加熱裝置的發熱元件的製作方法

2023-05-15 10:47:41 5

專利名稱：加熱裝置的發熱元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於加熱空氣的加熱裝置的發熱元件，包括至少一個PTC元件以及靠在PTC元件的相對側面上的導電條形導體(electric strip conductor)。這樣的發熱元件例如可以從EP 1 061 776(其可以追溯到本申請)中得知。
特別地，發熱元件配置在用於機動車的輔助加熱器中，並且包括多個一個挨一個地布置成一排的PTC元件，其通過彼此平行延伸並且平放在該PTC元件的相對側面上的導電條形導體通電。條形導體通常由平行金屬條形成。將這樣形成的發熱元件配置在用於機動車內加熱空氣的加熱裝置中，其中所述加熱裝置包括多層發熱元件，該發熱元件具有位於其相對側邊上的散熱元件(放熱元件，heat-emitting element)。將這些散熱元件加以定位，以使它們藉助於夾持裝置以相對良好的傳熱接觸倚靠在發熱元件上。
背景技術：
在本技術領域的上述情形中，加熱裝置的夾持裝置由框架形成，在該框架中，彼此平行布置的多層加熱和散熱元件藉助於彈簧偏壓而被夾持。在可替換的方案中，同樣披露了普通發熱元件和普通加熱裝置，而且在例如EP 1 467 599中對其進行了描述，其中發熱元件由在一層中一個挨一個布置成排的多個PTC元件形成，所述PTC元件還被稱為陶瓷元件或正溫度係數熱敏電阻器，並且在相對側面上通過位於這些側面上的條形導體進行通電。條形導體中的一個由周邊封閉的輪廓(profile)所形成，並且另一個條形導體由用它們之間的電絕緣層在周邊封閉的金屬輪廓處支撐的金屬條形成。散熱元件由以多個平行層布置的節片(segment)形成，所述節片成直角地延伸至周邊封閉的金屬輪廓。在從EP 1 467 599得知的普通加熱裝置中，提供了以前面所述方式形成的多個周邊封閉的金屬輪廓，所述金屬輪廓被布置成彼此平行。在一定程度上，節片在周邊封閉的輪廓之間延伸，並在一定程度上伸出輪廓之外。
在上述發熱元件的情況下，要求導電條形導體必須與PTC元件處於良好的電接觸。否則，就會出現過渡電阻增大的問題，尤其是在用於機動車的輔助加熱器中使用發熱元件的情況下，該問題由於高電流可能導致局部過熱。作為這種熱事件的結果，可能會損壞發熱元件。此外，PTC元件是自調節電阻加熱器，其在溫度增加時放出較低的熱輸出，使得局部過熱可能導致PTC元件的自調節特性破壞。
另外，在高溫下，在輔助加熱器的區域中，蒸汽或氣體可擴展，這可能導致對乘客室內的人員造成直接危害。
相應的問題也是在高操作電壓下，例如，如在高達500V的電壓下使用普通發熱元件。首先，這裡的問題是，靠著散熱元件流動的空氣攜帶溼氣和/或汙垢，其可進入加熱裝置，並引起電擊穿(電跳火，electric flashover)，即這裡的短路。另一方面，存在根本性的問題，即保護在加熱裝置區域中的工作人員不受加熱裝置或發熱元件的載流部件的危險。
在普通類型的發熱元件的情況下，PTC元件通常布置在定位框架中，該定位框架基本上在PTC元件的水平面上延伸為平伸組件。定位框架在發熱元件的組裝期間用於PTC元件的精確定位，並且可選地，還用來在長期操作過程中夾持PTC元件。由於定位框架由塑料作為注射成型部件製成，因此其具有某些絕緣特性。然而，已發現，在普通發熱元件中，當使用高電壓時，由於對漏電的低電阻，所以不能一直避免電擊穿。
在現有技術的情形下，已不缺乏用於篩選針對環境的PTC加熱元件的方案。例如，DE 32 08 802披露了具有定位框架以及布置在其內的PTC加熱元件的發熱元件，通過將所述加熱元件夾置於相對的條形導體之間並且將這種發熱元件在其內側用絕緣矽酮橡膠管提供的金屬套加以圍繞，使得金屬套不會直接與條形導體電接觸。這種發熱元件用於家用電器、壓合板等應用，並且被整合到壓合板用於加熱元件中均勻分散產生的熱。在現有技術的上述情形下，存在的問題是在條形導體和PTC元件之間的均勻接觸還不能被保證。另外，PTC元件對空氣和溼氣的保護(即，擊穿保護)僅僅通過完全封入PTC元件的套罩來實現，其使得發熱元件的製造變得複雜，並且不能用於發熱元件的所有可能的應用，尤其是在機動車的輔助加熱器中使用發熱元件的情形下。
從美國專利第4 327 282號知曉了一種發熱元件，其可不用定位框架並具有PTC元件連同導電板而實現，其中在每種情況下，PTC元件被一個挨一個地布置，導電板位於這些元件的兩側而且形成條形導體，並且布置在其外側的絕緣層被夾持在長側邊上。通過在長側邊上的層結構(層組合，layer composition)的這種夾持，應可實現在PTC元件和條形導體之間的充分接觸。用於在側邊上夾持層結構的機制是通過U型矽酮輪廓形成的，U型矽酮輪廓的邊緣應位於絕緣層上。然而，已發現，以這種方式，不可能實現對PTC元件的足夠保護而免於進入溼氣和空氣，尤其是當將發熱元件用於機動車的輔助加熱器中時。此外，矽酮條相對較軟而可能易於脫開，例如，在對輔助加熱器進行組裝或修理工作的過程中。
在從EP 0 026 457獲知的可選替換技術方案中，PTC加熱元件位於層結構內，其外部的每個層由氧化鋁層形成，該外層在其本身和PTC加熱元件之間夾持條形導體。沿著硬塑料框的邊支撐氧化鋁板。條形導體由延展性焊料形成。然而，這種焊料層的使用導致製造困難。此外，在發熱元件的操作過程中，出現焊料以不允許的方式液化的問題，並在發熱元件內形成短路。由於在塑料框架上對氧化鋁板的剛性支撐，所以此外，已知的發熱元件缺乏對一定限度內的熱膨脹的彈回反應的能力，使得在現有技術的這種情形下，不可能使條形導體和PTC加熱元件之間總是保證安全的接觸。從US2003/0206730中可以獲知發熱元件的相關應用，其中，外部氧化鋁板同樣位於包圍PTC元件的框架上。
