具有PTC元件和作為熱導體的供電導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

本發明涉及一種用于機動車的工作液罐，特別是用于儲存水狀的尿素溶液的罐的電加熱裝置，其包括至少一個ptc元件，該ptc元件將兩個電導體連接地設置。

此外，本發明涉及一種具有一個這樣的電加熱設備的罐，特別是機動車工作液罐，優選儲存用于選擇催化還原的水狀的尿素溶液的罐。

背景技術：

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元件在罐內是兩個供電導線之間的唯一的導電的連接。在這類的公開文獻中作為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備用于機動車內的水狀的尿素溶液的加溫，特別是液化或保持流動性，以便能夠利用這個尿素溶液即使在外部溫度冷的情況中實施選擇催化還原和這樣減少廢氣內的氮氧化物。這在本發明的優選的應用中也是這種情況。

水狀的尿素溶液在溫度為-11℃時凍結，其中通過水狀的尿素溶液中的添加劑可以將凍結溫度降低到-40℃。然而出于保障廢氣內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地，足夠量地以液態存在。

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。這個公開文獻說明借助一種導電的塑料將ptc元件與供電導線連接。由ptc元件和與這個ptc元件借助導電的塑料接觸的供電導線構成的整個配置組件又可以由塑料包封，以便保護它免受它的外部環境中的化學或/和物理腐蝕介質的影響。

ptc元件是當它們有電流流過時能夠變熱并根據通過變熱產生的相對外部環境的溫度梯度將熱量釋放到這個外部環境中。其中“ptc”意味著“positivetemperaturecoefficient”(正溫度系數)，其表明：ptc元件的電阻隨著溫度的上升而增加。這導致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，因而每個時間單位由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過熱。

此處特別引人注意的水狀的尿素溶液的化學穩定性在溫度高于80℃時下降，因而它的使用安全性在高溫時受到嚴重威脅。出于這個原因，隨著溫度上升在加熱功率方面自己調節的ptc元件特別適合于對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是：為了快速地給工作液罐內的相應大的容積范圍加溫，它需要要么一個體積大的要么一個具有大的表面積的，結構復雜的ptc元件。否則加熱裝置也許只能短時間地，點狀地將熱量引入罐內，其中這或許不能足以在冷起動后快速實現廢氣中所期望的還原度。

技術實現要素：

因此本發明的目的是如下地改進這種類型的電加熱裝置，即它能夠在盡可能短的時間內將盡可能大的熱量的量傳遞給它的外部環境。

本發明在一個這種類型的加熱裝置上通過如下方式實現這個目的，即電加熱裝置包括多個ptc元件，這些ptc元件中的每一個將兩個電導體連接地設置，其中電導體中的至少一個構造成平面的導體構件并且構成一個用于將在ptc元件內產生的熱量傳遞給電加熱裝置的外部環境的與該電加熱裝置鄰接的容積部分的熱導體。

在本發明的電加熱裝置中通過如下方式擴大該加熱裝置的熱傳導面，即為了為ptc元件供電或為了通過這個ptc元件輸送電流必須直接與該ptc元件連接的電導體用作熱導體。為此至少一個電導體構造成平面的導體構件。這意味著：它沿著厚度方向的尺寸是導體構件的最小尺寸并且它沿著兩個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的尺寸比厚度尺寸大得多，就是說超過5倍，優選超過10倍，特別優選超過20倍。

由于平面的電導體沒有必要構造成平坦的，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，例如當厚度方向根據在電導體上的部位是不同定向時。

這樣兩個由ptc元件接觸的，具有比較大的表面的電導體中的至少一個可以用作用于以ptc元件為起點傳遞熱量的熱導體。電導體然后作為熱導體可以將在給ptc元件通電流時產生的熱量傳遞給電加熱裝置的外部環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容積部分內含有的介質。

通過使用多個優選彼此保持間距地設置的ptc元件可以在加熱裝置內設置多個熱源，這些熱源產生的熱量可以分別通過至少一個由與各ptc元件接觸的電導體構成的熱導體傳遞給外部環境。這樣本身一個大面積的電導體可以在它的整個面上用作熱導體。

為了進一步擴大本發明加熱裝置的熱傳導面，兩個由一個ptc元件接觸的電導體可以有益地構造成平面的導體構件，因而這些由一個ptc元件接觸的電導體中的每一個構成一個熱導體。

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

優選多個ptc元件平行地設置在同樣的兩個電導體之間，因為通過這種方式可以將用于給ptc元件供電的電導體的數量保持很少和因為通過這種方式另外可以將電導體的面完全盡可能均勻地用作熱傳導面，這導致電導體作為熱導體的非常高效的利用。平行設置的ptc元件在此可以理解為并聯地電連接。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。實際上ptc元件并聯地設置在其間的兩個電導體可以具有無規則的形狀，例如具有局部不同的寬度，因而由于電氣并聯地設置ptc元件絕不應該事先對它們在空間上的設置或者一個或兩個電導體的形狀進行規定。

