EP0573691B1 - Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizkörpers - Google Patents

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EP0573691B1
EP0573691B1 EP19920109860 EP92109860A EP0573691B1 EP 0573691 B1 EP0573691 B1 EP 0573691B1 EP 19920109860 EP19920109860 EP 19920109860 EP 92109860 A EP92109860 A EP 92109860A EP 0573691 B1 EP0573691 B1 EP 0573691B1
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EP
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hollow body
section
curved
pressing
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Franz Bohlender
Josef David
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DBK David and Baader GmbH
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    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
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    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method for a PTC heater according to claim 1.
  • an electric heater which contains a PTC element which is pressed into a hollow extruded profile.
  • the narrow sides of the extruded profile are pressed together on both sides in such a way that they assume an approximately bell-shaped contour in cross section.
  • the deformed narrow sides create a spring effect between the top and bottom surface of the extruded profile and thus clamp the PTC element firmly.
  • the present invention is based on the object of specifying a production method for a PTC radiator with which a well-defined contact pressure can be achieved in a simple manner.
  • the shape of the extruded profile thus produced ensures that even with dimensional tolerances in the PTC element and in the extruded profile, as well as tolerances in the movement of the die, there are only slight deviations in the contact pressure.
  • the web and the outwardly curved sections give in when pressed when a force is reached which is necessary to deform the material inelastically, without the force being increased significantly with a further movement of the die.
  • a defined contact pressure is retained, which is determined by the spring action of the web and the curved section.
  • the hollow extruded profile is pressed outside the webs in the region of the curved sections, as seen from the axis of symmetry. Compression at this point is particularly favorable because the webs can be deformed better when they are inclined outwards due to the deformation of the curved regions.
  • an extruded profile which has a web with a height which corresponds approximately to half the inside height of the hollow body before the pressing.
  • a radiator with the specified aspect ratio has sufficient rigidity in its structure so that the PTC element is not damaged during pressing.
  • the inelastic deformation of the curved sections takes place in such a way that the spring action is particularly good.
  • an extruded profile is used in which the curved section is at least the clear height of the hollow body stands laterally beyond the web.
  • the legs or end points of the U-shaped to part-circular curved sections almost touch after the pressing. This extremely strong curvature of the curved section leads to particularly good spring properties.
  • an extruded profile is used, in which the base surface is provided with lateral flanges which protrude beyond the web and the curved section on both sides.
  • the side flanges enlarge the base area of the PTC radiator, whereby better heat extraction is achieved.
  • an extruded profile is used in which the top surface is circular sector-shaped in cross-section, the rounded side being on the outside.
  • a cover surface shaped in this way prevents a wave formation during the pressing in the central region of the hollow body profile, which lies flat on the PTC element, thereby ensuring optimal heat extraction from the PTC element to the cover surface.
  • the radiator has an extruded profile 1, with an essentially rectangular and flat base plate 2, which is provided with lateral flanges 3 along its long sides.
  • the flanges 3 are formed in one piece with the base plate 2 and enlarge the base area of the PTC radiator.
  • the base surface has two vertical webs 4 running in the longitudinal direction. Each web 4 is followed by an approximately U-shaped to partially circular curved section 5.
  • the lower leg ends of the curved sections 5 form an approximately right angle with the outer wall of the webs, as seen from the axis of symmetry.
  • the curved sections 5 extend in the longitudinal direction over the entire length of the radiator.
  • the two upper leg ends are connected to one another via a flat cover surface 6, which lies opposite the base surface.
  • the cover surface 6 has a circular sector-shaped shape in cross section, the outer side being rounded.
  • the extruded profile is mirror-symmetrical.
  • a cavity is formed in the interior of the extruded profile, the clear height H of which corresponds to the height h of the web before pressing in a ratio of about 2: 1.
  • a PTC element is arranged in the cavity in the area between the webs 4.
  • the PTC element is a cuboid plate, the dimensions of which are preferably chosen so that the space available between the webs is completely or almost completely filled.
  • the thickness of the cuboid PTC element is somewhat larger (approx. 20%) than the height h of the webs 4, so that the PTC element projects slightly beyond the webs 4 vertically.
