CN108473047A - 尤其用于车辆的电加热器装置 - Google Patents

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Abstract

一种加热器装置，其包括支撑体(5)和在支撑体(5)中的多个加热元件。每个加热元件包含第一电极(14)、第二电极(15)和至少部分地布置在两个电极(14,15)之间的具有PTC效应的材料(16)。第一电极(14)、相应地第二电极(15)在支撑体(5)中间隔一段距离，其中，第一电极(14)大致平行于且面对第二电极(15)。第一电极(14)连接至第一公共电导体元件(17)，并且第二电极(15)连接至第二公共电导体元件(18)，并且具有PTC效应的材料(16)包括至少部分地在第一和第二电极(14,15)的面对的表面之间模制的或二次模制的塑料基或聚合物基的材料。支撑体(5)至少部分地以塑料材料形成，该塑料材料至少部分地二次模制在第一成形薄片(19)上、在第二成形薄片(20)上和在具有PTC效应的材料(16)上。

Description

尤其用于车辆的电加热器装置
技术领域
本发明涉及电加热器装置，尤其涉及关联于或集成在车辆的部件中的加热装置，比如用于箱的加热器，或用于加热经受冷冻的物质的加热器。本发明尤其参考用于待容纳用于使内燃发动机的废气处理***运行所需的液体添加剂或还原剂的箱的部件和加热装置来改进。然而，根据本发明的加热装置也可在除了本文提到的优选的一种情况以外的情况中得到应用。
背景技术
为了减少排放到大气中的氮氧化物(NOx)的目的，必须考虑用于一些类型车辆的废气的排放的***。具有此目的的尤其广泛的***基于被称为SCR(选择性催化还原)的过程，其能够通过将还原剂注入到废气管路中来还原气体的氮氧化物。这些处理***预先假定还原剂将被定量并注入废气流中以便将氮氧化物(NOx)转换成氮气(N2)和水(H2O)。为此目的，车辆配备有容纳还原剂的箱，与之相关联的是用于将定量的制剂本身注入到SCR***中的合适的工具。
还原剂通常由在水溶液中的尿素组成，其当箱暴露于低温(指示温度低于-11℃)时容易冻结。为此目的，箱必须配备加热装置，使得在发生冻结时液体制剂可被液化然后被注入到废气管路中。
在一些已知的解决方案中，加热装置与箱的部件相关联，以液密方式安装在箱本身的开口处。这个部件通常被当作“主动”模块，即，不仅配备有加热装置，而且有用于SCR***正常运行所需的另外部件，比如用于注入还原剂的泵，液位传感器，温度传感器，压力传感器等(参见例如文件WO 2008/138960 A)。
根据现有技术，配备这些箱部件的加热装置通常是复杂、昂贵并且难以安装的。
发明内容
总的来说，本发明旨在提供一种加热装置或集成了这种装置的部件，其既简单且生产便宜并且从操作的角度来看是可靠的。根据本发明，通过具有在所附权利要求中提到的特征的加热装置实现该目的和将在下文中更清楚地呈现的其它目的。同样形成本发明的主题的是机动车辆部件，尤其是箱部件，包括这种箱部件的箱，包括这种箱的内燃发动机的废气***，以及用于生产这种箱部件的方法。权利要求形成本文提供的本发明相关的技术教导的完整部分。
附图说明
参考附图，由随后的详细描述清楚地呈现本发明的特征和优点，附图纯粹以非限制性示例的方式来提供，并且在其中：
- 图1A和1B分别是包括根据本发明实施方案的部件的箱的示意性透视图和剖面透视图；
- 图2和3分别是集成了根据本发明实施方案的加热装置的部件的示意性俯视平面图和示意性透视图；
- 图4和5分别是图2-3的部件的剖面透视图和局部分解图；
- 图6是集成了根据本发明实施方案的加热装置的部件的局限于其本体和对应的加热器的分解性示意图；
- 图7和8分别是根据本发明的一实施方案的用于生产加热装置的第一半成品的示意性透视图和示意性俯视平面图。
- 图9和10分别是根据本发明的一实施方案的用于生产加热装置的第二半成品的示意性透视图和示意性俯视平面图；
- 图11是图9的放大比例的细节；
- 图12是可用来生产根据本发明的实施方案的加热装置的半成品和模具的零件的示意性透视图；
- 图13是处于闭合状态的图12的模具零件的剖面透视图；
- 图14和15分别是用于生产根据本发明的实施方案的加热装置的第三半成品的示意性透视图和示意性俯视平面图；
- 图16,17和18分别是在变形的操作之后图14-15的第三半成品的示意性透视图、示意性俯视平面图和示意性侧向正视图；
- 图19,20和21分别是在移除附件零件的操作之后图16-18的第三半成品的示意性透视图、示意性俯视平面图和示意性侧向正视图；
- 图22是可用于生产集成了根据本发明的实施方案的加热装置的部件的本体的半成品和模具的零件的示意性透视图；
- 图23是处于闭合状态的图22的模具零件的剖面透视图；
- 图24是集成了根据本发明的一实施方案的箱加热装置的部件的本体的剖面透视图；
- 图25和26是图24的放大比例的细节；
- 图27是集成了根据本发明的另一实施方案的加热装置的部件的局部剖面透视图；以及
- 图28是图27的放大比例的细节。
具体实施方式
在本说明书的框架中对“一实施方案”或“一个实施方案”的引用旨在表示关于该实施方案描述的特定构造、结构或特征包括在至少一个实施方案中。因此，可能存在于本说明书的各个点中的比如“在一实施方案中”、“在一个实施方案中”等的短语不一定指代同一个实施方案。此外，在本说明书的框架中限定的特定构造、结构或特征可以任何适当的方式结合在一个或多个实施方案中，甚至与所表示的这些不同。这里使用的附图标记和空间参考(比如“上”、“下”、“顶部”、“底部”等)仅是为了方便而提供的，且因此不限定保护范围或实施方案的范畴。
