具有PTC元件和作為熱導(dǎo)體的供電導(dǎo)線的電加熱裝置和具有這樣的加熱裝置的工作液罐的制作方法

本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車的工作液罐，特別是用于儲(chǔ)存水狀的尿素溶液的罐的電加熱裝置，其包括至少一個(gè)ptc元件，該ptc元件將兩個(gè)電導(dǎo)體連接地設(shè)置。

此外，本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)這樣的電加熱設(shè)備的罐，特別是機(jī)動(dòng)車工作液罐，優(yōu)選儲(chǔ)存用于選擇催化還原的水狀的尿素溶液的罐。

背景技術(shù)：

由de102009028113a1公知了一種這種類型的電加熱裝置以及一種配備該加熱裝置的罐。

在公開的這類的解決方案中供電導(dǎo)線分別電絕緣地穿過罐壁，更確切地說：罐蓋，并且與ptc元件接觸，該ptc元件在罐內(nèi)是兩個(gè)供電導(dǎo)線之間的唯一的導(dǎo)電的連接。在這類的公開文獻(xiàn)中作為ptc材料列出具有ptc特性的塑料或一種這樣的彈性材料。

公開的這種類型的加熱設(shè)備用于機(jī)動(dòng)車內(nèi)的水狀的尿素溶液的加溫，特別是液化或保持流動(dòng)性，以便能夠利用這個(gè)尿素溶液即使在外部溫度冷的情況中實(shí)施選擇催化還原和這樣減少廢氣內(nèi)的氮氧化物。這在本發(fā)明的優(yōu)選的應(yīng)用中也是這種情況。

水狀的尿素溶液在溫度為-11℃時(shí)凍結(jié)，其中通過水狀的尿素溶液中的添加劑可以將凍結(jié)溫度降低到-40℃。然而出于保障廢氣內(nèi)的氮氧化物的還原的原因即使在低的和最低的外部溫度的情況中也需要還原劑持續(xù)地，足夠量地以液態(tài)存在。

由de102013209957a1公知了一種另外的電加熱裝置，該加熱裝置使用陶瓷制的ptc元件。這個(gè)公開文獻(xiàn)說明借助一種導(dǎo)電的塑料將ptc元件與供電導(dǎo)線連接。由ptc元件和與這個(gè)ptc元件借助導(dǎo)電的塑料接觸的供電導(dǎo)線構(gòu)成的整個(gè)配置組件又可以由塑料包封，以便保護(hù)它免受它的外部環(huán)境中的化學(xué)或/和物理腐蝕介質(zhì)的影響。

ptc元件是當(dāng)它們有電流流過時(shí)能夠變熱并根據(jù)通過變熱產(chǎn)生的相對(duì)外部環(huán)境的溫度梯度將熱量釋放到這個(gè)外部環(huán)境中。其中“ptc”意味著“positivetemperaturecoefficient”(正溫度系數(shù))，其表明：ptc元件的電阻隨著溫度的上升而增加。這導(dǎo)致ptc元件的加熱功率的所期望的自我限制。由于隨著溫度上升ptc元件的電阻也增加，所以通過ptc元件的電流隨著溫度上升由于增加的電阻而減少，因而每個(gè)時(shí)間單位由ptc元件釋放的熱量的量隨著ptc元件的溫度的上升而越來越少。通過這種方式可以防止ptc元件或者需由它加溫的介質(zhì)過熱。

此處特別引人注意的水狀的尿素溶液的化學(xué)穩(wěn)定性在溫度高于80℃時(shí)下降，因而它的使用安全性在高溫時(shí)受到嚴(yán)重威脅。出于這個(gè)原因，隨著溫度上升在加熱功率方面自己調(diào)節(jié)的ptc元件特別適合于對(duì)水狀的尿素溶液以及其他的工作液加熱。

這種類型的電加熱裝置的缺點(diǎn)是：為了快速地給工作液罐內(nèi)的相應(yīng)大的容積范圍加溫，它需要要么一個(gè)體積大的要么一個(gè)具有大的表面積的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的ptc元件。否則加熱裝置也許只能短時(shí)間地，點(diǎn)狀地將熱量引入罐內(nèi)，其中這或許不能足以在冷起動(dòng)后快速實(shí)現(xiàn)廢氣中所期望的還原度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的是如下地改進(jìn)這種類型的電加熱裝置，即它能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將盡可能大的熱量的量傳遞給它的外部環(huán)境。