在從US 6 718 192獲知的發熱元件的情形中，夾在兩個條形導體之間的PTC元件完全由用非導電性塑料形成的絕緣外殼所包圍，使得由於塑料材料較差的導熱性而阻礙了將熱從PTC加熱元件分散開。此外，為了形成具有非常低壁厚的外殼而設定了限制，否則由於出現的外殼為可穿透外殼的問題，其結果是破壞PTC元件周圍的周邊絕緣。條形導體的層結構和PTC元件的模製成型同樣是耗時的製造步驟，其額外地需要硬化或冷卻時間，其結果使製造額外地被減慢。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於加熱空氣的加熱裝置的發熱元件，以及一種對應的加熱裝置，其即使在使用高的操作電壓的情況下，也能提供增加的安全性。在這種工藝中，一定要確保發熱元件以及由此構成的加熱裝置在經濟上的可製造性。本發明尤其設法提供一種發熱元件，其提供對可能的電擊穿改進的安全性。為了解決該問題，本發明提供了一種具有以下特性的發熱元件其包括至少一個PTC元件，靠在該PTC元件上的導電條形導體以及稍長的定位框架，該定位框架形成至少一個框架開口用於夾持至少一個PTC元件。這不同於現有技術中限定的情形，因為提供了至少一個絕緣層，其在遠離定位框架的條形導體外側覆蓋該條形導體，其中，通過至少一個可壓縮密封元件將絕緣層靠著至少定位框架的長邊加以密封。
正如在所給出的俯視圖中所看到的那樣，特別地將定位框架的長邊理解為定位框架的稍長的邊，即，圍繞框架開口或在邊緣上的框架開口的邊緣條，通常在平面上，形成框架的上邊或下邊以及插孔(receptacle opening)。將可壓縮密封元件設置在這些長邊上，同時絕緣層緊緊地倚靠在其上。以這樣的方式對密封元件的可壓縮性加以選擇，以便通過由絕緣層施加的推壓力將條形導體壓靠在PTC元件上，也就是由於製造公差和/或一方面定位框架和另一方面導電組件的不同熱膨脹，所以在這方面，在所設計的發熱元件的尺寸與實際尺度不再匹配的時候，因此，可壓縮密封元件適於補償在包括PTC元件與條形導體的層結構和定位框架之間的不同熱膨脹或公差。同樣地，可壓縮密封元件可補償在絕緣層部分上的任何公差，該絕緣層優選由平的陶瓷板形成。理想的陶瓷板大約具有稍長的定位框架的寬度，但是在任何情況下，通常不能伸出超過定位框架橫跨的寬度，但是要比框架開口的寬度要寬。優選將每一個可壓縮密封元件設置成與稍長定位框架的兩個側邊平行，並且在絕緣層和定位框架之間，優選基本上跨過稍長絕緣層的整個長度。在正面上，可以將絕緣層相對於定位框架以同樣的方式(通過可壓縮密封元件)加以密封，以便將由定位框架形成的一個或全部框架開口布置在由可壓縮密封元件形成的周邊密封中，隨後通過在外部封閉性地加以密封。在定位框架的兩個側面上，發熱元件可具有相對於定位框架密封的相同設置的絕緣層。可選替換地，在定位框架的一個側邊上剛性地提供密封，例如，通過包圍在條形導體外側的絕緣層，其中所述密封層是剛性、緊密地連接至定位框架，例如，通過擠出絕緣層本身或與條形半導體一起擠出。在這種情況下，公差補償或不同線性膨脹的補償排他地發生在定位框架的另一側(上側)。與在定位框架的相對側面上的密封元件的情形相比，在這種情況下，密封元件形成的尺寸應更厚。
根據本發明的發熱元件，能保證在條形導體和PTC元件之間總是密封接觸，如果通過外部推壓使發熱元件的這種導電層結構的元件一個挨一個地倚靠時尤其如此。從而避免了在條形導體和PTC元件之間的轉換處的接觸問題。
密封元件可以位於定位框架上。但是，考慮到更簡單地製造發熱元件，優選將密封元件粘結到定位框架和/或絕緣層上。密封元件也可以將定位框架粘結到絕緣層上。在這樣的情形下，密封元件例如由矽酮粘合劑或類似物形成。
密封元件優選由高度絕緣的塑料形成，即，由即使在高的操作電壓下對電擊穿表現出高度安全性的塑料，例如一種由矽酮粘合劑形成的塑料形成。理想的是在定位框架中的PTC元件的高度絕緣支撐件，相對於漏電，具有至少400，優選為600的CTI值。定位框架可由塑料製成。在這種情況下，塑料應是耐溫性的。可以想到，例如，定位框架由聚醯胺製成。考慮到大約500V的可能操作電壓，則在定位框架內的PTC元件的支撐件應該達到至少600的CTI值。優選用於形成定位框架的材料為非導電的陶瓷或電高級別(electrically high-grade)的塑料，如，例如聚氨酯、矽酮或其他高度絕緣的彈性體。形成定位框架的材料的介電強度應該至少是2kV/mm，至少用於定位框架直接靠近PTC元件和/或與這個PTC元件或與這類PTC元件接觸接觸的部分。
可選替換地或另外地，通過在PTC元件和周邊圍繞框架開口的定位框架的材料之間設置絕緣間隙，可以獲得PTC元件的電性高度有效的絕緣支撐件。在根據本發明所提出的技術方案中，絕緣間隙防止PTC元件與定位框架的相對內表面直接相接觸。絕緣間隙可以是自由保持在PTC元件與框架開口的材料之間的空氣間隙。在這種改進方案的情況下，必須確保PTC元件與定位框架在周邊上保持一定距離，其中該距離足以防止定位框架的電擊穿。
