PTC加热元件以及具有该PTC加热元件的电加热装置的制作方法

本发明涉及一种ptc加热元件，包括至少一个ptc元件和分配给不同极性的两个导体路径，所述导体路径导电地连接到ptc元件并且设置有用于电连接ptc元件的连接元件。

背景技术：

这种ptc加热元件例如由de102016224296a1已知。de202012013770a1也公开了一种相应的ptc加热元件。

最近提到的已知的ptc加热元件包括从金属板材弯曲并彼此连接的两个外壳元件，外壳元件在外部围绕ptc加热元件。这两个外壳元件提供了针对emc辐射的屏蔽。这防止由ptc加热元件发射的电磁辐射到达外部。

上面讨论的实施例状态仍然有待改进。因此，本发明旨在提供一种具有改善的热输出的ptc加热元件。

技术实现要素：

为了解决这个问题，本发明提出了一种具有权利要求1的特征的ptc加热元件。该ptc加热元件具有金属结构，该金属结构被制成能够渗透流体的，优选地能够渗透水的，并且在ptc元件和导体路径周围形成电磁屏蔽。能够渗透流体的金属结构提供了以下可能性：待加热的流体可以直接到达ptc加热元件的散热表面。与根据de102012013770a1的现有技术相反，由ptc元件产生的热不必首先经过封闭的屏蔽外壳以便传递到介质上。优选地，金属结构像罩一样围绕ptc加热元件和导体路径。金属结构处于地电势，而两个导体路径分配给电力电流的电势。

为了用根据本发明的ptc加热元件加热，可以使用空气或液体热载体，例如水。ptc元件可以安装在空气加热器中，从而可以将散发热的波纹肋层直接施加到金属结构上。可以在屏蔽件内设置ptc加热元件的导电部件(即ptc元件和两个导体路径)之间的任何电绝缘。这种绝缘防止要加热的介质与ptc加热元件的引导电力电流的导电部件直接接触。

然而，通常，根据本发明的ptc加热元件用于热水器中，该热水器作为电加热装置的构造，包括循环室，该循环室通常可以通过入口喷嘴和出口喷嘴与管道系统连接并且循环室与连接室密封隔离，从而用于至少一个ptc加热元件的电连接的连接室不会与要加热的液体介质接触。水分或热交换器的液体无法到达连接室。为此，在循环室和连接室之间设置有分隔件。该分隔件通常被连接元件穿透。通常将连接元件密封地容纳在连接室中并穿过该连接室。如由de102016224296a1已知的那样，加热元件壳体在此可提供对分隔件的密封。本发明的电加热装置的这种特定设计的循环室除了入口和出口之外都是流体密封的，从而将要加热的液体介质封闭在循环室中并且可以流过循环室。

在这样的循环室中，本发明的ptc加热元件以加热肋的形式被暴露。能够渗透流体的金属结构以很小的距离围绕ptc加热元件的散热表面，从而在屏蔽件和散热表面之间形成了流动间隙。在该流动间隙中，与已知解决方案相比，热传递得到改善，这是因为流体流通过金属结构而形成旋涡，这导致在生成热的ptc加热元件的界面(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。该距离通常在1.0毫米到4.0毫米之间。这样的距离允许关于在散热表面和待加热的介质之间的期望的强化热传递来最佳地调节间隙中的流动。

各种金属结构适合于待加热流体的上述旋涡效应，例如针织金属织物、编织金属织物或多孔金属网片材。也可以想到的是纺织结构，所述纺织结构完全或部分地包含金属线，或者可能还在其中包含纺织线或由纺织线形成。能够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期望效果确定。但是，相应的网格尺寸不应小于1.0毫米。为了获得所需的屏蔽件，可以将金属结构的各个元件尽可能地靠近在一起。例如，即使是紧密编织的金属结构也基本上是能够渗透流体的。考虑到良好的对流散热，最小的网格尺寸不应被切开。金属结构的相邻的纤维或线元件或多孔金属网结构的最小距离不应小于1.0毫米。在1.5毫米到2.0毫米之间，优选地在3毫米到10毫米之间的网格尺寸的情况下，一方面关于在ptc元件的散热表面上产生涡流流动的良好旋涡以及另一方面关于对流散热的良好流动性的最优状态是可能的。关于稳定性，特别地关于可加工性，并考虑所需的网格尺寸，线的厚度应在0.2毫米至0.5毫米之间。此类线的厚度编织良好，可以作为标准产品使用。在起伏范围内，导线厚度应在0.4毫米到1毫米的范围内选择。

