PTC加热元件和电加热装置的制作方法

本发明涉及ptc加热元件和具有这种ptc加热元件的电加热装置。本发明尤其涉及一种具有根据权利要求1的前序部分的特征的ptc加热元件。

背景技术：

从ep0026457a2中已知这种ptc加热元件。由该现有技术已知的ptc加热元件具有被注塑成型的塑料框架并且具有附接到ptc加热元件的相反的主侧面上的氧化铝板，该氧化铝板设置有一层可延展的焊料，该焊料与ptc元件导电地接触，该焊料设置在框架内部，并在与氧化铝板相对设置的主侧面上具有金属镀层。在现有技术中，电连接迹线突出穿过框架并且被焊接到氧化铝板的可延展焊料上。在ptc元件的两个主侧面上提供的端到端的金属镀层分别被分配不同的极性。然后，电力电流必须在厚度方向上穿透ptc元件以对ptc元件进行加热。

上述现有技术留有改进的余地。本发明特别地旨在提供一种用于机动车辆的、具有改进的散热的改进的ptc加热元件。上述类型的ptc加热元件例如在机动车辆中用于加热液体，加热设备或车辆的内部，或者使进入乘客室的空气在作为波纹肋加热器的ptc加热元件上流动。这样的辅助加热器通常布置在车辆的热交换器的下游，并且不包括承载冷却剂的管。通过通常以绝缘方式支撑在框架中的不同极性的接触元件来建立接触。通向ptc元件的导电迹线也以相互电绝缘的方式支撑在由塑料材料匀称地制成的框架中。现有技术中通常已知的这些设计特征也是根据本发明的电加热装置的优选的进一步发展。

技术实现要素：

为了解决该问题，本发明提出了具有权利要求1的特征的ptc加热元件。

在根据本发明的ptc加热元件中，在一个主侧面上设置金属镀层，并且仅将金属镀层分配给一个用于给ptc元件通电的电势，而将另一电势施加到另一个主侧面上，并在该另一个主侧面上设置金属镀层。为了通过电力电流加热ptc元件，则必须使电力电流在厚度方向上流过ptc元件。通常将主侧面理解为ptc元件的最大表面。ptc元件可以是圆形的。在这种情况下，通常设置成彼此平行的平面的圆形表面是主侧面，而不是周向表面。但是，ptc元件优选具有长方体的形状。两个相反布置的成平行平面的主侧面在周向上通常地与沿周向延伸的边缘连接。彼此垂直布置的边缘表面具有相同的厚度，即高度延伸部。该延伸部通常要小得多，通常比主侧面的最小尺寸(宽度或长度)小5倍或更多。

在根据本发明的ptc加热元件中，通过设置在绝缘层上的涂层实现通电。绝缘层可以是塑料膜或陶瓷层。绝缘层也可以形成为混合绝缘层，该混合绝缘层由多个绝缘层形成，例如由至少一个陶瓷板与至少一个膜的组合形成。陶瓷板在那里通常包括涂层。

根据本发明，通过绝缘层的涂层实现与ptc元件上的金属镀层的接触。用涂层进行金属化处理的绝缘层胶合在ptc元件上。因此，通过胶合将绝缘层和ptc元件结合在一起，以变成形成加热单元的装置。绝缘层通常在其内侧上具有全表面涂层。通过丝网印刷或溅射分别在ptc元件上施加涂层或金属镀层。直接在金属镀层下方设置的是ptc的半导体材料。在本发明中，散热直接从ptc进入施加在ptc上的金属镀层以及从金属镀层进入绝缘层及其涂层。绝缘层形成根据本发明的ptc加热元件的外表面，该外表面将热散发到外部。

尽管在涂层和金属镀层之间存在粘合剂，但是根据本发明，涂层和金属镀层之间的电接触是通过涂层和金属镀层之间的直接导电接触实现的。涂层和金属镀层通常具有一些粗糙峰，该粗糙峰抵靠在彼此上，彼此部分互锁。这些接触点通常用于涂层和金属镀层之间的电接触。粘合剂被使用使得，ptc元件与在ptc元件上设置的金属镀层之间以及绝缘层和在绝缘层上设置的涂层之间的所有针孔和空隙均尽可能地被粘合剂填充，但是涂层和金属镀层直接同时彼此接触。