形成本发明的主题的加热装置具有支撑体和支撑体中、尤其是集成在其中的两个或更多个加热元件。在各个实施方案中，该装置构造成独立的部件，在这种情况下，其支撑体优选地构造用于安装和/或固定在更复杂的***中，例如机动车辆的加热***。代替地，在其它实施方案中，形成本发明的主题的装置集成在预先布置的也用于执行不同于普通介质的加热的功能的部件中，在这种情况下，该部件的本体也用于提供加热装置的支撑体。在本发明的后续内容中将对后一种情况作出首先参考。
首先参考图1A和1B，作为整体由1标明的是用于车辆的箱。在下文中，假定该箱将容纳添加剂或还原剂，并且形成用于处理内燃发动机的废气的***的一部分，由方框2示意性地表示。在各个实施方案中，如本说明书的前序部分所述，处理***2是SCR型的，用于减少尤其在具有立方体容量高于3500cc的柴油发动机的机动车辆中的氮氧化物和颗粒物的排放。上述还原剂可以是蒸馏水溶液中的尿素，比如商业上作为AdBlueTM已知的这种。箱1可以在任何情况下用于其它目的和/或汽车领域以外的领域中，并且可容纳需要加热的不同液体，比如燃料或清洗剂。
箱1的主要的本体1a可以由任何材料制成，优选为对还原剂化学耐受的材料，例如金属或合适的塑料材料，根据现有技术，例如高密度聚乙烯(HDPE)。
如在图1B中可见的是，具有未表示的开口的箱的本体1a，以液密方式安装在部件3与其对应的位置中，该部件3集成了下文中将描述的加热器。在示例中，上述开口提供在箱1的下部分中，但该位置不应理解为必要的。在各个优选的实施方案中，比如本文所示的实施方案，部件3具有成形为能够以液密方式固定至该箱的本体，即，用于闭合箱的上述开口。根据本身已知的形式，该本体可以液密方式固定在上述开口处：例如，参考所示的示例，部件3的本体优选地以可移除的方式经由包括对应的固定环螺母4的接合***来安装，然而其可以其它方式固定，比如焊接或者经由螺纹工具。
在各个实施方案中，部件3仅实现加热功能，并且因此其本体向加热装置提供支撑和/或保护罩。在其它实施方案中，比如本文示例出的该实施方案，部件3设计用于执行多个功能，并且为了其中的加热功能的目的集成了根据本发明的装置。
还参考图2-5，在各个实施方案中，部件3的由5标明的本体可限定至少一个通道(在图4中部分可见，在其中它由6表示)，通过该通道可以将还原剂供给至***2。优选地，为此目的，与本体5相关联的是本身已知的构思的合适的泵，其具有与通道6流体连通的输送。
在各个实施方案中，部件3的本体5包括基本管状的周缘壁8和底壁7。在所示的示例中，在与壁7相对的壁8的端部处限定了向外突出的法兰8a，其形成用于将部件3接合至箱1的***的一部分。
再次参考所示的示例，周缘壁8基本是半柱形的(或者更准确地说，类似柱形的部段那样成形)，但是在其它实施方案中，该壁8可具有不同的形状，例如，带有圆形截面、椭圆形截面、多边形截面等的基本上成管状的或者一些其它不一定是管状的形状，尤其是带有闭合周缘轮廓的形状。
底壁7也可具有各种形状，在任何情况下，其主要功能(当其存在和/或与周缘壁8形成单件时)有助于闭合箱1的开口。在该示例中，壁7在一端部处(在此为上端部)闭合周缘壁8，并且与其限定空腔9，在其中，如果需要，可至少部分地设置部件3的一个或多个功能装置。
更通常来说，集成了根据本发明的优选的实施方案的加热装置的本体包括至少一个第一壁(在此外以周缘8示例说明)，在其中普遍集成加热器的一个或多个加热元件。在各个实施方案中，该本体还可包含第二壁-在此以底壁7示例说明-其优选基本垂直于第一壁，在其中还可部分地集成上述加热元件和/或对应的电连接元件。在本发明的各个实施方案中，在下文中示例说明其中之一，代替集成了多个加热元件的单个壁，加热装置的本体包括多个不同的壁，在其每个中普遍程度地集成了装置的至少一个相应的加热元件。根据应用的类型，这些不同的壁可在任何情况下根据至少近似环形的构造或径向布置或者根据其它构造来设置。
优选地，至少部分地在底壁7中限定了能够排出还原剂的通道6。在各个实施方案中，为此目的，与本体5相关联的是之前提到的由10标明的、优选设置在空腔9中的泵。在各个实施方案中，一个或多个另外功能的装置这里也可以关联至部件3，例如用于检测容纳在箱1中的流体的特征。在可能的实施方案中，与部件3相关联的是传感器装置，比如液位传感器、温度传感器和压力传感器中的一个或多个。参考所示的情况，安置在本体5的空腔9内的是压力传感器11且至少部分地用于检测箱1中的还原剂的液位的传感器12。泵10和传感器11,12或其它功能装置例如过滤器的实施类型以及它们在本体5上的安装形式可依照任何已知技术。此外，不排除在本发明的范围中的是这种情况，其中附加地或备选地，部件3配备有不同于提到的这些的传感器装置以及配备有***2的另外主动部件。假设当箱暴露于低温时，待容纳在箱1中的还原剂经受冷冻，则并入在部件3的本体5中的是根据本发明的装置的加热器，在图2-5中作为整体由13标明，下面详细描述。
一般而言，上述加热器13包括多个由正温度系数(PTC)电阻器构成的加热元件13a。参考图6，每个加热元件包括第一电极14和第二电极15以及至少部分地设置在两个电极14和15之间的大量的具有PTC效应的材料16。电极14和15优选为片状或板状或网格状或梳状。
优选的是，设置在包含两个面对的电极14和15之间的区域中的是普遍的带有PTC效应的材料16的零件。如下文将更清楚地呈现，在各个实施方案中，材料16的较小或更小的零件也设置在电极14和15的相对的或外部的面处，优选地用于执行电极14和15的固定和/或定位的功能。