本發(fā)明在一個(gè)這種類型的加熱裝置上通過如下方式實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，即電加熱裝置包括多個(gè)ptc元件，這些ptc元件中的每一個(gè)將兩個(gè)電導(dǎo)體連接地設(shè)置，其中電導(dǎo)體中的至少一個(gè)構(gòu)造成平面的導(dǎo)體構(gòu)件并且構(gòu)成一個(gè)用于將在ptc元件內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳遞給電加熱裝置的外部環(huán)境的與該電加熱裝置鄰接的容積部分的熱導(dǎo)體。

在本發(fā)明的電加熱裝置中通過如下方式擴(kuò)大該加熱裝置的熱傳導(dǎo)面，即為了為ptc元件供電或?yàn)榱送ㄟ^這個(gè)ptc元件輸送電流必須直接與該ptc元件連接的電導(dǎo)體用作熱導(dǎo)體。為此至少一個(gè)電導(dǎo)體構(gòu)造成平面的導(dǎo)體構(gòu)件。這意味著：它沿著厚度方向的尺寸是導(dǎo)體構(gòu)件的最小尺寸并且它沿著兩個(gè)其余的既相互垂直又與厚度方向垂直的空間方向中的每一個(gè)的尺寸比厚度尺寸大得多，就是說超過5倍，優(yōu)選超過10倍，特別優(yōu)選超過20倍。

由于平面的電導(dǎo)體沒有必要構(gòu)造成平坦的，所以在沿著所述的空間方向的所述尺寸方面重要的是各局部的空間方向，例如當(dāng)厚度方向根據(jù)在電導(dǎo)體上的部位是不同定向時(shí)。

這樣兩個(gè)由ptc元件接觸的，具有比較大的表面的電導(dǎo)體中的至少一個(gè)可以用作用于以ptc元件為起點(diǎn)傳遞熱量的熱導(dǎo)體。電導(dǎo)體然后作為熱導(dǎo)體可以將在給ptc元件通電流時(shí)產(chǎn)生的熱量傳遞給電加熱裝置的外部環(huán)境的與該電加熱裝置鄰接的容積部分并且這樣加溫在這個(gè)容積部分內(nèi)含有的介質(zhì)。

通過使用多個(gè)優(yōu)選彼此保持間距地設(shè)置的ptc元件可以在加熱裝置內(nèi)設(shè)置多個(gè)熱源，這些熱源產(chǎn)生的熱量可以分別通過至少一個(gè)由與各ptc元件接觸的電導(dǎo)體構(gòu)成的熱導(dǎo)體傳遞給外部環(huán)境。這樣本身一個(gè)大面積的電導(dǎo)體可以在它的整個(gè)面上用作熱導(dǎo)體。

為了進(jìn)一步擴(kuò)大本發(fā)明加熱裝置的熱傳導(dǎo)面，兩個(gè)由一個(gè)ptc元件接觸的電導(dǎo)體可以有益地構(gòu)造成平面的導(dǎo)體構(gòu)件，因而這些由一個(gè)ptc元件接觸的電導(dǎo)體中的每一個(gè)構(gòu)成一個(gè)熱導(dǎo)體。

幾個(gè)或所有的ptc元件可以由ptc陶瓷構(gòu)成。同樣幾個(gè)或所有的ptc元件可以由ptc塑料構(gòu)成，其中ptc塑料通常可以通過一種填充有相應(yīng)的填充材料的熱塑性塑料得以實(shí)現(xiàn)，該塑料例如可以通過壓鑄法制成幾乎任意的形狀輪廓。

