阅读说明：本技术 Ptc加热元件和包括该ptc加热元件的电加热装置 (PTC heating element and electric heating device including the same ) 是由 库尔特·瓦尔茨 阿哈默德·阿萨菲 于 2020-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于电加热装置的PTC加热元件,所述PTC加热元件具有由电绝缘材料制成的框架,所述框架包围至少一个PTC元件、电连接到所述PTC元件的导体轨道、和绝缘层,所述绝缘层以导热方式支承在所述PTC元件的相对设置的主侧面上,其中所述框架具有在所述框架上伸出的接触带,所述接触带导电地连接到所述导体轨道,从而以不同的极性对所述PTC元件通电。根据本发明的允许良好的热联接的良好电绝缘的PTC加热元件具有分别覆盖绝缘层的外表面的薄膜。在根据本发明的电加热装置的循环室中设置有对应的PTC加热元件,其中电连接至PTC元件的导体轨道突出穿过电加热装置的分隔壁并被暴露和电连接在连接室中,连接室通过分隔壁与循环室隔开。(The invention relates to a PTC heating element for an electrical heating device, having a frame made of an electrically insulating material, which surrounds at least one PTC element, a conductor track electrically connected to the PTC element, and an insulating layer, which is supported in a thermally conductive manner on oppositely disposed main sides of the PTC element, wherein the frame has contact strips protruding on the frame, which are electrically conductively connected to the conductor track in order to energize the PTC element with different polarities. The PTC heating element according to the invention, which allows good thermal coupling and good electrical insulation, has films which cover the outer surfaces of the insulating layers, respectively. In the circulation chamber of the electric heating device according to the present invention, corresponding PTC heating elements are provided, wherein conductor rails electrically connected to the PTC elements protrude through a partition wall of the electric heating device and are exposed and electrically connected in a connection chamber, which is separated from the circulation chamber by the partition wall.)

PTC加热元件和包括该PTC加热元件的电加热装置

技术领域

本发明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。这种PTC加热元件从EP3334242A1中已知。本发明还涉及一种电加热装置，该电加热装置具有布置在循环室内的至少一个PTC加热元件以及具有框架，该框架接合至少一个PTC元件和为作为结构单元的该PTC元件供电的接触带。接触带在那里在框架上突出，并且导电地连接到导体轨道，从而以不同的极性向PTC元件供电，为此，框架通常容纳并围绕接触板，接触板优选地可以一体地形成接触带。根据本发明的电加热装置还具有分隔壁，该分隔壁将循环室与连接室分隔开，其中PTC加热元件的突出穿过分隔壁的接触带在连接室中暴露并电连接。

背景技术

例如从EP2607121A1或EP3334242A1中已知上述类型的电加热装置。

在根据EP2607121A1的电加热装置中，几个PTC元件被容纳在形成加热元件外壳的框架中，并通过接触板在相对设置的主侧面上接触，该主侧面锁定在框架上。在一侧表面上，连接端口突出超过加热元件外壳，并且一体地形成在框架上，并且在该框架上抽出由特氟隆制成的密封套筒，该密封套筒在其外周表面上设有迷宫式密封件。由塑料薄膜形成的绝缘层分别应用于接触板的背离PTC元件的外侧。

从EP1253808A1和EP1395098A1还分别已知相似的普通PTC加热元件和普通的加热装置。在该现有技术中，在制造加热元件外壳的过程中，接触板与绝缘层一起至少在一侧上被注射模制涂覆，使得仅PTC元件被***框架的开口中并在相反侧由接触板和绝缘部覆盖。

尽管与先前描述的现有技术相比，这种配置代表了生产技术的简化，但是设计仍然相对庞大和复杂。

发明内容

本发明尤其涉及一种用于机动车辆的电加热装置以及这种电加热装置的PTC加热元件。这类部件一直被设计为在重量方面进行优化。此外，由于汽车工业中的大量单元，必须确保汽车可以经济地制造。对于具有PTC加热元件的电加热装置，进一步优选提供允许PTC元件中产生的热的散热尽可能好且对称的构造。此外，特别是对于在高压下操作的机动车辆，即电动机动车辆而言，框架中的PTC加热元件的通电元件的良好绝缘是重要的。因为PTC加热元件通常在电动车辆中在高压下操作。