然后加热器13包含公共导体元件17和18，电极14和15分别并联至其。在优选的实施方案中，电极14与对应的公共导体元件17由单件制成，由此提供第一成形金属薄片19，而电极15与对应的公共导体元件18由单件制成，由此提供第二成形金属薄片20。优选地，板19和20中的每个还限定分别由21和22标明的相应的连接部分，其在对应的公共导体元件17或18与对应的片状电极14或15之间延伸。
根据备选的实施方案，电极14和/或15是单独制造的，甚至利用与不同于所示例的这个的技术或形状来模制或加工，并且经由构造成附加元件的相应的公共电导体连接在一起，比如相对刚性的导体金属或限定为“母线”的类型。在这些实施方案中，上述的附加公共导体可经由特定操作(例如焊接和/或铆接和/或经由至少一个所讨论的零件的机械变形进行相互固定)来机械和电连接至电极。再次针对关于对应的公共导体元件构造成不同零件的电极的情况，后者可由电传导的聚合物材料制成，例如至少部分地在电极自身上二次模制的。
现在参考图7-8，用于获得薄片19的优选的方法所设想的是，后者优选经由冲切和/或变形从金属板或条(例如由钢制成的)开始成形，以便获得由25标明的基本平坦的或二维的第一半成品，其限定电极14、公共导体17以及(如果设想有的话)连接部21。然而，在基本平面形状内可设想不同形状的区域或零件，比如弯的或弯曲的零件。
在各个实施方案中，半成品25还限定附件零件，比如周缘框架26，如将看到的那样，其对于半成品自身在模具中的生产和/或后续定位的步骤中的处理目的而言是有用的。在这种类型的实施方案中，如图7-8中所示，半成品25还可包含支撑部分27，其将框架26连接至公共导体17和电极14中的至少一个。
优选的是，在冲切步骤期间，电极14形成有多个座位或通道28，其功能将在下文中阐明。这些座位或通道可包含例如电极的通孔，如所示例说明的情况中那样，或者在电极的外轮廓中的凹痕，或者还有盲空腔。
还可以冲切公共导体17以便在其一端部处呈现孔或成形部分，以便限定电连接终端17a。这个终端17a的形状可不同于所示出的那个，并且不一定提供有上述的孔。
在各个实施方案中，公共导体元件17具有基本环形的伸延部，优选为开环伸延部。在所示的优选情况下，该伸延部基本类似圆弧形地成形，由于它是从金属板或条开始而获得的，因此它基本上具有平坦的带或条的形状。在这种类型的实施方案中，对应的连接部21在径向方向上从导体元件17延伸。更一般地，如将在下文中理解的那样，对于伸延部而言优选的是在导体元件17的长度上具有与本体5的壁8的形状基本一致或类似的形状。
代替地，图9-10示出了基本二维的或平坦的第二半成品29，从该半成品获得图6的薄片20。该半成品29限定电极15、对应的公共导体18以及(如果设想有的话)连接部分22。半成品29优选以类似于针对半成品25所描述的方式获得。
半成品29还因此限定了相应的周缘框架30，其带有对应的定位孔30a和优选地将框架30连接至公共导体18的支撑部分31，电极15依次连接(这里通过部分22)至公共导体18。电极15还优选地形成有多个座位或通道32(这里以通孔的形式)并且可冲切公共导体元件18以便在其一端部处呈现孔或成形部，以便限定电连接终端18a。优选地，提供了终端18a的传导元件18的端部处于与半成品25的导体17的终端17a的端部相对的位置中，尤其是为了促进电连接和/或防止终端17a和18a之间的电短路。
优选地，公共导体元件18根据基本类似于导体元件17的形状在长度上展开。非常优选地，如在所示的情况中，导体元件18的周缘尺寸小于导体元件17的周缘尺寸，使得两个导体元件17和18可基本同心地设置并且彼此间隔一定距离，其中对应的电极14,15处于基本彼此面对和/或平行的位置中。在这种类型的实施方案中，对于连接部分22而言优选的是具有在长度上大于连接部分21的伸延部的伸延部，并且优选地呈现至少一个大致弯的或成形的部分，如图11中所突显的，其目的将在下文中阐明。
如可注意到的，在所示的示例中，连接部21,22和电极14,15沿对应的公共导体17,18的伸延部分布并且彼此间隔一定距离，优选以基本径向的布置方案。这些元件在两个半成品25,29上的位置使得当半成品本身在大致相互平行的位置中彼此叠置时，电极14基本平行于且面对电极15，至少对于其主要零件而言。然后将两个半成品25和29引入到上述平行位置中的模具中，以便在其上将图6的具有PTC效应的材料16二次模制。尤其地，两个半成品25和29以预定的间隔距离定位在上述模具中，该预定的间隔距离限定了在电极14和15之间模制的材料16的厚度。
图12是可用于此目的的模具的示意图，其包括两个模具零件33和34，所述模具零件限定与相应的半成品的形状对应的形状的至少一个印模35。如可注意到，在优选的实施方案中，至少一个印模35或每个印模限定用于半成品25和29的框架26和30的定位螺栓35a，其为此目的提供有对应的定位孔26a和30a。
在两个模具零件33和34处于闭合的位置的情况下，如可在图13中所见，两个半成品25和29处于大致平行的位置，彼此没有任何接触。模具零件33和34可借助于未示出的其它模具零件或滑架或滑动件限定座位，在这些座位中在预先保护零件之后将注入加热元件的具有PTC效应的材料16，这些部件替代地不必用这种材料二次模制，这些部件例如是导体元件17,18，连接部21,22，框架26,30以及支撑部27,31的至少一部分。
然后注入到模具33-34中的是具有PTC效应的材料16，其优选为具有塑料或聚合物基的材料，优选包含至少两种不同的聚合物，非常优选不溶混在一起的聚合物。