優(yōu)選多個(gè)ptc元件平行地設(shè)置在同樣的兩個(gè)電導(dǎo)體之間，因?yàn)橥ㄟ^這種方式可以將用于給ptc元件供電的電導(dǎo)體的數(shù)量保持很少和因?yàn)橥ㄟ^這種方式另外可以將電導(dǎo)體的面完全盡可能均勻地用作熱傳導(dǎo)面，這導(dǎo)致電導(dǎo)體作為熱導(dǎo)體的非常高效的利用。平行設(shè)置的ptc元件在此可以理解為并聯(lián)地電連接。它們沒有必要必須，但是可以在空間上彼此平行地定向或者順著一條直線伸展。實(shí)際上ptc元件并聯(lián)地設(shè)置在其間的兩個(gè)電導(dǎo)體可以具有無規(guī)則的形狀，例如具有局部不同的寬度，因而由于電氣并聯(lián)地設(shè)置ptc元件絕不應(yīng)該事先對(duì)它們?cè)诳臻g上的設(shè)置或者一個(gè)或兩個(gè)電導(dǎo)體的形狀進(jìn)行規(guī)定。

作為補(bǔ)充或可選，多個(gè)ptc元件可以串聯(lián)地設(shè)置在分別不同的電導(dǎo)體對(duì)之間。在此同樣是指一個(gè)電的串接設(shè)置(串聯(lián))和并非必須是一個(gè)空間上的串接設(shè)置。

在ptc元件串聯(lián)的情況中，雖然在各兩個(gè)串聯(lián)的ptc元件之間分別需要一個(gè)單獨(dú)的，將這些ptc元件相互電連接的電導(dǎo)體，這增加了所需電導(dǎo)體的數(shù)量。然而因此也增加了熱導(dǎo)體的數(shù)量，其中通過ptc元件的電的串接設(shè)置還可以對(duì)具有狹窄點(diǎn)和諸如此類的復(fù)雜的罐幾何形狀，特別是罐壁幾何形狀包括罐底部進(jìn)行平面地加溫。

因此優(yōu)選：更多地通過利用少的電導(dǎo)體并聯(lián)的ptc元件對(duì)大的統(tǒng)一的面積范圍(flaechenbereich)進(jìn)行加熱和對(duì)比較小的，構(gòu)造復(fù)雜的，長度比寬度大得多的和可能具有一個(gè)一次或甚至多次彎曲的走向的面積范圍通過串接的ptc元件進(jìn)行加熱。

通常機(jī)動(dòng)車工作液罐-它們的優(yōu)選的使用目的是此處說明的加熱裝置-本身適應(yīng)車輛轎廂內(nèi)的嚴(yán)格的安裝空間規(guī)定，其中在此也出現(xiàn)罐壁的偏離標(biāo)準(zhǔn)形狀的面的幾何形狀，特別是在罐底部。如果兩個(gè)電導(dǎo)體具有不同的形狀的話，然后可以通過ptc元件和通過電導(dǎo)體作為熱導(dǎo)體良好地和有效地為面提供熱量。這樣要么直接通過ptc元件要么間接地利用通過ptc元件加溫的電導(dǎo)體可以為罐壁的，特別是罐底部的區(qū)域內(nèi)的罐容積部分(tankvolumenabschnitt)的大部分提供熱量。

電導(dǎo)體可以鄰接地設(shè)置，其中多個(gè)ptc元件跨接兩個(gè)鄰接的電導(dǎo)體之間的空隙。然后電導(dǎo)體利用它們的彼此靠近的邊緣區(qū)域相對(duì)聚攏地相對(duì)。這樣實(shí)現(xiàn)了一個(gè)盡可能薄的，具有釋放盡可能大的熱量的面的加熱裝置。

作為可選或補(bǔ)充，電導(dǎo)體可以相疊地設(shè)置。多個(gè)ptc元件然后可以跨接電導(dǎo)體的兩個(gè)彼此相對(duì)的面之間的空隙。此外，為了避免兩個(gè)相疊的電導(dǎo)體短路，可以在彼此相對(duì)的面之間設(shè)置至少一個(gè)絕緣構(gòu)件作為定距器。這主要是在如下的情況中是有益的：兩個(gè)電導(dǎo)體在一個(gè)比設(shè)置它們之間的ptc元件大得多的面上延伸，因而由于一個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)體的變形具有導(dǎo)體直接觸碰接觸的擔(dān)憂。

