KR20080093021A

KR20080093021A - 전기 가열 장치용 발열 엘리먼트 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20080093021A
Application number: KR1020087015694A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 니더러; 프란츠 볼렌더
Original assignee: 카템 게엠베하 운트 캄파니 카게
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2008-10-17
Also published as: US8395088B2; JP4871961B2; WO2008049619A1; DE502006003627D1; CN101361406B; EP1916873B1; US20100044360A1; KR100942336B1; EP1916873A1; ES2322492T3; CN101361406A; JP2009528655A

Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트(5) 및 상기 PTC가열 엘리먼트(5)를 둘러싸는 절연 하우징(2, 3) 그리고 대향측에서 상기 PTC가열 엘리먼트(5)에 접촉하여 위치하는 전기 스트립 도체(6, 7, 10)을 포함하는 특히 자동차의 전기 보조 히터내에서 공기를 가열하기 위한 발열 엘리먼트(1)에 관한 것이다.

스트립 도체와 적어도 하나의 PTC엘리먼트간에 양호한 접촉을 확보할 수 있고 PTC가열 엘리먼트의 고절연 수용에 적합한 이러한 발열 엘리먼트(1)를 형성하기 위해, 본 발명에서는 실링 스트립(4, 21)이 삽입되고, 서로 대하여 위치되며 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트(5)를 실링되게끔 둘러싸는 하우징 쉘 엘리먼트(2) 및 쉘 카운터 엘리먼트(3)을 갖는 하우징(2, 3)을 두 부분으로 구현하는 것을 제안한다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 발열 엘리먼트(1)을 포함하는, 프레임내에 유지된 층 구조물을 갖는 자동차용 전기 보조 히터에 관한 것이다.

PTC가열 엘리먼트, 절연 하우징, 전기 스트립 도체, 전기 보조 히터

Description

전기 가열 장치용 발열 엘리먼트 및 그 제조 방법{HEAT-GENERATING ELEMENT FOR AN ELECTRIC HEATING DEVICE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트 및 상기 PCT가열 엘리먼트를 둘러싸는 절연 하우징 그리고 대향측에서 상기 PCT가열 엘리먼트에 접촉하여 위치되는 전기 스트립 도체를 갖는 발열 엘리먼트에 관한 것이다.

이러한 발열 엘리먼트는 예컨대 EP 0 350 528호에서 자동차용 보조 히터의 일부로 알려져 있다. 기타 발열 엘리먼트가, 예컨대 DE 32 08 802, DE 30 46 995 또는 DE 28 04 749에서 알려져 있다.

기본적으로 이러한 일반적인 발열 엘리먼트에서는, PCT엘리먼트로와의 상 계면에서 상당한 가열 없이 발열 엘리먼트로의 전류공급이 가능하도록 스트립 도체와 PTC엘리먼트 간의 양호한 기계적 접촉에 의해 경계저항이 낮아야 한다는 문제가 있다. 이러한 요건은 특히 대략 500볼트 이상의 높은 동작 전압이 발열 엘리먼트에 공급되면 중요하게 된다.

일반적인 전기 가열 장치에서, 대개 도전성 시트 금속 스트립에 의해 형성되는 스트립 도체는 (DE 32 08 802에서와 같이) 약간의 압력으로 스트립 도체를 적어도 하나의 PTC엘리먼트에 접촉하여 위치시키는 발열 엘리먼트를 둘러싸는 슬리브에 의해 캡슐레이팅된다. 이러한 종래기술에서, 스트립 도체가 양측에 접하는 PTC엘리먼트는 실리콘 고무 내측이 입혀진 금속 슬리브로 둘러싸이고 따라서 도전성 시트 금속 스트립이 절연방식으로 슬리브내에 지탱된다. 이러한 배치만으로는 PTC엘리먼트에 대하여 스트립 도체를 누르기 위한 충분한 접촉 압력을 일으키기에 족하지 않다. 따라서, 층 구조물이 전체적으로 압력 플레이트로 둘러싸인다. 알려진 발열 엘리먼트는 비교적 수동적, 즉 PTC엘리먼트에 의해 생성된 열의 외부로의 전도가 비교적 불량하다. 따라서 주지의 발열 엘리먼트는 열효율이 불량하며, 변화하는 열적 상태에 비교적 느리게 반응한다.

방열을 위해, 예컨대 EP 0 350 528에는 발열 엘리먼트의 양측에 대하여 구불구불한 형태로 굽은 시트 금속 스트립에 의해 형성된 라디에이터 엘리먼트를 배치하는 것이 알려져 있다. 이러한 라디에이터 엘리먼트는 스프링 프리텐션하에서 발열 엘리먼트에 대하여 배치된다. 라디에이터 엘리먼트와 적어도 하나의 PTC엘리먼트간의 스트립 도체가 자유로이 움직일 수 있도록 제공될 때, 스트립 도체는 탄성력에 의해 PTC엘리먼트에 대치하여 배치된다. 그러나 본 구성은 특히 고전압에서 발열 엘리먼트의 동작에 있어서 라디에이터 엘리먼트 및/또는 프레임을 거쳐 흐르는 누설 전류를 방지할 수 없다는 문제를 갖는다. 더욱이, 발열 엘리먼트의 외측에 전류 베어링 부품이 노출되어 있고 이는 안전상의 이유에 있어서도 위험하다.