  • the PTC element 8 is provided in a manner not shown on the top and bottom surface with a metallic electrode and this unit, consisting of PTC element 8 and electrodes, is encased in a tubular Kapton film.
  • the PTC heater of Figure 1 is shown after the mechanical deformation (pressing).
  • the pressing is carried out on the lines P, which are seen from the axis of symmetry on the edge of the webs 4 or just at the webs 5 outside the webs 4 in the region of the curved sections 5. Due to the pressure applied, the curved sections 5 are pressed together until their legs or end points almost touch. The pressing is continued even if the inner surfaces of the cover surface have already touched the PTC element. The central areas of the curved sections experience the greatest inelastic deformation. If the stamp is pressed further down, the lower leg ends are bent in the direction of the base plate. In this case, the webs 4 standing vertically before the pressing are inelastically deformed, namely bent outwards.
  • a particularly favorable deformation of the webs is when the webs make an angle of preferably 20 ° with the vertical.
  • the circular sector-shaped cross section of the top surface 6 of the extruded profile causes reinforcement in the central region of the top surface. This reinforcement does not deform the top surface during pressing. This is extremely important, since the smooth support of the top surface on the top of the PTC element is a prerequisite for good heat extraction.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für einen PTC-Heizkörper gemäß Anspruch 1.
  • Aus der DE GM 78 38 558 ist ein elektrischer Heizkörper bekannt, welcher ein PTC-Element enthält, das in ein Hohlkörper-Strangpreßprofil eingepreßt ist. Bei der Herstellung eines solchen Heizkörpers werden die Schmalseiten des Strangpreßprofils beidseitig derart zusammengepreßt, daß sie im Querschnitt eine etwa glockenförmige Kontur annehmen. Die verformten Schmalseiten erzeugen zwischen der Deck- und Grundfläche des Strangpreßprofils eine Federwirkung und spannen damit das PTC-Element fest ein. Bei der Herstellung dieses Heizkörpers ist es jedoch schwierig, den Druck, mit dem das PTC-Element im Hohlprofil eingeklemmt ist, genau zu definieren. Es besteht sogar die Gefahr, daß das PTC-Element beim Zusammendrücken der Schmalseiten überbeansprucht wird und dadurch dauerhaft beschädigt wird. Bei zu geringem Anpreßdruck ist hingegen die Wärmeübertragung und eventuell auch der elektrische Kontakt ungenügend.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungs-verfahren für einen PTC-Heizkörper anzugeben, mit dem auf einfache Weise ein gut definierter Anpreßdruck erzielbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die Formgebung des so hergestellten Strangpreßprofils wird auf einfache Weise erreicht, daß auch bei Maßtoleranzen im PTC-Element und im Strangpreßprofil sowie bei Toleranzen in der Bewegung des Prägestempels nur geringe Abweichungen im Anpreßdruck entstehen. Der Steg und die nach außen gekrümmten Abschnitte geben beim Verpressen bei Erreichen einer Kraft, die notwendig ist, um das Material unelastisch zu verformen, nach, ohne daß die Kraft bei einer weiteren Bewegung des Prägestempels wesentlich erhöht wird. Beim anschließenden Zurückziehen des Prägestempels bleibt ein definierter Anpreßdruck erhalten, der durch die Federwirkung des Stegs und des gekrümmten Abschnitts festgelegt ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Verpressung des Hohlkörper-Strangpreßprofils von der Symmetrieachse aus gesehen außerhalb der Stege im Bereich der gekrümmten Abschnitte. Eine Verpressung an dieser Stelle ist besonders günstig, weil sich damit die Stege besser verformen lasen wenn sie durch die Verformung der gekrümmten Bereiche nach außen geneigt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Verfahrens wird ein Strangpreßprofil verwendet, welches einen Steg mit einer Höhe aufweist, die in etwa der halben lichten Höhe des Hohlkörpers vor dem Verpressen entspricht. Ein Heizkörper