特别地，为了容易地连接电加热装置中的ptc加热元件，优选地，分配给导体路径的电气端子凸耳设置在ptc加热元件的同一侧。这些端子凸耳彼此平行地延伸，从而两个端子凸耳可以通过均匀的插入运动以一个插入式连接电连接。电气端子凸耳优选地在形成两个导体路径的接触片材上制成一个部件。导体路径又抵靠在ptc元件上。导体路径可以以导电的方式抵靠在ptc元件的主侧面上。如在de102016224296a1中所教导的，导体路径也可以抵靠ptc元件的端面。根据本发明的ptc加热元件还可以包括在该前述出版物中公开的塑料框架作为加热元件壳体。能够渗透流体的金属结构可以连接到该塑料框架。加热元件壳体可以但不一定必须由塑料制成。加热元件壳体也可以由陶瓷材料制成，例如分配到彼此的两个陶瓷外壳或陶瓷外壳和陶瓷盖，两个陶瓷外壳或陶瓷外壳和陶瓷盖流体在它们之间密封地容纳ptc元件和两个导体路径。在外部，这种加热元件壳体优选地被由能够渗透流体的金属结构制成的罩包围。

考虑到屏蔽件的容易和简单的连接性，根据本发明的一个优选的改进方案，提出了一种屏蔽端子凸耳，该屏蔽端子凸耳以导电的方式连接到ptc加热元件的该侧上的屏蔽件，所述屏蔽件也由电气端子凸耳突出超过，其中，屏蔽端子凸耳优选平行于电气端子凸耳延伸并且突出超过屏蔽件。屏蔽端子凸耳可由能够渗透流体的金属材料制成。如果屏蔽端子凸耳是由多孔金属网制成的，则可以省去在端子凸耳的区域中的冲压和拉伸，以形成屏蔽端子凸耳，从而屏蔽端子凸耳在多孔金属网上形成一个部件以作为连续的金属片材部段。屏蔽件因此可以通过插入式连接来连接。

能够渗透流体的金属结构可以例如通过包覆成型塑料材料，形成加热元件壳体而连接到加热元件壳体。通常，金属结构连接到在外部围绕金属结构的保持框架。该保持框架例如可以通过注射成型与金属结构连接。也可以想到其他类型的附接方式，例如胶合、钎焊或焊接。该保持框架通常被插入到注射模具中，加热元件壳体在该注射模具中被注射成型。保持框架相对于注射模具密封设置在加热元件壳体内部的金属结构。在这种包覆成型的过程中，金属结构通常被布置成与ptc加热元件的散热表面相距一定距离，从而在加热元件壳体脱模之后，可以不使用工具生成ptc加热元件。

在本发明的第二方面提出的电加热装置中，上述分隔件也被电连接到屏蔽件的屏蔽端子凸耳穿透，从而在连接室中也进行了屏蔽件的电连接。

为此，优选可以在连接室中提供印刷电路板，该印刷电路板包括插入式元件容纳部，插入式元件容纳部一方面用于以插入接触的方式连接端子凸耳并且另一方面以插入接触的方式连接至少一个屏蔽端子凸耳。优选地，电加热装置具有多个上述类型的ptc加热元件。在这种情况下，印刷电路板连接这几个ptc加热元件的端子凸耳。印刷电路板可以是连接电路板，该连接电路板不具有电气部件而仅包括用于与各种电气连接元件和屏蔽端子凸耳进行电接触的接触舌状容纳部。这种电路板仅用于将几个ptc加热元件组合在一起，以便将它们组合在单个加热回路中。相应的印刷电路板当然可以将具有不同数量的ptc元件的不同加热回路分组。在任何情况下，优选地仅通过所述电路板进行用于电力电流和用于屏蔽件的电连接。这显著地减少了根据本发明的电加热装置内的布线工作。