DE 28 04 749에서 알려진 가열봉 또한 불량한 열전도에 대하여 상기한 단점을 갖고 있는데, 이러한 가열봉에서는 실린더 축을 기준으로 서로 120도의 오프셋 각으로 세 개의 일반적인 발열 엘리먼트가 배치된다. 가열봉에 의해 유체가 가열 되도록 하나의 흐름 채널 각각이 후퇴되어있는 전기 절연재의 실린더형 세그먼트 부품이 개별 발열 엘리먼트사이에 위치된다. 이러한 구성은 PTC엘리먼트에 의해 생성된 열의 공기에 의한 대류 발산에 있어서 특히 충분치 않다. 여기서 열은 PTC엘리먼트로부터 필요한 정도로 발산되지 않는다.

본 발명이 당면하고 있는 과제는 스트립 도체와 적어도 하나의 PTC엘리먼트간의 양호한 접촉을 보장하고 개선된 방식으로 주위 영역에 대하여 전기적으로 절연되는 발열 엘리먼트를 제공하는 것이다. 더욱이, 본 발명에 의하여, 자동차용의 개선된 전기 보조 히터가 제공될 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 청구항 1의 특징을 갖는 발열 엘리먼트를 제공한다.

이것은 실링 스트립의 삽입에 의하여 서로 접촉하여 위치되고 적어도 하나의 가열 엘리먼트를 밀봉하여 둘러싸는 하우징 쉘 엘리먼트 및 쉘 카운터 엘리먼트로 구성되는 하우징을 갖는다.

본 발명에 의하여, 예컨대 EP 0 350 528에서 알려진, PTC엘리먼트를 유지하는 유지 프레임이 더 발전되는데, 상기 PTC엘리먼트는 보통 그 위치에서 차례로 하나의 레벨에 대하여 전기 보조 히터용 발열 엘리먼트에 배치된다. 여기서 유지 프레임은 특히 각각의 PTC가열 엘리먼트는 보조 히터로부터 떨어지지 않도록 주의한다. 본 발명에 따라, 그 자체로 알려진 이러한 유지 프레임은 소정의 방식으로 하나의 레벨로서 PTC가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들을 유지하고 PTC가열 엘리먼트들을 서로 이격시킴은 물론 주위 영역에 관하여 PTC가열 엘리먼트를 실링하는 하우징으로 구현된다. 이를 위하여, 본 발명은 하우징 쉘과 쉘 카운터 엘리먼트를 포함하는 쉘 타입 하우징을 제안한다. 두 개의 하우징 엘리먼트는 에지에서 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트위에서 그리핑하는 하우징 엘리먼트의 에지가 PTC엘리먼트를 밀봉하여 둘러싸도록 실링 스트립의 삽입에 의해 서로 접촉하여 위치된다. 하우징은 바람직하게는 발열 엘리먼트에서 몇몇 PTC가열 엘리먼트의 경우에는 바람직하게는 직사각형이고 스트립형인 평면 컴포넌트로서 구현되고 컴포넌트의 높이는 바람직하게는 대응하는 PTC가열 엘리먼트의 높이보다 크다. 적어도 하나의 하우징 엘리먼트, 즉 하우징 쉘 엘리먼트는 에지에서 PTC가열 엘리먼트를 그리핑하여야 한다. 이러한 에지 측 마운팅은 실링 스트립의 삽입으로 쉘 카운터 엘리먼트에 접촉하여 밀착하여 위치되고 쉘 카운터 엘리먼트는 예컨대 하우징 쉘 같이 구현될 수 있고 또는 평면 스트립으로 필수적으로 구현될 수 있고 따라서 하우징 쉘 엘리먼트의 평행 에지는 필연적으로 PTC가열 엘리먼트의 전체 높이위로 연장된다.

US 6,147,330으로부터, PTC엘리먼트를 수용하기 위한 두 개의 하우징 엘리먼트를 갖는 발열 엘리먼트가 알려져있고, 상기 하우징 엘리먼트는 압축가능한 엘리먼트의 탄성 프리텐셔닝력을 갖는 프리텐션에 의해 유지된다. 따라서, 두 개의 하우징 엘리먼트는 그것들 간에 탄성 압축 엘리먼트를 클램핑하는 서로 겹치는 웨브를 포함한다. 두 개의 하우징 엘리먼트는 압축 엘리먼트를 삽입함으로써 조립시 길이 방향으로 차례로 이동되어야한다. 이러한 압축 엘리먼트는 프리텐션에 의해 다층 PTC엘리먼트의 전극에 접촉하여 라디에이터 엘리먼트를 위치시킨다. 이를 위하여 하우징 엘리먼트는 바닥에서 라디에이터 엘리먼트와 중첩된다.

따라서 US 6, 147, 330에 따른 압축 엘리먼트는 서로에 대하여 라디에이터 엘리먼트의 바닥단이 삽입된 두 개의 하우징 엘리먼트를 프리텐셔닝하는 기계적 프리텐셔닝 수단으로 작용한다.

