WO2022042933A1 - Method for integrally bonding heating elements to housing elements made of plastic - Google Patents

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WO2022042933A1
WO2022042933A1 PCT/EP2021/069574 EP2021069574W WO2022042933A1 WO 2022042933 A1 WO2022042933 A1 WO 2022042933A1 EP 2021069574 W EP2021069574 W EP 2021069574W WO 2022042933 A1 WO2022042933 A1 WO 2022042933A1
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housing
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plastic material
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Joerg Engelhardt
Guido Bernd Finnah
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Robert Bosch Gmbh
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Abstract

The invention relates to a method for producing an integrally bonded connection (30) between a heating element (10), which contains an electrically conductive plastics material, and a housing (22) made of a plastics material (28). The following method steps are performed, where, according to a) a melt structure (20) is firstly produced on a joining side (18) of the heating element (10) during the shaping thereof, according to b) the joining side (18) is overmoulded (26) with the plastics material (28) of the housing (22), and according to c) the melt structure (20) is melted as method step b) is being performed and the integrally bonded connection (30) is formed. The invention also relates to an integrally bonded connection (30) between a heating element (10) and a housing (22) and to the use of the method to produce an integrally bonded connection (30) between a housing (22) and a planar tank heating element, filter heating element or delivery module heating element (10) of an exhaust gas aftertreatment system for internal combustion engines.

Description

Verfahren zur stoffschlüssigen Verbindung von Heizelementen anProcess for the material connection of heating elements
Gehäuseelemente aus Kunststoff Housing elements made of plastic
Technisches Gebiet technical field
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Heizelement, welches ein elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial enthält, und einem Gehäuse aus einem Kunststoff material. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einem Heizelement und einem Gehäuse sowie auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Gehäuse und einem flächigen Tank-, Filter- oder Fördermodulheizelement eines Abgasnachbehandlungssystems. The invention relates to a method for producing a material connection between a heating element, which contains an electrically conductive plastic material, and a housing made of a plastic material. Furthermore, the invention relates to a material connection between a heating element and a housing and to the use of the method for producing a material connection between a housing and a flat tank, filter or delivery module heating element of an exhaust gas aftertreatment system.
Stand der Technik State of the art
DE 10 2012 212 798 Al hat ein Heizelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie die Verwendung des Heizelements zum Gegenstand. Das Heizelement umfasst mindestens einen thermoelektrischen Heizkörper, wobei der Heizkörper zumindest teilweise mit einem Leitmaterial gebildet ist und über mindestens zwei Leiterbahnen mit elektrischer Energie versorgt wird. Erfindungsgemäß sind die Leiterbahnen mittels eines thermischen Spritzverfahrens ausgebildet. In Folge der thermisch aufgespritzten Leiterbahnen ergibt sich eine gute elektrische Anbindung der Leiterbahnen an die leitfähigen Partikel innerhalb der Matrix des Leitmaterials des Heizkörpers. Ferner ergibt sich eine mechanisch belastbare Anbindung der Leiterbahnen an den Heizkörper. Dem Heizkörper kann eine Vielzahl von dreidimensionalen Formen verliehen werden, sodass sich für das Heizelement eine Vielzahl von Anwendungen ergibt. Der Heizkörper kann die Gestalt einer rohrartigen Fluidleitung haben, sodass das Heizelement neben seiner eigentlichen Heizfunktion zugleich auch andere konstruktiv vorgegebene Aufgaben erfüllt. Aufgrund der Funktionsintegration beziehungsweise einer Doppelfunktionalität ergeben sich bei diesem Heizelement signifikante konstruktive Vereinfachungen und Optimierungsmöglichkeiten. DE 10 2012 212 798 A1 relates to a heating element and a method for its production as well as the use of the heating element. The heating element comprises at least one thermoelectric heating element, the heating element being formed at least partially with a conductive material and being supplied with electrical energy via at least two conductor tracks. According to the invention, the conductor tracks are formed using a thermal spraying process. As a result of the thermally sprayed conductor tracks, there is a good electrical connection between the conductor tracks and the conductive particles within the matrix of the conductive material of the heating element. Furthermore, there is a mechanically resilient connection of the conductor tracks to the radiator. A variety of three-dimensional shapes can be imparted to the heater, resulting in a variety of applications for the heating element. The heating element can be in the form of a tubular fluid line, so that the heating element, in addition to its actual heating function, also fulfills other structurally specified tasks. Due to the functional integration or dual functionality, this heating element results in significant design simplifications and optimization possibilities.