要注意的是，一些已知的带有PTC效应的聚合物在其熔点附近经受显著的尺寸膨胀，甚至大于10%体积，导致电阻率局部增加。然而，在经由供电引起的加热期间，由于对应的弹性模量的衰减，聚合物的熔化造成材料的机械性能的下降，并且这相当大地限制了其使用。此外，这些材料还遭受电接触的问题，就此而言-通常-带有PTC效应的聚合物在金属上不呈现良好的粘附性，并且这造成分层或分离，在电和热性能变化的情况下。这些问题在基本片状的电极的情况下更为明显，在其中与电极的金属相比，带有PTC效应的聚合物的更大的膨胀倾向于导致在金属电极的表面和设置于其间的聚合物的表面之间的一种滑动，从而导致零件之间的分离和/或气隙的形成，其为电绝缘和绝热的。上述分层或分离的风险在如下种情况中突出，即用于可能遭受极端环境条件的车辆的部件或加热器具有相当大的热偏差。
由于以上原因，根据自主发明的方面，塑料基材料16包括彼此不相容或不溶混的聚合物的混合物，优选至少两种不溶混的聚合物，其结合以便获得共连续的复合物，比如三维结构，在其中各种聚合物在所有方向上交叉伸延。以上混合物定义成使得复合物的聚合物的至少一种在经由元件13a的供电引起的加热期间不熔化，因此即使在如下情况中也确保带有PTC效应的材料16的适当的机械阻力，即在该情况中复合物的其它聚合物中的一种或另一聚合物在通过供电引起的加热期间达到熔点。
在各个实施方案中，为了增加材料16对形成了电极14和15的金属的粘附性，混合物包括至少一种离聚聚合物，比如乙烯基热塑性共聚物，带有接枝到含有被金属离子(例如钠离子或锌离子)部分地中和的羧基的聚合链的单体，尤其带有在聚乙烯基上低于10%摩尔的量的离子基团，比如由DupontTM生产的“Surlyn”TM类的离聚物。以这种方式，阻抗材料的羧基基团在材料16的聚合物链之间和存在于电极14和15的表面上的金属离子之间均产生离子桥键，尤其是关于由于电极14和15的表面氧化而来的离子，因此改进了阻抗聚合物16对电极的金属的粘附性。
离聚物的链与天然存在于金属表面上的氧化物之间的离子桥键的流程如下(“Me”表示薄片的金属，例如可以是Cu和/或Al)：
备选的是，未被金属离子中和的羧基(酸)可以用以下类型的氢击机理攻击金属
在优选的实施方案中，带有PTC效应的材料16的合成物包括百分比为39%和44.5%之间的聚丙烯(PP)，百分比为40%和44.5%之间的离聚物，以及传导添加剂或百分比为11%和20%之间的碳黑。
优选的是，模具33-34构造成使得注入的材料仅仅或主要渗透到限定在设置成彼此平行且面对的电极14和15之间的空间中，并且(如果设想有)可在通道或孔28,32中。
在注入的阻抗材料凝固之后，打开模具33-34，并取出第三半成品，在图14-15中可见并由36表示，其由两个彼此叠置的半成品25和29构成，其中带有PTC效应的材料16的相应的零件分别在各对电极14-15的面对的表面之间延伸以提供加热元件13a。优选的是，在仍基本平坦的该第三半成品36中，公共导体元件17和18在所处的相应的平行的平面中延伸。
再次优选的是，导体元件17和18中的至少一个，这里为较小尺寸的导体元件18，提供有大致弯的连接元件22(见图11)。这个解决方案防止半成品36中的这些部分22在下文中描述的随后的弯曲操作期间与导体元件17达到接触。
因此现在在第三半成品36中限定加热元件13a，其每个包含两个电极14和15，设置在其间的是相应大量的带有PTC效应的材料16。
接下来，半成品36变形以便在其上赋予不同的基本三维的形状。尤其地，变形是通过关于公共导体元件17,18弯曲加热元件13a来获得的，使得前者将呈现关于后者大致直立的位置，如在图16-18中可见。在各个实施方案中，公共导体元件17,18中的至少一个处于大致成角度的平面中，尤其关于加热元件13a所处的平面基本垂直。优选地，加热元件13a弯曲90°或设置在基本正交于半成品36的初始平面(或半成品25和29的初始平面)的位置中。参考所示的示例，为了变形的操作目的，半成品29的连接部分22优选长于元件25的连接部，这考虑到如下事实，即在所示例的情况下，半成品29的公共导体元件18具有小于其它半成品15的公共导体元件17的半径：连接元件22的较大长度在上述变形之后导致电极15在没有机械应力的情况下基本平行于电极14。此外应考虑的是，通过同时弯曲二次模制的电极14和15的部分21和22，相对曲率点或曲率半径更外面的部分22倾向于接近导体元件17。因此，考虑到半成品25,29的仍基本平面的布置方案，部分22所成形的形状使得能够限定相距导体17的导体18的部分22的相对较大的初始距离。在弯曲之后，这个距离减小，但在任何情况下例如都能确保适当的电绝缘。公共导体甚至可具有圆形的或闭合的轮廓和/或可具有基本一样的半径并且基本彼此叠置，并且连接终端17a和18a交错布置。
如可理解的，在变形之后，加热元件13a基本竖直地设置，以一顺序被近似地弯曲或具有开环伸延部，或更一般地，以具有与本体5的周缘壁8的周缘伸延部一致的伸延部的顺序，在其中加热器13将被至少部分地集成。如已经提到的，本体5的壁8的形状不一定必须是柱形的或部分呈柱形的。它可以是椭圆形的或多边形的，并且在这些实施方案中，公共导体元件17和18将具有对应的形状，或者在任何情况下具有如下形状，即，该形状使得在半成品36的弯曲的操作之后，由加热元件13a的整体提供的全面的形状将类似于上述周缘壁8的至少部分的形状。
在如下各个实施方案中，即，在其中半成品25和29包括相应的框架26,30和支撑部27,31的实施方案中，在半成品36或者由带有PTC效应的材料16连在一起的半成品25,29的弯曲操作之后，移除由上述框架和/或支撑部分表示的附件零件。在例如经由冲切执行的该操作之后，形成加热器13，其基本如图19-21中所示，该加热器仅由成形的金属板19和20构成(见图6)，其中阻抗材料16设置在对应的电极14和15之间。