그러나 주지의 발열 엘리먼트의 구성은 상당한 노력을 요한다. 특히 제조시에 압축 엘리먼트가 하우징 엘리먼트의 각각의 웨브사이에 위치되어 있는 동안 두 개의 하우징 엘리먼트가 길이 방향으로 차례로 이동되도록 하여야 한다. 더욱이, 압축 엘리먼트에 의한 압축력은 전극과 PTC엘리먼트간의 접촉을 양호하게 함에는 불충분하다. 접촉을 양호하게 하는 것은 PTC엘리먼트에 의해 생성된 열을 양호하게 추출하고 전극에서 PTC엘리먼트까지 저항없이 또는 저저항으로 전류를 공급하는데 필수적이다.

본 발명은 외부로부터 층 구조물상에 가해지는 탄성력의 프리텐션에 의하여 PTC엘리먼트에 대하여 눌려지는 스트립 도체에 의하여 전극이 형성된다는 원리를 고수한다 (cf. 특히 EP 0 350 528).

그러나, 본 발명은 스트립 도체와 적어도 하나의 PTC엘리먼트간의 접촉이 양호하고 개선된 방식으로 주위 영역으로부터 전기적으로 절연되는, 프레임을 구비한 대응 보조 히터용의 발열 엘리먼트를 제공한다. 이를 위해, 하우징 엘리먼트의 전측에 제공되는 실링 스트립은 중요하다. 특히 하우징 엘리먼트의 이러한 면들은 대응 하우징 쉘 엘리먼트에 의해 형성되는 적어도 하나의 PTC엘리먼트용 수용 영역을 직접적으로 제한하고, 대응 하우징 쉘 엘리먼트에 의해 형성된 접촉면에 필수적으로 평행하게 연장되고 접촉면과 같은 방향을 갖는, 즉 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트를 위한 수용면내의 하우징 쉘 상에 평면도에서 보일 수 있는 방향을 갖는 하우징 엘리먼트의 전측으로서 고려된다. 실링 스트립은 먼저 하우징 쉘 엘리먼트들을 서로 연결시키고 하우징 쉘 엘리먼트의 접촉면에 대하여 PTC엘리먼트의 보다 강한 프레싱을 가능하게 하도록 압축가능한 방식으로 된 접착 테이프일 수 있다. 즉 실링 스트립에 작용할 수 있는 압축력은 하우징 쉘 엘리먼트를 떨어지게한다. 그러나 실링 스트립은 다른 하나의 하우징 엘리먼트에서 후퇴된 개구와 맞물리는 그루브로서 형성될 수도 있다. 실링 엘리먼트를 위해 실링 방식으로 두 개의 하우징 쉘 엘리먼트사이에 구현된 갭을 브리징하고 더욱이 바람직하게는 서로를 향해 또는 외부로 상기 갭이 오프닝함이 없이 서로로부터 떨어져 하우징 쉘 엘리먼트의 소정의 이동을 가능하게 하는 것이 필수적이다. 본 발명의 관점에서 실링 스트립은 예컨대 상기 전측상에서 지지되는 하우징 쉘 엘리먼트의 대향하는 전측사이에 위치된 실링 엘리먼트일 수 있다. 대안으로 실링 스트립은 하우징 쉘 엘리먼트 또는 하우징 쉘 카운터 엘리먼트와 일체로 형성될 수도 있다. 여기서 특히 그루브-스프링-연결을 고려한다. 이러한 그루브-스프링-연결로써, 스프링은 실링 스트립을 형성한다. 스프링은 두 개의 하우징 엘리먼트가 스트립 도체에 평행하게 연장되는 평면을 가로질러 특정 한계내에서 이동가능하도록 바람직하게는 치수 조정되는 나머지 하나의 하우징 엘리먼트에서 형성된 그루브와 맞물린다. 더욱이 그루브-스프링-연결은 외부로부터 하우징의 내측으로의 직접적인 접속을 방지하고 따라서 본 발명의 관점에서 실링 스트립을 형성한다.

상기한 두 개의 스트립 도체에 평행하게 연장되는 평면을 가로지르는 방향으로 서로에 관하여 두 개의 하우징 엘리먼트의 상기한 이동은 평행하게 제공된 스트립 도체의 거리 조정을 확실히 가능하게 하고 따라서 PTC가열 엘리먼트의, 특히 작업 허용오차는 각각의 스트립 도체에서 PTC가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들의 납작하고 양호한 접촉으로써 분배해야할 필요 없이 보상될 수 있다. 대응 이동 또한, 특정 압축도를 갖고 하우징 엘리먼트의 대향하는 전측사이에서 지지되는 실링 스트립으로부터 유래한다. 여기서, 두 개의 하우징 엘리먼트는 상실되는 하우징의 내부의 실링없이 스트립 도체에 평행하게 연장되는 평면을 가로질러 서로에 대하여 적어도 약간만이 이동가능하다는 것이 중요하다. 이동은 바람직하게는 발열 엘리먼트의 동작에 있어서 서로 다른 두께 및/또는 열적 스트레스의 PTC가열 엘리먼트 때문에 상기 작업 허용오차가 두 개의 하우징 엘리먼트간의 상대적인 이동이 이어질 수 있도록 구현되어야한다. 이를 위하여 단 수십 밀리미터의 이동으로도 충분하다고 전제한다. 이것은 반드시 보다 큰 이동이 구성적으로 금지 되어야 함을 의미하지는 않는다. 발열 엘리먼트는 발열 엘리먼트 및 라디에이터 엘리먼트로 구성되고 압축 응력에 의하여 유지되는 층 구조물이 조립됨에 오히려 적합하고, 따라서 스트립 도체는 임의의 시에 PTC가열 엘리먼트에 접촉하여 위치되고 하우징의 구조적 무결성이 외부로부터 작용하는 압축력에 의해 보장된다.

