DE202011110647U1

DE202011110647U1 - Electric vehicle heater

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Publication number: DE202011110647U1
Application number: DE202011110647.4U
Authority: DE
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: EP2609376A2; WO2012025111A2; WO2012025111A3; CN103228998A; DE102010037132A1

Abstract

Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (1), mit: zumindest einem, im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten keramischen PTC-Heizelement (2), das eine erste Hauptoberfläche (2a) und eine dieser gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche (2b) aufweist; einer metallischen ersten Kontaktierungsschicht (4), die die erste Hauptoberfläche (2a) im Wesentlichen vollflächig elektrisch kontaktiert; einer metallischen zweiten Kontaktierungsschicht (3), die die zweite Hauptoberfläche (2b) im Wesentlichen vollflächig elektrisch kontaktiert; einer elektrisch isolierenden, keramischen ersten Isolierungsstruktur (5), die eine von der ersten Hauptoberfläche (2a) abgewandte Seite der ersten Kontaktierungsschicht (4) bedeckt; und einer elektrisch isolierenden, keramischen zweiten Isolierungsstruktur (6), die eine von der zweiten Hauptoberfläche (2b) abgewandte Seite der zweiten Kontaktierungsschicht (3) bedeckt, wobei das PTC-Heizelement (2), die erste Kontaktierungsschicht (4), die zweite Kontaktierungsschicht (3), die erste Isolierungsstruktur (5) und die zweite Isolierungsstruktur (6) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.An electric vehicle heater (1) comprising: at least one substantially plate-shaped ceramic PTC heating element (2) having a first major surface (2a) and a second major surface (2b) opposite thereto; a metallic first contacting layer (4) electrically contacting the first main surface (2a) substantially over the entire area; a metallic second contacting layer (3) electrically contacting the second main surface (2b) substantially over the entire area; an electrically insulating ceramic first insulating structure (5) covering a side of the first contacting layer (4) remote from the first main surface (2a); and an electrically insulating, ceramic second insulation structure (6) covering a side of the second contacting layer (3) remote from the second main surface (2b), the PTC heating element (2), the first contacting layer (4), the second contacting layer (3), the first insulation structure (5) and the second insulation structure (6) are materially interconnected.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung mit zumindest einem keramischen PTC-Heizelement. The present invention relates to a vehicle electric heater having at least one ceramic PTC heater.

Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Straßenfahrzeugen, ist es üblich, eine Fahrzeug-Heizvorrichtung bereitzustellen, mit der ein Beheizen einer Fahrgastzelle und gegebenenfalls weiterer Bereiche ermöglicht wird. In herkömmlichen Straßenfahrzeugen wurde zu diesem Zweck üblicherweise die Abwärme von einem Verbrennungsmotor genutzt, die über eine Motorkühlflüssigkeit und einen Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher zu einem Teil auf Luft übertragen wird, die einem Innenraum zu dessen Konditionierung zugeführt wird. In vehicles, in particular in road vehicles, it is common to provide a vehicle heater, with the heating of a passenger compartment and possibly other areas is made possible. In conventional road vehicles for this purpose, usually the waste heat from an internal combustion engine was used, which is transmitted via an engine coolant and a liquid-to-air heat exchanger to a part of air, which is supplied to an interior to the conditioning.

Insbesondere aufgrund der Entwicklung von immer verbrauchsoptimierteren kraftstoffbetriebenen Antriebsmotoren, bei denen die Abwärme in vielen Betriebszuständen nicht mehr zu einer ausreichenden Beheizung des Innenraums ausreicht, werden in immer größerem Umfang Zuheizer verbaut, die zusätzlich Heizleistung bereitstellen. Ferner findet vermehrt eine Entwicklung von Elektrofahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben werden, und sogenannten Hybrid-Fahrzeugen, die sowohl einen elektrischen Antriebsmotor als auch einen Verbrennungsmotor aufweisen, statt. Auch bei diesen Fahrzeugen stellen die Antriebskomponenten zumindest bei vielen Betriebszuständen keine ausreichende Wärme zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums bereit. In particular, due to the development of increasingly fuel-efficient fuel-powered drive motors, in which the waste heat is no longer sufficient in many operating conditions to a sufficient heating of the interior, heaters are installed to an ever greater extent, which provide additional heating power. Further, development of electric vehicles which are driven purely by electricity and so-called hybrid vehicles having both an electric drive motor and an internal combustion engine are increasingly taking place. Even with these vehicles, the drive components do not provide sufficient heat for heating a vehicle interior, at least in many operating states.

Als Heizvorrichtungen zur Beheizung von Fahrzeuginnenräumen können brennstoffbetriebene Heizgeräte, die oftmals mit demselben Brennstoff wie ein Verbrennungsmotor des Fahrzeugs betrieben werden, oder auch elektrische Heizvorrichtungen, die unter Aufnahme von elektrischer Energie Wärmeenergie bereitstellen, zum Einsatz kommen. Als elektrische Heizvorrichtungen kommen dabei insbesondere Widerstandsheizer zum Einsatz, die elektrische Energie in ohmsche Wärme umsetzen. Besonders häufig kommen dabei sogenannte PTC-Heizelemente zum Einsatz, die eine Widerstands-Temperatur-Charakteristik aufweisen, die im Bereich eines Arbeitspunkts einen steilen Anstieg des elektrischen Widerstands bei ansteigender Temperatur zeigen. Diese üblicherweise keramischen PTC-Heizelemente weisen dabei weitestgehend selbstregelnde Eigenschaften auf, die aufgrund der Widerstands-Temperatur-Charakteristik ein zu starkes Erhitzen über vorgegebene Grenztemperaturen verhindern. Die elektrischen Widerstandsheizelemente werden dabei herkömmlich derart angeordnet, dass eine elektrische Spannung führende Komponenten in unmittelbarem Kontakt mit Luft stehen, die einem Innenraum des Fahrzeugs zugeführt wird. As heating devices for heating vehicle interiors, fuel-operated heaters, which are often operated with the same fuel as an internal combustion engine of the vehicle, or electric heaters that provide heat energy by absorbing electrical energy can be used. In particular, resistance heaters used to convert electrical energy into ohmic heat are used as electric heaters. So-called PTC heating elements which have a resistance-temperature characteristic which, in the region of a working point, show a steep increase in the electrical resistance with increasing temperature are particularly frequently used. These usually ceramic PTC heating elements have largely self-regulating properties that prevent excessive heating above predetermined limit temperatures due to the resistance-temperature characteristic. The electrical resistance heating elements are conventionally arranged such that a component carrying electrical voltage is in direct contact with air, which is supplied to an interior of the vehicle.

Insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen existieren üblicherweise ein Hochspannungsbordnetz mit Versorgungsspannungen im Bereich von mehreren Hundert Volt und ein Niederspannungsbordnetz mit typischerweise einer Versorgungsspannung von z.B. 12 Volt nebeneinander. Bei derartigen Fahrzeugen sind oftmals Zuheizleistungen im Bereich größer als 2 kW bis über 6 kW erwünscht. Das Bereitstellen der gewünschten Heizleistung mit elektrischen Heizelementen, die über das Niederspannungsbordnetz versorgt werden, stößt dabei auf Grenzen, die unter anderem durch hohe erforderliche Ströme und kostspielige Spannungswandler bedingt sind. Das Betreiben konventioneller elektrischer Heizelemente mit dem Hochspannungsbordnetz ist im Hinblick auf die erforderliche Insassensicherheit bedenklich, sodass zusätzliche elektrische Isolierungen erforderlich werden. Eine Isolierung mit zusätzlichen Isolationsschichten verschlechtert oftmals den Wärmedurchgangskoeffizienten für die Wärmeauskopplung deutlich, da vermehrt Wärmeübergangswiderstände ausgebildet werden. Ferner tritt das Problem auf, dass sich die elektrische Kontaktierung von PTC-Heizelementen aufgrund von z.B. thermischen Ausdehnungsprozessen der PTC-Heizelemente im Betrieb verschlechtern kann. Particularly in electric or hybrid vehicles, there is usually a high voltage electrical system with supply voltages in the range of several hundred volts and a low voltage electrical system with typically a supply voltage of e.g. 12 volts next to each other. In such vehicles, auxiliary heating powers in the range greater than 2 kW to over 6 kW are often desired. The provision of the desired heating power with electrical heating elements, which are supplied via the low-voltage on-board network, encounters limits, which are caused inter alia by high required currents and costly voltage transformers. The operation of conventional electrical heating elements with the high-voltage onboard power supply is questionable in terms of the required occupant safety, so that additional electrical insulation is required. Insulation with additional insulation layers often worsens the heat transfer coefficient for the heat extraction significantly, since more heat transfer resistances are formed. Furthermore, the problem arises that the electrical contacting of PTC heating elements due to e.g. Thermal expansion processes of the PTC heating elements in operation can deteriorate.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung bereitzustellen, bei der ein Betrieb von PTC-Heizelementen mit einem Hochspannungsbordnetz bei einem hohen Maß an Insassensicherheit ermöglicht ist und gleichzeitig eine beständige Kontaktierung des PTC-Heizelements und eine gute Wärmeauskopplung von dem PTC-Heizelement erreicht werden. It is an object of the present invention to provide an electric vehicle heating device, in which an operation of PTC heating elements is provided with a high-voltage electrical system with a high degree of occupant safety and at the same time a stable contacting of the PTC heating element and a good heat extraction from the PTC Heating element can be achieved.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The object is achieved by an electric vehicle heating device according to claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims.

Die elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung weist auf: zumindest ein, im Wesentlichen plattenförmig ausgebildetes keramisches PTC-Heizelement, das eine erste Hauptoberfläche und eine dieser gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist; eine metallische erste Kontaktierungsschicht, die die erste Hauptoberfläche im Wesentlichen vollflächig elektrisch kontaktiert; eine metallische zweite Kontaktierungsschicht, die die zweite Hauptoberfläche im Wesentlichen vollflächig elektrisch kontaktiert; eine elektrisch isolierende, keramische erste Isolierungsstruktur, die eine von der ersten Hauptoberfläche abgewandte Seite der ersten Kontaktierungsschicht bedeckt; und eine elektrisch isolierende, keramische zweite Isolierungsstruktur, die eine von der zweiten Hauptoberfläche abgewandte Seite der zweiten Kontaktierungsschicht bedeckt. Das PTC-Heizelement, die erste Kontaktierungsschicht, die zweite Kontaktierungsschicht, die erste Isolierungsstruktur und die zweite Isolierungsstruktur sind stoffschlüssig miteinander verbunden. The vehicle electric heater has at least one substantially plate-shaped ceramic PTC heating element having a first major surface and a second major surface opposite thereto; a metallic first contacting layer electrically contacting the first major surface substantially over the entire area; a metallic second contacting layer electrically contacting the second major surface substantially over the entire area; an electrically insulating ceramic first insulating structure covering a side of the first contacting layer remote from the first main surface; and an electrically insulating, ceramic second insulating structure covering a side of the second contacting layer remote from the second main surface. The PTC heating element, the first contacting layer, the second contacting layer, the first insulating structure and the second insulation structure are materially interconnected.

Unter einem keramischen PTC-Heizelement wird ein keramisches Heizelement verstanden, dass in einem Temperaturbereich in der Nähe eines Arbeitspunktes eine Widerstands-Temperatur-Charakteristik aufweist, bei der mit steigender Temperatur ein starker Anstieg des elektrischen Widerstands auftritt. Es sind insbesondere z.B. derartige keramische PTC-Heizelemente auf der Basis von BaTiO₃ bekannt. Derartige keramische PTC-Heizelemente weisen bei Anlegen einer konstanten Versorgungsspannung ein weitestgehend selbstregelndes Verhalten auf, da mit einer zunehmenden Erwärmung ein Anstieg des elektrischen Widerstands einhergeht und somit die elektrische Leistungsaufnahme und damit auch die Heizleistung sinkt. Solange viel Wärme von dem PTC-Heizelement abgeführt wird, bleibt der elektrische Widerstand relativ niedrig und es wird viel Heizleistung bereitgestellt. Wenn allerdings nur wenig oder keine Heizleistung abgeführt wird, steigt die Temperatur des PTC-Heizelements und mit dieser der elektrische Widerstand, sodass weniger elektrische Leistungsaufnahme die Folge ist. Bei entsprechender Auslegung kann in dieser Weise eine Überhitzung über eine vorgegebene Grenztemperatur zuverlässig unterbunden werden. Unter „im Wesentlichen plattenförmig“ wird dabei verstanden, dass das PTC-Heizelement zwei sich gegenüberliegende Hauptoberflächen aufweist, die deutlich größer als die anderen Oberflächen des PTC-Heizelements sind. Das PTC-Heizelement kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die beiden Hauptoberflächen parallel zueinander verlaufen. Die Hauptoberflächen können dabei z.B. im Wesentlichen planar oder aber auch gekrümmt, gewellt, gebogen, etc. ausgebildet sein. Unter „im Wesentlichen vollflächig kontaktiert“ wird dabei eine Kontaktierung von zumindest 60 % der jeweiligen Hauptoberfläche, bevorzugt zumindest 80 % der Hauptoberfläche, mehr bevorzugt von 100 % der Hauptoberfläche verstanden. A ceramic PTC heating element is understood to be a ceramic heating element which, in a temperature range close to an operating point, has a resistance-temperature characteristic in which a strong increase in the electrical resistance occurs with increasing temperature. In particular, for example, such ceramic PTC heating elements based on BaTiO _{3 are} known. Such ceramic PTC heating elements have a largely self-regulating behavior when a constant supply voltage is applied, since increasing heating causes an increase in the electrical resistance and thus decreases the electrical power consumption and thus also the heating power. As long as a lot of heat is removed from the PTC heating element, the electrical resistance remains relatively low and a lot of heating power is provided. However, if only little or no heating power is dissipated, the temperature of the PTC heating element rises and with it the electrical resistance, resulting in less electrical power consumption. With appropriate design overheating over a predetermined limit temperature can be reliably prevented in this way. By "substantially plate-shaped" is meant that the PTC heating element has two opposing main surfaces that are significantly larger than the other surfaces of the PTC heating element. The PTC heating element can in particular be designed such that the two main surfaces extend parallel to one another. The main surfaces may be formed, for example, substantially planar or else curved, wavy, curved, etc. By "contacted substantially over the entire surface" is meant a contacting of at least 60% of the respective main surface, preferably at least 80% of the main surface, more preferably 100% of the main surface.