然后加热器13设置在另一模具中，该模具用于形成部件3的本体3，其在此还提供加热装置的本体。在图22中示意性地表示的这样的模具包括至少两个模具零件37,38以及可能的其它未示出的可移动零件或滑架或滑动件。至少一个模具零件包括印模39，尤其设计成与加热器13的轮廓的至少部分相适配，优选用于在模具中支撑或定位加热器本身和/或用于覆盖在其上不注入塑料材料的区域。
优选的是，模具的两个主要零件各自具有印模，其设计成限定本体5的内和外轮廓的对应的部分，并且具体地是在模具零件中这里由37标明的阴印模，其设计成基本限定本体5的外轮廓，以及在模具零件中这里由38标明的阳印模，其设计成基本限定本体5的内轮廓。
在两个零件37和38闭合之后(其中加热器13在两个零件之间)，将塑料材料注入到模具中以形成至少部分的本体5、优选地整个本体5，塑料材料例如是对还原剂或其它流体化学耐受的聚合物，优选为热塑性材料。
在图23中，模具37-38以闭合且局部剖切的状态呈现，其中本体5的可见部分已经形成，其集成加热器13。模具37-38构造成使得加热器13的加热元件至少部分地嵌入塑料材料中，以提供本体5的基本管状的周缘壁8，其中材料因此至少部分地涂覆加热元件。在用于注入的塑料材料凝固所等待的时间之后，可以从模具37-38取出在加热器13上二次模制的本体5。
因此获得的本体5基本如图24中可见的那样呈现(应注意的是，在该图中，出于更清楚的要求，已省略了底壁7的一些功能部件或元件的表示)。
如可注意到的(也见于图2)，在二次模制操作之后，加热元件13a(即，对应的电极14和15)沿本体5的壁8的周缘方向分布并彼此以一定距离间隔开地设置，在此对应于其基本半柱形的部分。
在这种构造的情况中，电极15的外面面对壁8的外侧，而电极14的外面面对壁8的内侧，其中带有PTC效应的材料16改为在电极本身的内面之间延伸。在所示的示例中，加热元件13a关于彼此设置成角度，并且在周缘壁8的周缘方向上成角距离地间隔开。
因此，实际上，本体5利用尤其是电绝缘类型的并且优选为导热类型的、在图6中呈现的两个成形薄片19和20上二次模制的塑料材料形成，并且其中带有PTC效应的材料16设置在其间。上述塑料材料优选添加有导热颗粒或填料，比如35wt%的石墨，以便获得由加热器13产生的热量朝向外部环境、即朝向待加热的液体或其它流体的良好热传导和/或热量的有效散发。
优选地，本体5的材料或本体的至少部分涂覆加热器13的至少一部分的材料由PPgMA(接枝有马来酸酐的聚丙烯共聚物)制成。
PPgMA具有如下结构式
对金属的粘附性来源于氧原子和存在于表面上的金属离子(表面氧化物的离子)之间的离子吸引，或者源于由高模制温度而有利的成盐反应，再次带有表面氧化物，如下图中示意性呈现的那样(在其中“Me”为通用金属，可以是Fe、Cu或Al)。
热塑性树脂可由环氧基热固材料代替。热固聚合物的较低的粘度能够更好地输送树脂，其可以分配在较小的厚度上。在固化过程之后，有利地通过破坏这些树脂的典型的分子结构，即，将环氧乙烷(下面呈现)***到还包含了摩尔重量为约1000 Da的苯环的聚合物链中来在环氧链之间建立化学键，相比起来，热塑性塑料的典型摩尔重量大于100000 Da。
优选地，可以用来代替热塑性聚合物的环氧树脂在其内具有使其导热的填料，该填料具有高达3 W/mK的热传导系数。
极性基团的存在导致天然存在于金属表面上的氧化物的良好的离子桥粘附性，以类似于PPgMA所见的方式。在室温下，完全聚合通常要24小时(在2/4小时内凝胶化)，并且在加热的情况下(60-80℃)加速至2-4小时。
现在从图24以及从图25-26的对应的细节可注意到，在优选的实施方案中，加热器13的加热元件13a主要嵌入在二次模制的塑料材料中，该二次模制的塑料材料形成本体5的第一壁，这里由周缘壁8呈现。在优选的实施方案中，如在所示的这个中，加热元件13a还部分地嵌入在如下二次模制的塑料材料中，该二次模制的塑料材料提供本体5的第二壁，这里由底壁7呈现。优选地，两个公共导体元件17和18中的至少一个，且优选两者，至少部分地嵌入如下二次模制的塑料材料中，该二次模制的塑料材料提供上述第二壁或底壁7。另一方面，在实施方案中(未示出)，导体元件或它们中的至少一个可以嵌入到形成壁8的材料中。此外，原则上，加热元件13a还可仅嵌入到形成壁8的材料中。
在各个实施方案中，尤其在壁8的至少一个端部处，加热元件13a不完全由二次模制的塑料材料覆盖，如示例说明的情况中那样。如果应用需要，未被二次模制材料覆盖的这些区域可以一些其它方式来覆盖或保护，例如经由树脂、密封元件或盖子。模具37-38显然是为此目的而预先布置的。这个特征是优选的，以便当加热器13激活时促进模制和/或补偿本体5的可能的尺寸变化。
在各个实施方案中，公共导体元件17和18各具有未被二次模制塑料材料覆盖的相应的部分。这个优选为端部的部分将提供加热装置的连接终端，这些连接终端之前已由17a和17b标明，其可成形以用于提供电连接件的终端的至少一部分。例如可从图2理解的是，这些终端17a和17b优选地从本体9的空腔9内、优选基本在其底壁7处可是进入的。
如之前所解释的，优选地，电极14和15分别具有一个或多个座位或通道，如孔28和32。在各个实施方案中，这些通道或孔中的至少一些在提供本体5的塑料材料的二次模制的操作之后这种材料的一部分所占据，以便改进加热装置13至本体5的机械锚固。
这里还优选的是，基本轴向对齐于相应的通道或孔28或32的空腔限定在模制在两个电极14和15之间的带有PTC效应的材料16中。这些空腔(其中的一些空腔在图6,18和19中由16a标明)可部分地由电极14,15中和/或阻抗材料16中的中空构型限定，并且将被本体5的二次模制塑料材料的相应的部分占据，尤其为了加热器13关于本体5的定位和/或固定的目的。应该注意的是，在所示的优选的情况中，部分地限定空腔16a(这里基本上是柱形的构型)的中空构型的阻抗材料16的至少一部分接合在电极14,15的孔28,32中，并且这有助于确保零件之间的对应的正确位置的固定和/或维持。为了这些空腔16a的模制和/或对应的中空构型的模制，使对应的模具零件33,34(图12-13)特意成形；例如，使它们配备有对应的螺栓35b(见图12)。