WO 2009/077269 Al hat ein mehrkomponentiges Spritzgussteil mit stoffschlüssiger Abdichtung zum Gegenstand. Spritzgussbauteile können ein thermoplastisches Einlegeteil und ein auf das Einlegeteil gespritztes thermoplastisches Verbundelement aufweisen, wobei das zumindest eine Einlegeteil an seiner Grenzfläche zum Verbundelement mehrere in Schmelzflussrichtung hintereinander angeordnete als Anschmelzspitzen ausgebildete Erhöhungen aufweist. Das Spritzgussteil wird durch ein Spritzgießverfahren hergestellt, bei dem das Einlegeteil in ein Spritzgießwerkzeug angeordnet und darin ein Verbundelement eingespritzt wird. Die Erhöhungen sollen von der Schmelze des Verbundelements angeschmolzen werden, sodass sich eine stoffschlüssige, gasdichte Verbindung ergibt. Die zumindest eine Erhöhung weist an ihrer Schmelzflussanstromseite eine erste Schräge auf, wobei das Verhältnis der Höhe eines verengten Querschnitts zur Höhe der Erhöhung im Bereich zwischen 0,6 und 0,9 liegt. WO 2009/077269 A1 relates to a multi-component injection-moulded part with an integral seal. Injection molded components can have a thermoplastic insert and a thermoplastic composite element sprayed onto the insert, the at least one insert having a plurality of elevations arranged one behind the other in the melt flow direction and designed as melting tips at its interface with the composite element. The injection molded part is produced by an injection molding process in which the insert is placed in an injection mold and a composite element is injected therein. The elevations should be melted by the melt of the composite element, resulting in a material-to-material, gas-tight connection. The at least one ridge has a first slope on its melt flow upstream side, wherein the ratio of the height of a constricted cross-section to the height of the ridge is in the range between 0.6 and 0.9.
Zur Erwärmung von Körpern oder Medien, wie Gasen oder Flüssigkeiten, werden unterschiedlichste Heizelemente eingesetzt. Dazu zu zählen sind keramische PTC-Heizelemente, metallische Widerstandsheizungen oder auch Widerstandsheizungen auf Basis elektrisch leitfähiger Kunststoffe, wie sie aus DE 10 2012 212 798 Al hervorgehen. Mit letzteren lassen sich Flächenheizelemente realisieren. Um die auf der Fläche entstandene Wärme in einen weiteren Körper zu transferieren, der ebenfalls aus Kunststoffmaterial gefertigt ist, so zum Beispiel ein Gehäuse, in dem ein zu erwärmendes oder aufzutauendes Medium bevorratet wird, ist eine möglichst optimale Verbindung der beiden Kunststoff material ien miteinander notwendig. A wide variety of heating elements are used to heat bodies or media such as gases or liquids. These include ceramic PTC heating elements, metal resistance heaters or also resistance heaters based on electrically conductive plastics, as can be seen from DE 10 2012 212 798 A1. With the latter, surface heating elements can be implemented. In order to transfer the heat generated on the surface to another body that is also made of plastic material, such as a housing in which a medium to be heated or thawed is stored, the best possible connection between the two plastic materials is necessary .
Zur Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen ist bekannt, dass durch das Überspritzen von Schmelzrippen gemäß WO 2009 077 269 Al im Wege des Mehrkomponenten-Spritzgießens zwei Kunststoffbauteile abgedichtet miteinander verbunden werden können. In order to produce material connections, it is known that two plastic components can be connected to one another in a sealed manner by overmolding melt ribs according to WO 2009 077 269 A1 by way of multi-component injection molding.
Darstellung der Erfindung Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Heizelement, welches ein elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial enthält, und einem Gehäuse aus einem Kunststoff material, bei dem zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Erzeugen einer Anschmelzstruktur an einer Fügeseite des Heizelements bei dessen Formgebung, b) Überspritzung der Fügeseite mit dem Kunststoff mate rial des Gehäuses, c) Anschmelzen der Anschmelzstruktur bei Durchführung von b) und Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung. Presentation of the invention A method is proposed for producing a material connection between a heating element, which contains an electrically conductive plastic material, and a housing made of a plastic material, in which at least the following method steps are carried out: a) Production of a melting structure on a joining side of the heating element its shaping, b) overmoulding of the joining side with the plastic material of the housing, c) melting of the melting structure when carrying out b) and formation of the bonded connection.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren können zur Ausbildung einer Verbindung zwischen Heizelement und Gehäuse ansonsten erforderliche weitere Verbindungselemente wie Schnapphaken, Schraubenverbindungen, Clipverbindungen oder dergleichen eingespart werden. Des Weiteren ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eine Ebene, insbesondere eine den Wärmetransfer begünstigende relativ großflächige Fläche zwischen den miteinander stoffschlüssig verbundenen Bauteilen Heizelement und Gehäuse. The method proposed according to the invention makes it possible to save on other connecting elements that would otherwise be required to form a connection between the heating element and the housing, such as snap hooks, screw connections, clip connections or the like. Furthermore, the production of a material connection proposed according to the invention results in a plane, in particular a relatively large area that promotes heat transfer, between the components heating element and housing that are materially connected to one another.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird die stoffschlüssige Verbindung durch Deformation der Anschmelzstruktur und Einbettung deformierter Bereiche in das Kunststoffmaterial der miteinander zu fügenden Komponenten erreicht. In a further development of the method proposed according to the invention, the material connection is achieved by deformation of the melt structure and embedding deformed areas in the plastic material of the components to be joined.
Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiter folgend verläuft die Anschmelzstruktur an der Fügeseite des Heizelements parallel zur Stromflussrichtung, die sich innerhalb des Heizelements einstellt oder die Anschmelzstruktur kann alternativ an der Fügeseite des Heizelements in Querrichtung zur Stromflussrichtung im Heizelement verlaufen. Following the method proposed according to the invention, the melting structure on the joining side of the heating element runs parallel to the current flow direction that occurs within the heating element, or the melting structure can alternatively run on the joining side of the heating element in the transverse direction to the current flow direction in the heating element.
In beiden Fällen ermöglicht die Schmelzstruktur, sei sie parallel zur Stromflussrichtung, sei sie quer zur Stromflussrichtung im Heizelement verlaufend, einen sehr guten Wärmeübergang zwischen den miteinander stoffschlüssig verbundenen Bauteilen Heizelement und Gehäuse. In both cases, the melt structure allows, be it parallel to the direction of current flow, be it transverse to the direction of current flow in the heating element running, a very good heat transfer between the materially bonded components heating element and housing.
Insbesondere kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Heizelement und dem Gehäuse derart ausgebildet werden, dass die deformierten Bereiche der Anschmelzstruktur gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Eine gleichmäßige Beabstandung erzeugt eine Regelmäßigkeit der Abfolge deformierter und glatter Bereiche zwischen den miteinander stoffschlüssig verbundenen Bauteilen Heizelement und Gehäuse. In particular, the material connection between the heating element and the housing can be formed by the method proposed according to the invention in such a way that the deformed areas of the melted structure are evenly spaced from one another. A uniform spacing produces a regularity in the sequence of deformed and smooth areas between the components, the heating element and the housing, which are bonded to one another.
In einer alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Heizelement, welches ein Kunststoffmaterial enthält, und einem Gehäuse, welches ein elektrisch leitfähiges Kunststoff material enthält, eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt werden, wobei die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Erzeugen einer Anschmelzstruktur an einer Fügeseite des Gehäuses bei dessen Formgebung, b) Überspritzung der Fügeseite mit dem Kunststoff material des Heizelements und c) Anschmelzen der Anschmelzstruktur bei Durchführung von b) und Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung. In an alternative embodiment variant of the method proposed according to the invention, a material connection can be produced to produce a material connection between a heating element, which contains a plastic material, and a housing, which contains an electrically conductive plastic material, with the following method steps being carried out: a) Generating a melting structure on a joining side of the housing during its shaping, b) overmolding the joining side with the plastic material of the heating element and c) melting the melting structure when carrying out b) and forming the material connection.
Bei der alternativen Ausführung werden die beteiligten Komponenten umgekehrt und die Materialien vertauscht, jedoch ist die Vorgehensweise, gemäß der die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Heizelement und dem Gehäuse hergestellt wird, identisch. In the alternative embodiment, the components involved are reversed and the materials interchanged, but the procedure by which the bonded connection between the heating element and the housing is made is identical.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine stoffschlüssige Verbindung, hergestellt gemäß dem vorangehenden Verfahren zwischen einem Heizelement, das ein elektrisch leitfähiges Kunststoff material enthält, und einem Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial, wobei die Anschmelzstruktur an einer Fügeseite des Heizelements oder des Gehäuses erhaben über die Fügeseite hervorsteht. Die Anschmelzstruktur ermöglicht in vorteilhafter Weise ein punktuelles Anschmelzen der Anschmelzstruktur und die Ausbildung einer stoffschlüssigen dichtenden Verbindung ohne Lufteinschlüsse zwischen der Trennfuge der miteinander stoffschlüssig zu verbindenden Bauteile, im vorliegenden Falle des Heizelements sowie des Gehäuses. The invention also relates to an integral connection, produced according to the above method, between a heating element containing an electrically conductive plastic material and a housing made of a plastic material, with the fusion structure on a joining side of the heating element or of the housing being raised above the joining side protrudes. the Fusing structure advantageously enables selective fusing of the fusing structure and the formation of a cohesive, sealing connection without air pockets between the parting line of the components to be cohesively connected to one another, in the present case the heating element and the housing.
In vorteilhafter Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung ist die Anschmelzstruktur an der Fügeseite durch eine Abfolge aus Spitzen, Bögen, Stegen, Rippen, Zylindern, Kreuzstegen oder dergleichen gebildet. In an advantageous embodiment of the materially bonded connection, the melting structure on the joining side is formed by a sequence of peaks, arches, webs, ribs, cylinders, cross webs or the like.
Die stoffschlüssige Verbindung weist eine Anschmelzstruktur auf, die als regelmäßiges Muster an der Fügeseite parallel zu einer Stromflussrichtung im Heizelement oder in Querrichtung zur Stromflussrichtung innerhalb des Heizelements verläuft. The materially bonded connection has a melting structure which runs as a regular pattern on the joining side parallel to a direction of current flow in the heating element or in a direction transverse to the direction of current flow within the heating element.