본 발명의 설명은 PTC가열 엘리먼트의 실링에 관한 한, 여기서 특히 둘레방향으로 시야가 생긴다. 발열 엘리먼트는 보통 적어도 하나의, 바람직하게는 발열 엘리먼트에서 대향하는 측에 접촉하여 위치되는 두 개의 라디에이터 엘리먼트를 포함하는 층 구조물의 스트립형 층을 형성한다. 이것들은 프레임내에서 배치된다. 라디에이터 엘리먼트 및 발열 엘리먼트는 프레임내에서 층 구조물의 직사각형 층처럼 누워있다. 여기서, 하우징은 바람직하게는 발열 엘리먼트의 길이 방향으로는 물론 발열 엘리먼트의 길이 연장을 가로지르는 방향으로 발열 엘리먼트의 층내에서 PTC가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들을 고정하기 위해 제공된다. 이를 위하여, 스페이서등이 하우징에서 제공될 수 있고 소정의 간격으로 차례로 하나의 레벨상에 배치된 PTC가열 엘리먼트를 유지한다.

하우징 엘리먼트는 바람직하게는 높은 절연성 플라스틱, 예컨대 전기적으로 높은 등급의 폴리아미드 또는 테프론으로 형성된다. 각각의 경우에 채용되는 물질은 높은 크리프 저항을 가져야한다. 하우징내에 수용된 PTC엘리먼트용의 CTI값은 적어도 400, 바람직하게는 600이어야 한다. 적어도 하나의 하우징 엘리먼트가 성형된 부분으로 구현되면 인젝션 몰딩에 의해 그것을 그것 주위에 부착함으로써 절연층 및/또는 거기에 고정된 시트 금속 스트립을 제공하는 것이 실용적이다. 여기서 절연층은 정상적으로 PTC가열 엘리먼트의 상측 또는 하측에 평행하게 연장되는 발열 엘리먼트의 외측을 형성한다. 시트 금속 스트립은 바람직하게는 절연층과 그것과 접촉하는 PTC가열 엘리먼트간에 직접적으로 놓여있고 PTC가열 엘리먼트에 전류를 공급하는 역할을 한다. 상기한 몰딩된 부분은 바람직하게는 이미 상기한 전기적으로 매우 높은 등급의 플라스틱의 종래 성형된 플라스틱 부일 수 있다. 대안으로 임의의 경우에 하나의 하우징 엘리먼트는 CIM (세라믹 인젝션 몰딩) 컴포넌트로서 형성될 수 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 하우징 엘리먼트의 제조를 위한 특정 분말을 플라스틱과 혼합하여 인젝션 몰딩 기계로 처리되는 자유 흐름(free-flowing) 서스펜션을 얻는다. 이후 성형된 녹색 컴팩트로부터 바인더가 제거된다. 다음에, 이렇게 얻어진 갈색 컴팩트를 압축하여 소결 세라믹부를 형성한다.

예컨대 소결 세라믹 부로 형성된 하우징 엘리먼트는 몰딩된 플라스틱 하우징 엘리먼트와 협동할 수 있다. 이러한 세라믹 부는 예컨대 평면 플레이트로서 U자형 단면을 갖고 실링 스트립의 삽입과 평행하게 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트를 그리핑하는 성형된 플라스틱 부와 접촉한다. 따라서 단순한 방식으로 PTC엘리먼트를 위한 둘레 절연을 형성한다. 다시 밴드형 세라믹 부가 하우징의 외측을 형성한다. 내측상에는, 보통 세라믹부와 PTC가열 엘리먼트간에 PTC가열 엘리먼트가 직접적으로 위치되고 PTC가열 엘리먼트가 전류를 공급받는 또 다른 시트 금속 스트립이 제공된다.

당연히, 세라믹 컴포넌트로서 PTC가열 엘리먼트를 수용하는 필수적으로 U자형 하우징 엘리먼트를 형성하는 것이 고려될 수 있다. 알루미나로 형성된 소결부로서 세라믹 부를 형성하는 것이 특히 실용적이라는 것이 입증되었다. 마찬가지로, 양 하우징 엘리먼트는 성형된 플라스틱 부로 구현될 수 있다.

각각이 U자형 단면을 갖고 PTC가열 엘리먼트의 일부의 에지를 그리핑하는 동일한 컴포넌트로서 양 하우징 엘리먼트, 즉 하우징 쉘 엘리먼트 및 쉘 카운터 엘리먼트를 구현하는 것이 특히 실용적임이 나타났다. 이 경우에, 하우징 쉘 엘리먼트와 쉘 카운트 엘리먼트는 필수적으로 PTC가열 엘리먼트의 두께의 반의 두께를 갖는다. 쉘 엘리먼트와 같은 하우징 엘리먼트의 각각은 PTC가열 엘리먼트의 일부를 평행하게 둘러싼다. 이러한 실시예는 양 하우징 엘리먼트가 같은 몰드로 제조될 수 있다는 이점을 제공한다. 더욱이, 제품 유통은 물론 상품 관리 및 저장이 하우징이 두 개의 동일한 컴포넌트에 의해 구현되기 때문에 용이하게 된다.