所讨论的特征还可在图25和26中注意到，在其中占据空腔16a中的一些(在每幅图中仅指出一个)的塑料材料由81标明。应该注意的是，一个电极的通道或孔28或32(并因此材料16的对应的空腔16a)优选地轴向对齐于另一电极的闭合区域。
另一方面，在优选的实施方案中，至少一个电极14具有与对应的电极15的通道或通孔32轴向对齐的通道或通孔28。以这种方式，具有PTC效应的材料16的部分占据两个薄片或板电极的以上对齐的孔。这个特征有助于改进各个加热元件13a的可靠性，尤其在半成品36或加热装置13的处理期间。优选地，阻抗材料的一部分突出超过这两个对齐的孔，朝向加热元件13a的外侧，并且在其上赋予具有比通道或孔的周缘尺寸更大的周缘尺寸的形状。在附图中，阻抗材料的这些成形的突出部分基本上是盘形的，并且例如，在图6,14,17,20和25中由16b标明。从图17和20可以很好理解加热元件13a的外侧上的材料的突出部分16b是如何有助于使电极14,15和阻抗材料16保持包裹在一起。同样在这种情况中，模具零件33-34的印模35适当地成形以用于以上突出部分16b的形状的限定(见图12，在其中用35c标明的是在材料16的突出部分16b上赋予盘形状的印模的一些部分)。
电极14和15还可设想轴向对齐的孔以便能使本体5的二次模制材料通过，以便增加加热装置13至本体5的进一步锚固。为此目的，模具33-34将成形成使得在这两个这个对齐的孔处同样是阻抗材料16限定通腔。这个特征可从图26理解，在其中由82标明的是本体5的塑料材料的一部分，其在电极14和15的两个对齐的孔之间延伸。
在优选的实施方案中，一个或多个空腔限定在本体5的周缘壁8中，优选在轴向和/或径向方向上打开，沿壁本身的周缘方向分布并彼此间隔一定距离，在其中分配到这些空腔中的每个中或者至少部分地从其中突出的是至少一个加热元件13a的侧边缘。所讨论的空腔在附图中由8b标明，并且可证实为有用于补偿加热器13(在其激活期间)和/或本体5(当通过加热器13加热时)的可能的尺寸变化。
在示例说明的示例中，这些空腔中的一些如此成形以便在相对的零件中具有两个不同的加热元件13a的侧边缘。然后提供两个端部空腔8a，其容纳装置13的最后两个加热元件13a的外侧边缘。用于获得本体5的模具37-38当然为此目的适当地成形；优选地，模具38成形成用于利用模具部分39，该模具部分39在本体5的模制或二次模制期间提供上述同样用于支撑加热元件13a的空腔8a和8b。
在图22的示例中，例如，阳印模39为此目的具有部分39a，其将限定空腔8b的内轮廓，这些部分优选限定凹槽39b以用于定位加热元件13a的侧边缘。
图27和28仅通过示例示出了根据本发明的加热装置的变型，这里作为整体用3标明。在这些图中，与之前的图中的那些相同的附图标记用于标明技术上与以上已经描述的那些等价的元件。
装置3的本体5在这种情况下不呈现连续的周缘壁，而是这里基本平行六面体形状的一系列不同的第一壁8，其从第二公共壁7上升，这里为基本盘状的或平坦的，另一方面这些形状不是必要的。本体5可由热塑性材料制成，优选为良好的热导体，并且为此目的可以与前面已经描述的方式类似的方式具有填料。
在这个实施方案中，在提供了壁8中的每个的模制的塑料材料中至少部分地集成了根据之前描述的形式获得的加热元件13a。在所示例说明的情况中，每个壁8配备有加热元件，但是在未示出的构造中，不同数量的加热元件可集成在每个壁中。再次参考所示出的示例，在根据近似环形的构造的任何情况中，壁8设置成彼此基本上正交的：然而，明显的是，相同的壁可根据应用的类型以不同的方式定向，例如，其中两个或更多个壁彼此平行设置、或者在交错的位置中、或者再次在纵向方向上对齐等等。壁8还可以连接在一起以形成单个管状壁，或还至少部分地基本平行于底壁7。
同样在这种类型的实施方案中，加热元件13a和/或公共导体元件(这里不可见)可至少部分地集成在壁7中并且经由连接部分21和22连接至对应的电极(图28)。
图27-28的装置的电极14和15的形状与之前描述的实施方案的形状不同。还是在这种情况中，另一方面，为了前面描述的目的，电极14,15具有大致薄片或板状的构造并且具有用于带有PTC效应的材料16的相应的通道28,32。在所示例说明的情况中，通道28,32由电极的周缘轮廓的凹痕或凹入部限定，但是在变型实施方案中，这些通道可以包括通孔，其中一些可能还能够以类似于之前已描述的方式容纳本体5的二次模制材料的部分。
将理解的是，图27-28的装置3如果需要还适用于与参考图1-2所描述的用途类似的用途，即，仅用于容纳在箱中的流体的加热的功能。
从前面的描述中清楚地显现出本发明的特征、同样地其优点。根据本发明的箱部件的本体经由塑料材料的模制的操作而易于生产，加热装置利用该塑料材料集成在本体本身中。后者就如下程度而言同样易于生产，即，它可以经由金属薄片的冲切和变形的基本操作以及后续的电阻抗材料的模制来获得。当箱的内含物变得需要解冻时，加热装置的使得其能够主要集成在部件的塑料本体的周缘壁中的优选的构造保证热量的扩散的分布。加热装置具有本质上稳定的结构，并且同样稳定的是其在部件的本体的材料中的锚固，同时能够恢复本体由于温度变化所引起的任何可能的尺寸变形。所使用的带有PTC效应的材料(一种可模制的塑料基或聚合物基材料)有助于装置的生产，同时确保良好的粘附性和/或与对应的电极的良好的电和/或热接触，其作为用于电连接和热的散发的金属元件来起作用。
