PTC加热元件和包括这种PTC加热元件的电加热装置和用于生产电加热装置的方法

摘要

本发明涉及一种PTC加热元件(2),其具有设置于条带导体(6)之间的至少一个PTC元件(4)。为了减小在两个条带导体(6)之间的空气间隙和蠕变距离，本发明提出一种绝缘块体(10)，其在整个圆周上密封PTC元件(4)和/或条带导体(6)中至少一个。在根据本发明的电加热装置中，这种PTC加热元件以导电方式抵靠加热装置的放热表面放置。根据用来产生电加热装置的本发明的方法，条带导体(6)胶合到PTC元件(4)上用于产生PTC加热单体(7)。PTC加热单体(7)然后由绝缘块体(10)密封于两个电绝缘层之间，绝缘块体(10)绕条带导体(6)和/或PTC元件(4)中的至少一个在周向施加。

说明书

技术领域

本发明涉及一种PTC加热元件，其具有设置于条带导体之间的至少一个PTC元件。

背景技术

这种PTC元件例如用于机动车辆中的电辅助加热器中。这些辅助加热器用来加热空气。它们包括抵靠PTC元件的相对侧而定位的波纹肋状层。通常设置多个PTC元件，这些PTC元件一个堆叠到另一个上，具有邻接的波纹肋状层。在这种空气加热器的现有技术中所公开的示例例如在EP 1 768 459 A1、EP 2 109 345 B1和EP 1 768 458 A1中给出。

然而通用的PTC加热元件也用在用于加热液体介质的加热器中，如在EP 1 921 896 A1中所描述。

通常会产生关于良好传热的问题。PTC元件具有自调节性质。如果由PTC元件所产生的热量并不以令人满意的方式耗散，则不能充分发挥PTC元件的电气性能。

发明内容

本发明基于这个问题提出一种改进的PTC元件和改进的电加热装置。而且，提出本发明以产生一种电加热装置。

为了解决关于该装置的问题，根据本发明的第一方面，条带导体和/或PTC元件中的至少一个在端侧处利用电绝缘块体密封。

特别是在高电压应用中，例如在将PTC加热元件安装于电加热装置中以用于电驱动机动车辆中时，存在电闪络的问题，例如由于空气间隙和/或蠕变距离造成电闪络。利用本发明来应对这个问题，因为条带导体中至少一个，优选地所述一个条带导体和在一侧处抵靠条带导体定位的PTC元 件，在一侧处被密封到块体内。条带导体的自由前侧通常完全接纳于块体内。PTC元件的前侧能仅部分地接纳于该块体中并且因此由所述块体覆盖。条带导体通常与PTC元件的外周向表面齐平地终止。通常，仅电连接凸耳在一侧突出超过PTC元件。这些连接凸耳在PTC元件的相对侧定位并且用于向元件提供不同极性的电力。

这种绝缘块体通常包括作为液相的硅树脂块体。优选地，由加成固化2组分硅树脂形成液相，加成固化2组分硅树脂在室温固化并且在加热下以强制方式固化。该块体在25℃具有在100与200Pa s之间的黏度。为了良好的可流动性，通常向2组分硅树脂添加汽油或甲苯作为稀释剂来获得在25℃在4Pa.s与15Pa.s之间，优选地5与8Pa.s之间的黏度。该块体(液相+粒子)的热导率通常在3.0与5.0W/(m K)之间。在交联状态，形成液相的块体的组分的交联状态应具有大约10-40的邵氏A硬度和CTI大于600的介电强度。这种液相通常被添加预定量的高热导率的固体。填料量的热导率应当在20与30W(m.K)之间。填料优选地是氧化铝。为了良好的流动性质，优选平均粒度在4μm至6μm之间的球形氧化铝。为了该块体(液相+填料量)的良好的热导率，该块体具有至少50％体积百分比，特别地在85％与95％体积百分比之间的填料量。

PTC加热元件的个别组分优选地由绝缘块体联结为一个单元。根据本发明的PTC加热元件优选地没有联结和/或包围部件的框架。

根据本发明的优选发展，PTC元件包括在端侧处在条带导体上突出的绝缘层，其与条带导体和/或PTC元件一起限定接纳部，接纳部接纳绝缘块体。绝缘层是电绝缘层。其可以由混杂膜组成，混杂膜包括聚酰亚胺膜和作为绝缘层的第二层施加到聚酰亚胺膜上的电绝缘块体(然而具有良好热导率的块体)。这个块体优选地具有与电绝缘块体相同的材料组成以用于密封材料导体。