실링 스트립에 의하여 두 개의 하우징 엘리먼트의 실링 컨택트는 발열 엘리먼트의 전기 가열로의 설정 후 외부로부터 발열 엘리먼트에 가해지는 외력에 의해 영향을 받을 수 있다. 이것은 예컨대 EP 0 350 528로부터 알려진 외부로부터 층 구조물상에 가해지는 스프링력일 수 있다.

대안으로 또는 선택적으로, 실링 스트립은 접착 기능을 가질 수도 있고, 따라서 하우징 쉘 엘리먼트와 하우징 카운터 엘리먼트가 실링 스트립에 의해 서로 접착된다. 이러한 접착은 컴포넌트가 고정된 방식으로 서로에 대하여 영구적으로 위치되도록 될 수 있다. 또한 그것이 대향하는 하우징 엘리먼트에 인력을 가하여 특히 PTC가열 엘리먼트 때문에 작업 허용오차는 물론 온도차에 의한 신장력이, 항상 PTC가열 엘리먼트의 상측 또는 하측인 하나의 측에 접촉하여 직접적으로 위치되고 그것에 전류를 공급하는 각각의 시트 금속 스트립을 보통 포함하는 하우징 엘리먼트의 균일한 탄성 프리텐션을 제공하는 실링 스트립에 의해 보상될 수 있도록 실링 스트립을 적용하는 것이 고려될 수 있다. 특히 고압이 인가되면 시트 금속 스트립과 PTC가열 엘리먼트간에 상 계면에서 전류가 PTC가열 엘리먼트에 공급되는 지점에서 어떠한 상당한 경계 저항도 일어나지 않는 것을 주의 하여야 한다. 이를 위해, 바람직하게는 두 개의 하우징 엘리먼트가 프리텐션에 의하여 서로 접촉하여 위치된다. 이러한 프리텐션은 실링 스트립에 의해 생성되거나 바람직하게는 외부로부터 하우징에 가해지는 탄성력에 의해 지배되어, 서로에 관하여 두 개의 하우징 엘리먼트를 충분히 실링하기 위한 실링 스트립의 압축을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 발열 엘리먼트가 예컨대 EP 0 350 528에 따라 층 구조물의 일부로서 프레임내에 스프링 프리텐션하에서 배치되면, 접착 실링 스트립은 두 개의 하우징 엘리먼트를 결합하여 조립 시 보다 용이하게 다루어지고 설정될 수 있는 유닛을 형성한다.

본 발명에 따른 발열 엘리먼트의 바람직한 또 다른 개선은 청구항 2 내지 13에 나타난다.

본 발명에 의해, 프레임과 상기 프레임내에 수용되는 층 구조물을 갖는 전기적 보조 히터가 청구되고, 이러한 전기적 보조 히터는 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 발열 엘리먼트와 상기 발열 엘리먼트에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 라디에이터 엘리먼트를 포함한다. 라디에이터 엘리먼트, 여기서는 바람직하게는 열에 대하여 양호한 도체인 임의의 엘리먼트는 리브에 의하여 라디에이터 엘리먼트에 거슬러 흐르는 공기에, 열전도에 의해 발열 엘리먼트에 의해 유도되는 열을 방산하는 것이 의도된다. 전형적인 라디에이터 엘리먼트는 구불구불한 형태로 굽은 시트 금속 스트립으로 형성되거나 밀려난 알루미늄부로서 형성되고 바람직하게는 그것에 대하여 발열 엘리먼트를 위치시키기 위한 적어도 하나의 평면 접촉면을 갖는다. 본 발명에 따른 전기적 보조 히터의 바람직한 또 다른 개선은 청구항 13 내지 14에 나타난다.

도 1은 발열 엘리먼트의 제 1 실시 예의 단면도를 도시한다.

도 2는 발열 엘리먼트의 제 2 실시 예의 단면도를 도시한다.

도 3은 전기 보조 히터의 라디에이터 엘리먼트를 갖는 본 발명에 따른 발열 엘리먼트의 제 3 실시 예의 단면도를 도시한다.

<도면의 주요부분의 설명>

1 발열 엘리먼트 2 하우징 쉘 엘리먼트

3 쉘 카운터 엘리먼트 4 실링 스트립

5 PTC가열 엘리먼트 6 시트 금속 스트립

7 시트 금속 스트립 8 세라믹 플레이트

9 세라믹 플레이트 10 시트 금속 스트립

11 라디에이터 엘리먼트 20 그루브

21 스프링

H PTC가열 엘리먼트용 지지부의 높이

h PTC가열 엘리먼트의 높이

B PTC가열 엘리먼트의 평행 엔클로저의 폭

b PTC가열 엘리먼트의 폭

본 발명은 첨부 도면을 참조로 한 두 개의 실시 예로써 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1은 발열 엘리먼트(1)의 제 1 실시 예의 단면도를 나타낸다. 도 1을 참 조하면, 발열 엘리먼트(1)는 각각 소결 알루미나 성분으로 구현되는 직사각형의 U자형 하우징 엘리먼트(2, 3)를 포함한다. 서로 마주하여 위치하는 각각의 개별 하우징 엘리먼트(2, 3)의 웨브는 실링 스트립(4)의 삽입으로 전측에서 서로 대하여 위치해있다. 이렇게 형성된 공간은 그 둘레에 전기적으로 실링되고, 열 생성엘리먼트(1)의 (도면을 가로지르는) 길이 방향으로 차례로 배치되는 몇 개의 PTC가열 엘리먼트를 수용한다(다만 단 하나의 가열 엘리먼트(5)가 도시되어있다)

