement (58, 60) aus einem elektrisch isolierenden Material, welches nach Art eines Stopfens in ein freies, von den Kontaktzungen (42) durchragtes Ende des Gehäuse (72) eingesetzt ist und Durchführkanäle (70) für die Kontaktzungen (42) ausbildet.PTC heating element according to one of the preceding claims, characterized by a lead- through element (58, 60) made of an electrically insulating material which is inserted like a plug into a free end of the housing (72) protruding by the contact tongues (42) and lead-through channels (70) for the contact tongues (42). PTC-Heizelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine ein Tiefziehteil (72) ist.PTC heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the housing is a deep-drawn part (72). PTC-Heizelement nach Anspruch 9 gekennzeichnet durch eine gegenüberliegend zu den Kontaktzungen (42) vorgesehene und durch das Tiefziehteil (72) gebildete Halterippe (76).PTC heating element according to Claim 9, characterized by a retaining rib (76) provided opposite the contact tongues (42) and formed by the deep-drawn part (72). Elektrische Heizvorrichtung mit zumindest einem in einer Zirkulationskammer (14) angeordneten PTC-Heizelement (22) mit einem Gehäuse (72), das zumindest ein PTC-Element (30), elektrisch mit dem PTC-Element (30) verbundene Leiterbahnen (38) und wärmeleitend gegen das PTC-Element (30) anliegende Isolierlagen (34) als Einheit fügt und von Kontaktzungen (42) überragt ist, die zur Bestromung des PTC-Elementes (30) mit unterschiedlicher Polarität mit den Leiterbahnen (38) elektrisch leitend verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass das PTC-Heizelement (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Electrical heating device with at least one PTC heating element (22) arranged in a circulation chamber (14) with a housing (72), the at least one PTC element (30), conductor tracks (38) electrically connected to the PTC element (30) and thermally conductive insulation layers (34) against the PTC element (30) are inserted as a unit and overlooked by contact tongues (42) which are electrically conductively connected to the conductor tracks (38) with different polarity to energize the PTC element (30),
characterized,
that the PTC heating element (22) is designed according to one of claims 1 to 10.
Verfahren zum Herstellen eines PTC-Heizelement (22) für eine elektrische Heizvorrichtung, mit einem Gehäuse, das zumindest ein PTC-Element (30), elektrisch mit dem PTC-Element (30) verbundene Leiterbahnen (38) und wärmeleitend gegen das PTC-Element (38) anliegende Isolierlagen (34) als Einheit fügt und von Kontaktzungen (42) überragt ist, die zur Bestromung des PTC-Elementes (30) mit unterschiedlicher Polarität mit den Leiterbahnen (38) elektrisch leitend verbunden sind, bei dem das PTC-Element (30), die Leiterbahn (38) und die Isolierlagen (34) durch eine Öffnung (74) des Gehäuses (72) in einen durch das Gehäuses (72) ausgebildeten Aufnahmeraum (78) eingebracht werden und das Gehäuse (72) durch auf Randbereiche des Gehäuses (72) einwirkende Umformkräfte umgeformt wird, sodass einander gegenüberliegende Innenflächen des Gehäuses (72) gegen die Isolierlagen (34) angelegt werden.A method for producing a PTC heating element (22) for an electrical heating device, having a housing, the at least one PTC element (30), conductor tracks (38) electrically connected to the PTC element (30) and thermally conductive to the PTC element (38) inserts adjacent insulating layers (34) as a unit and is surmounted by contact tongues (42) which are electrically conductively connected to the conductor tracks (38) in order to energize the PTC element (30) with different polarity, in which the PTC element (30), the conductor track (38) and the insulating layers (34) are introduced through an opening (74) in the housing (72) into a receiving space (78) formed by the housing (72) and the housing (72) through to edge areas deformation forces acting on the housing (72) are transformed so that opposing inner surfaces of the housing (72) are placed against the insulating layers (34). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformkräfte ausschließlich auf einen Rand des Gehäuses (72) wirken, der außerhalb einer Projektionsfläche von gegen die Isolierlagen anzulegenden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes auf eine Innenfläche (98) des Gehäuses (72) liegt.Method according to Claim 12, characterized in that the deformation forces act exclusively on an edge of the housing (72) which lies outside a projection surface of main side surfaces of the PTC element to be placed against the insulating layers on an inner surface (98) of the housing (72). Verfahren nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformkräfte durch ein Gesenkt (90) mit Ober- und Unterteil (92,94) aufgebracht werden, dessen Formflächen (96) mit der Außenseite des Gehäuses (72) außerhalb des PTC Elementes (30) zusammenwirken und dass in dem Gesenk (90) die sich gegenüberliegenden Längsränder des Gehäuses (72) in Bewegungsrichtung des Gesenks ober- und unterseitig und rechtwinklig dazu eingefasst werden.Method according to claim 12 or 14, characterized in that the forming forces are applied through a die (90) with upper and lower part (92, 94), the shaped surfaces (96) of which with the outside of the housing (72) outside the PTC element ( 30) cooperate and that in the die (90) the opposite longitudinal edges of the housing (72) in the direction of movement of the die are enclosed on the top and bottom and at right angles thereto. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (72) durch Tiefziehen ausgebildet wird.Method according to one of Claims 12 to 14, characterized in that the housing (72) is formed by deep drawing.
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