這種定位尤其可通過將PTC元件夾持在特定位置的絕緣層，例如，將PTC元件直接或間接地通過連接、尤其是粘結到絕緣層上而實現。另外，將絕緣層相對於定位框架通過與密封元件粘結在一起而牢固地保持在適當的位置。即使相對於更簡單的製造，甚至從將載流部件封閉隔離外界環境的觀點來看，優選粘接上述元件，但其中這種密封可通過粘合劑層來實現，有可能將PTC元件相對於定位框架通過正鎖定(positive locking)來加以隔開，同時保持絕緣間隙。這種絕緣層的絕緣特性優選以這樣的方式加以選取，以使絕緣層在橫跨層結構的寬度上保證至少2,000V的介電強度。
優選地，提供在絕緣層外側包圍絕緣層的固定裝置(固定件，securing means)用於製造預製結構單元。這種固定裝置優選專門包圍在絕緣層邊緣上的絕緣層，以使的絕緣層的中間部分沒有固定裝置，並且在固定裝置由陶瓷軌道(其外部形成用於加熱空氣的散熱元件的平支撐面)形成的情況下，根據本發明的發熱元件可以構建在其中。
以這樣的方式形成固定裝置，使其產生將條形導體壓靠在給定(指定)的PTC元件的擠壓預張力(pressing pre-tensioning force)，和/或將絕緣層以形成密封的方式保持緊靠給定密封元件的預張力。這樣，具有多層發熱元件的加熱裝置的每一個發熱元件以形成密封的方式處於其本身的預拉伸狀態。因此，可單獨使用將加熱裝置的層結構保持在初始拉伸下的彈簧，以將散熱元件壓靠在發熱元件的外側，其將作為結構單元提供，所述的外側優選用絕緣層形成。不用將彈力用於為可壓縮密封元件提供初始拉伸，即，用於將絕緣層緊靠定位框架加以密封。這樣的進一步改進使得有可能獲得加熱裝置更精確的設計。此外，當將加熱裝置的層結構保持在初始拉伸的彈簧元件失敗或任何情形下產生不足夠的彈力時，還可確實地防止電擊穿。除了彈力之外，輔助加熱器的發熱元件和散熱元件也可彼此倚靠，例如，通過粘結，而不用擔心在PTC元件與元件之間可能存在的接觸問題。
通過模製成型在定位框架上可形成固定裝置。模製成型可以在製造定位框架之後進行，並且在這種連接中，由與形成定位框架的材料不同或相同的材料形成。可選替換地，固定裝置由在定位框架上一體形成的模製件所形成，在一個操作步驟中，所述模製成型提供了這樣的優點，即固定裝置和定位框架可在一個操作步驟中形成。
固定裝置優選由包圍發熱元件兩外側的夾持元件形成，並且優選直接位於絕緣層的外側。從而夾持元件將預製層結構夾持在一起作為一個單元，其由定位框架、併入這個框架的PTC元件、以形成密封的方式位於定位框架上的絕緣層、以及在它們之間設置的兩個條形導體所組成。在簡單的改進方案中，夾持元件是作為單獨組件形成的。這種進一步的改進方案不需要任何用於製造發熱元件的複雜技術。但是，必須將層結構和夾持元件加以定位和接合。
在一個可選替換的改進方案中，將固定裝置布置在定位框架上，作為可以轉動並因此可相對於定位框架移動的單個部件，以便當轉動固定裝置時，布置絕緣層，可選地與條形導體一起緊靠密封元件，以及由於彈回的固定裝置，而布置絕緣層緊靠密封元件。在這種優選的改進方案的情況下，固定裝置可以為例如包括兩個包圍絕緣層的鎖定臂(locking arm)，其中絕緣層沿外部包圍定位裝置。這些鎖定臂優選以居中的方式連接至定位框架，即在其連接點通過鉸鏈連接。可選替換地，鉸鏈連接還可以具有一定的剛性，以便允許鎖定臂用於組件的移動，但是同時，保持必要的彈力用於提供將絕緣層緊靠可壓縮密封元件的初始拉伸。這種彈力也可完全或部分通過鎖定臂的材料選擇和尺寸選定來產生。
考慮到在加熱裝置中使用根據本發明的發熱元件期間的最小可能的空氣阻力，優選正面設置鎖定臂，即設置在稍長定位框架的較短端上。在這種改進方案中，通常自由地位於框架內的加熱裝置中的加熱元件的高度基本上由定位框架側壁的高度所確定，其中這個高度又基本上對應於保持在其中的PTC元件的高度。鎖定臂可伸出超過這個高度，但是優選位於以下區域的外部，該區域由要被加熱的空氣掠過並且在夾持輔助加熱器的層結構的框架或加熱裝置的其它框架內。
根據本發明的進一步優選的改進方案，定位框架具有伸出到至少一個絕緣層外部的框架前端(框架頭部，frame head)，並以這種方式形成至少用於絕緣層相對於定位框架的正面固定的固定裝置。定位框架前端可以以這樣的方式加以設置，使其相對於定位框架的縱向軸線基本上是對稱的，因而形成將絕緣層壓靠在定位框架的兩邊上的鎖定臂。
定位框架前端優選具有至少一個用於接觸片的導通孔(lead-through opening)，該接觸片被設置在形成條形導體的金屬條中的一個上。在任何情形下，這種接觸片優選在其正面中的一個面上形成接觸板。通常，形成插接連接的接觸片通過切割在同一正面上未使用的金屬條而被形成或變形，以使接觸片成直角地延伸至板的平面。在這種研究的情形下，接觸片在金屬條上一體被形成，但是，其寬度要顯著小於覆蓋框架開口(該開口位於PTC元件上)的金屬條的寬度。此外，定位框架前端可以具有用於將金屬條正鎖定固定至其它正面的定位開口。
接觸片也可以位於狹槽中，該槽在定位框架中形成並朝向定位框架的正面。通過這種改進方案，在定位框架的正面總是具有電插接連接部，可以將所述的插接連接部滑入到加熱裝置的夾持裝置中，以便將發熱元件連接至電源。
此外，為了將導電條形導體精確定位，定位框架具有沿著高度，即，成直角地延伸至PTC元件的支撐面的支柱(peg)。每一個支柱精確地嚙合在接觸板中留下的切口。通過熔化支柱，在接觸板上形成增厚部分，並通過這種增厚過程將接觸板固定於定位框架。在這種改進方案中，通過支柱和切口的正鎖定準確地將接觸板加以定位。增厚部分將接觸板正鎖定至定位框架上。優選將絕緣材料粘結到以這種方式形成的單元上，從而粘結連接優選設置在定位框架和絕緣層之間。