PTC가열 엘리먼트(5)와 두 개의 하우징 엘리먼트(2, 3)사이에는 PTC가열 엘리먼트(5)에 전류를 공급하기 위한 스트립 도체로서 시트 금속 스트립(6, 7)이 제공된다. 대개, 스트립 도체는 하우징 엘리먼트(2, 3의 전단에서 하우징 엘리먼트(2, 3)으로부터 돌출하고 가능하게는 상기 발열 엘리먼트를 둘러싸고 열 생성엘리먼트를 층 구조물내에서 프리텐션하에서 유지하여 전기 프레임 단자를 구현하는 프레임의 외측으로부터 돌출할 수 있다.

실링 스트립(4)의 두께는 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트(5)의 두께에 관하여 일어날 수 있는 작업 허용오차가 상기 두 개의 하우징 엘리먼트의 결합 없이 실링 스트립(4)의 압축에 의해 보상될 수 있도록 선택된다. 이와 관련하여, PTC가열 엘리먼트는 제조에 기인하는 소정의 치수 변화를 겪기 쉽다는 것을 유의하여야 한다. 실링 스트립(4)의 탄성 및 치수가 수정되면 (화살표 h의 방향으로) 두께에 관련된 이러한 작업 허용오차는 실링 스트립의 압축에 의해 보상될 수 있고 따라서 두께에 관하여 일어날 수 있는 편차에 있어서 PTC가열 엘리먼트를 수용하는 내부의 주변이 항상 실링된다.

도 1에 도시된 실시 예에서, 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트를 평행하게 그리핑하는 평행 에지의 폭(B)이 PTC가열 엘리먼트(5)의 폭(b)의 15%보다 넓지 않도록 치수가 선택된다. 세라믹 하우징 엘리먼트(2, 3)의 하측 또는 상측에서의 높이(H)와 PTC가열 엘리먼트(5)의 높이(h)사이에는 0.7 : 10의 비가 된다. 이 경우에 높이(H)는 하우징 엘리먼트(2, 3)의 상측 또는 하측과 시트 금속 스트립(7)에 대한 접촉면을 형성하는 엘리먼트(2, 3)의 내측 사이의 거리로 정의된다. 따라서, 발열 엘리먼트는 비교적 납작하다. PTC가열 엘리먼트(5)를 위한 지지부, 즉 엘리먼트(2, 3)의 세라믹 백은 PTC가열 엘리먼트(5)의 높이의 7.5%이상을 취하지 않는다. 이러한 백 만이 PTC가열 엘리먼트를 위한 지지부를 제공한다.

두 개의 하우징 엘리먼트(2 또는 3)의 서로 마주하는 전측에서 지지되는 압축가능한 플라스틱으로 형성된 실링 스트립을 압축시키면 하부 또는 상부 시트 금속 스트립(6, 7)에 평행하게 연장되는 면을 가로질러 두 개의 하우징 엘리먼트(2, 3)에 대하여 소정의 이동을 일으킨다.

도 2에서 제 2 실시 예의 단면도가 도시된다. 도 1에 도시된 실시 예에 관하여 동일한 구성요소는 동일한 참조번호로 표시된다.

제조를 용이하게 하기 위하여 도 2에 도시된 실시 예 또한 두 개의 같은 하우징 엘리먼트(2, 3)을 갖는다. 에지에 의해 형성된 각각의 하우징 엘리먼트(2, 3)의 전측 중 하나는 그루브(20)를 갖고, 스프링(21)이 나머지 하나의 전측으로부터 돌출된다. 상기 하우징 엘리먼트(2, 3) 중 하나의 스프링(21)은 나머지 하나의 하우징 엘리먼트(3, 2)의 상보적으로 형성된 그루브(20)와 맞물려 하우징(2, 3)의 내부는 실링된다. 이를 위해, 그루브(20)의 폭은 스프링(21)의 두께보다 단지 약간만 크도록 해야한다. 그루브(20)의 깊이 또는 스프링(21)의 길이는 PTC가열 엘리먼트(5)가 하우징내에 수용될 경우, PTC가열 엘리먼트(5)가 시트 금속 스트립(6, 7)에 접촉하여 납작하게 위치되고, 특히 PTC가열 엘리먼트(5)의 측상에서, 작업 허용오차 때문에 또는 수축 및/또는 설정량의 경우 하우징 엘리먼트(2, 3)가 서로를 향하여 적어도 약간 이동될 수 있고 예상되는 작업 오차 또는 열팽창으로써 그루브(20) 또는 스프링(21)이 하우징의 실링을 위해 충분히 중첩되어 맞물리도록 선택된다.

