具有PTC电阻结构的平面加热元件制造技术

本发明专利技术涉及一种平面加热元件(1)，包括PTC电阻结构(2)，该PTC电阻结构(2)布置在载体基底(5)的第一表面(4)的限定的表面区域(3)中，其中，电端子触点(6)与PTC电阻结构(2)相关联，用于连接到电压源(7)，其中，PTC电阻结构(2)‑基于两个电端子触点(6)‑具有至少一个内导体迹线(8)和并联连接的外导体迹线(9)，其中内导体迹线(8)具有比外导体迹线(9)更大的电阻，并且其中内导体迹线(8)和外导体迹线(9)的电阻被测量成，使得当施加电压时，在限定的表面区域(3)内存在基本上均匀的温度分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有PTC电阻结构的平面加热元件，该PTC电阻结构布置在支撑基底的第一表面的限定的表面区域中，其中，用于连接到电压源的电连接触点与PTC电阻结构相关联。此外，本专利技术涉及一种加热装置，本专利技术的平面加热元件应用于该加热装置中。此外，本专利技术涉及本专利技术的加热元件的、相应地本专利技术的加热装置的优选用途。此外，本专利技术涉及一种用于制造本专利技术的加热元件的方法。
技术介绍
从现有技术已知的是例如通过评估电阻结构的电阻来确定、相应地监视温度。对应的电阻结构使用要么薄膜技术要么厚膜技术涂敷(apply)在基底上。通常，电阻结构是曲折形的或螺旋形的。同样已知的是，经由对应的电阻结构将周围介质加热到预定温度。为此，电阻结构与电压源连接。例如，可加热的电阻结构在热流量测量设备的情况下应用于确定和/或监视通过测量管的介质的质量流量。应用于温度测量的电阻结构和可加热电阻结构通常由PTC(正温度系数)材料、优选镍或铂制造。PTC电阻结构被区别的特征是欧姆电阻随着升高的温度而增加，其中，函数相关(functionaldependence)在大温度范围上是高度线性的。已知的电阻结构的缺点，特别是当它们曲折形时，在于这些结构的相对大的电阻。作为其结果，相对高的电压必须提供用于能量供应。此外，如果在限定的表面区域内需要均匀的温度分布，则这不能用已知的曲折结构实现。这种结构具有的缺点是，其可能具有-由在涂层的制造中的过程波动引起的-不同线宽度。这导致热点的形成，因为越小线宽度的区域具有越高的电阻。这导致局部增加的加热(热点)，该加热由加热补充地增加电阻的事实而扩大。在另一方面，这种解决方案具有高电流密度可能导致电迁移的结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供平面加热元件，该平面加热元件具有在限定的表面区域中的至少近似均一的、相应地均匀的温度分布。该目的通过特征实现，所述特征包括：PTC电阻结构具有-从两个电连接触点开始-至少一个内导电迹线和一个并联连接的外导电迹线，内导电迹线具有比外导电迹线更大的电阻，并且内导电迹线和外导电迹线的电阻的大小设定成使得在施加电压时，基本上均匀的温度分布存在于限定的表面区域内。在这种情况下，利用了具有越小电阻的导电迹线提供对加热功率越大的贡献的效果。因此，两条导电迹线的并联电路具有稳定效果。即，如果两条导电迹线中的一条具有例如过程相关的变窄，则通常没有热点在这种位置处形成。在大部分均匀被加热的表面区域之外，存在高温度梯度，使得被加热区基本上限于限定的表面区域。小欧姆电阻能够通过至少两个平行延伸且并联连接的导电迹线来实现。特别地，在没有施加加热电压的情况下的室温下，PTC电阻结构的总电阻优选小于3欧姆。优选地，PTC电阻结构实现成，使得除了加热功能之外，其还提供温度被测量值，使得PTC电阻结构用作加热元件和温度传感器。在本专利技术的加热元件的第一有利实施例中，内导电迹线和外导电迹线由相同的材料制造；不同电阻经由内导电迹线和外导电迹线的不同横截面面积和/或长度来实现。该第一实施例具有的优点是，电阻结构由单一材料组成，使得电阻结构能够在一个制造步骤中建立。优选地用作PTC电阻结构的材料是镍或铂。