以這種方式，可以形成包括定位框架、至少一個PTC元件、接觸板以及絕緣層的預安裝的結構單元。在最後的裝配中，當隨後將發熱元件與散熱元件組裝時，在後面的程序步驟過程中，就不再必需確保將發熱元件的單個的層精確定位在框架中。
優選地，在正面上有兩個狹槽，並且具有通過形成金屬片而形成其插接連接的相對接觸板嚙合到在定位框架中凹進的狹槽中。
在一個可選替換的改進方案中，在任何情形下通過在接觸板的正面形成金屬片而形成插接連接。插接連接優選平行於其餘接觸板進行延伸，但是，通過被彎曲，可以將其定位在空間向外延伸至保持接觸板水平的水平面上。這種優選的改進方案特別適合於這樣的布置，在該布置中，在同一正面上的兩個接觸板形成電連接元件，考慮到最安全的可能絕緣和用於連接的插座的空間需要，該電連接元件應空間上離得很遠。
前述的進一步改進方案優選具有分開的密封元件。密封元件也可與定位框架一體成型。在其中定位框架由電性高級材料形成的情況下，這種實現尤其必要。在這種情況下，無論如何，絕緣層可通過模製成型連接至定位框架的一邊。尤其是在這種進一步的改進方案中，當絕緣層被擠出至定位框架的一側面時，在相對的側面上可通過注射成型形成密封元件，靠著該密封元件，絕緣層位於定位框架的另一側面。在定位框架的相對側面上，通過注射成型，密封元件可與定位框架一體形成。在這樣的情形下，密封元件通常與定位框架不產生任何足以用於絕緣層的粘結力。因而，可將絕緣層布置在或粘結至密封元件上，或者以其它方式連接至定位框架。這裡特別考慮的是將絕緣層夾持在定位框架上，其或者通過使用布置在定位框架上的夾緊元件或者通過使用用於絕緣層的固定或閉鎖裝置來實現，優選以一體形成於定位框架上，並且被形成，以使它們被連續分布在定位框架的至少一個長度方向的邊上或者以不連續的部分橫跨整個定位框架的長度。這樣的閉鎖裝置可另外地形成作為一邊上的連接和組裝輔助件，用於位於絕緣層上的散熱元件。鎖定裝置還可形成作為與定位框架分離的組件。
在本發明的情況下，將加熱裝置進一步置於保護之下，所述的加熱裝置使用根據本發明的發熱元件，因此能夠在高電壓下進行操作。加熱裝置具有在位於發熱元件相對側面上以平行層布置的多個散熱元件。加熱元件和散熱元件被保持在外殼(例如框架)內，其基本上是平的，同時所述外殼或框架的寬度基本上對應於散熱元件和/或發熱元件的寬度。彈簧拉伸可通過框架產生和/或被引入層結構中。為此，可將單獨的彈簧元件整合到層結構中或可將其設置在框架的區域中。可將彈簧整合到框架件中，如，例如，可以從EP 0350 528中得知。可選替換地，也可通過以直角延伸的框架件的彈性連接來施加彈簧偏壓。優選地，在層結構中設置多個發熱元件，同時在每個層結構的頂部和底部具有散熱元件。還可通過粘結連接形成連接。


利用前面已經討論有關發熱元件的進一步改進方案，根據本發明的加熱裝置進行了進一步改進。
本發明的其它細節和優點，可以從下面結合附圖的實施例的描述中得出。這些附圖示出了圖1是以分解圖的方式表示的發熱元件實施例的側視立體圖；圖2是圖1所示的實施例的俯視圖；圖3是沿圖2所示的線III-III的剖視圖；圖4是圖1至圖3所示的實施例在組裝狀態下的側視立體圖；圖5是根據本發明的發熱元件的可替換實施例的端部件(endpiece)的縱剖視圖；圖6是根據本發明的發熱元件的第三實施例的剖視圖；圖7是根據圖6所示的本發明的發熱元件的第三實施例可選替換實施例的剖視圖；圖8是以分解圖表示的根據本發明的發熱元件的第四實施例的側視圖；圖9是圖8所示實施例的左前端；
圖10是根據本發明的發熱元件的第五實施例的剖視圖；以及圖11是加熱裝置的實施例的側視立體圖。
具體實施例方式
圖1示出了以分解圖表示的發熱元件的實施例的基本部件的側視立體圖(側透視圖)。發熱元件具有定位框架2，定位框架2由注射成型的塑料製成，並且其中間縱向軸線形成發熱元件的二等分面。該元件基本上形成具有一側是另一側的鏡像，並且一開始就具有設置在定位框架2每一側上的接觸板4，所述接觸板4之間定位，PTC元件6夾持在定位框架2中。在接觸板4的外側上，設有兩層絕緣層8，層絕緣層8包括外部絕緣薄片10和內部陶瓷板12，其直接靠著接觸板4裝配。陶瓷板12是相對較薄的氧化鋁板，其提供大約為28kV/mm的極好介電強度和大於24W/(mK)的良好導熱性。這種情況下的塑料薄片10由聚醯胺薄片形成，該聚醯胺薄片具有大約為0.45W/(mK)的良好導熱性和4kV/mm的介電強度。設置在塑料薄片10與陶瓷板12之間的是幾微米厚度的蠟層，該蠟層的熔點與發熱元件的操作溫度一致，即以這樣的方式，蠟在操作溫度下熔化，並且在塑料薄片與陶瓷板12之間分布，在壓力作用下它們被緊緊地結合在一起，同時以形成流平膜(leveling film)的方式加以分布，這促進了在絕緣層8的兩個部件10與12之間的良好傳熱。塑料薄片10與陶瓷板12的組合使得絕緣部件8具有優良的電特性和導熱性，尤其是相對於高達2,000V的電壓，不會發生擊穿，但同時表現出必要的強度。尤其，任何可由靠著發熱元件而裝配的散熱元件上的壓力產生的應力峰值(stress peak)，通過圍繞外部設置的絕緣薄片而被釋放和勻化。對於設置在絕緣層的兩個部件10與12之間的蠟，也可選地用設置在該處並將兩部件10和12彼此連接的粘合劑，促進了這種應力峰值的釋放。因此，即使處於初始張力的更高的夾持發熱元件和散熱元件的層結構的壓力下，也沒有相對脆性的陶瓷層發生斷裂的危險。