Schließlich bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Gehäuse und einem flächigen Tank-, Filter- oder Fördermodulheizelement eines Abgasnachbehandlungssystems, bei dem ein gefrierfähiges Reduktionsmedium eingesetzt wird. Finally, the invention relates to the use of the method for producing a material connection between a housing and a flat tank, filter or delivery module heating element of an exhaust gas aftertreatment system, in which a freezable reduction medium is used.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht die Einsparung von Verbindungselementen zwischen den miteinander zu fügenden Bauteilen Heizelement und Gehäuse. Üblicherweise eingesetzte Verbindungselemente wie beispielsweise Schnapphaken, Schrauben, Clipverbindungen oder dergleichen entfallen ebenso wie die damit verbundenen Montageschritte. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung lässt sich eine Kontaktfläche im Bereich einer Fuge zwischen den miteinander stoffschlüssig zu verbindenden Bauteile Heizelement und Gehäuse erreichen, die gleichmäßig voneinander beabstandete Verbundstellen aufweist. Dadurch steht möglichst die gesamte Fläche, d. h. die Kontaktfläche, die sich zwischen den miteinander stoffschlüssig gefügten Bauteilen Heizelement und Gehäuse ergibt, zum Wärmetransport zur Verfügung, ohne dass dieser beispielsweise durch bei dem Fügevorgang aufgetretene Lufteinschlüsse beeinträchtigt würde. Durch die an der Fügeseite entweder des Gehäuses oder des Heizelements vorgesehene Anschmelzstruktur, die in beliebiger Geometrie ausgebildet sein kann, können punktuelle Anschmelzstellen realisiert werden, die bei einer Überspritzung der Anschmelzstruktur mit einem fließfähigen Kunststoffmaterial deformierte Bereiche ergeben, die eine dichte und feste Verbindung beim Erkalten im Bereich der Fuge der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den miteinander stoffschlüssig gefügten Komponenten ergeben. Entsprechend der Anzahl und der Regelmäßigkeit des regelmäßigen Musters aus deformierten Bereichen im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung kann eine relativ große mechanische Stabilität der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den miteinander stoffschlüssig gefügten Bauteilen, nämlich des Heizelements und des Gehäuses erreicht werden. Durch die Anschmelzstruktur wird die wärmeübertragende Fläche (Schnittstelle zwischen Heizelement und Gehäuse) vergrößert. The solution proposed according to the invention makes it possible to save connecting elements between the components to be joined, namely the heating element and the housing. Commonly used connecting elements such as snap hooks, screws, clip connections or the like are eliminated, as are the associated assembly steps. The solution proposed according to the invention makes it possible to achieve a contact surface in the region of a joint between the heating element and housing components that are to be cohesively connected to one another, which has evenly spaced connection points. As a result, the entire surface, ie the contact surface that results between the materially bonded components heating element and housing, is available for heat transport without this being adversely affected, for example, by air pockets occurring during the joining process. The melt-on structure provided on the joining side of either the housing or the heating element, which can be designed in any geometry, can be used to create punctiform melt-on points that result in deformed areas when the melt-on structure is overmolded with a flowable plastic material, which creates a tight and strong connection when it cools down arise in the area of the joint of the material connection between the materially bonded components. Depending on the number and the regularity of the regular pattern of deformed areas in the area of the material connection, a relatively high mechanical stability of the material connection between the materially joined components, namely the heating element and the housing, can be achieved. The heat-transferring surface (interface between heating element and housing) is increased by the melt-on structure.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. The invention is described in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine Darstellung eines Heizelements mit einer Anschmelzstruktur, FIG. 1 shows a representation of a heating element with a melting structure,
Figur 2 eine Überspritzung des Heizelements gemäß Figur 1 mit einem Kunststoffmaterial eines Gehäuses, FIG. 2 an overmolding of the heating element according to FIG. 1 with a plastic material of a housing,
Figur 3 die Draufsicht auf ein Heizelement gemäß der Darstellung in Figur 1, FIG. 3 shows the plan view of a heating element as shown in FIG. 1,
Figur 4 eine Formfüllung einer Form für Kunststoffmaterial während der Überspritzung der Anschmelzstruktur ausgebildet an einer Fügeseite des Heizelements, Figur 5 eine vergrößerte Darstellung eines deformierten Bereichs der Anschmelzstruktur im Bereich der Fuge zwischen Heizelement und Gehäuse und FIG. 4 shows a mold filling of a mold for plastic material formed on a joining side of the heating element during the overmolding of the melt structure, FIG. 5 shows an enlarged representation of a deformed area of the melted-on structure in the area of the joint between the heating element and the housing
Figur 6 schematische Darstellungen erhabener Geometrien der Anschmelzstruktur an der Fügeseite des Gehäuses oder des Heizelements. FIG. 6 shows schematic representations of raised geometries of the melting structure on the joining side of the housing or of the heating element.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.
Figur 1 ist eine Seitenansicht eines Heizelements 10 zu entnehmen, welches beispielsweise aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist. An einer Oberseite 16 des Heizelements 10 gemäß der Darstellung in Figur 1 verlaufen senkrecht zur Zeichenebene ein erster elektrischer Kontakt 12 sowie ein zweiter elektrischer Kontakt 14. Die beiden elektrischen Kontakte 12, 14 verlaufen in der Darstellung gemäß Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 ergibt sich darüber hinaus, dass an einer Fügeseite 18 des Heizelements 10 eine Anschmelzstruktur 20 ausgebildet ist. FIG. 1 shows a side view of a heating element 10 which is made of a thermoplastic material, for example. 1, a first electrical contact 12 and a second electrical contact 14 run perpendicular to the plane of the drawing. The two electrical contacts 12, 14 run perpendicular to the plane of the drawing in the representation according to FIG. The representation according to FIG. 1 also shows that a melting structure 20 is formed on a joining side 18 of the heating element 10 .