mit dem angegebenen Längenverhältnis besitzt einerseits eine ausreichende Steifigkeit in seinem Aufbau, damit das PTC-Element beim Verpressen nicht beschädigt wird. Andererseits erfolgt die unelastische Verformung der gekrümmten Abschnitte derart, daß die Federwirkung besonders gut ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Strangpreßprofil verwendet, bei dem der gekrümmte Abschnitt um mindestens die lichte Höhe des Hohlkörpers seitlich über den Steg hinaus steht. Dadurch wird die Federwirkung eines so ausgeformten gekrümmten Abschnitts ebenfalls verbessert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel berühren sich nach dem Verpressen die Schenkel bzw. Endpunkte der U-förmig bis teilkreisförmig gekrümmten Abschnitte nahezu. Diese extrem starke Krümmung des gekrümmten Abschnitts führt zu besonders guten Federeigenschaften.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird ein Strangpreßprofil verwendet, bei dem die Grundfläche mit seitlichen Flanschen versehen ist, welche auf beiden Seiten über den Steg und den gekrümmten Abschnitt überstehen. Die seitlichen Flansche vergrößern die Grundfläche des PTC-Heizkörpers, wobei eine bessere Wärmeauskopplung erzielt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Strangpreßprofil verwendet, bei dem die Deckfläche im Querschnitt kreissektorförmig ist, wobei die abgerundete Seite außenliegt. Eine so geformte Deckfläche verhindert während des Verpressens eine Wellenbildung in dem mittigen Bereich des Hohlkörperprofils, der auf dem PTC-Element glatt aufliegt, wodurch eine optimale Wärmeauskopplung von dem PTC-Element zur Deckfläche sichergestellt ist.
  • Ein gemäss der Erfindung hergestelltes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines PTC-Heizkörpers wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, welche zeigen:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch einen PTC-Heizkörper vor dem Verpressen des Strangpreßprofils, und
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch den PTC-Heizkörper nach dem Verpressen des Strangpreßprofils.
  • Der Heizkörper weist ein Strangpreßprofil 1 auf, mit einer im wesentlichen rechteckförmigen und ebenen Grundplatte 2, die entlang ihrer Längsseiten mit seitlichen Flanschen 3 versehen ist. Die Flansche 3 sind einstückig mit der Grundplatte 2 ausgebildet und vergrößern die Grundfläche des PTC-Heizkörpers. Die Grundfläche weist zwei in Längsrichtung verlaufende senkrecht stehende Stege 4 auf. An jeden Steg 4 schließt sich ein etwa U-förmig bis teilkreisförmig gebildeter gekrümmter Abschnitt 5 an. Die unteren Schenkelenden der gekrümmten Abschnitte 5 bilden mit den von der Symmetrieachse aus gesehen außenliegenden Wand der Stege einen in etwa rechten Winkel. Die gekrümmten Abschnitte 5 erstrecken sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Heizkörpers. Die beiden oberen Schenkelenden sind über eine ebene Deckfläche 6, welche der Grundfläche gegenüberliegt, miteinander verbunden. Die Deckfläche 6 weist eine im Querschnitt kreissektorförmige Form auf, wobei die außenliegende Seite abgerundet ist.
  • Insgesamt gesehen ist das Strangpreßprofil spiegelsymmetrisch ausgebildet.
  • Im Innern des Strangpreßprofils ist ein Hohlraum ausbildet, dessen lichte Höhe H zu der Höhe h des Steges vor dem Verpressen in einem Verhältnis von etwa 2:1 steht. In dem Hohlraum ist in dem Bereich zwischen den Stegen 4 ein PTC-Element angeordnet. Das PTC-Element ist eine quaderförmige Platte, deren Abmessungen vorzugsweise so gewählt sind, daß der zwischen den Stegen zur Verfügung stehende Zwischenraum vollständig oder nahezu vollständig ausgefüllt ist. Die Dicke des quaderförmigen PTC-Elements ist etwas größer (ca. 20 %) als die Höhe h der Stege 4, so daß das PTC-Element vertikal etwas über die Stege 4 hinaussteht. Das PTC-Element 8 ist in nicht näher dargestellter Weise auf der Deck- und Grundfläche noch mit je einer metallischen Elektrode versehen und diese Einheit, bestehend aus PTC-Element 8 und Elektroden, ist in eine schlauchförmige Kaptonfolie eingehüllt.