因此，本发明的目的是，提出一种PTC加热元件和具有至少一个PTC加热元件的电加热装置，所述PTC加热元件和电加热装置允许良好的散热，同时对由框架包围的带电部分具有良好的绝缘性。

为了实现该目的，通过本发明的第一方面提出了具有权利要求1的特征的PTC加热元件。

PTC加热元件具有由电绝缘材料制成的框架。框架通常完全周向地围绕PTC元件和在两侧上抵靠PTC元件支撑的绝缘层。框架包围绝缘层的边缘表面。PTC元件通常位于框架开口内。有时，PTC元件的边缘区域也可以延伸到形成框架的支柱。

在根据EP3334242A1的前述现有技术中，形成框架的塑料材料在边缘处包围绝缘层，使得绝缘层被框架完全周向密封。然而，问题是，由陶瓷材料形成的绝缘层的在绝缘层与框架支柱之间的表面处以及由框架支柱形成的密封唇缘处会发生泄漏。这使结垢和水分到达PTC加热元件的通电元件。

为此，本发明通过提出在外侧为绝缘层提供薄膜来提供补救措施，薄膜通常严格平行于PTC元件的主侧面和施加在主侧面上的绝缘层。然后，PTC元件被框架和薄膜完全包封。但是，该薄膜是薄壁薄膜，使得可以在没有很大热阻的情况下，通过绝缘层和通常形成PTC元件的外表面的薄膜垂直于PTC元件的主侧面散热。

框架通常由塑料材料制成，塑料材料例如为硅树脂或其他耐热但又有弹性的塑料材料。例如，在以下方面，框架优选地形成有作为结构单元的薄膜：PTC元件、导体轨道以及与PTC元件的主侧面相对设置的绝缘层被注射模制涂覆有形成框架的材料。PTC加热元件的导电部分然后通过包覆模制，即嵌件成型，以密封方式连接到框架。

但是，优选在此还在绝缘层的相应的外表面上形成薄膜。在本发明的解决方案中，绝缘层优选是由陶瓷材料，特别是陶瓷板制成的绝缘层，陶瓷板优选由氧化铝形成。相对较脆且较薄的陶瓷可能会产生裂纹，因此采用本发明的解决方案时，也在绝缘层泄漏的情况下，可以通过薄膜和框架的周向围绕PTC元件的支柱来防止污垢或水分进入PTC元件的外表面。而且，不存在如先前提到的现有技术中所知的在绝缘层的表面上的由框架材料形成的密封唇缘泄漏的问题。

该薄膜完全覆盖框架的两个主侧面上的绝缘层。该薄膜完全过渡到框架的支柱。薄膜和框架优选地由相同的材料形成。

在薄膜很薄的地方，薄膜的厚度通常不大于100微米，优选不大于50微米，特别优选不大于20微米。通常不需要层厚度的下限。至关重要的是，薄膜在整个表面上施加到绝缘层上，并以密封方式连接到框架。在任何情况下，认为薄膜的最小厚度在5微米至10微米的范围内是足够的。

同样在本发明中，两个导体轨道优选地由冲压的金属片材形成，金属片材不仅形成导体轨道而且还形成作为单元的接触带。接触带穿过框架并在外侧在框架上突出。接触板的剩余长度区段设置在框架内。

根据本发明的一个优选的改进方案，包围绝缘层和PTC元件的框架支柱在PTC加热元件的厚度方向上在两侧上在薄膜上突出。厚度方向垂直于PTC元件的主侧面延伸。换句话说，框架支柱形成用于绝缘层和PTC元件的整个周向框架，并且因此形成框架开口，薄膜在两侧上相对于该框架开口向内朝向PTC元件凹入。框架支柱相应地分别形成PTC加热元件的底盘或加热元件外壳。框架支柱形成PTC加热元件的结构完整性。分别仅关于PTC元件的主侧面或绝缘层的期望密封来形成薄膜。薄膜越薄，在PTC加热元件的厚度方向上通过薄膜的散热效果就越好。因此，从PTC加热元件的散热通常(如果不是唯一的)主要通过PTC元件的主侧面而不是通过将两个主侧面彼此连接的边缘表面进行。

根据本发明的一个优选的改进方案，所述薄膜以强制物质配合的方式与所述绝缘层连接。与PTC加热元件、抵靠PTC加热元件的主侧面支撑在两侧上的绝缘层以及两个薄膜仅层叠的情况相比，这导致改善的散热。但是，这种解决方案仍被权利要求1的保护范围覆盖。考虑到通过PTC元件的主侧面的最佳可能的散热，该PTC元件优选地进一步以强制物质配合的方式连接到绝缘层上，强制物质配合的方式例如为粘合或焊接。