绝缘层通常在所有侧部在PTC元件上突出。由此形成上文提到的接纳部的角撑板形成于PTC元件与绝缘层之间。电绝缘块体可以引入到所述类似角撑板的接纳部内并且可以在那里固化。

根据本发明的PTC加热元件生产为单独部件并且装配成插入于电加热装置内，特别地插入于加热器壳体的U形凹部内。这种U形凹部优选地 从分隔件延伸，分隔件分隔该循环腔室与该连接腔室。U形凹部设置于加热肋部内，加热肋部从分隔件突出到循环腔室内并且相对于循环腔室以不透流体的方式约束U形凹部。凹部仅向连接腔室开放。循环腔室此处装配成接纳液体介质，即，密封，并且设有入口和出口喷嘴以将循环腔室连接到用于液体介质的回路。电加热装置具有优选地筒形壳体基座，筒形壳体基座在壳体底部、与壳体底部平行延伸的分隔件和相对于壳体底部成直角延伸的壳体侧壁之间封闭循环腔室。用于将电加热装置连接到液体介质回路的连接喷嘴从壳体基座的侧壁突出。这些连接喷嘴密封地连接到壳体侧壁。壳体基座可以由塑料制成。循环腔室被制成不透流体的。

在上文所描述类型的水加热器中的循环腔室的填充体积在450ml与200ml之间，优选地在400ml与220ml之间并且特别优选地在300ml与230ml之间。这种填充体积还包括喷嘴的填充体积。每个这样的喷嘴包括大约7ml的填充体积。图示实施例通常整合于车辆中的冷却水回路中，车辆中的冷却水回路具有大约5至6升的体积。用于加热乘客舱中的空气的至少一个热交换器可以整合到这个冷却水回路内。作为补充或替代，冷却水回路也可以包括热交换器表面用于电动车辆的技术部件以在冷周围温度下给予这些部件必需的操作温度。因此，根据本发明的PTC元件特别地用于电驱动机动车辆的加热器中，在电驱动的机动车辆中，加热液体介质例如以加热一单元或者电驱动车辆的内部。对于这种应用，向PTC加热元件施加高压电使得必须特别小心消除蠕变距离和/或空气间隙。

为了PTC元件到这种U形凹部内的高度导热引入，PTC元件优选地在凹部中为楔形，如从EP 2 637 475 A1或EP 1 921 896 A1已知。为此目的，根据本发明的另一优选构造，提出了一种滑动片，其可以利用电绝缘块体连接，例如胶合到PTC元件。这得到预制的中间产品，这种预制的中间产品可以作为一个单元插入于U形凹部内。中间产品包括PTC元件和在两侧设置于PTC元件上的条带导体。这些条带导体通常由接触片形成。条带导体优选地在条带导体的相对自由端设置。因此，PTC加热元件，即，PTC元件和在两侧邻接PTC元件的条带导体封闭于两个绝缘层之间。所述滑动片抵靠绝缘层之一定位。

滑动片优选地在PTC元件以及条带导体上突出。而且，滑动片优选地 在端侧在绝缘层之一上突出并且利用腿在所述绝缘层上夹紧，腿在底侧上离PTC元件一定距离延伸。由此形成于腿与PTC元件之间的中间空间完全或部分地填充电绝缘块体。滑动片的相对应腿优选地形成止挡件，止挡件限定PTC加热元件到U形凹部内的贯穿深度。至少在底侧上在条带导体上方突出的绝缘层限定滑动片与PTC元件之间的最小距离。这个距离优选地在2.5mm与4mm之间。