考虑到良好的电接触并增加粗糙峰，ptc元件优选在金属镀层的区域中被粗糙化。

因此形成ptc元件，该ptc元件可以在ptc元件和绝缘层的外表面之间表现出较小的层厚度，这促进了ptc元件的散热。

粘合剂可以具有良好的导热性。由于首先是涂层的粗糙峰，然后是金属镀层的粗糙峰直接接触，这种粘合剂可以填充粗糙峰内的剩余空隙，从而ptc元件和绝缘层之间的导热在金属镀层和涂层的区域中得以改善。为了增加粘合剂的导热性，粘合剂优选地包含导热性良好的导热颗粒的形式的填充材料。选择颗粒的粒径，使得金属镀层的粗糙峰与涂层的粗糙峰的接触不被颗粒桥接或损害。颗粒通常很小，不超过2μm至5μm，这具体取决于粗糙峰的尺寸。所述颗粒最多不应大于20μm，优选不大于10μm。特别地，具有在20和30w/(m·k)之间的热导系数的陶瓷颗粒适合作为良好导热的颗粒。这些导热颗粒例如被引入硅酮粘合剂中。它的热导系数(本身或作为具有颗粒的悬浮液)应至少为3w/(mk)。粘合剂可以是导电的或电绝缘的。

根据本发明的一个优选的改进方案，绝缘层形成在ptc元件上突出的接触凸耳。两个绝缘层中的每一个形成相应的接触凸耳。绝缘层优选地形成为相同的，使得相同的部件可以用于制造加热单元。

接触凸耳可以在框架上在边缘侧上延伸，并实现根据本发明的ptc加热元件与电力电流的外部连接。框架通常至少在边缘侧密封绝缘层，使得待加热介质不能到达框架内的加热单元的载流部分。框架优选地由硅酮制成并且优选地通过注塑模制涂覆附接到加热单元。在这种情况下，由绝缘层形成的接触凸耳通常穿过框架部段，该框架部段在注塑模制涂覆期间一体形成到框架中。框架部段因此在加热单元的由接触凸耳突出的表面侧上形成密封。

根据一种可替代的构造，ptc元件在框架的外侧上的电接触通过电连接到绝缘层的相关涂层的接触凸耳元件实现。这些接触凸耳元件在端侧处伸出框架。这些接触凸耳元件优选地由冲压加工的金属板材部件形成，并且优选地以预加载方式抵靠在指定的绝缘层和设置在绝缘层上的涂层上。尽管连接凸耳可以以预加载方式连接，特别是焊接到绝缘层的涂层上，但是优选在连接凸耳元件与相关的绝缘层或涂层之间没有各自的直接连接。在涉及连接凸耳元件与绝缘层的涂层接触的下面的描述中，齿轮朝向绝缘层本身，则这是基于这样的假设，即仅成例如陶瓷层的形式的绝缘层适于抵接单独的连接凸耳元件，并且该涂层仅在用于绝缘层时才足够稳定。

为了在注塑模制涂覆框架时进行预定位和密封，优选设置框架部段，该框架部段形成用于连接凸耳元件的保持通道，并被推压到绝缘层上。通过将框架部段推压到绝缘层上，框架部段相对于加热单元被定位。框架部段通常在被推压到加热单元上之前设置有连接凸耳元件。框架部段优选地包括通风口，当注塑模制涂覆框架时，空气可以通过该通风口从加热单元或框架的内部排出，直到腔的容积被填充并且加热单元中的所有空间都被注入的塑料材料填充。结果，框架部段通过注塑模制涂覆连接到框架并密封在框架中。连接凸耳元件优选以锁合配合的方式保持在框架部段中。为此目的，通过冲压金属板材形成的连接凸耳元件通常具有卡锁突起，该卡锁突起是通过冲压和弯曲金属板材的平面而形成的，并且与框架部段的卡锁开口相互作用。

关于良好的电接触，良好的电接触也不受被注入用于形成框架的通常为硅酮的塑料材料的损害，根据本发明的优选的改进方案提出形成一种连接凸耳元件，所述连接凸耳元件具有接触突起和与接触突起相邻设置的抵接件。接触突起以导电方式直接抵靠在绝缘层的涂层上。为此，接触突起可以设置有一些粗糙峰或施加的接触峰，粗糙峰或接触峰允许绝缘层与涂层的点接触。该抵接件抵靠在相对设置的绝缘层上，并因此将接触突起推抵分配给接触突起的绝缘层。优选通过插入由绝缘材料制成的支承脊部来实现将抵接件抵靠在相对设置的绝缘层上。支承脊部优选地由框架部段形成，该框架部段在绝缘层之间沿基本平行于连接凸耳元件的纵向延伸部的方向延伸。连接凸耳元件然后被支撑在相对设置的绝缘层处，但是通过绝缘的支承脊部与相对设置的绝缘层的极性电绝缘。