도 3에서, 발열 엘리먼트(1)의 대안의 실시 예가 단면도로 도시된다. 본 실시 예에서도, 하우징 쉘 엘리먼트(2) 뿐만 아니라 쉘 카운터 엘리먼트(3)가 쉘처럼 구현된다. 하우징 엘리먼트(2, 3) 둘 다 몰딩된 플라스틱 부로 만들어지고 몰딩된 플라스틱 부주위에서, 절연층으로서 알루미나 스트립(8) 및 내측에서 알루미나 스트립(8)과 직접적으로 접촉하여 위치되고 PTC가열 엘리먼트(5)와 접촉하는 시트 금속 스트립(10)이 몰딩된다. 알루미나 스트립(8)은 상측 및 하측에서 발열 엘리먼트(1)의 외측을 형성한다. 이러한 방향으로, 발열 엘리먼트(1)는 비교적 얇고 따라서 PTC가열 엘리먼트(5)에 의해 생성된 열은 거의 장애 없이 전도에 의하여 라디에이터 엘리먼트(11)에 이를 수 있다. 도시된 실시 예에서, 라디에이터 엘리먼트(11)는 플라스틱 재의 두 개의 하우징 엘리먼트(2, 3)에 의하여 부가적으로 평행하게 그리핑되어 적절히 유지된다. 특히, 하우징 엘리먼트 주위에서 하우징 엘리먼트를 몰딩함으로써 형성되는 하우징 엘리먼트(2, 3)의 에지가 알루미나 스트 립(8)으로부터 외부로 돌출하고, 알루미나 층(8)을 접촉하여 직접적으로 위치되는 라디에이터 엘리먼트(11)는 도 2에 도시된 층 구조물을 가로질러 이동할 수 없다.

도 3에 나타난 자동차용 전기 보조 히터는 발열 엘리먼트(1)와 라디에이터 엘리먼트(11)를 수용하는 프레임으로 둘러싸여있다. 대개는 복수의 층의 라디에이터 엘리먼트(11) 및 발열 엘리먼트(1)가 제공되어 스프링 프리텐션하에서 프레임내에 유지된다. 이를 위해, 스프링은 프레임의 에지 영역에 수용되거나, 프레임에 일체로 되거나 층 구조물내의 프레임의 중심에 수용될 수 있다. 보통, 라디에이터 엘리먼트(11)는 라디에이터 엘리먼트(1)에 바로 근접하여 배치되고 층 구조물을 두 개의 라디에이터 엘리먼트에 대하여 스프링 프리텐션하에서 유지하는 스프링을 위치시킨다. 이러한 방식으로 형성되는 층 구조물은 프레임내에 노출되고 프레임을 거슬러 흐르는 공기가 그것을 통해 흐를 수 있다. 보통, 프레임을 넘어 외부에까지 개별 시트 금속 스트립을 평행하게 연장시킴으로써 발열 엘리먼트(1)의 전기적 접속이 형성된다.

전기적 보조 히터의 구현을 위해, 평행하게 유입하는 공기, 또한 이러한 공기가 습기나 오염을 야기한다면, PTC가열 엘리먼트에 직접적으로 도달할 수 없도록 둘레 방향으로 PTC가열 엘리먼트(5)를 실링하는 것이 필수적이다. 또한 서로 대향하는 시트 금속 스트립(6)사이에서 일어날 수 있는 누설 전류가 방지될 수 있는 것을 도시하였다. 따라서, 여기서 습기 및/또는 오염된 공기가 발열 엘리먼트에 접촉하지 않고 서로 다른 극성의 스트립 도체간에 전기적 스파크를 일으킬 수 있다면 스트립 도체(6, 7)는 층 구조물을 가로질러 연장되는 프레임의 원재에서 그 자체로 알려진 방식으로 쉽게 노출될 수 있다.

누설 전류를 피하기 위하여, 누설 전류 경로가 극대화 되어야 한다. 도 1의 실시 예의 누설 전류 경로는 하우징 쉘 엘리먼트(2)의 내면을 따라 상부 시트 금속 스트립(6)의 에지로부터, 부분적으로는 하우징 쉘 엘리먼트(2)의 에지부의 전측 위에 그리고 실링 스트립(4)의 부분적인 둘레면위에서 쉘 카운터엘리먼트(3)의 전측에까지 및 이에 더하여 이러한 쉘 카운터 엘리먼트(3)의 내벽에서 에지의 측상에 하부 시트 금속 스트립(7)의 전측에까지 이르는 경로이다. 이러한 누설 전류 경로는 본 실시예에서 고려되는 응용을 위해 500볼트의 전압에서 적어도 2.5mm이어야 한다. 누설 전류 경로는 실링 스트립(4)내에서 형성되면 예컨대 하우징 엘리먼트(2, 3)의 전측에서 윤곽을 형성함으로써 확대될 수 있다. 대안으로 누설 전류 경로를 연장하기 위해 두 개의 하우징 엘리먼트(2, 3)의 내벽이 윤곽 형성될 수 있다. 마찬가지로, 시트 금속 스트립의 폭은 임의의 경우에 PTC가열 엘리먼트(5)의 정확한 치수로 줄어들 수 있다. 동일한 이유로, 도 3에 도시된 시트금속 스트립(10)주위를 몰딩하지 않을 수 있고 세라믹 플레이트(8)상에 대신 위치될 수 있다. 특히 발열 엘리먼트가 프레임내에서 층 구조물의 일부로서 배치되어 열 생성의 개별층 및 열 발산 층 구조물이 적어도 하나의 스프링의 압력하에 프레임내에 유지되는 EP 0 350 528과 마찬가지의 보조 히터를 형성한다면 이러한 실시 예는 그 자체로 유용하다.