電導(dǎo)體可以構(gòu)造成厚度為從幾個(gè)微米，例如8μm和更多，到幾個(gè)毫米的厚度的金屬箔或者一般導(dǎo)電的薄膜，因而也可以考慮由金屬板材制作，例如剪裁或沖裁一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體。

此外，可以考慮由導(dǎo)電的塑料制造導(dǎo)電體，例如通過具有熱塑性塑料母體的熱塑性復(fù)合材料，導(dǎo)電微粒置入所述塑料母體內(nèi)。微?？梢跃哂腥我夂线m的形狀，諸如球形或纖維形狀，或者無規(guī)則的微粒形狀，如它們例如在由導(dǎo)電材料構(gòu)成的噴霧固化時(shí)產(chǎn)生的那樣。也可以考慮將導(dǎo)電金屬的銼屑作為微粒置入一種可導(dǎo)電的塑料內(nèi)。

在ptc元件與一個(gè)配屬給它的電導(dǎo)體接觸的情況中觸點(diǎn)接觸(kontaktberuehrung)足夠。因此可以考慮：至少一個(gè)ptc元件通過利用導(dǎo)電的粘合劑的粘接或/和通過釬焊，特別是硬焊或/和通過使用單獨(dú)的連接件，諸如鉚釘或/和螺栓，特別是由塑料構(gòu)成的連接件與電導(dǎo)體連接。粘合連接或釬焊連接相對(duì)利用附加的連接件的其余連接具有很高的強(qiáng)度，其中同時(shí)防止了異物可能進(jìn)入ptc元件與電導(dǎo)體之間的觸點(diǎn)間隙內(nèi)和這樣降低觸點(diǎn)質(zhì)量。

在連接件，諸如鉚釘或螺栓的情況中，如果這些連接件本身是不導(dǎo)電的話，這是優(yōu)選的。

為了保護(hù)免受化學(xué)或物理腐蝕，例如由于需加溫的介質(zhì)，電加熱裝置可以在至少一側(cè)上利用薄膜覆蓋或者噴上塑料。也可以將它置入，特別是焊入兩層薄膜之間，這些薄膜將電加熱裝置在兩側(cè)覆蓋和環(huán)繞地完全包圍。

它可以在一側(cè)收納在一個(gè)基材上，其中朝向基材的側(cè)面在加熱裝置僅僅在一側(cè)上利用薄膜覆蓋時(shí)是加熱裝置的或電導(dǎo)體的反向于薄膜的側(cè)面。

為了避免加熱裝置在運(yùn)行中的非預(yù)期的變形，例如由于行駛中的車輛的運(yùn)行固有的振動(dòng)，優(yōu)選基材是剛性的基材。這尤其是在電導(dǎo)體不是固有穩(wěn)定的情況中適用，例如因?yàn)樗鼈儤?gòu)造成金屬箔。如果電導(dǎo)體由于它們的形狀或厚度是固有穩(wěn)定的話，基材然后可以是非形狀穩(wěn)定的或者甚至完全省略。

原則上至少一個(gè)與目前探討的加熱裝置的一個(gè)ptc元件連接的電導(dǎo)體非必要地必須還用于為ptc元件供電，然而出于構(gòu)件數(shù)量盡可能少的原因這是有益的。

文首述及的目的還通過具有一個(gè)如上所述和發(fā)展的電加熱設(shè)備的罐得以實(shí)現(xiàn)，特別是機(jī)動(dòng)車工作液罐，優(yōu)選用于儲(chǔ)存水狀的尿素溶液的罐。

為了盡可能好地將熱量傳遞到收納在罐內(nèi)的，需加溫的介質(zhì)中，電加熱設(shè)備如下地設(shè)置在罐內(nèi)腔中，即加熱設(shè)備的熱傳導(dǎo)面與罐內(nèi)壁表面保持間距。

為了-即使可能僅僅較小程度地-還將與加熱設(shè)備的主要熱傳導(dǎo)面相反的面用于傳遞熱，優(yōu)選電加熱設(shè)備在構(gòu)成其自身與罐內(nèi)壁表面之間的縫隙空間的情況下設(shè)置。優(yōu)選收納在罐內(nèi)和應(yīng)該加溫的介質(zhì)能夠流過縫隙空間。