Die erste Hauptoberfläche und die zweite Hauptoberfläche des keramischen PTC-Heizelements dienen sowohl zu dessen elektrischer Kontaktierung als auch zur Wärmeauskopplung aus dem PTC-Heizelement und zur mechanischen Verbindung. Die elektrische Kontaktierung wird durch die erste Kontaktierungsschicht und die zweite Kontaktierungsschicht bereitgestellt. Aufgrund der ersten und der zweiten Isolierungsstruktur sind die als Wärmeauskopplungsflächen dienenden Hauptoberflächen gegenüber einem zu erwärmenden Medium elektrisch isoliert, wenn das zu erwärmende Medium in unmittelbaren Kontakt mit der ersten und der zweiten Isolierungsstruktur gebracht wird. Die anderen Bereiche der elektrischen Heizvorrichtung, insbesondere die seitlichen Flächen, können ebenfalls gegenüber dem zu erwärmenden Medium elektrisch isoliert ausgebildet sein. Aufgrund der elektrischen Isolierung durch die erste und die zweite Isolierungsstruktur wird auch bei einem Betrieb des PTC-Heizelements mit einer hohen Versorgungsspannung, z.B. aus einem Hochspannungsbordnetz, ein hohes Maß an Sicherheit für Fahrzeuginsassen bereitgestellt. Da das PTC-Heizelement, die erste Kontaktierungsschicht, die zweite Kontaktierungsschicht, die erste Isolierungsstruktur und die zweite Isolierungsstruktur stoffschlüssig miteinander verbunden sind, sind die Wärmeübergangswiderstände in der Wärmeauskopplungsrichtung, d.h. senkrecht zur ersten und zweiten Hauptoberfläche, minimiert. Ferner ist mit dieser Ausgestaltung auch eine dauerhafte zuverlässige Kontaktierung des PTC-Heizelements über die erste und die zweite Kontaktierungsschicht sichergestellt. Die erste und die zweite Isolierungsstruktur weisen dabei bevorzugt eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung sind Wanderbewegungen des PTC-Heizelements aufgrund von abwechselnden thermischen Längenänderungen ferner zuverlässig unterbunden. Gegenüber einer elektrischen Isolierung eines PTC-Heizelements mit z.B. elektrisch isolierender, gut wärmeleitender Folie ist in dieser Weise auch ein mechanisches Durchscheuern der elektrischen Isolierung zuverlässig verhindert. Es wird ferner eine dauerhafte elektrische Kontaktierung mit geringen elektrischen Übergangswiderständen bereitgestellt und es sind dazu keine mechanischen Kontaktanpresskräfte erforderlich. Die Fahrzeug-Heizeinrichtung ist ferner als eine kompakte und kostengünstige Baueinheit bereitgestellt, bei der die elektrischen Anschlüsse für das PTC-Element, die elektrische Isolierung gegenüber dem zu beheizenden Medium und das PTC-Element zu einer Komponente fest integriert sind. Aufgrund der erzielten effizienten Wärmeauskopplung kann bereits mit wenigen PTC-Heizelementen viel Heizleistung bereitgestellt werden, was eine kostengünstige und kompakte Ausgestaltung ermöglicht, die nur wenig Bauraum benötigt. Die stoffschlüssige Verbindung kann z.B. durch einen Lötprozess, durch ein Aufschmelzen oder Sintern des Materials der Kontaktierungsschichten, etc. erzielt sein. The first main surface and the second main surface of the ceramic PTC heating element serve both for its electrical contacting and for the heat extraction from the PTC heating element and for the mechanical connection. The electrical contacting is provided by the first contacting layer and the second contacting layer. Because of the first and second insulation structures, the main surfaces serving as heat extraction surfaces are electrically isolated from a medium to be heated when the medium to be heated is brought into direct contact with the first and second insulation structures. The other regions of the electrical heating device, in particular the lateral surfaces, may also be formed electrically insulated from the medium to be heated. Due to the electrical insulation by the first and the second insulation structure is also in an operation of the PTC heating element with a high supply voltage, e.g. from a high voltage electrical system, providing a high level of safety to vehicle occupants. Since the PTC heating element, the first contacting layer, the second contacting layer, the first insulating structure and the second insulating structure are integrally bonded to each other, the heat transfer resistances in the heat extraction direction, i. perpendicular to the first and second major surfaces, minimized. Furthermore, a permanent reliable contacting of the PTC heating element via the first and the second contacting layer is ensured with this embodiment. The first and the second insulation structure preferably have the highest possible thermal conductivity. Due to the cohesive connection migratory movements of the PTC heating element are further reliably prevented due to alternating thermal changes in length. Opposite electrical insulation of a PTC heating element with e.g. electrically insulating, good heat-conducting film is reliably prevented in this way, a mechanical Durchschreuing the electrical insulation. It also provides a permanent electrical contact with low electrical contact resistance and there are no mechanical Kontaktanpresskräfte required. The vehicle heater is further provided as a compact and inexpensive assembly in which the electrical connections for the PTC element, the electrical insulation to the medium to be heated and the PTC element to a component are firmly integrated. Due to the achieved efficient heat extraction, a lot of heating power can already be provided with just a few PTC heating elements, which enables a cost-effective and compact configuration, which requires only little installation space. The integral connection can e.g. be achieved by a soldering process, by melting or sintering of the material of the contacting layers, etc.