清楚的是，由此在不偏离如由随后的权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对通过本文中的示例描述的模块做出多种改变。
在之前所示例说明的实施方案中，箱部件13的箱的本体5具有集成地形成在单件中的周缘壁和底壁。然而，根据可能的变型实施方案，所讨论的部件包含单个周缘壁8，至少部分地嵌入其塑料材料中的是加热装置3，然后以液密方式与部件相关联的是底壁(比如壁7)，可能预先布置用于一个或多个功能部件的安装，比如之前提到的泵和传感器。
最后指出的是，所描述的部件可以是箱的本体的集成部分。例如参考图1，箱1的本体1a例如可以在以液密方式连在一起的两个半壳中形成，其中下半壳具有由管状壁限定的通道，类似于之前由8标明的管状壁，在其中根据本发明的加热装置可以集成有之前描述的形态。在管状部分没有与其自身的底壁(比如壁7)集成地限定的情况中，加热装置的连接终端(17a,178)可定向成，在塑料本体的二次模制的操作之后突出在管状壁的外侧。
半成品25和29可以冲切成彼此不同的零件，或者从同一个板冲切以形成单个元件，例如，其中经由随后将被除去的金属桥连接至零件25的零件29。在这种类型的实施方案中，例如，在冲切成单件之后，零件29在零件25上弯曲回来，然后该件***到适当的模具33,34中用于材料16的模制，以便获得半成品36；随后，除去不必要的附件零件。

Claims (16)

1.一种加热器装置，其包括支撑体(5)和在支撑体(5)中的多个加热元件(13a)，
其中，每个加热元件(13a)包含一个第一电极(14)、一个第二电极(15)和至少部分地设置在所述两个电极(14,15)之间的具有PTC效应的材料(16)，
其中，所述第一电极(14)、相应地所述第二电极(15)在所述支撑体(5)中相互间隔地布置，所述第一电极(14)大致平行于且面对所述第二电极(15)，
其中，所述第一电极(14)连接至第一公共电导体元件(17)，并且所述第二电极(15)连接至第二公共电导体元件(18)，
其中，所述具有PTC效应的材料(16)包括在所述第一和第二电极(14,15)的面对的表面之间的至少部分地模制的或二次模制的塑料基或聚合物基的材料，
并且其中，所述支撑体(5)至少部分地以至少部分地在所述第一电极(14)、所述第二电极(15)和所述具有PTC效应的材料(16)上模制的塑料材料形成。
2.根据权利要求1所述的加热器装置，其中，所述第一电极(14)由第一成形金属薄片(19)形成，优选地与所述第一公共导体元件(17)形成单件，并且所述第二电极(15)由第二成形金属薄片(20)形成，优选地与所述第二公共导体元件(18)制成单件。
3.根据权利要求1或2所述的加热器装置，其中，所述第一电极(14)、相应地所述第二电极(15)根据大致环形的构造来分布，尤其是沿着所述支撑体(5)的环形壁(8)的周缘方向。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的加热器装置，其中：
- 第一电极(14)和第二电极(15)中的至少一个具有开口(28,32)，通过其在这里延伸有所述支撑体(5)的二次模制塑料材料(81;82)的一部分，这里优选地，所述具有PTC效应的材料(16)限定了与所述开口(28,32)基本轴向对齐的至少一个空腔(16a)，并且在其中，所述二次模制塑料材料(81,82)的一部分占据所述空腔(16a)；和/或
- 至少一个第一电极(14)具有与对应的第二电极(15)的开口(32)基本对齐的开口(28)，使得所述具有PTC效应的材料(16)的部分占据所述两个电极(14,15)的两个基本对齐的开口(28,32)。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的加热器装置，其中：
- 所述加热元件(13a)普遍嵌入在二次模制塑料材料中，所述二次模制塑料材料形成所述支撑体(5)的第一壁(8)，尤其是周缘的和/或大致管状的壁；和/或
- 所述支撑体(5)具有彼此大致正交的第一壁(8)和第二壁(7)，并且所述加热元件(13a)部分地嵌入在二次模制塑料材料中，所述二次模制塑料形成所述支撑体(5)的第二壁(7)；和/或
- 所述支撑体(5)具有底壁(7)和所述第一公共导体元件(17)的至少一个，并且所述第二导体传导元件(18)至少部分地嵌入在二次模制塑料材料中，所述二次模制塑料材料形成所述支撑体(5)的底壁(7)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的加热器装置，其中，所述第一和第二公共导体元件(17,18)各具有未被所述二次模制塑料材料覆盖的各自的部分，以便提供所述加热器装置(13)的连接端(17a,17b)，所述部分尤其分别是所述第一公共导体元件(17)的和所述第二公共导体元件(18)的端部。
7.根据权利要求5所述的加热器装置，其中，在所述支撑体(5)的第一壁(8)中限定一个或多个空腔(8b)，其优选在轴向和/或径向方向上打开，并且/或者尤其在所述第一壁(8)的周缘方向上分布并且彼此间隔一段距离，并且其中，至少一个加热元件(13a)的至少一个侧边缘面对或至少部分地突出到一个所述空腔(8b)中。
8.根据权利要求5所述的加热器装置，其中，所述支撑体(8)的第一壁(8)具有至少近似柱形的或具有闭合的周缘轮廓的形状，所述第一和第二电极(14,15)基本是平坦的，并且所述加热元件(13a)关于彼此成角度地设置并且在所述第一壁(8)的周缘方向上彼此成角距离间隔开。