根据本发明的一优选发展，至少部分地通过冲压和弯曲片材料形成滑动片，并且滑动片具有通过这种加工形成的间隔件。利用这种间隔件，PTC加热元件保持在离U形凹部的内表面预定距离处。因此，间隔件优选地尺寸设定成PTC加热元件抵靠U形凹部内表面定位，插入绝缘层，而在相对侧，滑动片约束PTC加热元件的袋状物和在外侧邻接绝缘层，并且间隔件从背向PTC加热元件的侧部突出并且抵靠U形凹部的另一内表面定位。优选地，设置多个间隔件。间隔件可以例如由弹簧元件形成，弹簧元件以叠加方式在PTC元件的插入方向上设置于U形凹部内。优选地，两个间隔件之间封闭用于楔形元件的抵接或滑动表面，楔形元件将PTC元件夹持到U形凹部内。

根据本发明的一优选发展，提供一片，其在一侧，即在底侧上绕PTC元件和条带导体夹紧。这种片元件可以例如由滑动片形成。片元件可以形成下止挡件，通过下止挡件，PTC加热元件在其端部位置预定于U形凹部内。电绝缘块体填充在止挡件与PTC元件之间的空间，优选地完全填充或部分填充。

滑动片可以连接(例如胶合)到PTC元件上。通常，滑动片优选地形成U形接收座用于PTC元件以及邻接的条带导体和绝缘层，邻接的条带导体和绝缘层分别在外侧约束所述导体。这种预制单元此处通过夹持在U形接收座中而保持。

根据本发明的优选发展，条带导体在PTC元件的插入方向上在至少一侧上在所述元件上方突出并且定位于端侧，优选地在与连接凸耳相对的PTC元件的底侧上，抵靠一杆，该杆的厚度并不超过PTC元件的厚度加上两个条带导体的厚度。在此优选构造中，条带导体优选地由接触片形成，接触片通过冲压而包括与之一体地形成的连接凸耳。连接凸耳可以延伸穿 过另一杆，另一杆与第一先前描述的杆相对设置并且也连接到条带导体。这个上杆通常包括用于接触片的连接凸耳的贯穿部。为了避免在PTC元件上方突出的条带导体的端部段之间的空气间隙和蠕变距离，电绝缘块体设置于所述端部段与杆之间。PTC元件的两个另外的前面，即通常纵向侧表面，在此处也优选地与条带导体平坦地终止。该杆可以包括中心突出部，中心突出部形成用于接触片的抵接表面。

根据本发明，块体设置于PTC元件和/或条带导体周围。块体优选地施加为胶密封条(glue bead)，绕所述部件密封PTC元件和/或条带导体。优选地，绝缘层，特别优选地两个绝缘层形成在边缘在PTC元件上方突出的边缘。电绝缘块体作为粘合剂块体胶合到所述边缘上。电绝缘块体优选地绕PTC元件延伸。同样，绝缘层的边缘在所有侧上在PTC元件上方突出。因此，在相对绝缘层之间获得由电绝缘块体组成的周围密封条，利用周围密封条，PTC元件被完全密封。仅连接凸耳穿过绝缘块体并且在PTC加热元件的连接侧暴露。连接凸耳优选地通过连接凸缘突出以将PTC加热元件保持和定位于U形凹部中。这个连接凸缘优选地经由粘合剂电绝缘块体胶合到PTC元件。因此，在此构造中，PTC元件和邻接的条带导体优选地在整个圆周上由电绝缘块体覆盖和密封。

根据另一方面，本发明提出了一种电加热装置，特别地用于机动车辆，具有放热表面，放热表面之间容纳至少一个PTC加热元件。这个PTC加热元件优选地根据上文所讨论的构造之一成形。

根据本发明的额外方面，本发明还提出了一具有权利要求13的特征的生产电加热装置的方法。在此方法中，条带导体胶合到PTC元件上用于产生PTC加热单体。以此方式生产的PTC加热单体放置于两个电绝缘层之间并且由电绝缘块体密封。电绝缘块体此处首先放置于形成绝缘层的绝缘膜的突出边缘上。PTC加热单体在先前放置于所述膜上。电绝缘块体因此绕PTC加热单体放置并且放置于膜的一层上。然后折叠绝缘膜以用于密封包括PTC加热单体并且放置于条带导体中的另一条带导体上。因此，通过折叠绝缘膜而实现了由电绝缘块体对PTC加热单体的周向包围。这个块体然后在绝缘膜的相对内表面之间延伸并且使两个膜部段优选地抵靠彼此胶合。过量绝缘块体能在前侧在PTC加热元件上压出。以此方式制备PTC加 热元件并且PTC加热元件被构造成在外圆周上绝缘，PTC加热元件然后可以插入于加热器的U形凹部内并且由具有电绝缘块体的铸件电绝缘，但是可以以良好的热导率使用。