Gemäß einer Ausgestaltung sind von dem PTC-Heizelement abgewandte freie Oberflächen der ersten Isolierungsstruktur und der zweiten Isolierungsstruktur zur Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Medium ausgebildet. Die freien Oberflächen können z.B. für einen unmittelbaren Kontakt mit zu erwärmender Luft als Luftheizvorrichtung oder mit einer zu erwärmenden Flüssigkeit als Flüssigkeitsheizvorrichtung ausgebildet sein. Es kann auch unmittelbar auf den freien Oberflächen ein Wärmetauscher, z.B. aus Metall wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet sein. Der Wärmetauscher kann dabei z.B. mit einer großen freien Oberfläche zur Wärmeübertragung auf das zu erwärmende Medium, z.B. in Form von Rippen, Lamellen, Finnen, etc., versehen sein. In diesem Fall ist eine effiziente Abfuhr der Heizwärme von dem PTC-Heizelement mit geringen Wärmeübergangswiderständen bereitgestellt. According to one embodiment, facing away from the PTC heating element free surfaces of the first insulation structure and the second insulation structure for heat transfer to a medium to be heated are formed. The free surfaces can be designed, for example, for direct contact with air to be heated as an air heating device or with a liquid to be heated as a liquid heating device. It can also be formed directly on the free surfaces of a heat exchanger, for example of metal such as aluminum or an aluminum alloy. The heat exchanger can, for example, with a large free surface for heat transfer to be heated Medium, for example in the form of ribs, fins, fins, etc., be provided. In this case, efficient removal of the heating heat from the PTC heating element with low heat transfer resistances is provided.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung zum Beheizen von Luft als zu erwärmendes Medium ausgebildet, d.h. als Luftheizgerät. In diesem Fall kann z.B. unmittelbar Luft zur Konditionierung eines Fahrzeuginnenraums mit der Fahrzeug-Heizvorrichtung effizient beheizt werden und dabei ist auch bei einem Betrieb mit einer hohen Versorgungsspannung ein hohes Maß an Sicherheit für Fahrzeuginsassen bereitgestellt. According to one embodiment, the vehicle electrical heating device is designed to heat air as a medium to be heated, i. as an air heater. In this case, e.g. directly air for conditioning a vehicle interior can be heated efficiently with the vehicle heater and a high level of safety for vehicle occupants is provided even when operating with a high supply voltage.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung zum Beheizen einer Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskreislauf eines Fahrzeugs als zu erwärmendes Medium ausgebildet, d.h. als Flüssigkeitsheizgerät. In diesem Fall kann die Fahrzeug-Heizvorrichtung z.B. auch in einen Kühlwasserkreislauf eines Verbrennungsmotors oder z.B. in einen Temperierkreislauf eines Elektroantriebs zum Beheizen der jeweiligen Flüssigkeit eingebunden werden. Dabei ist ein effizientes Beheizen bei gleichzeitig einem hohen Maß an Sicherheit gewährleistet. Gemäß einer Ausgestaltung sind die erste Isolierungsstruktur und die zweite Isolierungsstruktur im Wesentlichen plattenförmig und biegesteif ausgebildet. In diesem Fall ist eine stabile Fahrzeug-Heizvorrichtung mit einer dauerhaften Integration zu einem Bauteil bereitgestellt. According to one embodiment, the electric vehicle heating device for heating a liquid in a fluid circuit of a vehicle is designed as a medium to be heated, i. as a liquid heater. In this case, the vehicle heater may be e.g. also in a cooling water circuit of an internal combustion engine or e.g. be integrated into a temperature control circuit of an electric drive for heating the respective liquid. This ensures efficient heating with a high level of safety at the same time. According to one embodiment, the first insulation structure and the second insulation structure are formed substantially plate-shaped and rigid. In this case, a stable vehicle heater is provided with a permanent integration with a component.

Gemäß einer Ausgestaltung weisen die erste Kontaktierungsschicht und die zweite Kontaktierungsschicht jeweils zumindest einen seitlich über das PTC-Heizelement herausstehenden Anschlussabschnitt auf. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die jeweilige Isolierungsstruktur und die Kontaktierungsschicht jeweils über das PTC-Heizelement herausstehen. Unter seitlich wird dabei eine Richtung senkrecht zu der Wärmeauskopplungsrichtung, d.h. parallel zu der ersten bzw. zweiten Hauptoberfläche, verstanden. In diesem Fall ist eine zuverlässige Kontaktierung mit einer elektrischen Leistungsversorgung ermöglicht, ohne die Wärmeauskopplung aus dem PTC-Heizelement nachteilig zu beeinflussen. In accordance with one embodiment, the first contacting layer and the second contacting layer each have at least one connection section projecting laterally beyond the PTC heating element. It can e.g. be provided that the respective insulation structure and the contact layer each protrude beyond the PTC heating element. At the side, there is a direction perpendicular to the direction of heat extraction, i. parallel to the first or second major surface, understood. In this case, a reliable contact with an electrical power supply is made possible without adversely affecting the heat extraction from the PTC heating element.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung für einen Betrieb mit einer elektrischen Versorgungsspannung größer als 100 Volt ausgelegt. Die elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung kann dabei insbesondere für einen Betrieb mit der elektrischen Versorgungsspannung in einem Hochspannungsbordnetz eines Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgelegt sein. In diesem Fall kann zu einer elektrischen Fahrzeugbeheizung effizient das Hochspannungsbordnetz genutzt werden, sodass für das Beheizen weder hohe Stromflüsse erforderlich sind noch kostspielige Spannungswandler zum Einsatz kommen müssen. According to one embodiment, the vehicle electrical heater is designed for operation with an electrical supply voltage greater than 100 volts. The electric vehicle heating device can be designed in particular for operation with the electrical supply voltage in a high voltage electrical system of an electric or hybrid vehicle. In this case, the high-voltage on-board electrical system can be efficiently used for electric vehicle heating, so that neither high current flows nor costly voltage transformers have to be used for heating.

Ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Fahrzeug-Heizvorrichtung weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten keramischen PTC-Heizelements, das eine erste Hauptoberfläche und eine dieser gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche aufweist; Bereitstellen einer elektrisch isolierenden, keramischen ersten Isolierungsstruktur; Bereitstellen einer elektrisch isolierenden, keramischen zweiten Isolierungsstruktur; stoffschlüssiges Verbinden der ersten Isolierungsstruktur mit der ersten Hauptoberfläche des PTC-Heizelements unter Ausbildung einer metallischen ersten Kontaktierungsschicht, die die erste Hauptoberfläche im Wesentlichen vollflächig elektrisch kontaktiert, zwischen der ersten Isolierungsstruktur und der ersten Hauptoberfläche; und stoffschlüssiges Verbinden der zweiten Isolierungsstruktur mit der zweiten Hauptoberfläche des PTC-Heizelements unter Ausbildung einer metallischen zweiten Kontaktierungsschicht, die die zweite Hauptoberfläche im Wesentlichen vollflächig elektrisch kontaktiert, zwischen der zweiten Isolierungsstruktur und der zweiten Hauptoberfläche. Mit dem Verfahren werden die oben bereits in Bezug auf die elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung beschriebenen Vorteile erzielt. A method of manufacturing a vehicle electrical heater comprises the steps of: providing a substantially plate-shaped ceramic PTC heater having a first major surface and a second major surface opposite thereto; Providing an electrically insulating, ceramic first insulation structure; Providing an electrically insulating, ceramic second insulation structure; integrally bonding the first insulation structure to the first main surface of the PTC heating element to form a metallic first contact layer electrically contacting the first main surface substantially full-surface electrically, between the first insulation structure and the first main surface; and integrally bonding the second insulation structure to the second main surface of the PTC heating element to form a metallic second contact layer electrically contacting the second main surface substantially full-surface electrically, between the second insulation structure and the second main surface. The method achieves the advantages already described above with respect to the vehicle electric heater.