Figur 2 zeigt eine Überspritzung 26 der Anschmelzstruktur 20 an der Fügeseite 18 des Heizelements 10. Figure 2 shows an overmolding 26 of the melt structure 20 on the joining side 18 of the heating element 10.
Aus der Darstellung gemäß Figur 2 ergibt sich, dass im Rahmen einer Überspritzung 26 das Material der Anschmelzstruktur 20 an der Fügeseite 18 des Heizelements 10 vom Kunststoffmaterial 28, aus welchem ein Gehäuse 22 beziehungsweise eine Gehäusewand 24 gefertigt ist, überdeckt wird. Analog zur Darstellung gemäß Figur 1 verlaufen auf der Oberseite 16 des Heizelements 10, das bevorzugt aus einem thermoplastischen Material gefertigt wird, der erste elektrische Kontakt 12 und der zweite elektrische Kontakt 14 parallel zueinander in Richtung der Zeichenebene gemäß Figur 2. Durch das Anschmelzen der Anschmelzstruktur 20 bei der Überspritzung 26 der Anschmelzstruktur 20 durch das Kunststoffmaterial 28 des Gehäuses 22 oder der Gehäusewand 24, ergibt sich eine stoffschlüssige Verbindung 30, im vorliegenden Falle eine Einbettung der Geometrie der Anschmelzstruktur 20 in das Kunststoff material 28, aus dem das Gehäuse 22 beziehungsweise die Gehäusewand 24 gefertigt wird. The representation according to FIG. 2 shows that in the context of overmolding 26, the material of the melted-on structure 20 on the joining side 18 of the heating element 10 is covered by the plastic material 28, from which a housing 22 or a housing wall 24 is made. Analogously to the representation according to FIG. 1, the first electrical contact 12 and the second electrical contact 14 run parallel to one another in the direction of the plane of the drawing according to FIG Melting structure 20 when overmolding 26 the melting structure 20 with the plastic material 28 of the housing 22 or the housing wall 24, a material connection 30 results, in the present case an embedding of the geometry of the melting structure 20 in the plastic material 28 from which the housing 22 or the housing wall 24 is manufactured.
Durch die stoffschlüssige Verbindung 30 zwischen dem flächigen Heizelement 10, das aus einem Thermoplasten gefertigt ist und elektrisch leitfähigen Kunststoff enthält, resultiert ein Wärmefluss 32 an ein Medium 34 beispielsweise an ein gefrierfähiges Reduktionsmittel, das im Rahmen von Abgasnachbehandlungssystemen zur Abgasnachbehandlung von Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz kommt. The integral connection 30 between the flat heating element 10, which is made of a thermoplastic and contains electrically conductive plastic, results in a flow of heat 32 to a medium 34, for example to a freezable reducing agent that is used in exhaust gas aftertreatment systems for exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines.
Figur 3 zeigt von der Oberseite her eine Draufsicht auf das flächige Heizelement 10. Wie aus der Draufsicht gemäß Figur 3 hervorgeht, verlaufen die beiden elektrischen Kontakte 12, 14 parallel zu einander. Es stellt sich gemäß Figur 3 ein Stromfluss 36 in Stromflussrichtung 38 vom ersten elektrischen Kontakt 12 zum zweiten elektrischen Kontakt 14 ein. Die Stromflussrichtung 38 verläuft in Längsrichtung 52. Die an der Unterseite des flächigen Heizelements 10 ausgebildete Anschmelzstruktur 20, die in Figur 3 nicht dargestellt ist, kann sich entweder in Form eines gleichmäßigen Musters in Längsrichtung 52 des flächigen Heizelements 10 oder senkrecht dazu, d. h. in Querrichtung 54 des Heizelements 10 erstrecken. Durch den Stromfluss 36, der sich in Stromflussrichtung 38 im flächigen Heizelement 10 einstellt, erfolgt ein Wärmefluss 32 an ein zu erwärmendes oder aufzutauendes Medium 34, wie zum Beispiel einen gefrierfähigen Betriebs-/Hilfsstoff, wie er im Rahmen der SCR- Abgasnachbehandlung in Abgasnachbehandlungssystemen für Abgase von Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz kommt. FIG. 3 shows a top view of the flat heating element 10 from the top. As can be seen from the top view according to FIG. 3, the two electrical contacts 12, 14 run parallel to one another. According to FIG. 3, a current flow 36 occurs in the current flow direction 38 from the first electrical contact 12 to the second electrical contact 14 . The current flow direction 38 runs in the longitudinal direction 52. The melting structure 20 formed on the underside of the flat heating element 10, which is not shown in Figure 3, can either be in the form of a uniform pattern in the longitudinal direction 52 of the flat heating element 10 or perpendicular thereto, i. H. extend in the transverse direction 54 of the heating element 10 . The flow of current 36, which occurs in the direction of flow of current 38 in the flat heating element 10, results in a flow of heat 32 to a medium 34 to be heated or thawed, such as a freezable operating/auxiliary material, such as is used in the context of SCR exhaust gas aftertreatment in exhaust gas aftertreatment systems for Exhaust gases from internal combustion engines are used.