根据本发明的另一种优选的构造，设置有由电绝缘材料制成的芯部，接触带突出穿过该芯部并且被容纳在框架中。芯部可以受限于框架的支柱，接触带突出穿过该支柱并垂直伸出。芯部通常由硬塑料材料，例如PP、PE或PA组成。芯部通常被弹性的软塑料材料围绕或被注射模制涂覆有弹性的软塑料材料，弹性的软塑料材料可以在芯部的区域中形成为迷宫式密封件。因此，在将各个框架支柱***由电加热装置的分隔壁形成的凹式插头保持固定器期间，芯部提供一定的阻力。然后可以将PTC加热元件以密封方式***隔板并通过***而保持在其中。这防止了待加热流体从循环室进入连接室中。

PTC加热元件优选地具有金属结构，该金属结构形成为可渗透流体的结构，优选地可渗透水的结构，并在PTC元件和导体轨道周围限定电磁屏蔽件。可渗透流体的金属结构提供了以下可能性：待加热流体可以直接到达PTC加热元件的散热表面。与根据DE102012013770A1的现有技术不同，由PTC元件产生的热然后不必首先穿过封闭的屏蔽壳以释放到介质中。金属结构优选作为罩围绕PTC加热元件和导体轨道。金属结构连接到地电位，而两个导体轨道被分配给电力电流的电位。

用根据本发明的PTC加热元件加热的介质可以是空气或液体式热载体，例如水。PTC元件可以被安装在空气加热器中，从而将热散发到空气中的波纹状肋层可以直接抵靠金属结构。可以在屏蔽件内提供PTC加热元件的导电部件(即PTC元件)和两个导体轨道之间的可能的电绝缘。这种绝缘防止待加热介质与PTC加热元件的传输电力电流的导电部件直接接触。

本发明的PTC加热元件以加热肋的方式暴露在循环室中。在那里可渗透流体的金属结构以较小的间距围绕PTC加热元件的散热表面，从而在屏蔽件和散热表面之间产生了流动间隙。通过已知的解决方案，已经显示出在该流动间隙中的改善的热传递，因为金属结构使流体流产生湍流，从而导致在发热的PTC加热元件的边界表面(即散热表面)处的热传递得到改善。屏蔽件优选至少部分地与以导热方式连接到PTC元件的散热表面间隔开。间距通常在1.0到4.0毫米之间。通过这样的间距，可以相对于散热表面和待加热介质之间的期望的强化热传递以最佳的方式来调节间隙中的流动。

各种金属结构，例如金属编织物、金属织物或甚至是膨胀的金属片材，都适合于前面提到的待加热流体的湍流效应。也可想到全部或部分地包含金属线、可能还容纳纺织线或由其形成的纺织结构。可渗透流体的金属结构的各个金属元件之间的网格尺寸由屏蔽件的所需效果决定。但是，相应的网格尺寸应不小于1.0毫米。针对所需的屏蔽件，可以将金属结构的各个元件尽可能地根据需要彼此紧密对准。同样，例如，致密编织的金属结构基本上可渗透流体。考虑到良好的对流散热，最小网格尺寸不应欠佳。与相邻纤维或线元件或金属结构的多孔金属网结构的最小间距不应小于1.0毫米。一方面，关于在PTC元件的散热表面处产生湍流的良好湍流，另一方面，对于对流散热的良好流动性，网格宽度在1.5毫米至2.0毫米之间，优选在3毫米至10毫米之间是最优的。考虑到稳定性，特别是可加工性，并考虑到所需的网格尺寸，金属丝的厚度应在0.2毫米至0.5毫米之间。此类金属丝的厚度编织良好，可以作为标准产品使用。在起伏区域中，金属丝的厚度应选择为具有0.4毫米到1毫米的厚度。

根据本发明的第二方面，本发明提出了一种具有权利要求10的特征的电加热装置。该电加热装置包括至少一个根据权利要求1至9中的一项的PTC加热元件。如前所述，PTC加热元件可以***分隔壁中和/或以密封方式保持在分隔壁中，类似于凸式***元件。为此，PTC加热元件至少在***式触头的区域中典型地设有密封唇缘或板条，密封唇缘或板条以密封方式与由分隔壁形成的凹式插头保持固定器相互作用。