Das stoffschlüssige Verbinden der einzelnen Komponenten der Fahrzeug-Heizvorrichtung kann z.B. dadurch erfolgen, dass zwischen das PTC-Heizelement und die erste und zweite Isolierungsstruktur jeweils eine metallische Kontaktierungsschicht eingebracht wird. Es ist z.B. möglich, das PTC-Heizelement, die erste Isolierungsstruktur und die zweite Isolierungsstruktur auf einen gewünschten Abstand zu bringen und das Material der metallischen Kontaktierungsschichten im schmelzflüssigen Zustand in einen gebildeten Spalt einzubringen und dort unter Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung zu sowohl dem PTC-Heizelement als auch der jeweiligen Isolierungsstruktur erstarren zu lassen. Dies setzt allerdings einen ausreichend niedrigen Schmelzpunkt des Materials der metallischen Kontaktierungsschichten voraus. Das Material für die metallische Kontaktierungsschicht kann allerdings auch bereits zuvor auf entweder die Hauptoberflächen des PTC-Heizelements oder die jeweils dem PTC-Heizelement zugewandte Oberfläche der Isolierungsstruktur oder auf beides aufgebracht sein, sodass die stoffschlüssige Verbindung z.B. durch Löten, Sintern oder Aufschmelzen des Materials der metallischen Kontaktierungsschicht ausgebildet werden kann. Das Material der jeweiligen metallischen Kontaktierungsschicht bildet dabei jeweils eine stoffschlüssige Verbindung mit der entsprechenden Hauptoberfläche des PTC-Heizelements und mit der entsprechenden Oberfläche der Isolierungsstruktur aus. The integral connection of the individual components of the vehicle heating device may e.g. be carried out in that between the PTC heating element and the first and second insulation structure in each case a metallic contacting layer is introduced. It is e.g. possible to bring the PTC heating element, the first insulation structure and the second insulation structure to a desired distance and to introduce the material of the metallic contacting layers in the molten state in a gap formed and there to form the material connection to both the PTC heating element and the to solidify respective isolation structure. However, this requires a sufficiently low melting point of the material of the metallic contacting layers. However, the material for the metallic contacting layer may also be previously applied to either the main surfaces of the PTC heating element or the respective surface of the insulating structure facing the PTC heating element, or both, so that the integral connection e.g. can be formed by soldering, sintering or melting of the material of the metallic contacting layer. In each case, the material of the respective metallic contacting layer forms a cohesive connection with the corresponding main surface of the PTC heating element and with the corresponding surface of the insulating structure.

Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt das stoffschlüssige Verbinden durch Sintern, Aufschmelzen oder Verlöten des Materials der metallischen Kontaktierungsschichten. Dies kann bevorzugt unter Vakuum erfolgen, um die Ausbildung von Lufteinschlüssen zu verhindern. In diesem Fall wird in besonders einfacher Weise eine feste stoffschlüssige Verbindung mit hoher thermischer Leitfähigkeit und geringen Wärmeübergangswiderständen ausgebildet. According to one embodiment, the cohesive bonding is carried out by sintering, melting or soldering the material of the metallic contacting layers. This may preferably be done under vacuum to prevent the formation of trapped air. In this case, a solid integral connection with high thermal conductivity and low heat transfer resistance is formed in a particularly simple manner.

Gemäß einer Ausgestaltung wird die erste elektrische Kontaktierungsschicht durch eine auf der ersten Isolierungsstruktur und/oder der ersten Hauptoberfläche des PTC-Heizelements ausgebildete metallische Schicht gebildet und die zweite Kontaktierungsschicht durch eine auf der zweiten Isolierungsstruktur und/oder der zweiten Hauptoberfläche des PTC-Heizelements ausgebildete metallische Schicht gebildet. Die jeweilige Kontaktierungsschicht kann somit bereits vor dem Zusammenfügen des PTC-Heizelements mit der entsprechenden Isolierungsstruktur auf der Isolierungsstruktur oder der jeweiligen Hauptoberfläche des PTC-Heizelements ausgebildet werden. Alternativ können z.B. auch sowohl auf der Hauptoberfläche des PTC-Heizelements als auch der entsprechenden Oberfläche der dieser zugewandten Isolierungsstruktur jeweils ein Teil der Kontaktierungsschicht ausgebildet werden und diese beiden Teile anschließend stoffschlüssig miteinander verbunden werden. According to one embodiment, the first electrical contacting layer is formed by a metallic layer formed on the first insulating structure and / or the first main surface of the PTC heating element, and the second contacting layer is formed by a metallic layer formed on the second insulating structure and / or the second main surface of the PTC heating element Layer formed. The respective contacting layer can therefore already be formed on the insulating structure or the respective main surface of the PTC heating element before the PTC heating element is joined to the corresponding insulating structure. Alternatively, e.g. Also, in each case a part of the contacting layer are formed both on the main surface of the PTC heating element and on the corresponding surface of the insulating structure facing it, and these two parts are then connected to one another in a material-locking manner.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Further advantages and developments will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the accompanying drawings.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer elektrischen Fahrzeug-Heizvorrichtung gemäß einer Ausführungsform. 1 schematically shows a side view of an electric vehicle heating device according to an embodiment.

2 zeigt schematisch eine weitere Seitenansicht der elektrischen Fahrzeug-Heizvorrichtung von 1. 2 schematically shows another side view of the electric vehicle heating device of 1 ,

3 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Fahrzeug-Heizvorrichtung von 1. 3 schematically shows a plan view of the vehicle heater of 1 ,

4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines möglichen Herstellungsverfahrens. 4 is a schematic representation for explaining a possible manufacturing method.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform unter Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben. Die 1 bis 3 zeigen eine elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 in drei verschiedenen Ansichten. In the following, an embodiment will be described with reference to FIGS 1 to 3 described. The 1 to 3 show an electric vehicle heater 1 in three different views.

Die Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 weist ein im Wesentlichen plattenförmig ausgebildetes keramisches PTC-Heizelement 2 auf. Das PTC-Heizelement 2 weist eine Temperatur-Widerstands-Charakteristik auf, bei der in einem Temperaturbereich um einen Arbeitspunkt ein starker Anstieg des elektrischen Widerstands mit der Temperatur auftritt. Das PTC-Heizelement 2 kann z.B. auf BaTiO₃-Basis, z.B. auch mit geeigneten Dotierungen, gebildet sein. Das PTC-Heizelement 2 ist insoweit plattenförmig ausgebildet, dass es in einer Ebene eine große Erstreckung aufweist und im Verhältnis dazu eine relativ kleine Dicke aufweist. Das PTC-Heizelement 2 weist eine erste Hauptoberfläche 2a und eine dieser gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 2b auf. Die erste Hauptoberfläche 2a und die zweite Hauptoberfläche 2b werden durch die beiden einander gegenüberliegenden größten Flächen des PTC-Heizelements 2 gebildet. The vehicle heater 1 has a substantially plate-shaped ceramic PTC heating element 2 on. The PTC heating element 2 has a temperature-resistance characteristic in which in a temperature range around an operating point, a large increase of the electrical resistance with the temperature occurs. The PTC heating element 2 can be formed, for example, on BaTiO ₃ basis, for example, with suitable dopants. The PTC heating element 2 is so far plate-shaped that it has a large extent in a plane and in relation to a relatively small thickness. The PTC heating element 2 has a first main surface 2a and one of these opposite second major surface 2 B on. The first main surface 2a and the second main surface 2 B be through the two opposite largest surfaces of the PTC heating element 2 educated.