Figur 4 zeigt in schematischer Weise eine Formfüllung 42 einer Form 40, in welche in Strömungsrichtung 44 ein fließfähiges Kunststoffmateri al 28 eingebracht wird. Aus dem fließfähigen Kunststoff material 28 wird im Rahmen der Überspritzung 26 die Gehäusewand 24 des Gehäuses 22 gefertigt. Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass das Kunststoffmaterial 28 bei der Formfüllung 42 in die Form 40 kriecht, dabei die Geometrie an der Fügeseite 18, d. h. die Anschmelzstruktur 20, erwärmt und deformiert. Entsprechend der Fließrichtung des Kunststoffmaterials 28 erfolgt eine vollständige Formfüllung 42 der Form 40 in Strömungsrichtung 44. Hat das Kunststoffmaterial 28 die Form 40 vollständig ausgefüllt, entsteht die stoffschlüssige Verbindung 30 zwischen der Anschmelzstruktur 20 an der Fügeseite 18 des flächigen Heizelements 10 einerseits und dem Kunststoffmaterial 28, aus dem die Gehäusewand 24 des Gehäuses 22 gefertigt wird, andererseits. FIG. 4 schematically shows a mold filling 42 of a mold 40, into which a flowable plastic material 28 is introduced in the direction of flow 44. The housing wall 24 of the housing 22 is made from the flowable plastic material 28 as part of the overmolding 26 . The illustration according to FIG. 4 shows that the plastic material 28 creeps into the mold 40 when the mold is filled 42, heating and deforming the geometry on the joining side 18, ie the melt-on structure 20. According to the direction of flow of the plastic material 28, the mold is completely filled 42 of the mold 40 in the direction of flow 44. Once the plastic material 28 has completely filled the mold 40, the material connection 30 is created between the melted-on structure 20 on the joining side 18 of the planar heating element 10 on the one hand and the plastic material 28 from which the housing wall 24 of the housing 22 is made , on the other hand.
Figur 5 zeigt in schematischer Weise in vergrößerter Darstellung einen deformierten Bereich 50 der Anschmelzstruktur 20 an der Fügeseite 18 des flächigen Heizelements 10. Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass bei einer Formfüllung 42 der Form 40 mit dem Kunststoffmaterial 28 die Geometrie der Anschmelzstruktur 20 eine Deformation 46 enthält. Dies bedeutet, dass im Bereich einer Fuge 48 zwischen der Fügeseite 18 des flächigen Heizelements 10 einerseits und der Oberseite des Kunststoffmaterials 28, aus dem das Gehäuse 22, insbesondere die Gehäusewand 24 gefertigt wird, deformierte Bereiche 50, durch Anschmelzung und Materialverschleppung entstehen. Innerhalb dieser deformierten Bereiche 50 sind die beiden stoffschlüssig miteinander zu fügenden Bauteile Heizelement 10 und Gehäuse 22 miteinander verkrallt und bilden eine dichtende Kontaktfläche ohne Lufteinschlüsse, die einen hervorragenden Wärmeübergang zwischen den beiden miteinander stoffschlüssig gefügten Bauteilen, nämlich dem Heizelement 10 und dem Gehäuse 22, ermöglicht. Figure 5 shows a schematic, enlarged representation of a deformed area 50 of the melt-on structure 20 on the joining side 18 of the planar heating element 10. The illustration according to Figure 5 shows that when the mold 40 is filled with the plastic material 28, the geometry of the melt-on structure 20 contains a deformation 46 . This means that in the area of a joint 48 between the joining side 18 of the flat heating element 10 on the one hand and the upper side of the plastic material 28 from which the housing 22, in particular the housing wall 24, is made, deformed areas 50 arise due to melting and material carryover. Within these deformed areas 50, the two components that are to be bonded to one another, heating element 10 and housing 22, claw together and form a sealing contact surface without air pockets, which enables excellent heat transfer between the two components that are bonded to one another, namely heating element 10 and housing 22 .
Figur 6 zeigt in schematischer Weise die Anschmelzstruktur 20, die an der Fügeseite 18 - in diesem Fall am Heizelement 10 - ausgeführt ist. Die Anschmelzstruktur 20 umfasst im Allgemeinen ein regelmäßiges Muster aus Spitzen 56, Stegen 58, Rippen 60, Zylindern 62, Kreuzstegen 64 oder auch Bögen 68. Die Anschmelzstruktur 20 wie sie in verschiedenen geometrischen Ausprägungen in Figur 6 dargestellt ist, kann sowohl an der Fügeseite 18 des Heizelements 10 als auch am Gehäuse 22 ausgeführt werden. FIG. 6 shows, in a schematic manner, the melting structure 20 which is made on the joining side 18—in this case on the heating element 10 . The fusion structure 20 generally comprises a regular pattern of tips 56, webs 58, ribs 60, cylinders 62, cross webs 64 or arcs 68. The fusion structure 20, as shown in various geometric forms in Figure 6, can be on the joining side 18 of the heating element 10 as well as on the housing 22.