附图说明

通过以下结合附图对实施例的描述，本发明的更多细节和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了电加热装置的实施例的透视侧视图；

图2示出了在连接PTC加热元件之后根据图1的实施例的透视侧视图；

图3示出了PTC加热元件的各部分的透视侧视图；

图4示出了PTC加热元件的局部剖开的透视侧视图；

图5示出了PTC加热元件的透视截面图；

图6示出了PTC加热元件的第二实施例的局部剖开的透视侧视图；

图7以放大图示出了根据图6的细节VII；以及

图8示出了沿图6的VIII-VIII线截取的截面图。

具体实施方式

图1示出了构造为热水器的电加热装置外壳的透视俯视图，该外壳由附图标记2表示。加热器外壳2具有由塑料材料制成的外壳桶元件4。外壳2形成入端口6和出端口8，入端口6和出端口8目前一体地形成和体现在外壳桶元件4上。端口6、8被设计为软管连接端口，并且分别形成到标有附图标记14的循环室的入口10和出口12。

循环室14与连接室18分开，并通过由塑料材料制成的分隔壁16密封。分隔壁16形成用于PTC加热元件22的凹式插头元件保持固定器20，该PTC加热元件22以密封方式***凹式插头元件保持固定器20中，并被支撑在外壳桶元件4的基部24上。

图3至图5示出了PTC加热元件22的细节，该PTC加热元件22目前仅包括一个PTC元件30，该PTC元件在其相反设置的主侧面32上覆盖有绝缘层34。绝缘层34目前是由氧化铝制成的陶瓷板。但是，绝缘层34也可以作为涂层施加到PTC元件30上，或者作为具有单层或多层绝缘涂层的涂层的组合来施加。PTC元件30被设计为分别具有宽度B或长度L的薄片，该薄片的厚度比厚度D大至少10倍，该厚度D对应于两个主侧面32之间的距离。基本上在长度L的方向上延伸的金属片材条38设置在彼此相反设置的侧面表面36上，并且胶合到PTC元件30，并且以导电的方式连接到PTC元件30的表面金属化层上，该金属化层可以通过PVD或CVD施加成层。金属片材条38由相对较窄的接触脊40和相对于接触脊40在宽度B方向上变宽的接触带42组成。

接触脊40现在形成到PTC元件30的导体轨道并且电连接到PTC元件30的金属化层。金属片材条38设置成使得其在任何时候都不在PTC元件的主侧表面32上突出。如图4和5所示，绝缘层34在PTC元件30上侧向地突出。因此，绝缘层34的底面积大于PTC元件30的主侧面32的底面积。因此，绝缘层34的外边缘在两侧在绝缘层34之间接收接触脊40(见图5)。绝缘层34胶合到PTC元件30上。绝缘层34直接支撑在PTC元件上。绝缘层34中的一个因此直接接触PTC元件30的相关的主侧面32。

替代地，根据本发明，金属片材条38可以全部或部分地作为接触板来平坦地施加在主侧面32上。然而，关于垂直于主侧面32的良好的散热，在实施例的情况下所述的变化例是优选的。

金属片材条38主要被容纳在由绝缘材料制成的框架44中，该框架在所有四个周向侧上包围PTC元件30。框架44具有四个框架支柱45。该框架44周向围绕绝缘层34的周向边缘。接触脊40也被形成塑料框架44的材料包封。通过围绕弹性体材料，特别是硅树脂，注射模制而形成框架44。

在完成的PTC加热元件22的情况下，仅接触带42在表面侧在框架44上突出。PTC加热元件22的用于发热和传导电流的所有其他功能部件都容纳在框架44内。特别是通过图4和5可见，框架44与薄膜46一体形成，该薄膜46设置成平面的，与绝缘层34平行，并且以强制物质配合的方式与绝缘层34连接。在那里设置在两个主侧面上的绝缘层34分别在整个表面上被薄膜46覆盖。每个薄膜46完全过渡到框架44。薄膜46的厚度，即垂直于主侧面32的延伸部，不大于50微米，优选地不大于20微米。

如特别由图5所示，PTC元件30、绝缘层34和薄膜46位于由附图标记48表示的框架开口的后面，该框架开口由框架44形成。因此，框架44，即框架支柱45，的厚度大于PTC元件30、两个绝缘层34和两层薄膜46的厚度之和。