Auf der ersten Hauptoberfläche 2a des PTC-Heizelements 2 ist eine metallische erste Kontaktierungsschicht 4 ausgebildet. Die metallische erste Kontaktierungsschicht 4 bedeckt die erste Hauptoberfläche 2a bei der dargestellten Ausführungsform vollflächig, d.h. sie bedeckt die gesamte Oberfläche der Hauptoberfläche 2a. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die erste Kontaktierungsschicht 4 derart, dass sie an zumindest einer Seite seitlich über das PTC-Heizelement 2 hervorsteht (rechts in 1). Der hervorstehende Bereich bildet einen Anschlussabschnitt 4a. Der Anschlussabschnitt 4a ist dazu ausgebildet, die erste Kontaktierungsschicht 4 mit einer elektrischen Leistungsversorgung oder mit einer Kontaktierungsschicht einer weiteren elektrischen Fahrzeug-Heizvorrichtung zu verbinden. Obwohl der Anschlussabschnitt 4a bei der dargestellten Ausführungsform entlang der gesamten Seite des PTC-Heizelements 2 hervorsteht, ist es auch möglich, dass dieser nur in einem kurzen Abschnitt hervorsteht. On the first main surface 2a of the PTC heating element 2 is a metallic first contacting layer 4 educated. The metallic first contacting layer 4 covers the first main surface 2a in the illustrated embodiment, the entire surface, ie it covers the entire surface of the main surface 2a , In the illustrated embodiment, the first contacting layer extends 4 such that it extends laterally across the PTC heating element on at least one side 2 protrudes (right in 1 ). The protruding area forms a connection section 4a , The connection section 4a is designed to be the first contacting layer 4 to be connected to an electric power supply or with a contacting layer of another electric vehicle heating device. Although the connection section 4a in the illustrated embodiment, along the entire side of the PTC heating element 2 It is also possible that this protrudes only in a short section.

Auf der zweiten Hauptoberfläche 2b des PTC-Heizelements 2 ist in analoger Weise eine metallische zweite Kontaktierungsschicht 3 ausgebildet. Die metallische zweite Kontaktierungsschicht 3 bedeckt die zweite Hauptoberfläche 2b bei der dargestellten Ausführungsform vollflächig, d.h. sie bedeckt die gesamte Oberfläche der Hauptoberfläche 2b. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die zweite Kontaktierungsschicht 3 derart, dass sie an zumindest einer Seite seitlich über das PTC-Heizelement 2 hervorsteht (links in 1). Der hervorstehende Bereich bildet einen weiteren Anschlussabschnitt 3a. Der Anschlussabschnitt 3a ist dazu ausgebildet, die zweite Kontaktierungsschicht 3 mit einer elektrischen Leistungsversorgung oder mit einer Kontaktierungsschicht einer benachbarten, weiteren elektrischen Fahrzeug-Heizvorrichtung zu verbinden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der weitere Anschlussabschnitt 3a auf der gegenüberliegenden Seite des PTC-Heizelements 2 zu dem Anschlussabschnitt 4a angeordnet. Die Anschlussabschnitte 3a und 4a können z.B. über Kontaktbleche mit der elektrischen Leistungsversorgung verbunden werden. Auch der Anschlussabschnitt 3a kann auch nur in einem seitlichen Teilbereich des PTC-Heizelements 2 hervorstehen. On the second main surface 2 B of the PTC heating element 2 is in a similar manner a metallic second contacting layer 3 educated. The metallic second contacting layer 3 covers the second main surface 2 B in the illustrated embodiment, the entire surface, ie it covers the entire surface of the main surface 2 B , In the illustrated embodiment, the second contacting layer extends 3 such that it extends laterally across the PTC heating element on at least one side 2 protrudes (left in 1 ). The protruding area forms another connection section 3a , The connection section 3a is adapted to the second contacting layer 3 to be connected to an electrical power supply or with a contacting layer of an adjacent, further electric vehicle heating device. In the illustrated embodiment, the further connection section 3a on the opposite side of the PTC heating element 2 to the connection section 4a arranged. The connection sections 3a and 4a can eg via contact plates be connected to the electrical power supply. Also the connection section 3a can also only in a lateral portion of the PTC heating element 2 protrude.

Auf der von dem PTC-Heizelement 2 abgewandten Oberfläche der ersten Kontaktierungsschicht 4 ist eine elektrisch isolierende, keramische erste Isolierungsstruktur 5 ausgebildet. Die erste Isolierungsstruktur 5 bedeckt die entsprechende Oberfläche der ersten Kontaktierungsschicht 4 vollflächig, insbesondere auch den Anschlussabschnitt 4a. Gleichermaßen ist auf der von dem PTC-Heizelement 2 abgewandten Oberfläche der zweiten Kontaktierungsschicht 3 eine elektrisch isolierende, keramische zweite Isolierungsstruktur 6 ausgebildet. Die zweite Isolierungsstruktur 6 bedeckt die entsprechende Oberfläche der zweiten Kontaktierungsschicht 3 vollflächig, insbesondere auch den weiteren Anschlussabschnitt 3a. Die erste Isolierungsstruktur 5 und die zweite Isolierungsstruktur 6 sind dabei ebenfalls im Wesentlichen plattenförmig und biegesteif ausgebildet. On the of the PTC heating element 2 remote surface of the first contacting layer 4 is an electrically insulating, ceramic first insulation structure 5 educated. The first insulation structure 5 covers the corresponding surface of the first contacting layer 4 over the entire surface, in particular the connection section 4a , Equally on the PTC heating element 2 remote surface of the second contacting layer 3 an electrically insulating, ceramic second insulation structure 6 educated. The second isolation structure 6 covers the corresponding surface of the second contacting layer 3 over the entire surface, in particular the other connection section 3a , The first insulation structure 5 and the second isolation structure 6 are also essentially plate-shaped and rigid.

Das PTC-Heizelement 2, die erste Kontaktierungsschicht 4, die zweite Kontaktierungsschicht 3, die erste Isolierungsstruktur 5 und die zweite Isolierungsstruktur 6 sind dabei stoffschlüssig fest miteinander verbunden. Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung, sind Wärmeübergangswiderstände in einer Wärmeauskopplungsrichtung, die sich senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche 2a und der zweiten Hauptoberfläche 2b erstreckt, von dem PTC-Heizelement 2 über die jeweilige Kontaktierungsschicht 4 bzw. 3 und die jeweilige Isolierungsstruktur 5 bzw. 6 minimiert. Ferner ist in dieser Weise eine feste und dauerhafte Kontaktierung der ersten Hauptoberfläche 2a und der zweiten Hauptoberfläche 2b im Wesentlichen über deren gesamte Oberfläche bereitgestellt. Dabei werden geringste elektrische Übergangswiderstände erreicht und ein Mikrowandern des PTC-Heizelements 2 aufgrund von thermischen Ausdehnungsprozessen ist zuverlässig verhindert. The PTC heating element 2 , the first contacting layer 4 , the second contacting layer 3 , the first insulation structure 5 and the second isolation structure 6 are firmly bonded together. Due to the cohesive connection, heat transfer resistances are in a heat extraction direction perpendicular to the first main surface 2a and the second main surface 2 B extends from the PTC heating element 2 over the respective contacting layer 4 respectively. 3 and the respective isolation structure 5 respectively. 6 minimized. Furthermore, in this way a firm and permanent contact of the first main surface 2a and the second main surface 2 B provided substantially over the entire surface thereof. In this case, the lowest electrical contact resistance is achieved and a micro-walking of the PTC heating element 2 due to thermal expansion processes is reliably prevented.