附图说明

结合附图，通过下文实施例的详细描述，本发明的另外的细节和优点变得显然，在附图中：

图1是PTC加热元件的第一实施例的透视侧视图；

图2是在折叠了混杂膜之后根据图1的透视侧视图；

图3是PTC加热元件的第二实施例的透视侧视图；

图4是滑动片的实施例的透视侧视图；

图5是在插入了根据图1、图2的PTC加热元件的第四实施例以及根据图4的滑动片之后，电加热装置的并未进一步详细示出的实施例的加热肋部的截面图；

图6是插入了根据图9的PTC加热元件的第四实施例之后，电加热装置的并未进一步详细示出的实施例的透视的局部剖切视图；

图7是PTC加热元件的第三实施例的透视侧视图；

图8示出了具有部分移除的块体的图7所示的实施例；以及

图9是PTC加热元件的第四实施例的透视侧视图。

具体实施方式

图1是具有PTC元件4的PTC加热元件2的透视侧视图，PTC元件4被布置于两个条带导体6之间，两个条带导体6形成为金属薄板的接触板。图1仅示出了两个接触板6中的上接触板。PTC元件4被定位于该处下方。PTC元件4和两个接触板6在原则上具有相同的底面积。接触板6仅在上侧上延伸超过PTC元件4用于形成接触凸片6.1，接触凸片6.1一体地形成于片元件上。接触板利用粘合剂、优选地导电粘合剂连接到PTC元件4用于形成PTC加热元件。这种预制的PTC加热单体7被放置于混杂膜8上，混杂膜8比PTC加热元件2更宽。混杂膜8包括相对较薄的膜，相对较薄的膜上施加了非导电的糊状块体。

PTC加热元件2被放置于图1所示的混杂膜8的腹板上。由于混杂膜8所形成的绝缘层在宽度方向上在PTC元件上方略微突出，混杂膜8分别在宽度方向上形成突出边缘8.1。混杂膜8也在PTC加热元件2上方在其底侧上突出相当大的量并且在上侧突出到某种程度，即，在连接凸耳6.1突出的位置。这得到在PTC加热元件2周围的边缘8.1。也用于生产混杂膜8的电绝缘但导热的块体10作为密封条施加到所述边缘8.1上。由此电绝缘块体10在端侧处抵靠两个接触板6的暴露前侧边缘而定位，两个接触板6之间接纳PTC元件2。绝缘块体10的密封条(bead)以充分的体积而施加从而使得密封条的高度对应于PTC元件4高度的大约1/2至4/5加上两个接触板6之一的高度。

然后混杂膜8被折叠并且放置于在图1中仍暴露的上接触板4的顶侧上。由块体10所形成的粘合剂密封条然后接触所述混杂膜8并且在整个圆周上密封所述PTC元件4和/或接触板6中的一个接触板。仅所述连接凸耳6.1在周向贯穿对所述PTC元件的这种电绝缘方式的包括。

图2以透视侧视图示出了在折叠了混杂膜8之后根据图1的实施例。可以看出，混杂膜8在所有侧部上在块体10的密封条上突出。此外，在折叠混杂膜8之后而产生的容纳部11被定位在与连接凸耳6相对的PTC加热元件2的底侧上，使容纳部11在PTC加热元件2的宽度方向上连续。

图3示出了替代实施例。与先前描述的实施例相比，相似的部件用相似的附图标记来标注。

根据图3的PTC加热元件2包括两个彼此平行延伸的绝缘层。这些绝缘层12可以是由先前提到的混杂膜组成的层。替代地，也可以提供陶瓷材料的和/或涂布了塑料膜的陶瓷的绝缘层。在此实施例中，块体10也以周向胶密封条的方式设置使得条带导体6中的至少一个由块体10在整个圆周上和PTC元件4在整个圆周上密封，但是并不在其整个高度上密封，而是仅至多达PTC元件4厚度的大约1/2的高度密封。