尽管先前将连接描述为由连接接触凸耳的绝缘层提供的连接，其中这些接触凸耳优选地是金属接触凸耳，但是根据一种替代构造的绝缘层本身也可以形成相应的接触凸耳。出于该目的，绝缘层延伸超过绝缘材料的外周边，所述外周边通常沿周向围绕两个绝缘层和ptc元件。仅从绝缘层的基部表面突出的相对较短的窄部段在那里形成接触凸耳，该接触凸耳在边缘侧上突出超过ptc元件，其中边缘由绝缘材料形成，例如，呈绝缘粘合剂珠的形式，粘合剂珠沿周向密封ptc元件，并且可以形成本发明的意义中的框架。

根据其第二方面，本发明提出了一种电加热装置，特别是用于机动车辆的电加热装置，该电加热装置具有上述类型的几个ptc加热元件。绝缘层的背离ptc元件的外表面形成用于将热传递到待加热介质的暴露表面。该外表面暴露在壳体中。外表面以及周向密封ptc元件和绝缘层的密封条带可以根据ep3334244a1形成和/或插入电加热装置中并以其中描述的方式电连接。替代地，绝缘层的外表面也可以至少部分地与散热器导热地接触，待加热介质抵靠该散热器流过。这种构造优选用于热风机。然后，由ptc元件发出的热以导热方式通过绝缘层传递到散热器元件的各个加热肋部。产生的热的对流耗散经由散热器元件在散热器元件处进行。在第一种情况的构造下，发生直接从绝缘层的外表面传到待加热介质的热传递，而在第二种情况的构造下，主要在散热器元件的表面和待加热介质(通常是气体，优选地是空气)之间发生散热。

电加热装置可以是以高压操作的加热装置。在这种情况下，电加热装置的载流元件被密封并且与介质绝缘。密封通常通过框架和绝缘层实现。在那里延伸超过绝缘材料的外周边的接触凸耳又以密封的方式延伸到连接室中，在该连接室中，每个单独的ptc元件都电连接至控制器和/或电源。该连接室通常是电加热装置的一部分，并且可以包括控制部件，通过该控制部件来驱动电加热装置的ptc元件。连接室通常容纳至少一个印刷电路板，以用于电连接多个接触凸耳。印刷电路板也可以仅将ptc元件的多个接触凸耳组合到由不同的ptc加热元件组成的一个或多个加热回路中。连接室通常通过分隔壁与循环室隔开。分隔壁优选地具有用于每个ptc加热元件的凹入式插座，ptc加热元件以流体密封的方式插入凹入式插座中。为此目的，框架通常形成密封结构，该密封结构通常设置在框架部段的高度处，并且通常由树脂成分形成的框架部段通过密封结构被提供内部支撑。

附图说明

通过以下结合附图的描述，本发明的更多细节和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了ptc加热元件的第一实施例的部件的立体侧视图；

图2示出了在已经施加了另一绝缘层之后的根据图1的视图；

图3示出了在完成框架之后根据图1和2的视图；

图4以分解图示出了第二实施例的立体侧视图；

图5示出了第二实施例的立体侧视图；

图6示出了根据图4的实施例的上部的纵向截面图；并且

图7示出了根据图4和6的第二实施例的连接凸耳元件。

具体实施方式

在附图中用附图标记2标记的ptc加热元件包括下绝缘层4，该下绝缘层4设置有涂层6，ptc元件8胶合在该涂层6上。ptc元件8包括金属镀层10，该金属镀层设置在ptc元件8的相反设置的主侧面上的整个表面上。该金属镀层10直接导电地连接至绝缘层4的涂层6。出于该目的，涂层6和金属镀层10的粗糙峰彼此接触。

如图所示，绝缘层4形成了在ptc元件8上伸出的接触凸耳12。第一实施例的接触凸耳12形成为凸耳，并且因此可以用作插塞连接的凹入式接触元件。出于该目的，接触凸耳12设置有矩形的横截面并且具有圆柱形状。接触凸耳12由绝缘层4的材料形成并且在其面向内的表面上具有导电涂层6。