作為補充或可選，多個ptc元件可以串聯地設置在分別不同的電導體對之間。在此同樣是指一個電的串接設置(串聯)和并非必須是一個空間上的串接設置。

在ptc元件串聯的情況中，雖然在各兩個串聯的ptc元件之間分別需要一個單獨的，將這些ptc元件相互電連接的電導體，這增加了所需電導體的數量。然而因此也增加了熱導體的數量，其中通過ptc元件的電的串接設置還可以對具有狹窄點和諸如此類的復雜的罐幾何形狀，特別是罐壁幾何形狀包括罐底部進行平面地加溫。

因此優選：更多地通過利用少的電導體并聯的ptc元件對大的統一的面積范圍(flaechenbereich)進行加熱和對比較小的，構造復雜的，長度比寬度大得多的和可能具有一個一次或甚至多次彎曲的走向的面積范圍通過串接的ptc元件進行加熱。

通常機動車工作液罐-它們的優選的使用目的是此處說明的加熱裝置-本身適應車輛轎廂內的嚴格的安裝空間規定，其中在此也出現罐壁的偏離標準形狀的面的幾何形狀，特別是在罐底部。如果兩個電導體具有不同的形狀的話，然后可以通過ptc元件和通過電導體作為熱導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元件加溫的電導體可以為罐壁的，特別是罐底部的區域內的罐容積部分(tankvolumenabschnitt)的大部分提供熱量。

電導體可以鄰接地設置，其中多個ptc元件跨接兩個鄰接的電導體之間的空隙。然后電導體利用它們的彼此靠近的邊緣區域相對聚攏地相對。這樣實現了一個盡可能薄的，具有釋放盡可能大的熱量的面的加熱裝置。

作為可選或補充，電導體可以相疊地設置。多個ptc元件然后可以跨接電導體的兩個彼此相對的面之間的空隙。此外，為了避免兩個相疊的電導體短路，可以在彼此相對的面之間設置至少一個絕緣構件作為定距器。這主要是在如下的情況中是有益的：兩個電導體在一個比設置它們之間的ptc元件大得多的面上延伸，因而由于一個或兩個導體的變形具有導體直接觸碰接觸的擔憂。

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

此外，可以考慮由導電的塑料制造導電體，例如通過具有熱塑性塑料母體的熱塑性復合材料，導電微粒置入所述塑料母體內。微粒可以具有任意合適的形狀，諸如球形或纖維形狀，或者無規則的微粒形狀，如它們例如在由導電材料構成的噴霧固化時產生的那樣。也可以考慮將導電金屬的銼屑作為微粒置入一種可導電的塑料內。

在ptc元件與一個配屬給它的電導體接觸的情況中觸點接觸(kontaktberuehrung)足夠。因此可以考慮：至少一個ptc元件通過利用導電的粘合劑的粘接或/和通過釬焊，特別是硬焊或/和通過使用單獨的連接件，諸如鉚釘或/和螺栓，特別是由塑料構成的連接件與電導體連接。粘合連接或釬焊連接相對利用附加的連接件的其余連接具有很高的強度，其中同時防止了異物可能進入ptc元件與電導體之間的觸點間隙內和這樣降低觸點質量。

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電的話，這是優選的。

為了保護免受化學或物理腐蝕，例如由于需加溫的介質，電加熱裝置可以在至少一側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覆蓋和環繞地完全包圍。

它可以在一側收納在一個基材上，其中朝向基材的側面在加熱裝置僅僅在一側上利用薄膜覆蓋時是加熱裝置的或電導體的反向于薄膜的側面。

為了避免加熱裝置在運行中的非預期的變形，例如由于行駛中的車輛的運行固有的振動，優選基材是剛性的基材。這尤其是在電導體不是固有穩定的情況中適用，例如因為它們構造成金屬箔。如果電導體由于它們的形狀或厚度是固有穩定的話，基材然后可以是非形狀穩定的或者甚至完全省略。

原則上至少一個與目前探討的加熱裝置的一個ptc元件連接的電導體非必要地必須還用于為ptc元件供電，然而出于構件數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如上所述和發展的電加熱設備的罐得以實現，特別是機動車工作液罐，優選用于儲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的，需加溫的介質中，電加熱設備如下地設置在罐內腔中，即加熱設備的熱傳導面與罐內壁表面保持間距。

為了-即使可能僅僅較小程度地-還將與加熱設備的主要熱傳導面相反的面用于傳遞熱，優選電加熱設備在構成其自身與罐內壁表面之間的縫隙空間的情況下設置。優選收納在罐內和應該加溫的介質能夠流過縫隙空間。