附圖說明

下面借助附圖進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明。其中示出：

圖1為本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車工作液罐的下殼的粗略示意的縱剖面圖，包括收納在其內(nèi)的本發(fā)明電加熱裝置的第一實(shí)施方式和

圖2為本發(fā)明電加熱裝置的第二實(shí)施方式的粗略示意的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

在唯一的圖1中是一般標(biāo)注為10的本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車工作液罐。在與底部平行的截面中示出罐10的縱剖面。在完成設(shè)置在機(jī)動(dòng)車內(nèi)的，運(yùn)行準(zhǔn)備就緒的狀態(tài)中重力作用方向g垂直于截面和垂直于圖1的繪圖平面伸展。截面穿過罐10的下殼。由此圖1的觀察者向著罐底部12的方向觀看，本發(fā)明的一個(gè)一般標(biāo)注為14的電加熱裝置設(shè)置在該罐底部上，即向著圖1的觀察者的方向。

在圖1中畫陰影線示出由截面剖開的側(cè)壁16，該側(cè)壁基本上垂直于圖1的繪圖平面延伸。

明確指出：圖1僅僅示出本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車工作液罐10的和收納在其內(nèi)的加熱裝置14的粗略示意圖。

在罐10的內(nèi)部18中儲(chǔ)存有一種工作液以便有針對(duì)性地從中取出。其中優(yōu)選考慮作為機(jī)動(dòng)車廢氣的選擇催化還原中的還原劑的水狀的尿素溶液。儲(chǔ)存在罐內(nèi)部18內(nèi)的工作液可以借助一個(gè)輸送泵-在必要時(shí)為了計(jì)量得到一個(gè)閥門輔助地-通過罐的底部12內(nèi)的一個(gè)取出口20取出并且例如輸送給排氣系中的一個(gè)噴嘴。

為了防止工作液在罐內(nèi)部18內(nèi)凍結(jié)或者為了將這個(gè)工作液保持液態(tài)，在其內(nèi)設(shè)置有加熱裝置14。

加熱裝置14具有一個(gè)基材22，該基材與罐底部12保持間距地大致平行于這個(gè)罐底部設(shè)置。在目前的情況中，基材22由一個(gè)平坦的，形狀穩(wěn)定的塑料板構(gòu)成，該塑料板的主延伸平面平行于圖1的繪圖平面伸展。為了保障工作液從罐內(nèi)部18中穿過取出口20暢通無阻地流動(dòng)，基材22在取出口20之上具有一個(gè)開口。

在基本上平坦的基材22上，在從罐底部12起遠(yuǎn)指的側(cè)面上設(shè)置有電導(dǎo)體24、26、28和29。電導(dǎo)體的數(shù)量可以多于或少于所述四個(gè)導(dǎo)體。電導(dǎo)體24、26、28和29在圖1示出的實(shí)施方式中鄰接地設(shè)置。它們?cè)谕粋€(gè)主延伸面中延伸。

為了在罐10的外側(cè)面上與供電接觸，電導(dǎo)體24和26的端部作為觸點(diǎn)30和32穿過罐壁16。

由此電導(dǎo)體24和26構(gòu)成電加熱設(shè)備14的主要能源供應(yīng)，因?yàn)檫@些導(dǎo)體可以直接通過它們的觸點(diǎn)30和32與電源連接。在所示出的實(shí)例中，在電導(dǎo)體24和26之間設(shè)置有三個(gè)-然而也可以更多或更少-ptc(正溫度系數(shù))元件34、36和38，這些ptc元件并聯(lián)地設(shè)置在電導(dǎo)體24和26之間。

為了作為熱導(dǎo)體將在電流流入ptc元件34、36和38中時(shí)產(chǎn)生的熱量引入加熱設(shè)備14的面內(nèi)和從那里大面積地傳遞給罐內(nèi)腔18和其內(nèi)含有的還原介質(zhì)，電導(dǎo)體24和26構(gòu)造成平面的構(gòu)成物。