絕緣層8優選地粘合到接觸板4的外側。其大致居中設置在絕緣層8的下方，並且形成的寬度小於絕緣層8的寬度。但是，在正面，各個接觸板4伸出到絕緣層8之外。接觸板4的寬度首先在突出到絕緣層8之外的這些端部迅速被減小。在如圖1所見的右端，接觸板4具有連接突出部14，其通過切掉接觸板4未使用的一些寬度而變窄，並且在其中形成有切口16。在相對的端部，如圖1所示的左端，類似地設置有具有切口16的對應變窄的連接突出部18。從連接突出部18的側邊上，被彎曲到接觸板4的水平面之外的突出部20延伸，形成突出到定位框架2正面之外的插接連接部22的底座。
突出部20與在定位框架2內切開的狹槽24相配合，所述狹槽24朝向定位框架2的正面。在其正面端部區域上，定位框架2還具有支柱26，支柱26沿發熱元件的高度方向延伸，即從定位框架2的表面上以直角延伸。在組裝過程中，這些支柱26被引入到切口16內。接著，支柱26被熔化，以形成熔化材料的增厚部分，並且接觸板4以這種方式被固定在定位框架2上。如同尤其是可從圖1和圖4可以得出，除了支柱26以外，定位框架2還具有其它的定位輔助件，用於將接觸板4精確地裝配在定位框架2上。這樣，首先，定位框架2在接觸板4的正面端部上形成正面連接支柱28，所述連接支柱28延伸稍微超出接觸板4的上側，並且以大約對應於接觸板4的長度的距離彼此間隔開。這樣，接觸板4被縱向地定位。其次，橫跨寬度，定位框架2形成沿幾乎整個接觸板4的長度延伸的邊界邊緣30，所述邊界邊緣30同樣延伸超出接觸板4的上側，並且以稍大於接觸板4的寬度的距離彼此間隔開。在兩側上突出到該邊界邊緣30之外的是在內部具有鎖緊突起的邊界突出部32，藉助於邊界突部32，可將布置在發熱元件上的散熱元件固定在適當位置用於組裝的目的。
在發熱元件中，如圖3可見，PTC元件6的相對表面靠著接觸板4的內表面進行裝配，PTC元件6固定在定位框架2的框架開口34中的適當位置。如圖1可見，在每一種情形下，六個PTC元件6位於框架開口34內。設置了兩個相等尺寸的框架開口34，並沿長度一個挨一個地布置。PTC元件藉助於絕緣間隙36與定位框架2的材料以一距離進行封裝。絕緣間隙36還沿平行於支撐面的方向延伸，該支撐面在接觸板4的內側與圍繞框架開口34周邊的定位框架的變窄的內邊緣38之間。因此，發熱元件的載流部件，即兩個接觸板4和PTC元件6，藉助於絕緣間隙36與定位框架2的材料間隔一定距離。在圖1至圖4所示的實施例中，該距離通過絕緣間隔介質40得以確保，絕緣間隔介質40圍繞在周邊圍繞的內邊緣38的前端。在所示的實施例中，絕緣間隔介質40通過夾持內邊緣38前部區域並且圍繞其周邊周圍的矽酮條形成。
並不是絕對要求發熱元件的載流部件靠著絕緣間隔介質40進行直接裝配。更確切地說，間隔介質僅用來防止載流部件與定位框架2的塑性材料直接相接觸。間隔介質40的絕緣特性以這樣的方式加以選取，使得在無論何種情況下，其都具有比定位框架2的塑性材料更好的絕緣效果。間隔介質40的橫跨寬度的長度以這樣的方式加以選取，使得在無論何種情況下，其延伸至對應於其寬度的接觸板4的端部。間隔介質40覆蓋內邊緣38的側邊以及邊緣42，其中內邊緣38的側邊向頂部和底部敞開，而邊緣42由內邊緣38形成並圍繞在周邊周圍的框架開口34。因此，間隔介質40還可以理解為覆蓋在圍繞框架開口34周邊的邊緣上的內部絕熱夾套，其既防止PTC元件6與定位框架2的熱塑性材料之間的直接接觸，又防止接觸板4與定位框架2的直接接觸，並確保用於電絕緣而被保持的指定部件之間的最小距離。
除了發熱元件的載流部件的電絕緣以外，圖1至圖4中所示的實施例還提供了這些零件的完全封裝。為此，絕緣層具有邊緣部44，邊緣部44在兩側延伸橫跨接觸板4(圖3)。在該邊緣部44與定位框架2的內邊緣38之間設有密封元件46，密封元件46以這樣的方式定位，使得其倚靠在定位框架2和絕緣層8上，並與定位框架2和絕緣層8形成密封。因此，在周邊方向上，即橫跨寬度，封裝具有相對的絕緣層8，並設置有兩個密封元件46，密封元件46基本上成直角地延伸，而定位框架2的材料設置在其間。以溼氣或汙物不能從外部進入到載流部件內的方式來選取封裝。
密封元件46由塑性粘合劑形成，塑性粘合劑將絕緣層8相對於定位框架2固定在適當位置，因此，封入了設置在絕緣層8內的發熱元件的所有零件。在此方案中，有可能無需相對於絕緣層8將PTC元件6固定至接觸板4的適當位置，而直到在發熱元件的操作過程中加以定位。然而，對於製造的原因，這種連接方式是有利的。
彈性體，例如矽樹脂和聚氨酯，已經證實適合形成粘合劑形式的密封元件46。尤其是由圖2可以推知，密封元件46沿定位框架的長度延伸，並且設置在框架開口34的外邊緣與邊界邊緣30之間。密封元件靠著具有減小的厚度的內邊緣38進行裝配。在外側，直接鄰接密封元件46，設置有密封介質邊界邊緣48，其由定位框架2形成。考慮到最佳可能的密封，密封元件46可以緊靠該邊緣進行裝配，其中該邊緣成直角延伸至用於PCT元件的夾持水平面(receptacle level)。