본 발명은 상기한 실시 예로 제한되지 않는다. 압축가능한 실링 스트립(4)은 플라스틱으로 형성된 하우징 엘리먼트(2, 3)의 각각과 일체로 구현될 수 있다. 특히, 서로에 관하여 하우징 엘리먼트(2, 3)의 실링 및 상대적인 움직임을 가능하게 하도록 본질적으로 충분히 압축가능한 열가소성 엘라스토머에 의한 하우징 (2, 3)의 각 실시 예가 고려된다. 도 1에 따른 높이(H) 및 폭(B)을 의미하는 하우징 엘리먼트(2, 3)의 두께는 1.5mm를 초과해야 한다. 이러한 치수에 대하여 안정성의 이유로 어느 경우이든 0.45mm의 보다 낮은 제한이 현재 고려된다.

Claims

적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트(5) 및 상기 PTC가열 엘리먼트(5)를 둘러싸는 절연 하우징(2, 3) 그리고 대향측에서 상기 PTC가열 엘리먼트(5)에 접촉하여 위치하는 전기 스트립 도체(6, 7, 10)을 포함하는 특히 자동차의 전기 보조 히터내에서 공기를 가열하기 위한 발열 엘리먼트(1)로서,

상기 하우징(2, 3)은 상기 하우징 엘리먼트(2, 3)의 서로 마주하는 전측을 브리징하는 실링 스트립(4, 21)이 삽입되고 서로에 대하여 위치된 하우징 쉘 엘리먼트(2) 및 쉘 카운터 엘리먼트(3)를 포함하고,

상기 실링 엘리먼트는 외부로부터 상기 발열 엘리먼트(1)에 가해지고 상기 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트에 대하여 상기 스트립 도체(6, 7, 10)를 누르는 압축력으로써 상기 하우징 엘리먼트(2, 3)를 실링하고 상기 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트를 실링하게끔 둘러싸는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항에 있어서, 상기 실링 스트립(4, 21)은 상기 실링의 유지로써 상기 하우징 엘리먼트(2, 3)가 상기 스트립 도체(6, 7, 10)에 평행하게 연장되는 면을 가로지르는 방향으로 서로에 대하여 다소 이동가능하도록 구현되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 하우징 쉘 엘리먼트(2) 및 상기 하우 징 카운터 엘리먼트(3)는 상기 실링 스트립(4)에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 엘리먼트(2, 3) 중 적어도 하나는 소결 세라믹 부(8)로 구현되고 스트립 도체로서 시트 금속 스트립(6, 7)이 상기 PTC가열 엘리먼트(5)에 인접한 상기 세라믹 부(8)상에 위치되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 부(8, 9)는 알루미나로 형성된 소결부인 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 절연층(8) 및/또는 상기 절연층(8) 주위에서 상기 절연층(8)을 몰딩함으로써 상기 절연층(8)에 고정된 시트 금속 스트립(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 쉘 엘리먼트(2) 및 상기 쉘 카운터 엘리먼트(3)는 필수적으로 상기 PTC가열 엘리먼트(5)의 두께의 반을 그리핑하는 쉘 엘리먼트로 구현되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 6 항에 있어서, 상기 하우징 쉘 엘리먼트(2) 및 상기 쉘 카운터 엘리먼 트(3)는 동일한 디자인을 갖는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실링 스트립(4)은 상기 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트(5)의 두께에 관하여 가능한 작업 허용오차가 상기 두 개의 하우징 엘리먼트(2, 3)의 결합 없이 압축에 의해 보상될 수 있도록 치수결정 되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실링 스트립은 하우징 엘리먼트(2, 3)으로부터 돌출하고 상기 다른 하나의 하우징 엘리먼트(3, 2)에서 구현된 그루브(20)와 맞물리는 스프링(21)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 엘리먼트(2, 3)에 의해 형성되고 상기 적어도 하나의 PTC가열 엘리먼트(5)를 평행하게 그리핑하는 에지(B)는 1.5mm보다 넓지 않는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 엘리먼트(2, 3)에 의해 형성된 상기 PTC가열 엘리먼트(5)용 지지부는 상기 PTC가열 엘리먼트(5)의 상기 높이의 10%보다 높지 않고, 바람직하게는 5%보다 높지 않는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PTC가열 엘리먼트(5)의 상기 지지부는 상기 시트 금속 스트립(10) 및/또는 상기 세라믹 부(8)에 의해 배타적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 적어도 하나의 발열 엘리먼트(1) 및 상기 발열 엘리먼트(1)에 평행하게 연장되는 적어도 하나의 라디에이터 엘리먼트(11)를 포함하고, 프레임 및 상기 프레임에 수용되는 층 구조물을 갖는 전기 보조 히터로서, 스프링 프리텐션하에서 상기 프레임내에서 상기 층 구조물을 유지하는 스프링의 힘에 의해 상기 압축력이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 보조 히터.
제 14 항에 있어서, 상기 층 구조물은 스프링 프리텐션하에서 상기 프레임내에 유지되는 것을 특징으로 하는 전기 보조 히터.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 하우징 쉘 엘리먼트(2) 및 상기 하우징 쉘 엘리먼트(2)에 연계된 하우징 카운터 엘리먼트(3)는 상기 스프링의 힘에 의해 상기 실링 스트립(4)에 의해 서로 대하여 실링되게끔 배치되는 것을 특징으로 하는 발열 엘리먼트.