图4是滑动片14的实施例的透视侧视图，滑动片4通过弯曲两次而折弯成为侧视图中的U形轮廓。由此形成的U形接收座16的尺寸设定成如上文参考图1至图3所讨论的PTC加热元件的实施例各自装配于U形接收座16内。在外表面上，滑动片16形成滑动表面18，间隔件20在两侧处在滑动表面18上突出，通过使形成滑动片14的材料弯曲而形成所述间隔件。间隔件 20在滑动片14的纵向方向上延伸并且它们仅设置于滑动片14的上部中。倾斜表面22设置为所述间隔件20的延伸部，倾斜表面22以漏斗形方式倾斜地朝向滑动表面18并且略微突伸超过所述滑动表面18。间隔件20和倾斜表面22形成了在图5中以附图标记24所标记的楔形元件的侧向边界。

图5和图6示出了接纳于滑动片14的U形接收座16中的PTC加热元件2的安装情形。附图标记26标出壳体顶部的一部分，壳体顶部可以安装于筒形壳体基座(未图示)上以形成用于待加热的液体介质的循环腔室，如从EP 1 872 986 A1已知。本公开的披露内容，只要关于加热装置和特别地壳体基座和壳体顶部的细节方面，则被以这样的引用的方式并入到本申请的公开内。

壳体顶部26包括分隔件28和通畅多个加热肋部30，分隔件28通常与壳体基座的底部平行地延伸，多个加热肋部30从所述分隔件28以直角突出并且经由U形凹部32朝向用于液体介质的加热器(特别地水加热器)的连接侧敞开。

由PTC加热元件2和滑动片14组成的单元被插入于U形凹部内，即到特定深度使得弯曲成U形的滑动片14的端侧被安放于U形凹部32的底部34上，由PTC加热元件2和滑动片14组成的单元在先前已通过插入于滑动片14的U形接收座16内而预先安装。

如从图6可以看出，U形凹部32包括侧向引导凹槽36，侧向引导凹槽36在插入方向上延伸并且在边缘处和在厚度方向上扩大所述U形凹部32。这些引导凹槽36形成用于间隔件20的接收座，其中，在插入所述滑动片14和PTC加热元件2期间引导和定位所述滑动片14。间隔件20通过压靠所述U形凹部32的内壁而暴露楔形元件接纳开口38，其中在完全插入了滑动片14和PTC加热元件2之后，楔形元件24被插入于所述开口内。楔形元件24在至少一侧处，优选地在相对主侧表面上设有水基PTFE滑漆和有机粘结剂。作为替代或补充，这种滑漆可以被设置在用于楔形元件24的U形凹部32所形成的抵靠表面上和/或在滑动表面18上。这种涂层在楔形元件24的插入移动期间充当干燥润滑。滑动减轻涂层确保了可再现的安装结果，因为在生产个别部件期间可能变化的表面粗糙度等由该涂层补偿。因此，需要基本上相同的引入力来将不同的PTC加热元件2以预定表面压力抵靠于U形凹部32 之一的相对内表面上。这种按压操作一方面用于高热量从PTC元件4排出到U形凹部的内表面内，并且另一方面来自PTC加热元件2的接触表面的电流输入到PTC元件4内。

如总体上从图1至图6可以看出，可以由混杂膜8或者由绝缘层12形成的绝缘层在宽度方向上在条带导体6的外侧上在滑动片14上方突出，并且进一步在高度方向上朝向连接凸耳6.1突出。绝缘层至少在其中滑动片14直接邻接绝缘层(参看图6)的部分上方突出。这增加了在条带导体与壳体顶部26之间的空气间隙和蠕变距离和因此加热装置的电安全性。此外，绝缘块体10的密封条也定位于PTC元件4上方并且因此在不同极性的连接凸耳6.1之间。这也增加了蠕变距离。实际上，条带导体6中至少一个由块体10在整个圆周上环绕，从而提供对抗泄露电流的较好保护。两个条带导体6中的另一个可以在周向上暴露。