在图2中，另一绝缘层4被施加到ptc元件8。该另一绝缘层4形成像下绝缘层4一样。两个绝缘层相同地形成。接触凸耳12在宽度方向上设置在ptc加热元件的相对边缘处，并且在厚度方向上彼此分离ptc元件的厚度，并且ptc元件在两个表面上具有ptc元件8的金属镀层、绝缘层和涂层6。

图2还示出了框架部段14，该框架部段形成用于接触凸耳12的保持通道16。接触凸耳12以相对于保持通道密封的方式设置。为此目的，可以将单独的密封元件18与接触凸耳一起引入相应的保持通道16中。框架部段14还包括排气口20，当由ptc元件8和两个绝缘层4形成的加热单元被注塑模制涂覆时，空气可以通过该排气口20从待制造的框架的内部并且因此从注塑模具逸出。在注塑成型期间，框架部段14在接触凸耳12及其自由端的方向上密封注塑模具。

在图3中示出了通过注塑模制涂覆制成并用附图标记22标记的框架。框架22目前包括迷宫式密封件26，迷宫式密封件26围绕框架部段14的喷嘴24并且限定保持通道16，并且以密封方式被插入到电加热装置的分隔壁的通道开口中以将循环室与连接室分开，ptc加热元件基本暴露在循环室中，接触凸耳12的自由端暴露在连接室中以用于电连接。这直接通过框架22形成液密密封。

图4与图5至图7一起示出了替代实施例。与前述实施例中相同的部件用相同的附图标记表示。

图4仅示出了作为ptc加热元件2的基本部件的绝缘层以及框架22。ptc元件布置在框架22内。与在第一实施例中一样，绝缘层4由陶瓷板，特别是氧化铝板制成，并设置有涂层6。然而，第二实施例的绝缘层4没有由绝缘层形成的接触凸耳。相反，通过冲压和弯曲金属板材材料来提供和形成单独的连接凸耳元件30。连接凸耳元件30具有由初始金属板材形成的不变形的端部和用于在连接室内进行插塞连接的凹入式连接凸耳。从该笔直的部分伸出的是卡锁突起32，该卡锁突起32由金属板材材料通过冲压和弯曲形成，并且如图6所示，接合在框架部段14的卡锁开口33中，以便将连接凸耳元件30连接至框架部段14。

如图5所示，涂层6被延伸以形成接触凸耳12，该接触凸耳12保持在框架22内，超出ptc元件8的基部表面。尽管该接触凸耳12比相关的连接凸耳元件30稍宽，但是该接触凸耳12比绝缘层4窄得多。连接凸耳元件30以导电方式抵接该接触凸耳12。

如图6和7所示，连接凸耳元件具有接触突起34，该接触突起34从金属板材平面沿朝向相关的绝缘层4的方向以u形方式突出，并且以点或线性方式并以电接触的方式抵靠在该接触凸耳12上。连接凸耳元件30的自由端由抵接件36形成，该抵接件36抵靠在由框架部段14形成并且位于两个绝缘层4之间的支承脊部38上。支承脊部38首先被支撑在相应的绝缘层4上，相应的绝缘层4设置成与和连接凸耳元件30相关联的绝缘层4相对。抵接件36以与支承脊部38的在绝缘层4处的平面支承表面相反的方式抵靠在支承脊部38上。相应地，接触突起34抵靠与该连接凸耳元件30相关的绝缘层4的涂层6被固定到位。即使加热单元和连接凸耳元件30一起被包覆模制，该构造也确保了可靠的接触。塑料材料在固化和形成框架22时的膨胀不会损害连接凸耳元件30与相关的绝缘层之间的电接触。

图7示出了在抵接件36的支撑表面上的点针状突起，该突起在组装过程中穿透到支承脊部38中，从而确保了两个元件的改进的附接。

图4和图5进一步示出了迷宫式密封件26，迷宫式密封件26完全周向地围绕整个框架部段14，并且因此将框架22完全密封在分隔壁的凹入式插座中。

附图标记列表

2ptc加热元件

4绝缘层

6涂层

8ptc元件

10金属镀层

12接触凸耳

14框架部段

16保持通道

18密封元件

20排气口

22框架

24喷嘴

26迷宫式密封件

30连接凸耳元件

32卡锁突起

33卡锁开口

34接触突起

36抵接件

38支承脊部

40粘合剂