根据本发明的实施例，也可以将多个ptc加热元件容纳在单个屏蔽罩中。这为多个ptc加热元件形成了均匀的屏蔽。在此，屏蔽罩可以被设计成尽可能地遵循各个ptc加热元件的轮廓，从而在该优选的实施例中，也可以在大面积上利用在界面处的旋涡效应来改善热传递。屏蔽罩可以由两个外壳部段组成，其中，例如，一个外壳部段可以形成用于相应的ptc加热元件的容纳部，使得可以在组装过程中将相应的ptc加热元件插入对应的容纳部中，之后屏蔽罩的另一个元件被放置在ptc加热元件上，以便将屏蔽罩尽可能周向地围绕ptc加热元件放置。

围绕ptc元件和导体路径的电磁屏蔽件通常围绕ptc加热器的导电部件和通电部件周向地设置。ptc加热元件的与连接元件的连接侧相反的下侧以及可选的屏蔽端子凸耳也可以由能够渗透流体的金属结构包围。关于屏蔽件的细节，最重要的是要获得有效的emc保护效果。

在多个ptc加热元件作为电加热装置的部件的情况下，屏蔽端子凸耳可以由导体轨道形成，该导体轨道将多个ptc加热元件的屏蔽件导电地耳连。在这种情况下，ptc加热元件的每个单独的屏蔽件通常没有端子凸耳。相反，屏蔽件的导电连接仅通过导体轨道和屏蔽端子凸耳制成，导体轨道和屏蔽端子凸耳从而通常形成在一个部件中。

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是ptc加热元件的一个实施例的侧面立体图；

图2示出了使用根据图1的ptc加热元件的电加热装置的主要部件；

图3示出了根据图2的实施例的变型；

图4是ptc加热元件的第三实施例的局部剖开的立体侧视图；

图5以放大比例示出了根据图4的细节v；以及

图6是沿根据图4的vi-vi线的截面图。

具体实施方式

图1示出了ptc加热元件2的侧视图，该ptc加热元件2具有呈金属端子凸耳形式的彼此相对的连接元件4，该连接元件4通过自由切割金属片材元件而形成，该金属片材元件未详细示出，并且该连接元件4作为导体路径抵靠ptc元件的相反两侧以便对ptc元件通电。对于ptc元件的这种连接的细节，例如参考de102016224296a1。与本公开相反，在当前情况下，ptc元件也可以经由主侧面接触并通电。不用说，ptc元件具有与导体路径的接触表面相对的气相沉积或溅射的金属化物。ptc元件可以通过两个连接元件4以不同的极性通电。

附图标记6表示由能够渗透流体的金属结构8制成的罩，在当前情况下，该罩完全围绕ptc元件和导体路径。在当前情况下，金属结构8由金属格栅形成。在金属结构8的后面，可以看到加热元件壳体12，该加热元件壳体以流体密封的方式密封了导体路径和ptc元件。加热元件壳体12可以由塑料壳体框架形成，该塑料壳体框架在相反的主侧面上密封地密封陶瓷板，该陶瓷板在它们之间容纳至少一个ptc元件，如从de102016224296a1中已知的。加热元件壳体可以是塑料壳体。加热元件壳体可以部分用陶瓷制成，且部分用塑料制成。加热元件壳体12也可以由两个或更多个陶瓷部件形成，该两个或更多个陶瓷部件流体密封地相互连接，以包围ptc元件和两个导体路径。

如图1所示，当从上方(平行于连接元件4的纵向延伸部的视图)观察该实施例时，罩6围绕加热元件壳体12周向延伸。然而，加热元件壳体12的相反的上侧和下侧也被金属结构8围绕。在上侧，金属结构8被平行于连接元件4延伸的屏蔽端子凸耳14突出超过。所有的元件4、14在相同的上侧上突出超过金属结构8并且彼此平行地延伸。