Im Betrieb der elektrischen Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 wird über die erste Kontaktierungsschicht 4 und die zweite Kontaktierungsschicht 3 eine Versorgungsspannung an das PTC-Heizelement 2 angelegt. Durch die im Wesentlichen vollflächige Kontaktierung der ersten Hauptoberfläche 2a und der zweiten Hauptoberfläche 2b wird die Ausbildung eines gleichmäßigen Potentialgefälles über den gesamten Querschnitt des PTC-Heizelements 2 begünstigt. Aufgrund des resultierenden Stromflusses durch das PTC-Heizelement 2 erwärmt sich dieses unter Freisetzung von ohmscher Wärme. Die freigesetzte Wärme wird von dem PTC-Heizelement 2 einerseits über die erste Kontaktierungsschicht 4 und die erste Isolierungsstruktur 5 ausgekoppelt bzw. abgeführt und andererseits über die zweite Kontaktierungsschicht 3 und die zweite Isolierungsstruktur 6. Diese Heizleistung wird dann über die freien Oberflächen der ersten Isolierungsstruktur 5 und der zweiten Isolierungsstruktur 6 auf ein zu erwärmendes Medium übertragen. Diese Übertragung kann z.B. dadurch erfolgen, dass das zu erwärmende Medium, z.B. Luft für einen Fahrzeug-Innenraum oder Flüssigkeit in einem Flüssigkeitskreislauf des Fahrzeugs, in unmittelbaren Kontakt mit den Oberflächen der ersten Isolierungsstruktur 5 und der zweiten Isolierungsstruktur 6 gebracht wird. Die Oberfläche der Isolierungsstrukturen 5 und 6 kann auch vergrößert ausgebildet sein, insbesondere gerippt, gewellt oder anderweitig strukturiert ausgebildet sein, um eine verbesserte Wärmeübertragung zu ermöglichen. Es kann aber z.B. auf den freien Oberflächen der ersten Isolierungsstruktur 5 und der zweiten Isolierungsstruktur 6 auch ein bevorzugt metallischer Wärmetauscher, z.B. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, aufgebracht sein, über den die Wärme auf das zu erwärmende Medium übertragen wird. Es kann zur Beheizung z.B. eine einzelne elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 verwendet werden, es ist z.B. aber auch möglich, mehrere derartige Fahrzeug-Heizvorrichtungen miteinander zu einem Heizsystem zu verschalten. During operation of the electric vehicle heater 1 is over the first contacting layer 4 and the second contacting layer 3 a supply voltage to the PTC heating element 2 created. Due to the substantially full-surface contact of the first main surface 2a and the second main surface 2 B the formation of a uniform potential gradient over the entire cross section of the PTC heating element 2 favored. Due to the resulting current flow through the PTC heating element 2 This heats up with the release of ohmic heat. The heat released is from the PTC heating element 2 on the one hand via the first contacting layer 4 and the first isolation structure 5 decoupled or dissipated and on the other hand via the second contacting layer 3 and the second isolation structure 6 , This heat output is then transferred over the free surfaces of the first insulation structure 5 and the second insulation structure 6 transferred to a medium to be heated. This transfer can be effected, for example, by the medium to be heated, for example air for a vehicle interior or liquid in a fluid circuit of the vehicle, in direct contact with the surfaces of the first insulation structure 5 and the second insulation structure 6 is brought. The surface of the insulation structures 5 and 6 can also be formed enlarged, in particular ribbed, corrugated or otherwise structured to allow for improved heat transfer. But it can eg on the free surfaces of the first insulation structure 5 and the second insulation structure 6 also a preferably metallic heat exchanger, for example made of aluminum or an aluminum alloy, be applied, via which the heat is transferred to the medium to be heated. For heating purposes, for example, a single electric vehicle heating device can be used 1 be used, but it is also possible, for example, to interconnect several such vehicle heaters together to form a heating system.

Die umlaufenden Seiten der Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 sind mit einer (nicht dargestellten) elektrischen Isolierung elektrisch gegenüber dem zu erwärmenden Medium isoliert. Dies kann z.B. durch eine geeignete Beschichtung der Seitenflächen, durch einen Rahmen aus einem isolierenden Material, in den die Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 aufgenommen ist, oder ähnliches erfolgen. Es können z.B. auch mehrere Fahrzeug-Heizvorrichtungen 1 in einem gemeinsamen derartigen Rahmen aufgenommen sein. Die Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 ist bevorzugt für einen Betrieb mit einer Versorgungsspannung größer als 100 Volt ausgelegt, insbesondere für einen Betrieb mit der Spannung in einem Hochspannungsbordnetz eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. The circumferential sides of the vehicle heater 1 are electrically isolated from the medium to be heated with electrical insulation (not shown). This can be achieved, for example, by a suitable coating of the side surfaces, through a frame made of an insulating material into which the vehicle heater 1 recorded, or the like. For example, there may be several vehicle heaters 1 be included in a common such framework. The vehicle heater 1 is preferably designed for operation with a supply voltage greater than 100 volts, in particular for operation with the voltage in a high voltage electrical system of an electric or hybrid vehicle.

Ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Fahrzeug-Heizvorrichtung 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Gemäß einem ersten Herstellungsverfahren, werden das PTC-Heizelement 2, eine elektrisch isolierende, keramische erste Isolierungsstruktur 5 und eine elektrisch isolierende, keramische zweite Isolierungsstruktur 6 miteinander verbunden. Bei dem ersten Herstellungsverfahren sind die erste Isolierungsstruktur 5 und die zweite Isolierungsstruktur 6 jeweils bereits mit dem metallischen Material für die metallische erste Kontaktierungsschicht 4 bzw. die metallische zweite Kontaktierungsschicht 3 versehen, wie in 4 schematisch dargestellt ist. Das metallische Material ist dabei bereits stoffschlüssig mit dem Material der ersten Isolierungsstruktur 5 bzw. der zweiten Isolierungsstruktur 6 verbunden. Das PTC-Heizelement 2, die beschichtete erste Isolierungsstruktur 5 und die beschichtete zweite Isolierungsstruktur 6 werden dann zusammengefügt. Anschließend wird das metallische Material z.B. durch Sintern oder durch Aufschmelzen stoffschlüssig mit dem PTC-Heizelement 2 verbunden, sodass die erste Kontaktierungsschicht 4 und die zweite Kontaktierungsschicht 3 ausgebildet werden. Nach diesem Schritt sind das PTC-Heizelement 2, die erste Kontaktierungsschicht 4, die zweite Kontaktierungsschicht 5, die erste Isolierungsstruktur 5 und die zweite Isolierungsstruktur 6 stoffschlüssig miteinander verbunden. A method of manufacturing the vehicle electric heater 1 is below with reference to 4 described. According to a first manufacturing method, the PTC heating element 2 , an electrically insulating, ceramic first insulation structure 5 and an electrically insulating, ceramic second insulation structure 6 connected with each other. In the first manufacturing method, the first insulation structure 5 and the second isolation structure 6 each already with the metallic material for the metallic first contacting layer 4 or the metallic second contacting layer 3 provided, as in 4 is shown schematically. The metallic material is already cohesively with the material of the first insulation structure 5 or the second insulation structure 6 connected. The PTC heating element 2 , the coated first insulation structure 5 and the coated second insulation structure 6 are then joined together. Subsequently, the metallic material, for example, by sintering or by melting cohesively with the PTC heating element 2 connected so that the first contacting layer 4 and the second contacting layer 3 be formed. After this step are the PTC heating element 2 , the first contacting layer 4 , the second contacting layer 5 , the first insulation structure 5 and the second isolation structure 6 cohesively connected to each other.

