DE-102019204665-B4 - PTC-Heizelement und eine elektrische Heizvorrichtung

Abstract

PTC-Heizelement (2) mit zwei einseitig mit einer metallischen Beschichtung (6) versehenen Isolierlagen (4) und einem dazwischen angeordneten PTC-Element (8), das auf gegenüberliegenden Hauptseitenflächen jeweils mit einer Metallisierung (10) versehen ist, die mit der Beschichtung (6) einer der Isolierlagen (4) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die auf einer der Hauptseitenflächen vorgesehene Metallisierung (10) lediglich einem Potential zur Bestromung des PTC-Elementes (8) und die auf der anderen der Hauptseitenflächen vorgesehene Metallisierung (10) lediglich dem anderen Potential zur Bestromung des PTC-Elementes (8) zugeordnet ist, und wobei zumindest eine der Isolierlagen (4) eine Kontaktzunge (12) ausformt, die das PTC-Element (8) überragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierlagen (4) mit dem PTC-Element (8) verklebt sind und die Beschichtung (6) der Isolierlagen (4) die Metallisierung (10) des PTC-Elements (8) unmittelbar elektrisch leitend berührt, und dass ein Rahmensegment (14) auf die Isolierlagen (4) aufgeschoben ist, das Haltekanäle (16) für die Kontaktzunge (12) oder für ein mit der Kontaktzunge (12) kontaktiertes Steckerzungenelement (30) aufweist.

Inventors

• Jan-Michael Feustel
• Florian Bitto-Golon
• Ahmad Asafi
• Stefan Plewnia
• Kai-Fabian Bürkle
• Michael Niederer
• Marcel Lösch

Assignees

• EBERSPÄCHER CATEM GMBH & CO. KG
• Eberspächer catem Hermsdorf GmbH & Co. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20190402

Priority Date

20190306

Claims (12)