如图2所示，该设计允许将每个单独的ptc加热元件与带有附图标记16的印刷电路板的导电路径进行插入式连接。因此，不同极性的导体路径和屏蔽端子凸耳14均可以简单的方式电连接。图2中示意的印刷电路板16没有配备电子部件。印刷电路板16仅具有弹性夹紧元件，该弹性夹紧元件连接到印刷电路板的导电路径，并且被适当地设计用于插入各个连接元件4、14。通过插入连接元件4、14，可以容易地实现电接触。印刷电路板16将各个ptc加热元件2分组以形成加热回路。

印刷电路板16可以设置在未详细示出的电加热装置的连接室中。这种设计的细节例如可以在de102016224296a1中找到。除了该连接板16之外，还可以在连接室中提供另外装备的电路板，以便分别控制各个加热回路或ptc加热元件2。

上面提到的连接室在图2中用附图标记18表示。在连接室下方是循环室20，要加热的液体介质流动通过该循环室20。该流动介质应该是水。流过循环室的水在加热元件壳体12的散热外表面附近在部分可渗透的金属结构8上形成旋涡，从而在那里传递的热可以被水更好地吸收和消散。结果，能够渗透流体的金属结构8的形式的电磁屏蔽件也导致更好的热传递，并因此导致电加热装置内的ptc加热元件的更高效率。

在图3中示出了用于屏蔽件的替代连接图。在该实施例中，用附图标记22标记的导体轨道形成u形容纳部24，每个容纳部容纳由金属结构8制成的罩6的自由端。u形容纳部24具有平行于ptc加热元件的主侧面延伸的支脚，这些支脚形成接触区段26，该接触区段向内预弯曲成凸形，并以一定的弹性预紧力抵靠在罩的外侧上。这在导体轨道22和金属结构8之间建立了牢固的电接触。

导体轨道22形成带有附图标记28的屏蔽端子凸耳。该屏蔽端子凸耳28在导体轨道22的金属片材材料上形成一个部件，并且在当前情况下，通过将屏蔽端子凸耳28推动通过印刷电路板16而与印刷电路板16电接触。然而，如果将屏蔽端子凸耳插入连接室中并且例如在此处与凹陷的插入元件进行插入接触，则也可以省去这种与印刷电路板16的电接触。

图4至图5所示的实施例具有框架形的加热元件壳体12，该壳体12还形成密封环30，该密封环30在壳体12上模制成一个部件，并且可以按照de102016224296a3中所述的方式密封地插入加热器壳体中。可以看出，在加热元件壳体12的注射成型期间，将限定加热元件壳体的外表面的塑料材料注入到保持框架32周围，该保持框架在当前情况下在边缘处围绕平坦的金属结构8。首先相应的保持框架32被连接至金属结构8，并且作为插入件放置在注射模具中。因此，保持框架32在内圆周上限制用于形成加热元件壳体12的腔。

在当前情况下，连接元件4由细长的接触片材34形成，该接触片材34在前端抵靠ptc元件2并供电。ptc元件2的带有附图标记36的主侧面散热并在外侧被绝缘层38覆盖，该绝缘层在边缘处被密封到加热元件壳体12的材料中。

密封环30被接触元件40穿入，接触元件40通过冲压和弯曲由金属片材材料制成并且形成在金属结构8的方向上在两侧突出的接触区段42，该接触区段42导电地连接至金属结构8。通过连接由接触元件40形成的屏蔽端子凸耳14，可以将设置在主侧面36上的金属结构8电连接至屏蔽电极。

在图4至图6中所示的实施例具有两个相同形成的接触区段42，每个接触区段在相对的主侧面36上分别连接到金属结构8，金属结构8在那里设置为平坦的金属网格，并且仅示出了两个接触区段中的上接触区段42。

附图标记列表

2ptc加热元件

4连接元件

6罩

8金属结构

12加热元件壳体

14屏蔽端子凸耳

16印刷电路板

18连接室

20循环室

22导体轨道

24u形容纳部

26接触区段

28屏蔽端子凸耳

30密封环

32保持框架

34接触片材

36主侧面

38绝缘层

40接触元件

42接触区段