  • In Figur 2 ist der PTC-Heizkörper der Figur 1 nach der mechanischen Verformung (Verpressung) dargestellt. Die Verpressung ist an den Linien P, welche sich von der Symmetrieachse aus gesehen am Rande der Stege 4 oder knapp an den Stegen 5 außerhalb der Stege 4 im Bereich der gekrümmten Abschnitte 5 befinden, erfolgt. Durch den angelegten Druck werden die gekrümmten Abschnitte 5 soweit zusammengepreßt, bis sich ihre Schenkel bzw. Endpunkte nahezu berühren. Die Verpressung wird auch dann noch weitergeführt, wenn sich die Innenflächen der Deckfläche bereits an das PTC-Element angelegt hat. Dabei erfahren die mittigen Bereiche der gekrümmten Abschnitte die größte unelastische Verformung. Wird der Prägestempel noch weiter nach unten gedrückt, werden die unteren Schenkelenden in Richtung der Bodenplatte abgebogen. Dabei werden auch die vor dem Verpressen senkrecht stehenden Stege 4 unelastisch verformt, nämlich nach außen gebogen. Eine besonders günstige Verformung der Stege ist diejenige, wenn die Stege einen Winkel von vorzugsweise 20° mit der Senkrechten einnehmen.
  • Durch die starke Verformung, nachdem sich die Deckfläche 6 bereits an das PTC-Element 8 angelegt hat, ergibt sich eine Federwirkung, die das PTC-Element 8 dauerhaft und fest umklammert. Trotzdem wird das PTC-Element 8 nicht mit zu hoher Kraft beim Verpressen beansprucht, da das Material durch den Gegendruck, den das PTC-Element 8 ausübt, nachgeben kann, was auf die hier vorliegende Formgebung zurückzuführen ist.
  • Der kreissektorförmige Querschnitt der Deckfläche 6 des Strangpreßprofils bewirkt eine Verstärkung in dem mittigen Bereich der Deckfläche. Durch diese Verstärkung wird die Deckfläche während des Verpressens nicht verformt. Dies ist von außerordentlicher Wichtigkeit, da die glatte Auflage der Deckfläche auf der Oberseite des PTC-Elements eine Voraussetzung für eine gute Wärmeauskopplung ist.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines PTC-Heizkörpers mit einem Hohlkörper-Strangpreßprofil (1) aus Metall, vorzugsweise Aluminium, und mit einem darin eingepreßten PTC-Element (8), wobei das Strangpreßprofil (1) eine Grundfläche (2) aufweist, auf der zwei sich in Längsrichtung erstreckende Stege (4) angeordnet sind, die vor dem Verpressen etwa senkrecht zur Ebene der Grundfläche (2) stehen, und die Stege (4) über nach außen etwa U-förmig bis halbkreisförmig gekrümmte Abschnitte (5) mit einer Deckfläche (6) verbunden sind und das Verfahren folgenden Schritt umfaßt:
    Verformen des Strangpreßprofils (1) derart, daß sich der Krümmungsradius der gekrümmten Abschnitte (5) verringert, daß die Stege (4) gegenüber der Senkrechten um einen Winkel von etwa 10° bis 30°, vorzugsweise 20°, nach außen geneigt sind, und daß die Deckfläche in Anlage mit dem PTC-Element (8) gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verpressung von der Symmetrieachse aus gesehen außerhalb der Stege (4) im Bereich der gekrümmten Abschnitte (5) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörperpreßprofil verwendet wird, dessen Steg (4) eine Höhe (h) aufweist, die etwa der halben lichten Höhe (H) des Hohlkörpers vor dem Verpressen entspricht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörperpreßprofil verwendet wird, dessen gekrümmte Abschnitte (5) um mindestens die lichte Höhe (H) des Hohlkörpers seitlich über den Steg (4) überstehen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schenkel bzw. Endpunkte der U-förmig bis halbkreisförmig gekrümmten Abschnitte (5) nach dem Verpressen nahezu berühren.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper-Strangpreßprofil verwendet wird, dessen Grundfläche (2) mit seitlichen Flanschen (3) versehen ist, welche auf beiden Seiten über den Steg (4) und den gekrümmten Abschnitt (5) überstehen.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlkörper-Strangpreßprofil verwendet wird, dessen Deckfläche (6) eine im Querschnitt kreissektorförmige, mit der abgerundeten Seite nach außen liegende Form aufweist.
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