1. PTC-Heizelement (2) mit zwei einseitig mit einer metallischen Beschichtung (6) versehenen Isolierlagen (4) und einem dazwischen angeordneten PTC-Element (8), das auf gegenüberliegenden Hauptseitenflächen jeweils mit einer Metallisierung (10) versehen ist, die mit der Beschichtung (6) einer der Isolierlagen (4) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die auf einer der Hauptseitenflächen vorgesehene Metallisierung (10) lediglich einem Potential zur Bestromung des PTC-Elementes (8) und die auf der anderen der Hauptseitenflächen vorgesehene Metallisierung (10) lediglich dem anderen Potential zur Bestromung des PTC-Elementes (8) zugeordnet ist, und wobei zumindest eine der Isolierlagen (4) eine Kontaktzunge (12) ausformt, die das PTC-Element (8) überragt, dadurch gekennzeichnet , dass die Isolierlagen (4) mit dem PTC-Element (8) verklebt sind und die Beschichtung (6) der Isolierlagen (4) die Metallisierung (10) des PTC-Elements (8) unmittelbar elektrisch leitend berührt, und dass ein Rahmensegment (14) auf die Isolierlagen (4) aufgeschoben ist, das Haltekanäle (16) für die Kontaktzunge (12) oder für ein mit der Kontaktzunge (12) kontaktiertes Steckerzungenelement (30) aufweist.
2. PTC-Heizelement (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Kontaktzunge (12) abgedichtet durch einen Rahmen (22) hindurchgeführt ist, der die Isolierlagen (4) randseitig einsiegelt.
3. PTC-Heizelement (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Kontaktzunge (12) innerhalb eines Rahmens (22), der die Isolierlagen (4) randseitig einsiegelt, endet und mit einem Steckerzungenelement (30) kontaktiert ist, das den Rahmen (22) endseitig überragt.
4. PTC-Heizelement (2) nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Steckerzungenelement (30) an der zugeordneten Isolierlage (4) unter Vorspannung anliegt.
5. PTC-Heizelement (2) nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Steckerzungenelement (30) formschlüssig in dem Rahmensegment (14) gehalten ist.
6. PTC-Heizelement (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Steckerzungenelement (30) durch ein stanzbearbeitetes Blechstück gebildet ist, das einen an der zugeordneten Beschichtung (6) der Isolierlage (4) anliegenden Kontaktierungsvorsprung (34) und benachbart dazu ein an der gegenüberliegenden Isolierlage (4) unter Zwischenlage eines Anlagesteges (38) des Rahmensegments (14) anliegendes Widerlager (36) ausbildet.
7. PTC-Heizelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Beschichtung (6) und die Metallisierung (10) des PTC-Elements (8) mit einem gut wärmeleitenden Kleber (40) verklebt sind.
8. PTC-Heizelement (2) nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet , dass zwischen der Beschichtung (6) und der Metallisierung (10) ein Füllstoff enthaltender Kleber (40) vorgesehen ist und dass der Füllstoff eine maximale Korngröße von 20 µm, bevorzugt von 10 µm hat.
9. PTC-Heizelement (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass das Rahmensegment (14) durch Umspritzen in den Rahmen (22) eingesiegelt ist.
10. PTC-Heizelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Metallisierung (10) und/oder die Beschichtung (6) und/oder der Kleber mittels eines Siebdruckverfahrens und/oder mittels Sputtern aufgebracht ist.
11. PTC-Heizelement (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das PTC-Element (8) im Bereich der Metallisierung (10) aufgeraut ist.
12. Elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für ein KFZ, mit einem Ein- und Auslassöffnungen definierenden Gehäuse, in dem mehrere PTC-Heizelemente (2) angeordnet sind, die jeweils zwei einseitig mit einer metallischen Beschichtung (6) versehene Isolierlagen (4) und ein dazwischen angeordnetes PTC-Element (8) aufweisen, wobei das PTC-Element (8) auf gegenüberliegenden Hauptseitenflächen jeweils mit einer Metallisierung (10) versehen ist, die mit der Beschichtung (6) einer der Isolierlagen (4) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die auf einer der Hauptseitenflächen vorgesehene Metallisierung (10) lediglich einem Potential zur Bestromung des PTC-Elementes (8) und die auf der anderen der Hauptseitenflächen vorgesehene Metallisierung (10) lediglich dem anderen Potential zur Bestromung des PTC-Elementes (8) zugeordnet ist, wobei die Isolierlagen (4) mit dem PTC-Element (8) verklebt sind und die Beschichtung (6) der Isolierlagen (4) die Metallisierung (10) des PTC-Elements (8) unmittelbar elektrisch leitend berührt, und wobei eine dem PTC-Element (8) abgewandte Außenfläche als Freifläche zur Übertragung von Wärme an das zu erwärmende Medium in dem Gehäuse freiliegt oder jedenfalls teilweise mit einem von dem zu erwärmenden Medium angeströmten Radiatorelement wärmeleitend in Kontakt steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein PTC-Heizelement und eine elektrische Heizvorrichtung mit einem solchen PTC-Heizelement. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein PTC-Heizelement mit den oberbegrifflichen Merkmalen von Anspruch 1. Ein solches PTC-Heizelement ist aus EP 0 026 457 A2 bekannt. Das aus diesem Stand der Technik bekannte PTC-Heizelement hat einen Kunststoffrahmen, der spritzgegossen ist und auf gegenüberliegenden Hauptseiten des PTC-Heizelementes Aluminiumoxydplatten anbindet, die mit einer Schicht aus einem duktilen Lot versehen sind, das elektrisch leitend mit PTC-Elementen in Kontakt steht, welches innerhalb des Rahmens vorgesehen und an den den Aluminiumoxydplatten gegenüberliegenden Hauptseitenflächen mit einer Metallisierung versehen ist. Bei dem vorbekannten Stand der Technik ragen elektrische Anschlussbahnen durch den Rahmen hindurch und sind mit dem duktilen Lot der Aluminiumoxydplatte verlötet. Die auf den beiden Hauptseitenflächen des PTC-Elementes vorgesehenen durchgehenden Metallisierungen sind jeweils unterschiedlichen Polaritäten zugeordnet. So muss der Leistungsstrom in Dickenrichtung das PTC-Element durchsetzen, um dieses zu erwärmen. Der zuvor erwähnte Stand der Technik lässt noch Raum für Verbesserung. Die vorliegende Erfindung will insbesondere ein verbessertes PTC-Heizelement für den Einsatz in Kraftfahrzeugen mit verbesserter Wärmeauskopplung angeben. In Kraftfahrzeugen kommen PTC-Heizelemente der eingangs genannten Art zum Einsatz, um beispielsweise Flüssigkeit zu erwärmen, um Aggregate oder den Innenraum des Fahrzeuges zu erwärmen, oder aber als Wellrippenheizer von der in den Fahrgastraum einzuströmenden Luft angestrahlt werden. Solche Zuheizer sind üblicherweise dem Wärmetauscher eines Fahrzeuges nachgelagert und haben keine Kühlmittel führende Rohre. Die Kontaktierung erfolgt durch Kontaktelemente unterschiedlicher Polarität, die üblicherweise isolierend in dem Rahmen abgestützt sind. Auch die zu dem PTC-Element führenden elektrisch leitenden Bahnen sind in einem Rahmen, der regelmäßig aus Kunststoff gebildet ist, elektrisch voneinander isoliert abgestützt. Diese aus dem Stand der Technik allgemein bekannten Gestaltungsmerkmale sind auch bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung. Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein PTC-Heizelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Bei dem erfindungsgemäßen PTC-Heizelement ist auf einer der Hauptseitenflächen eine Metallisierung vorgesehen, die lediglich einem Potential zur Bestromung des PTC-Elementes zugeordnet ist, wohingegen auf der anderen Hauptseitenfläche und der dort vorgesehenen Metallisierung das andere Potential anliegt. Zur Erwärmung des PTC-Elementes über den Leistungsstrom ist es danach erforderlich, dass der Leistungsstrom in Dickenrichtung durch das PTC-Element fließt. Als Hauptseitenfläche ist dabei üblicherweise die größte Fläche des PTC-Elementes anzusehen. Die PTC-Elemente können rund sein. In diesem Fall sind die üblicherweise planparallel zueinander vorgesehenen Kreisflächen die Hauptseitenflächen, nicht aber die Umfangsflächen. Bevorzugt ist das PTC-Element indes quaderförmig. Zwei sich gegenüberliegende planparallele Hauptseitenflächen werden üblicherweise mit einem in Umfangsrichtung umlaufenden Rand miteinander verbunden. Die rechtwinklig zueinanderstehenden Randflächen haben die gleiche Dicke, d.h. Höhenerstreckung. Diese Erstreckung ist üblicherweise erheblich keiner, regelmäßig um den Faktor 5 oder mehr als die kleinste Abmessung (Breite oder Länge) der Hauptseitenflächen. Bei dem erfindungsgemäßen PTC-Heizelement erfolgt die Bestromung über die an der Isolierlage vorgesehene Beschichtung. Die Isolierlage kann eine Kunststofffolie oder eine Keramikschicht sein. Die Isolierlage kann auch als Hybridisolierlage aus mehreren für sich isolierenden Schichten gebildet sein, so beispielsweise aus einer Kombination zumindest einer Keramikplatte mit zumindest einer Folie. Die Keramikplatte weist dabei üblicherweise die Beschichtung auf. Erfindungsgemäß erfolgt die Kontaktierung der Metallisierung auf dem PTC-Element über die Beschichtung der Isolierlage. Die mit der Beschichtung metallisierte Isolierlage wird auf das PTC-Element aufgeklebt. So sind die beiden durch Kleben zu einer eine Heizzelle bildenden Einheit verbunden. Die Isolierlage hat üblicherweise eine vollflächig auf der Innenseite daran vorgesehene Beschichtung. Die Beschichtung bzw. die Metallisierung auf dem PTC-Element sind mittels Siebdruck oder Sputtern aufgebracht. Unterhalb der Metallisierung befindet sich unmittelbar das halbleitende Material des PTC. So erfolgt bei der vorliegenden Erfindung die Wärmeausleitung unmittelbar von dem PTC in die darauf aufgebrachte Metallisierung und von dort in die Isolierlage und deren Beschichtung. Die Isolierlage bildet die die Wärme nach außen abgebende Außenfläche des erfindungsgemäßen PTC-Heizelementes aus. Zwar befi