Wenngleich beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren die Anschmelzstruktur 20 an der Fügeseite 18 des flächigen Heizelements 10 aus elektrisch leitfähigem Kunststoffmaterial , Thermoplast, vorgesehen ist, welches mit dem Kunststoffmateri al 28 des Gehäuses 22 beziehungsweise der Gehäusewand 24 eine stoffschlüssige Verbindung 30 bildet, kann auch eine andere Vorgehensweise gewählt werden. Gemäß dieser alternativen Vorgehensweise kann das Gehäuse 22 zunächst hergestellt werden, an dem dann Anschmelzpunkte oder die Anschmelzstruktur 20 ausgebildet werden und in einem zweiten Schritt im Rahmen der Überspritzung 26 das Kunststoffmaterial 28 des Heizelements 10 eingegossen wird. Although in the method proposed according to the invention the melt-on structure 20 is provided on the joining side 18 of the flat heating element 10 made of electrically conductive plastic material, thermoplastic, which forms an integral connection 30 with the plastic material 28 of the housing 22 or the housing wall 24, another procedure can also be used to get voted. According to this alternative procedure, the housing 22 can be produced first, on which melting points or the melting structure 20 are then formed and in a second step the plastic material 28 of the heating element 10 is cast as part of the overmolding 26 .
In beiden Verfahrensvarianten wird ein hervorragender Wärmeübergang durch die stoffliche Verbindung der beiden Materialien, d. h. eines Thermoplastmaterials 66, des Heizelements 10 beziehungsweise des Gehäuses 22 erreicht; des Weiteren können bisher eingesetzte Verbindungselemente wie Schnapphaken, Schrauben, Clipverbindungen oder dergleichen eingespart werden, ebenso wie die damit einhergehenden Montageschritte. In both process variants, excellent heat transfer is achieved through the material connection of the two materials, i. H. a thermoplastic material 66, the heating element 10 and the housing 22 respectively; Furthermore, previously used connecting elements such as snap hooks, screws, clip connections or the like can be saved, as can the associated assembly steps.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung entsteht eine ebene Kontaktfläche im Bereich der Fuge 48 zwischen den miteinander zu fügenden Bauteilen, d. h. dem flächigen Heizelement 10 einerseits und der Gehäusewand 24 oder des Gehäuses 22 andererseits. Es lassen sich eine Vielzahl regelmäßig voneinander beabstandeter deformierter Bereiche 50, gebildet durch die angeschmolzene Anschmelzstruktur 20, ausbilden, sodass möglichst die gesamte Fläche zwischen den miteinander stoffschlüssig gefügten Bauteilen Heizelement 10 und Gehäuse 22 zum Transfer der Wärme zur Verfügung stehen. Dadurch können möglicherweise auftretende Hot Spots mit zu hohen Temperaturen und Ausfälle weitestgehend vermieden werden. Wie bereits erwähnt, können die einzelnen Geometrien der Anschmelzstruktur 20, die an der Fügeseite 18 entweder des Heizelements 10 oder des Gehäuses 22 beziehungsweise der Gehäusewand 24 ausgebildet werden, sowohl in Längsrichtung 52 als auch in Querrichtung 54 zur Stromflussrichtung 38 ausgeführt seien. Auch eine elektrische Isolation nach außen ist möglich. Dies kann zum Beispiel durch einen Deckel oder einen Verguss realisiert werden. The solution proposed according to the invention creates a flat contact surface in the area of the joint 48 between the components to be joined, i. H. the flat heating element 10 on the one hand and the housing wall 24 or the housing 22 on the other hand. A large number of deformed regions 50, which are spaced apart at regular intervals and are formed by the melted-on structure 20, can be formed so that as far as possible the entire surface between the components, heating element 10 and housing 22, which are materially bonded to one another, is available for heat transfer. As a result, hot spots that may occur with temperatures that are too high and failures can be largely avoided. As already mentioned, the individual geometries of the melting structure 20, which are formed on the joining side 18 of either the heating element 10 or the housing 22 or the housing wall 24, can be designed both in the longitudinal direction 52 and in the transverse direction 54 to the current flow direction 38. Electrical isolation from the outside is also possible. This can be realized, for example, by a cover or encapsulation.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the exemplary embodiments described here and the aspects highlighted therein. Rather, within the range specified by the claims, a large number of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung (30) zwischen einem Heizelement (10), welches ein elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial enthält, und einem Gehäuse (22) aus einem Kunststoffmaterial (28) mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen einer Anschmelzstruktur (20) an einer Fügeseite (18) des Heizelements (10) bei dessen Formgebung, b) Überspritzung (26) der Fügeseite (18) mit dem Kunststoffmaterial (28) des Gehäuses (22), c) Anschmelzen der Anschmelzstruktur (20) bei Durchführung von b) und Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung (30). 1. A method for producing a material connection (30) between a heating element (10), which contains an electrically conductive plastic material, and a housing (22) made of a plastic material (28) with the following method steps: a) producing a melt-on structure (20). a joining side (18) of the heating element (10) during its shaping, b) overmoulding (26) of the joining side (18) with the plastic material (28) of the housing (22), c) melting of the melting structure (20) when carrying out b) and formation of the material connection (30).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (30) durch Deformation (46) der Anschmelzstruktur (20) und Einbettung deformierter Bereiche (50) in das Kunststoffmaterial (28) erzeugt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the material connection (30) is produced by deformation (46) of the melted-on structure (20) and embedding deformed areas (50) in the plastic material (28).