圖5和圖6示出了根據本發明的散熱元件的可替換實施例，其中在定位框架2上存在通過模製而設置的下接觸板4u。在藉助於注射成型而製造定位框架2之後，該框架與下接觸板4u一起形成一個單元。為此，接觸板4u在其邊緣可以具有切口或通孔，形成定位框架的高度絕緣塑性物質在注塑成型過程中可以流過該切口或通孔，從而可將接觸板4連接至定位框架2。下接觸板4u在其端部彎向定位框架的中部，使得下接觸板4u由形成定位框架2的材料可靠地圍繞。在所示實施例的情況下，定位框架2由電高級的、耐高溫(200℃)的矽酮形成。因此，該實施例具有在大約500V電壓下保證可靠操作的CTI值。
在圖6所示實施例的情況下，在保持已經根據前文實施例描述的基本結構的同時製造定位框架，其中，在定位框架2與絕緣層8的材料之間設置有密封粘合劑邊46，在這種情況下，所述粘合劑邊46由彈性體粘合劑形成。兩側絕緣層8位於定位框架2上，同時粘合劑條46作為中間層。在這種情況下，靠著下絕緣層8u上安裝的條46尤其用作粘接連接件。這種條的密封特性不包括至任何更大的程度。可替換地或額外地，絕緣層8還可以被平面地粘結到接觸板4u的外側。
然而，也可能用可替換的方式，其中，導電條形導體4u和靠在導電條形導體4u上的絕緣層8u都被插入到模具中，並從高度絕緣的定位框架2的塑性物質伸出(圖7)。在除去模具之後，將PTC元件6插入到框架開口34中。在相對側，導電條形導體4馬上被定位在PTC元件6上。用具有密封功能的粘合劑邊46，將直接定位在導電條形導體4上的絕緣層8連接至定位框架2。另外，圖7所示的和這裡所描述的變化與前面所述的方案對應，只要定位接觸板4並在定位框架2的正面端部上形成接觸元件。
圖8和圖9示出了根據本發明的散熱元件的第四實施例。與已經描述的實施例中的部件相同的部件以相同的參考標號表示。
在圖8和圖9中所示的實施例中，PTC元件6夾在稍長的定位框架2的兩個框架開口34中。PTC元件6可直接倚靠在定位框架2的邊緣上，所述邊緣圍繞框架開口34。在框架開口34與定位框架2的稍長側邊之間，還設置有兩個密封元件46，在定位框架的頂部和底部上各設置一個，其中每個密封元件46為帶形、粘合於矽酮條，其突出在定位框架的上側之外。在所示的實施例的情況下，密封元件46的彼此相對的上側邊大約處於PTC元件的上側邊的水平面上。換句話說，兩個密封元件46與定位框架2在該側邊緣的厚度一起具有大約與PTC元件的高度相應的高度。
將定位框架前端100(其突出在定位框架2兩側之外)設定在定位框架2的兩個正面端部上，同時所述定位框架前端100形成用於精確裝配接觸板4的定位輔助件。每個接觸板4具有從其正面端部切開的舌片，其中左舌片形成插接連接部50，並且其中僅將定位舌片102設置在右側，夾持在定位開口104中的所述定位舌片102切入到定位框架端部中，並將其在所有側邊上絕緣，使得將接觸板4相對於定位框架2在長度和寬度方向上牢固地加以夾持。定位框架前端100還具有用於插接連接部50的導通孔105。
定位框架前端100還形成以鎖定臂106形式的固定裝置，鎖定臂106圍繞絕緣層8外側，即在其正面。通過共有扭轉鉸鏈108，鎖定臂106連接到定位框架前端100的固定部分。在圖8和圖9所示的實施例的裝配期間，鎖定臂106能夠圍繞扭轉鉸鏈108轉動，以使相對的鎖定臂106在它們之間打開一個剛好能夾持絕緣層8的自由區域(free area)，作為陶瓷板形成。在鬆開扭轉鉸鏈108之後，鎖定臂轉回並跨過絕緣層8。在這種連接中，在定位框架2的方向上將絕緣層8預拉伸，同時將密封元件46置於其間。
在圖8和圖9中所示的實施例能夠在一側形成，同時絞合的絕緣層8靠著定位框架2相應地鎖定，而在另一側，以諸如在參照圖6和圖7的前面已經描述的方式可將絕緣層和/或接觸板4固定在定位框架2上。
圖10示出了另一改進實施例。同樣，在該實施例中與前面所討論的實施例中相同的部件給出了相同的參考標號。
在所示實施例中，密封元件46在定位框架2的相對側面上與作為注塑成型組件形成的定位框架2一體形成。在所示實施例中，定位框架2由矽酮注塑而成。PTC元件6被置於框架2內。絕緣層8被定位在密封元件46上的兩側邊上。夾持在定位框架2內的組件，接觸板4和PTC元件6被夾持在絕緣層8之間。因此，它們相對於彼此通過單獨的夾緊元件62被預拉伸。夾緊元件62例如可以由以C型形成的塑料夾形成，二者對絕緣層8相對於彼此提供了初始拉伸，同時將定位框架2置於其間，並且還作為側邊界用於相對柔軟且不穩固的定位框架2，以使定位框架2基本上不能在PTC元件6的支撐面內向外凸出。因此，在任何情況下，布置夾緊元件62使得其可以沿定位框架2的整個長度以預定距離進行分布。與絕緣層8一起作用的夾緊元件62的卡扣式突起，可以被指定為安裝在絕緣層的側面上的卡扣式凹部或卡扣式突起。另外，卡扣式突起可以通過粘合連接至絕緣層8。每一種改進方案均是可以想到的在發熱元件的實際應用過程中，防止夾緊元件62從絕緣層8的表面上滑離，另一方面，不阻礙散熱元件在絕緣層8的外側上最平的可能定位。
圖11示出了根據本發明的加熱裝置的實施例。其包括以封閉在周邊周圍的框架52形式的夾持裝置，框架52由兩個框架外殼54形成。在該框架52內，夾持有多層同樣形成的彼此平行設置的發熱元件60(例如，根據圖1至4)。此外，框架52包括有彈簧(未示出)，藉助於該彈簧，層結構以初始拉伸狀態被夾持在框架52內。優選地，將所有的散熱元件56直接鄰近發熱元件60進行布置。圖11所示的散熱元件56通過以迂曲方式彎曲的鋁板條形成。發熱元件60位於這些單個散熱元件56之間，並且在穿過框架52的柵板的空氣入口或出口開口中的一個的長杆58後面。為了描述方便，將這些長杆58中的一個從框架52的中部拆除，以便可以看到發熱元件60。