附圖說明

下面借助附圖進一步詳細地說明本發明。其中示出：

圖1為本發明的機動車工作液罐的下殼的粗略示意的縱剖面圖，包括收納在其內的本發明電加熱裝置的第一實施方式和

圖2為本發明電加熱裝置的第二實施方式的粗略示意的橫截面圖。

具體實施方式

在唯一的圖1中是一般標注為10的本發明的機動車工作液罐。在與底部平行的截面中示出罐10的縱剖面。在完成設置在機動車內的，運行準備就緒的狀態中重力作用方向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，本發明的一個一般標注為14的電加熱裝置設置在該罐底部上，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壁16，該側壁基本上垂直于圖1的繪圖平面延伸。

明確指出：圖1僅僅示出本發明的機動車工作液罐10的和收納在其內的加熱裝置14的粗略示意圖。

在罐10的內部18中儲存有一種工作液以便有針對性地從中取出。其中優選考慮作為機動車廢氣的選擇催化還原中的還原劑的水狀的尿素溶液。儲存在罐內部18內的工作液可以借助一個輸送泵-在必要時為了計量得到一個閥門輔助地-通過罐的底部12內的一個取出口20取出并且例如輸送給排氣系中的一個噴嘴。

為了防止工作液在罐內部18內凍結或者為了將這個工作液保持液態，在其內設置有加熱裝置14。

加熱裝置14具有一個基材22，該基材與罐底部12保持間距地大致平行于這個罐底部設置。在目前的情況中，基材22由一個平坦的，形狀穩定的塑料板構成，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部18中穿過取出口20暢通無阻地流動，基材22在取出口20之上具有一個開口。

在基本上平坦的基材22上，在從罐底部12起遠指的側面上設置有電導體24、26、28和29。電導體的數量可以多于或少于所述四個導體。電導體24、26、28和29在圖1示出的實施方式中鄰接地設置。它們在同一個主延伸面中延伸。

為了在罐10的外側面上與供電接觸，電導體24和26的端部作為觸點30和32穿過罐壁16。

由此電導體24和26構成電加熱設備14的主要能源供應，因為這些導體可以直接通過它們的觸點30和32與電源連接。在所示出的實例中，在電導體24和26之間設置有三個-然而也可以更多或更少-ptc(正溫度系數)元件34、36和38，這些ptc元件并聯地設置在電導體24和26之間。

為了作為熱導體將在電流流入ptc元件34、36和38中時產生的熱量引入加熱設備14的面內和從那里大面積地傳遞給罐內腔18和其內含有的還原介質，電導體24和26構造成平面的構成物。

其他的ptc元件40、42和44總體上與前述的ptc元件34、36和38并聯連接，然而相互之間串聯地電連接，其中在ptc元件40和42之間設置有電導體29和在ptc元件42和44之間設置有電導體28。兩個電導體28和29再次構造成平面的導體，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，其中電導體的出現的最大寬度在所示出的實施方式中至少比該電導體的厚度大30倍。平坦的電導體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優選通過一種導電的粘合劑與它們的分別接觸的導電體粘著地連接。

加熱裝置14的ptc元件可以是相同的，然而這并非必須如此。特別是相互串聯地電連接的ptc元件可以與相互并聯連接的ptc元件區別開。然而相互并聯連接的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30和32通電流的情況中ptc元件34、36、38、40、42和44構成加熱裝置14的點狀最熱的部位，其中其內產生的熱量通過平面的電導體24、26、28和29導出并且盡可能大面積地釋放到收納在罐內部18內的工作液中。

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

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

在圖2的第二實施方式中，電導體124和126不是如在第一實施方式中那樣鄰接地，而是相疊地設置，因而電導體124和126在彼此優選平行的，然而相互間隔開的主延伸面內延伸。

電導體124和126通過一個ptc元件134相互連接，該ptc元件的延伸面比電導體124和126的延伸面小得多。出于這個原因為了避免電導體124和126的非預期的短路，由絕緣材料，例如由電絕緣的塑料構成的定距器150和152設置在電導體124和126之間的定距間隙153的那些位置上，這些位置如此遠地在側面離開ptc元件134，即通過電導體124和126相互聚攏的變形不必擔心或原則上可排除短路。優選定距器150和152構造有與ptc元件134相同的厚度。

由具有設置在其間的構件ptc元件134和定距器150和152的電導體124和126構成的組件收納在兩層塑料薄膜154和156之間，這些塑料薄膜保護組件免受環境影響，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腐蝕。

相疊地設置的電導體124和126可以與鄰接設置的各個其他的電導體鄰接或者可以與一個另外的組件鄰接，該組件由相疊地排列的，具有設置在其間的鄰接設置的ptc元件的電導體構成。