铂具有的优点是，它也能够在高于300℃的高温下应用而没有问题。在本专利技术的加热元件的替代实施例中，内导电迹线和外导电迹线由不同材料制造，其中，两条导电迹线具有不同的电阻率。此外，经由不同电阻率的不同材料的组合，能够在限定的表面区域内实现均匀温度分布。对此最好的是第一实施例和替代实施例的组合。本专利技术的加热元件的实施例的有利形式提供了，PTC电阻结构被结构化-实际上-在三个部分中：第一端部，该第一端部邻接电触点连接/连接线，与电压源的连接经由该触点连接/连接线发生，中间部，该中间部邻接第一端部，以及第二端部，该第二端部跟随在中间部上。当内导电迹线和外导电迹线在中间部中基本上平行延伸时，被证明是有利的。优选地，内导电迹线和外导电迹线在第二端部中也基本上平行地延伸。在第一端部中，内导电迹线和外导电迹线朝向彼此延续，并且在各种情况下与两个电连接触点中的一个连接。优选地，在第一端部中的两条导电迹线因此具有V形形状。如果在PTC电阻结构的几何形状上没有突变发生，则能够在限定的表面区域中实现高温度稳定性。特别地，防止所谓的热点的形成。同样，然而，也可能的是，两条导电迹线在第一端部中经由与两条导电迹线成直角延伸的部分彼此相连。同样，内导电迹线以及外导电迹线两者在第二端部中能够具有要么V形形状要么矩形形状。此外，在第二端部中，内导电迹线和外导电迹线基本上彼此平行地延伸。此外，一种选项也是使用另一种形状，例如半圆形形状。此外，一种选项是，在两个端部中的一个中使用第一形状，例如矩形形状，而在另一个端部中使用偏离第一形状的第二形状，例如V形形状。此外，有利的实施例提供了，在第一端部和/或第二端部中的内导电迹线的每单位长度的电阻和/或外导电迹线的每单位长度的电阻大于在中间部中的内导电迹线和/或外导电迹线的每单位长度的电阻。本专利技术的加热元件的有利的进一步演变提供了，内导电迹线和/或外导电迹线的至少一个几何参数，例如线宽度和填充厚度，至少在至少一个部分的子部分中改变成，使得均匀温度分布的局部出现的偏离在受影响部分中至少大致消除了。优选地，基底由具有低于预定极限值的热导率的材料组成，使得大的热梯度出现在具有更均匀温度分布的限定的表面区域与连接触点之间，该热梯度高于预定极限值，通常高于50℃/mm。以这种方式，保证被加热的“热”区基本上限于限定的表面区域并且与位于外部的“冷”区热分离。优选地，使用其热导率小于5Watt/m·K的基底材料。优选地，热导率小于3Watt/m·K。限定的表面区域具有基本上由外导电迹线的外部尺寸限定的边界。该限定的表面区域是所谓的被加热区或热区，在该区域中，至少300℃的温度支配(reign)。将被加热区限于由位于外面的导电迹线的外部尺寸限定的区域尤其通过提供基底材料具有低热导率来实现。此外，其优选地具有小于/等于1mm的厚度。为了实现在被加热区与通常处于室温并且连接触点位于其中的冷区之间的热交换，提供具有小填充密度的电连接线。电连接线优选由高纯金(金百分率至少大于95％，优选大于99％)制造。连接触点由银或银合金制成。处于室温的PTC电阻结构的电阻低于10Ω，优选低于3Ω，乃至低于1Ω。这通过选择至少一种合适材料(优选地，铂)和对应的导电迹线结构的合适尺寸设定来实现。基底材料是氧化铝、石英玻璃或氧化锆。优选地，关于本专利技术，基底是氧化锆。支撑基底的厚度优选地小于1mm。氧化锆具有以下优点：低热导率(然而，在给定情况下，该热导率足以使局部出现的热点均衡)，甚至在小厚度的情况下的高机械稳定性和关于热膨胀的与加热元件的金属部件的优化匹配，特别是当导电迹线是铂时。该实施例保证均一温度分布限于由电阻结构的外尺寸限定的表面区域。在PTC电阻结构的外部，温度因高温度梯度而非常快速地下降。优选地，支撑基底的形状与PTC电阻结构的形状匹配。特别地，基底材料因此被实现在具有V形形状或矩形形状的第二端部中。如果第二端部是V形的-因此其具有尖端-，则加热元件能够插入待加热的介质中。在EP1189281B1中公开了具有尖端的本文档来自技高网...