其他的ptc元件40、42和44總體上與前述的ptc元件34、36和38并聯(lián)連接，然而相互之間串聯(lián)地電連接，其中在ptc元件40和42之間設(shè)置有電導(dǎo)體29和在ptc元件42和44之間設(shè)置有電導(dǎo)體28。兩個(gè)電導(dǎo)體28和29再次構(gòu)造成平面的導(dǎo)體，就是說，它們的材料厚度比它們沿著長度方向(laengenrichtung)或/和寬度方向(breitenrichtung)的尺寸小得多，其中電導(dǎo)體的出現(xiàn)的最大寬度在所示出的實(shí)施方式中至少比該電導(dǎo)體的厚度大30倍。平坦的電導(dǎo)體24、26、28和29的厚度方向垂直于圖1的繪圖平面伸展。電導(dǎo)體24、26、28和29的厚度基本上在空間上是恒定不變的。ptc元件34、36、38、40、42和44優(yōu)選通過一種導(dǎo)電的粘合劑與它們的分別接觸的導(dǎo)電體粘著地連接。

加熱裝置14的ptc元件可以是相同的，然而這并非必須如此。特別是相互串聯(lián)地電連接的ptc元件可以與相互并聯(lián)連接的ptc元件區(qū)別開。然而相互并聯(lián)連接的ptc元件也不必是相同的。

在圖1示出的加熱裝置14中，在給觸點(diǎn)30和32通電流的情況中ptc元件34、36、38、40、42和44構(gòu)成加熱裝置14的點(diǎn)狀最熱的部位，其中其內(nèi)產(chǎn)生的熱量通過平面的電導(dǎo)體24、26、28和29導(dǎo)出并且盡可能大面積地釋放到收納在罐內(nèi)部18內(nèi)的工作液中。

加熱裝置14可以向著觀察者利用薄膜覆蓋或者噴上塑料，使得電導(dǎo)體和ptc元件不會(huì)受到工作液的化學(xué)腐蝕。

在圖2中粗略示意地示出加熱裝置114的本發(fā)明的第二實(shí)施方式的橫截面。與在第一實(shí)施方式中相同的和功能相同的構(gòu)件和構(gòu)件部段標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，然而提高數(shù)字100。下面對(duì)第二實(shí)施方式僅僅就它與圖1的第一實(shí)施方式的不同之處進(jìn)行闡述，為了闡述圖2中示出的第二實(shí)施方式同樣明確地參照對(duì)該實(shí)施方式的說明。

在圖2的第二實(shí)施方式中，電導(dǎo)體124和126不是如在第一實(shí)施方式中那樣鄰接地，而是相疊地設(shè)置，因而電導(dǎo)體124和126在彼此優(yōu)選平行的，然而相互間隔開的主延伸面內(nèi)延伸。

電導(dǎo)體124和126通過一個(gè)ptc元件134相互連接，該ptc元件的延伸面比電導(dǎo)體124和126的延伸面小得多。出于這個(gè)原因?yàn)榱吮苊怆妼?dǎo)體124和126的非預(yù)期的短路，由絕緣材料，例如由電絕緣的塑料構(gòu)成的定距器150和152設(shè)置在電導(dǎo)體124和126之間的定距間隙153的那些位置上，這些位置如此遠(yuǎn)地在側(cè)面離開ptc元件134，即通過電導(dǎo)體124和126相互聚攏的變形不必?fù)?dān)心或原則上可排除短路。優(yōu)選定距器150和152構(gòu)造有與ptc元件134相同的厚度。

由具有設(shè)置在其間的構(gòu)件ptc元件134和定距器150和152的電導(dǎo)體124和126構(gòu)成的組件收納在兩層塑料薄膜154和156之間，這些塑料薄膜保護(hù)組件免受環(huán)境影響，例如免受來自將加熱裝置114包圍的水狀的尿素溶液的化學(xué)腐蝕。

相疊地設(shè)置的電導(dǎo)體124和126可以與鄰接設(shè)置的各個(gè)其他的電導(dǎo)體鄰接或者可以與一個(gè)另外的組件鄰接，該組件由相疊地排列的，具有設(shè)置在其間的鄰接設(shè)置的ptc元件的電導(dǎo)體構(gòu)成。