9.根据前述权利要求中任一项所述的加热器装置，其中，所述第一和第二公共导体元件(17,18)中的至少一个基本构造成平坦的带或条，并且所述对应的第一成形薄片(19)或第二成形薄片(20)限定在所述公共导体元件(17,18)和所述对应的电极(14,15)之间延伸的连接部分(21,22)，所述第一成形薄片(19)和所述第二成形薄片(20)中的至少一个的连接部分(22)优选具有至少部分地弯的或成形的构造。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的加热器装置，其中：
- 所述第一公共导体元件(17)处于相应的平面中，其基本平行于所述第二公共导体元件(18)的位置的平面；和/或
- 所述第一和第二公共导体元件(17,18)的至少一个处于关于相应的电极(14,15)所处的平面大致成角度、尤其基本垂直的平面中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的加热器装置，其中，所述第一公共导体元件(17)和所述第二公共导体元件(18)中的至少一个具有大致弯的伸延部，优选地基本类似弧形或圆形地成形，并从此在基本径向方向上离开的是用于连接至所述相应的电极(14,15)的部分(21,22)，其中，尤其所述第一公共导体元件(17)和所述第二公共导体元件(18)根据相应的弧形或圆形伸延，优选地具有彼此不同的半径并且基本同心地布置，使得所述第一电极(14)基本平行于所述第二电极(15)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的加热器装置，其中，所述支撑体(5)属于机动车辆的、尤其机动车辆燃料箱和/或用于内燃发动机的废气处理的***的部件(1)。
13.一种内燃发动机废气***，包括用于注入由箱(1)供给的还原性液体添加剂(2)的***，其中，所述箱(1)包括箱部件(3)，其包含根据权利要求1至12中的一项或多项所述的加热器装置。
14.一种包括一个或多个加热元件(13a)的加热器装置，
其中，每个加热元件(13a)包含一个第一电极(14)、一个第二电极(15)和至少部分地设置在所述两个电极(14,15)之间的具有PTC效应的材料(16)，
其中，所述具有PTC效应的材料是塑料基或聚合物基的可模制的材料，其包括不相容或不溶混的聚合物、优选至少两种不溶混的聚合物的混合物，其结合以便获得共连续的复合物，并且
其中，所述混合物的聚合物中的至少一种具有在经由所述加热装置(3)的电供给引起的加热之后不能达到的熔化温度，
在其中，优选地所述混合物包括至少一种离聚的聚合物，比如乙烯基热塑性共聚物，带有接枝至含有被金属离子部分地中和的羧基的聚合链的单体，所述混合物非常优选地包括百分比在39%和44.5%之间的聚丙烯，百分比在40%和44.5%之间的离聚物，以及百分比在11%和20%之间的传导添加剂或碳黑。
15.根据权利要求14所述的并且具有根据权利要求1-13中的一项或多项所述特征中的一个或多个的加热器装置。
16.一种用于提供具有支撑体(5)和在所述支撑体(5)中的多个加热元件(13a)的加热器装置的方法，所述方法包括：
i) 从金属板冲切一个第一基本平坦的半成品(25)，其在单件中限定至少一个第一公共导体元件(17)，所述第一公共导体元件在长度上具有伸延部，优选是至少部分地弯的或环形的伸延部；多个第一电极(14)；和延伸在所述第一公共导体元件(17)与所述第一电极(14)之间的第一连接部分(21)，所述第一连接部分(21)沿着所述第一公共导体元件(17)的伸延部分布；
ii) 从金属板冲切第二基本平坦的半成品(29)，其在单件中限定至少一个第二公共导体元件(18)，所述第二公共导体元件在长度上具有伸延部，优选是至少部分地弯的或环形的伸延部；多个第二电极(15)；和延伸在所述第二公共导体元件(18)和所述第二电极(15)之间的第二连接部分(22)，所述第二连接部分(22)沿着所述第二公共传导元件(18)的伸延部分布；
iii) 将所述第一和第二半成品(25,29)在第一模具(33,34)中布置在彼此大致平行的位置中，使得所述第一电极(14)面对所述第二电极(15)；
iv) 将具有PTC效应的塑料基或聚合物基材料(16)注入到所述第一模具(33,34)中以获得第三半成品(36)，所述第一模具(33,34)构造成，使得所述具有PTC效应的材料(16)的相应的部分至少部分地延伸在所述第一和第二电极(14,15)的面对的表面之间；
v) 等待所述具有PTC效应的材料(16)的硬化，并且从所述第一模具(33,34)取出所述第三半成品(36)，其带有形成所述加热器装置(13)的相应的加热元件(13a)的所述第一电极(14)、所述第二电极(15)和所述具有PTC效应的材料(16)的相应的部分；
vi) 可通过使所述第三半成品(36)变形来限定所述加热器装置(13)的形状，使得所述加热元件(13a)沿着所述公共导体元件(17,18)的伸延部彼此间隔开地呈现相对于所述公共导体元件(17,18)大致直立或基本正交的位置；
vii) 可在移除所述第三半成品(36)的附件零件(26,27,30,31)之后，将所述加热器装置(13)布置在第二模具(37,38)中；
viii) 将塑料材料注入到所述第二模具(37,38)中以形成所述支撑体(5)，所述第二模具(37,38)构造成，使得所述加热器装置(13)的加热元件(13a)至少部分地嵌入到设计成用于获得所述支撑体(5)的所述塑料材料中；并且
ix) 等待所述塑料材料的硬化并且从所述第二模具(37,38)取出在所述加热装置(13)上二次模制的所述支撑体(5)。
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