以這樣一種方式可確定(dimension)夾持在框架52中的彈簧的力，其不僅將發熱元件60和散熱元件56彼此抵靠地預拉伸，而且另外地以形成密封的方式，用初始拉伸將相應密封元件46壓靠在絕緣層8或者定位框架2上。在本文中的密封效果可以由彈簧力單獨產生。另外，能夠用夾緊元件或者提供初始拉伸的其它固定裝置設置獨立的發熱元件。也可能，以形成密封的方式將密封元件粘接到絕緣層和/或定位框架上。在這種情況下，由於夾持在框架中的彈簧的初始拉伸，所以在任何情況下，密封元件被壓縮，並且接觸板4被齊平地夾持在PTC元件6的上側，以便在那裡實現良好的接觸。不言而喻，在這種情況下，將切入到定位框架中的導通孔105或者定位開口104加以確定，以使它們允許用於擠壓密封元件46的接觸板4能夠具有一定程度的移動性。
在圖11所示的實施例的情況下，散熱元件(即輻射器元件)是沒有電壓的(potential-free)，因為它們通過在其間的絕緣層8依靠在載流元件上。框架52優選地由塑性材料形成，結果使得可以進一步提高電絕緣性。另外由柵板提供了其它的保護，尤其是防止與加熱裝置的載流部件的不允許的接觸，柵板同樣由塑料形成並與框架外殼54一體形成。
由於散熱元件56緊靠載流元件安裝，同時絕緣層8置於其間，所以散熱元件56(即輻射器元件)是沒有電壓的。框架52優選地由塑料形成，結果使得可以進一步提高電絕緣性。另外由網柵來提供其它的保護，尤其是防止與加熱裝置的載流部件的不允許的接觸，柵板同樣由塑料形成並與框架外殼54一體形成。
在框架52的一個正面上，插接連接以本來已知的方式設置，同時電源線和/或控制線遠離它，通過插接連接可以連接加熱裝置，用於機動車內的控制和電力供應用途。在框架52的正面上，顯示有殼體，除了插接連接以外，還可以具有控制或調整元件。
儘管在圖8和圖9中所示的實施例的情況下，沒有突出密封邊緣46之外並且在定位框架上形成的連接邊緣30，但是發熱元件的側面(其中所述側面能在側視圖中看到)在該實施例的情況下也基本上由定位框架的側壁形成。在圖8和圖9中所示的實施例的情況下，只有相對較薄的密封元件46和較薄的陶瓷板8突出在接觸面之外，該接觸面用於在定位框架2的側邊上的密封元件46。應該指出，在圖8和圖9中所示的實施例具有完全平的表面，該表面完全沿發熱元件的寬度延伸。僅通過設置在正面的鎖定臂106實現了將陶瓷板8連接到定位框架2上。如果以這種方式施加的接觸力不足以將陶瓷板8壓緊在密封元件46的中部區域，同樣，在將其安裝到殼體優選框架中的過程中，由於在該框架中擠壓在一起的層的彈簧偏壓產生了相應的接觸力以及由此的PTC元件與流經發熱元件的空氣的屏蔽。
已經結合各種優選實施例對本發明作了闡述。在閱讀和理解了本說明書的基礎上本領域技術人員將會有各種調整和變化。本發明包括所有這些調整和變化，它們均包括在本發明所附的權利要求書或其等同替換的範圍內。
附圖標記列表2定位框架4接觸板6PTC元件8色緣層10 塑性薄片12 陶瓷板14 連接突出部16 切口18 連接突出部20 突出部22 插接連接24 狹槽26 支柱28 連接突出部30 邊界邊32 邊界邊34 框架開口36 色緣間隙38 內邊緣40 間隔介質42 邊緣44 邊緣部46 密封元件48 密封介質邊界邊50 插接連接部52 框架54 框架外殼56 散熱元件58 長杆60 發熱元件62 夾緊元件100 定位前端102 定位臂104 定位開口105 導通孔106 鎖定臂108 轉動鉸鏈
權利要求
1.一種用於加熱空氣的加熱裝置的發熱元件，包括至少一個PTC元件(6)，靠在所述PTC元件(6)上的導電條形導體(4)以及稍長的定位框架(2)，所述定位框架(2)形成至少一個框架開口(34)用於夾持所述至少一個PTC元件(6)，其特徵在於設置至少一個絕緣層(8)，其在所述條形導體的遠離所述定位框架(2)的外側覆蓋所述條形導體(4)，以及所述絕緣層(8)用至少一個可壓縮密封元件(46)在所述定位框架的至少一個長側邊上被緊靠在所述定位框架(2)上密封。
2.根據權利要求1所述的發熱元件，其特徵在於所述密封元件(46)沿所述定位框架(2)的長度方向連續形成。
3.根據權利要求1或2所述的發熱元件，其特徵在於所述密封元件(46)被粘結到所述定位框架(2)上。
4.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述密封元件(46)被粘結到所述絕緣層(8)上。
5.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述密封元件(46)由高度絕緣的塑料形成。
6.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於固定裝置(62，106)沿所述絕緣層(8)外側的邊緣圍繞所述絕緣層(8)。
7.根據權利要求6所述的發熱元件，其特徵在於所述固定裝置(62，106)產生將所述條形導體(4)壓靠在所述PTC元件(6)上的預拉伸力，和/或以形成密封的方式將所述絕緣層(8)夾持緊靠在所述給定密封元件(46)上的預拉伸力。
8.根據權利要求6或7所述的發熱元件，其特徵在於所述固定裝置(106)通過圍繞所述定位框架(2)的模製方式形成。
9.根據權利要求8所述的發熱元件，其特徵在於通過模製方式形成的固定裝置(106)與所述定位框架(2)一體形成。