在根据图7的第三实施例中，由金属薄板形成条带导体6。如在上文中已经描述，金属薄板包括连接凸耳6.1，连接凸耳6.1通过冲压而被切割自由并且用于所述接触片6的电连接。提交图8用于进一步示出此实施例并且其中块体10的纵向侧密封条已经被移除，以为了更好地看到细节，如从图8可以了解到接触片6中的每一个与PTC元件4齐平地终止。在与之成直角的方向上，即在联结方向上，接触板6分别在两侧处在PTC元件4上方突出。每个分别邻接了杆39和40。两个杆39、40具有的厚度符合PTC加热元件2的厚度加上接触片6的两个厚度。因此，一方面由杆39、40的侧表面并且另一方面接触板6的外表面在外侧形成平坦外表面。

杆39、40中每一个具有向内突出的抵接腹板42，每个腹板42形成用于接触片6的抵接表面。杆39、40被设置在与PTC元件4的相对前面相距一定距离处。换言之，自由空间保留在相应抵接腹板42的自由前面与PTC元件4的面之间。

如在图7和图8中示出，在此实施例中，也由绝缘块体10组成的密封条来在整个圆周上密封所述PTC元件。如在上文所讨论的实施例中那样，块体10无需在PTC元件4的整个厚度上延伸。

在纵向侧上，由块体10组成的密封条被定位于混杂膜8上，混杂膜8在图7中以已经折叠的状态示出，并且几乎完全在前侧上，覆盖条带导体6(条 带导体6为图7中的下条带导体)和在前侧上覆盖PTC元件4的一部分。PTC元件4在整个圆周上被块体10包围。在相对前侧处，即在杆39、40的邻近处，块体10不仅用于增加在PTC元件4前侧处的蠕变距离和空气间隙，而且也用作将杆39、40连接到相关联的条带导体6的粘合剂。在图8中示出并且由电绝缘块体10组成的密封条10.1、40.2桥接了在抵接腹板42与PTC元件4的相对前侧之间的中间空间。这将空气间隙和蠕变距离在前侧处放置于不同极性的条带导体6之间。

不言而喻，在图7中在纵向侧处示出的块体10的密封条10.3也可以在条带导体6的总纵向延伸部上延伸并且可以按照相对应方式在纵向侧处完全覆盖它。

然而也可以从图8了解到本发明的重要方面，根据图8，块体10被施加到绝缘层(此处为混杂膜8)的突出边缘上以便覆盖条带导体6之一和PTC元件4从而增加在前侧处的空气间隙和蠕变距离。

一起观看，图5和图9展示了PTC加热元件2的另一修改实施例。在此PTC加热元件2中，上杆40被以L形状给出，得到相对较大的抵接腿用于抵接绝缘层12。如在根据图7和图8的上文所讨论的实施例中，上杆40具有凹部，凹部被装配成用于使连接凸耳6.1通过。在图9中安装的滑动片14的构造对应于根据图4和图6的实施例。因此，滑动片14封闭所述下杆39。下杆39在内侧被定位于滑动片14的U形接收座16的横向腹板上(参看图5)。下杆39在本发明情况下在宽度方向上在绝缘层12上和滑动片14上突出，部分地绕纵向侧密封条10.3夹紧并且形成了止挡件以用于将相邻PTC加热元件2相对定位于加热肋部的细长U形凹部中。下杆39可以是塑料注塑成型零件。

一个或两个杆39、40可以通过包覆成型而连接到接触片6，为此目的，在相对应杆的高度处，接触片可以包括内孔，形成杆的塑料可以在熔融状态进入到内孔内从而将杆以形式配合的方式连接到接触片。另一接触片通常抵靠另一杆胶合。块体10也可以用于填充在杆与PTC元件4之间的自由空间和/或将杆39连接到PTC元件4。

下杆39通常包括略微倒圆的外边缘，特别是当混杂膜8在端侧处绕杆39折叠时。倒圆的边缘降低了在安装期间损坏混杂膜8的风险。

附图标记列表

2 PTC加热元件

4 PTC元件

6 条带导体/接触板

6.1 连接凸耳

7 PTC加热单体

8 混杂膜

8.1 边缘

10 块体

10.1 在顶侧上的密封条

10.2 在底侧上的密封条

10.3 在纵向侧上的密封条

11 接纳部

12 绝缘层

14 滑动片

16 U形接收座

18 滑动表面

20 间隔件

22 倾斜表面

24 楔形元件

26 壳体顶部

28 分隔件

30 加热肋部

32 U形凹部

34 底部

36 引导凹槽

38 楔形元件接纳开口

39 杆

40 杆。