目前，框架44几乎完全不与PTC元件30的主侧面32重叠，从而使PTC元件30位于框架开口46中，PTC元件30的几乎100％的主侧面32被薄膜46和绝缘层34覆盖。

框架44形成密封套环50，该密封套环50设置有密封唇缘52，该密封唇缘52布置成朝向接触带42的自由端成锥形地逐渐变细。目前，这些密封唇缘52中的三个在接触带42的纵向延伸方向上一个接一个地设置成一种迷宫式密封件。由弹性软塑料材料制成的密封套环50围绕由电绝缘塑料材料制成的芯部54被注射模制，该芯部54包括未示出的通道开口，以用于使金属片材条38的加宽区域穿过并用于预组装金属片材条38。在***凹式插头元件保持固定器20期间，该芯部54增加了密封套环50的按压力。

密封套环50在底侧由周向的环形止挡件56限定，该环形止挡件56在PTC加热元件22***到凹式插头元件保持固定器44中之后以密封方式支撑在由分隔壁16形成的抵接胎圈上。

图2示出了PTC加热元件22的电连接。对于电连接，多件金属片材作为电流杆60、62、64设置在连接室18中，电流杆60、62、64包括通过冲压和弯曲形成的接触突起66，接触突起66支承受到弹性预应力的接触带42并接触接触带42。接触突起66伸入插座开口68中，插座开口68凹进电流杆60、62、64的金属片材条中。标有附图标记70的连接带以相同的方式连接并接触装配好的电路板，装配好的电路板被容纳在控制外壳72中。电流杆62的连接直接通过连接带70建立，而电流棒60、64的连接则通过功率晶体管74建立，该功率晶体管74与穿孔导体76接触，穿孔导体76电连接到相关的连接带70。

控制外壳72包括用于电力电流的连接器外壳78和用于连接用于控制信号的电缆的连接器外壳80。

图6至图8示出了PTC加热元件的替代实施例。与先前讨论的实施例相同的部件被赋予相同的附图标记。该实施例具有框架44，该框架也形成密封套环50，该密封套环一体地形成在框架44上，并且可以如DE102016224296A3中所述以密封方式***到外壳2中。可以看出，限定框架44的塑料材料的外表面在注射模制过程中被注射到保持框架82周围，该保持框架在边缘处包围当前平面的金属结构84，该边缘形成电磁屏蔽件。首先相应的保持框架82被连接至金属结构84，并且作为***件放置在注射模具中。保持框架82在内周处限定腔，以形成框架44。

当前，接触带42由细长的金属片材条38形成，该细长的金属片材条在表面侧支承PTC元件39并对PTC元件39通电。PTC元件30的在外侧散热的主侧面32被绝缘层34和薄膜46覆盖，绝缘层34和薄膜46在边缘处密封到加热元件外壳2的材料中。

密封套环50被接触板86穿透，该接触板86通过冲压和弯曲由金属片材材料制成，并形成接触区段88，该接触部分在朝向金属结构84的方向上在两侧上突出，该接触部分以导电方式与金属结构84连接。通过连接由接触板86形成的屏蔽连接凸耳90，可以将设置在主侧面32上的金属结构84电连接到屏蔽件。

图6至图8所示的实施例具有两个相同地形成的接触区段88，每个接触区段88连接到位于相反设置的主侧面32上的金属结构84，金属结构84在那里设置为平坦的金属织物，并且仅上侧的接触区段88被示出。

附图标记列表

2 外壳

4 外壳桶元件

6 入端口

8 出端口

10 入口

12 出口

14 循环室

16 分隔壁

18 连接室

20 凹式插头元件保持固定器

22PTC 加热元件

24 基部

30PTC 元件

32 主侧面

34 绝缘层

36 侧面表面

38 金属片材条

40 接触腹板

42 接触带

44 框架

45 框架支柱

46 薄膜

48 框架开口

50 密封套环

52 密封唇缘

54 芯部

56 止挡件

60 电流杆

62 电流杆

64 电流杆

66 接触突起

68 插座开口

70 连接带

72 控制外壳

74 功率晶体管

76 导体

78 连接器外壳电力电流

80 连接器外壳控制信号

82 支撑框架

84 金属结构

86 接触元件

88 接触锥形部

90 屏蔽连接凸耳

B PTC 元件的宽度

L PTC 元件的长度

D PTC 元件的厚度