3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschmelzstruktur (20) an der Fügeseite (18) des Heizelements (10) parallel zur Stromflussrichtung (38) im Heizelement (10) verläuft. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the melting structure (20) on the joining side (18) of the heating element (10) runs parallel to the current flow direction (38) in the heating element (10).
4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschmelzstruktur (20) an der Fügeseite (18) des Heizelements (10) in Querrichtung (54) zur Stromflussrichtung (38) im Heizelement (10) verläuft. 4. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the melting structure (20) on the joining side (18) of the heating element (10) in the transverse direction (54) to the current flow direction (38) in the heating element (10).
5. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (30) derart ausgebildet wird, dass die deformierten Bereiche (50) der Anschmelzstruktur (20) regelmäßig voneinander beabstandet sind. Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung (30) zwischen einem Heizelement (10), welches ein Kunststoffmaterial (28) enthält, und einem Gehäuse (22), welches ein elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial enthält, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen einer Anschmelzstruktur (20) an einer Fügeseite (18) des Gehäuses (22) bei dessen Formgebung, b) Überspritzung (26) der Fügeseite (18) mit dem Kunststoffmaterial (28) des Heizelements (10) und c) Anschmelzen der Anschmelzstruktur (20) bei Durchführung von b) und Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung (30). Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (30) entlang einer Fuge (48) zwischen dem Heizelement (10) und einer Gehäusewand (24) des Gehäuses (22) ausgebildet wird. Stoffschlüssige Verbindung (30), hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zwischen einem Heizelement (10), das ein elektrisch leitfähiges Kunststoffmaterial enthält, und einem Gehäuse (22) aus einem Kunststoffmateri al (28), dadurch gekennzeichnet, dass eine Anschmelzstruktur (20) an einer Fügeseite (18) des Heizelements (10) oder des Gehäuses (22) erhaben über die Fügeseite (18) hervorsteht. Stoffschlüssige Verbindung (30) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschmelzstruktur (20) an der Fügeseite (18) Spitzen (56), Bögen (68), Stege (58), Rippen (60), Zylinder (62) oder Kreuzstege (64) umfasst. Stoffschlüssige Verbindung (30) gemäß den Ansprüchen 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschmelzstruktur (20) als regelmäßiges Muster an der Fügeseite (18) parallel zu einer Stromflussrichtung (38) im Heizelement (10) oder in Querrichtung (54) zur Stromflussrichtung (38) im Heizelement (10) verläuft. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung (30) zwischen einem Gehäuse (22) und einem flächigen Tank-, Filter- oder Fördermodulheizelement (10) eines Abgasnachbehandlungssystems mit einem gefrierfähigen Reduktionsmedium. 5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the material connection (30) is formed in such a way that the deformed areas (50) of the melt-on structure (20) are regularly spaced from one another. Method for producing an integral connection (30) between a heating element (10), which contains a plastic material (28), and a housing (22), which contains an electrically conductive plastic material, with the following method steps: a) producing a melt-on structure (20) on a joining side (18) of the housing (22) during its shaping, b) overmolding (26) the joining side (18) with the plastic material (28) of the heating element (10) and c) fusing the fusing structure (20) when carrying out b ) and formation of the material connection (30). Method according to Claims 1 to 6, characterized in that the material connection (30) is formed along a joint (48) between the heating element (10) and a housing wall (24) of the housing (22). Cohesive connection (30), produced according to the method according to any one of claims 1 to 7 between a heating element (10) containing an electrically conductive plastic material, and a housing (22) made of a plastic material (28), characterized in that a Melting structure (20) on a joining side (18) of the heating element (10) or the housing (22) raised above the joining side (18) protrudes. Cohesive connection (30) according to claim 8, characterized in that the fusion structure (20) on the joining side (18) has tips (56), arches (68), webs (58), ribs (60), cylinders (62) or cross webs (64) includes. Cohesive connection (30) according to claims 8 to 9, characterized in that the melting structure (20) as a regular pattern on the joining side (18) parallel to a current flow direction (38) in the heating element (10) or in the transverse direction (54) to the current flow direction (38) runs in the heating element (10). Use of the method according to one of Claims 1 to 7 for producing a material connection (30) between a housing (22) and a flat tank, filter or delivery module heating element (10) of an exhaust gas aftertreatment system with a freezable reduction medium.
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