Gemäß einem zweiten Herstellungsverfahren ist das PTC-Heizelement 2 bereits auf beiden Hauptoberflächen 2a und 2b stoffschlüssig mit dem metallischen Material für die erste Kontaktierungsschicht 4 und die zweite Kontaktierungsschicht 3 beschichtet. Auf das beidseitig beschichtete PTC-Heizelement 2 werden dann eine unbeschichtete erste Isolierungsstruktur 5 und eine unbeschichtete zweite Isolierungsstruktur 6 aufgebracht. Nach dem Zusammenfügen wird das metallische Material z.B. durch Sintern oder durch Aufschmelzen stoffschlüssig unter Ausbildung der Kontaktierungsschichten 4 und 3 mit der jeweiligen Isolierungsstruktur 5 bzw. 6 verbunden. Auch in diesem Fall sind nach diesem Schritt das PTC-Heizelement 2, die erste Kontaktierungsschicht 4, die zweite Kontaktierungsschicht 3, die erste Isolierungsstruktur 5 und die zweite Isolierungsstruktur 6 stoffschlüssig miteinander verbunden. According to a second manufacturing method, the PTC heating element 2 already on both main surfaces 2a and 2 B cohesively with the metallic material for the first contacting layer 4 and the second contacting layer 3 coated. On the double-coated PTC heating element 2 then become an uncoated first insulation structure 5 and an uncoated second insulation structure 6 applied. After joining, the metallic material, for example by sintering or by melting cohesively to form the contacting layers 4 and 3 with the respective insulation structure 5 respectively. 6 connected. Also in this case, after this step, the PTC heating element 2 , the first contacting layer 4 , the second contacting layer 3 , the first insulation structure 5 and the second isolation structure 6 cohesively connected to each other.

Als weitere Möglichkeit können z.B. sowohl das PTC-Heizelement 2 als auch die beiden Isolierungsstrukturen 5 und 6 zuvor bereits mit dem metallischen Material für die Kontaktierungsschichten versehen sein und zusammengefügt werden. Durch z.B. einen Sinter-, Löt- oder Aufschmelzprozess können die erste Kontaktierungsschicht 4 und die zweite Kontaktierungsschicht 3 in diesem Fall jeweils aus der Beschichtung des PTC-Heizelements 2 und der Beschichtung der zugewandten Isolierungsstruktur 5 bzw. 6 ausgebildet werden. As another option, for example, both the PTC heating element 2 as well as the two isolation structures 5 and 6 previously be provided with the metallic material for the contacting layers and joined together. By eg a sintering, soldering or reflow process, the first contacting layer 4 and the second contacting layer 3 in this case, in each case from the coating of the PTC heating element 2 and the coating of the facing insulation structure 5 respectively. 6 be formed.

Gemäß einem weiteren möglichen Herstellungsverfahren werden das PTC-Heizelement 2 und die beiden Isolierungsstrukturen 5 und 6 zunächst mit vorbestimmten Abständen zueinander derart angeordnet, dass der für die Kontaktierungsschichten 4 und 3 benötigte Spalt freibleibt. Anschließend wird das metallische Material für die Kontaktierungsschichten 4 und 3 z.B. schmelzflüssig in den jeweiligen Spalt eingebracht. According to another possible manufacturing method, the PTC heating element 2 and the two isolation structures 5 and 6 initially arranged at predetermined distances from one another such that the for the contacting layers 4 and 3 needed gap remains free. Subsequently, the metallic material for the contacting layers 4 and 3 For example, molten introduced into the respective gap.

Sämtliche beschriebenen Verfahrensschritte zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung können bevorzugt unter Vakuum durchgeführt werden, um die Ausbildung von Lufteinschlüssen an der Verbindungsstelle zu verhindern. All of the described method steps for forming the integral connection can preferably be carried out under vacuum in order to prevent the formation of air inclusions at the connection point.

Obwohl einige mögliche Herstellungsverfahren beschrieben wurden, sind auch weitere Herstellungsverfahren möglich, mit denen die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem PTC-Heizelement 2, den Kontaktierungsschichten 3 und 4 und den Isolierungsstrukturen 5 und 6 bereitgestellt werden können. Although some possible manufacturing methods have been described, other manufacturing methods are possible with which the cohesive connection between the PTC heating element 2 , the contacting layers 3 and 4 and the isolation structures 5 and 6 can be provided.

Claims

Electric vehicle heater ( 1 ), comprising: at least one, substantially plate-shaped ceramic PTC heating element ( 2 ), which has a first main surface ( 2a ) and a second major surface ( 2 B ) having; a metallic first contacting layer ( 4 ), which is the first main surface ( 2a ) contacted substantially over the entire surface electrically; a metallic second contacting layer ( 3 ), which is the second main surface ( 2 B ) contacted substantially over the entire surface electrically; an electrically insulating, ceramic first insulation structure ( 5 ), one from the first main surface ( 2a ) facing away from the first contacting layer ( 4 covered); and an electrically insulating, ceramic second insulation structure ( 6 ), one from the second main surface ( 2 B ) side facing away from the second contacting layer ( 3 ), wherein the PTC heating element ( 2 ), the first contacting layer ( 4 ), the second contacting layer ( 3 ), the first isolation structure ( 5 ) and the second isolation structure ( 6 ) are cohesively connected to each other.

Electric vehicle heating device according to claim 1, characterized in that of the PTC heating element ( 2 ) facing away from free surfaces of the first insulation structure ( 5 ) and the second isolation structure ( 6 ) are designed for heat transfer to a medium to be heated.

Electric vehicle heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the electric vehicle heating device ( 1 ) is designed for heating air as a medium to be heated.

Electric vehicle heating device according to claim 1 or 2, characterized in that the electric vehicle heating device ( 1 ) is designed for heating a liquid in a liquid circuit of a vehicle as a medium to be heated.

Electric vehicle heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the first insulation structure ( 5 ) and the second isolation structure ( 6 ) are formed substantially plate-shaped and rigid.

Electric vehicle heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the first contacting layer ( 4 ) and the second contacting layer ( 3 ) at least one laterally across the PTC heating element ( 2 ) protruding connection section ( 3a . 4a ) exhibit.

Electric vehicle heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the electric vehicle heating device ( 1 ) is designed for operation with an electrical supply voltage greater than 100 volts.