10.根據權利要求6至9中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述固定裝置(106)由夾緊元件(62)形成，所述夾緊元件(62)圍繞所述發熱元件(60)的至少一個外側。
11.根據權利要求10所述的發熱元件，其特徵在於所述夾緊元件(62)作為一個單獨組件形成。
12.根據權利要求10或11所述的發熱元件，其特徵在於所述夾緊元件(62)圍繞在所述發熱元件(60)的兩側。
13.根據權利要求6至12中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述固定裝置(106)與所述定位框架(2)一體並以相對於所述定位框架(2)可轉動的方式形成。
14.根據權利要求6至13中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述固定裝置包括兩個鎖定臂(106)，所述鎖定臂(106)圍繞所述定位框架(2)外側的所述絕緣層(8)，其中所述鎖定臂(106)通過共用鉸鏈連接部(108)被連接至所述定位框架(2)的中部。
15.根據權利要求14所述的發熱元件，其特徵在於所述鎖定臂(106)圍繞所述絕緣層(8)的正面。
16.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於至少一個定位框架前端(100)相對於所述定位框架(2)定位所述這些層，其中所述定位框架前端(100)被形成在所述定位框架(2)的正面並且其突出在所述絕緣層(8)的外側和/或上側之外。
17.根據權利要求16所述的發熱元件，其特徵在於所述定位框架前端(100)形成至少一個用於接觸舌片(50)的導通孔(105)，所述舌片(50)被設置在形成所述條形導體(4)的金屬條中的一個上。
18.根據權利要求16或17所述的發熱元件，其特徵在於所述定位框架前端(100)支撐所述鎖定臂(106)。
19.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述絕緣層(8)和/或被所述絕緣層(8)覆蓋的所述條形導體(4)中的一個通過模製成型被固定到所述定位框架(2)上，並且至少在所述定位框架(2)的長度方向上相對於所述定位框架(2)被密封，以及在所述定位框架(2)的所述相對側邊上設置的所述絕緣層(8)倚靠在所述定位框架(2)上，同時密封元件(46)被置於其間。
20.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述絕緣層(8)由平的陶瓷板形成。
21.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述絕緣層(8)基本上被設置為具有所述定位框架(2)的寬度。
22.根據前述權利要求中任一項所述的發熱元件，其特徵在於所述發熱元件(60)以層疊的、預製的單元形成，所述單元包括所述定位框架(2)、以形成密封的方式連接在所述定位框架(2)上的所述兩個絕緣層(8)、設置在其間的兩個導電條形導體(4)、以及設置在其間的至少一個PTC元件(6)。
23.根據權利要求22所述的發熱元件，其特徵在於所述層疊的單元的側面基本上由所述定位框架(2)的側壁形成。
24.一種用於加熱空氣的加熱裝置，包括多個發熱元件(60)和以平行層布置的多個散熱元件(56)，所述發熱元件(60)包括至少一個PTC元件(6)；倚靠在所述PTC元件(6)上的導電條形導體(4)；以及至少一個稍長的定位框架(2)，所述定位框架(2)形成框架開口(34)用於夾持所述至少一個PTC元件(6)，其中，所述散熱元件(56)被夾持，以使其倚靠在所述發熱元件(60)的相對側邊上，其特徵在於至少一個發熱元件為根據權利要求1至23任一項所述的發熱元件(60)。
25.根據權利要求24所述的加熱裝置，其特徵在於所述散熱元件(56)通過初始張力被夾持在框架(52)中，以使其倚靠在所述發熱元件(60)上。
26.根據權利要求24或25所述的加熱裝置，其特徵在於所述至少一個發熱元件(60)的所述絕緣層(8)被緊靠所述密封元件(46)定位，其方式為在所述框架中產生彈簧偏壓的彈簧力下形成密封。
27.根據權利要求24至26任一項所述的加熱裝置，其特徵在於所述散熱元件(56)直接倚靠在所述給定的發熱元件(60)的所述絕緣層(8)的外側上。
全文摘要
本發明涉及用於加熱空氣的加熱裝置的發熱元件，包括至少一個PTC元件(6)、靠在PTC元件(6)上的導電條形導體(4)以及稍長的定位框架(2)，其形成至少一個用於夾持至少一個PTC元件(6)的框架開口(34)。通過設置至少一個覆蓋在該條形導體的外側而與定位框架絕緣的絕緣層，提高了發熱元件對電擊穿和漏電的安全性，其中在任何情況下通過可壓縮密封元件將絕緣層密封在該定位框架的長側邊上。此外，本發明改進了加熱裝置，其具有多個前述發熱元件，其中定位框架(2)形成至少一個框架開口(34)，用於夾持該最小的一個PTC元件(6)和多個熱輻射元件(56)。由於使用根據本發明的發熱元件，使加熱裝置能防止具有高度必然性的電擊穿和漏電。
文檔編號H05B3/14GK1937859SQ20061013977
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月25日 優先權日2005年9月23日
發明者弗朗茨·博倫德, 庫爾特·瓦爾茨, 米夏埃爾·策恩, 米夏埃爾·尼德雷爾 申請人:凱特姆兩合公司