【技术保护点】
平面加热元件(1)，包括PTC电阻结构(2)，所述PTC电阻结构(2)布置在支撑基底(5)的第一表面(4)的限定的表面区域(3)中，其中，用于连接到电压源(7)的电连接触点(6)与所述PTC电阻结构(2)相关联，其中，所述PTC电阻结构(2)具有至少一个内导电迹线(8)和一个并联连接的外导电迹线(9)，其中，所述内导电迹线(8)具有比所述外导电迹线(9)更大的电阻，并且其中，所述内导电迹线(8)和所述外导电迹线(9)的电阻的大小设定成，使得在施加电压时基本上均匀的温度分布存在于所述限定的表面区域(3)内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.13 DE 102014108356.31.平面加热元件(1)，包括PTC电阻结构(2)，所述PTC电阻结构(2)布置在支撑基底(5)的第一表面(4)的限定的表面区域(3)中，其中，用于连接到电压源(7)的电连接触点(6)与所述PTC电阻结构(2)相关联，其中，所述PTC电阻结构(2)具有至少一个内导电迹线(8)和一个并联连接的外导电迹线(9)，其中，所述内导电迹线(8)具有比所述外导电迹线(9)更大的电阻，并且其中，所述内导电迹线(8)和所述外导电迹线(9)的电阻的大小设定成，使得在施加电压时基本上均匀的温度分布存在于所述限定的表面区域(3)内。2.如权利要求1所述的加热元件，其中，所述PTC电阻结构(2)提供温度被测量值，使得所述PTC电阻结构(2)用作加热元件和温度传感器。3.如权利要求1或2所述的加热元件，其中，所述内导电迹线(8)和所述外导电迹线(9)由相同材料制造，并且其中，不同的电阻经由所述内导电迹线(8)和所述外导电迹线(9)的不同横截面面积和/或长度来实现。4.如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中，所述内导电迹线(8)和所述外导电迹线(9)是具有不同电阻率的不同材料。5.如权利要求1至4中的至少一项所述的加热元件，其中，所述PTC电阻结构(2)能够分成三个部分：第一端部(10)，所述第一端部(10)邻接电连接线(15)，中间部(11)，所述中间部(11)邻接所述第一端部(10)，以及第二端部(12)，所述第二端部(12)邻接所述中间部(11)。6.如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中，所述内导电迹线(8)和并联连接的所述外导电迹线(9)在所述中间部(11)中基本上平行地延伸。7.如权利要求1至6中的一项或多项所述的加热元件，其中，所述内导电迹线(8)和所述外导电迹线(9)在所述第一端部(10)中朝向彼此延续并且与对应的所述电连接触点(6)连接。8.如前述权利要求中的一项或多项所述的加热元件，其中，在所述第一端部(10)和/或所述第二端部(12)中的所述内导电迹线(8)的电阻和/或所述外导电迹线(9)的电阻大于在所述中间部(11)中的所述内导电迹线(8)和/或所述外导电迹线(9)的电阻。9.如权利要求1-8中的一项或多项所述的加热元件，其中，所述内导电迹线(8)和/或所述外导电迹线(9)的至少一个几何参数，例如线宽度和填充厚度，至少在至少一个部分(10、11、12)的一个子部分中改变成，使得与所述均匀温度分布的局部出现的偏离在受影响部分中至少近似消除了。10.如权利要求1-9中的一项或多项所述的加热元件，其中，所述基底(5)由具有低于预定极限值的热导率的材料组成，使得热梯度出现在被加热的所述限定的表面区域(3)与所述连接触点(6)之间，所述热梯度高于预定极限值，优选地高于50℃/mm。11.如前述权利要求中的一项或多项所述的加热元件，其中，优选地由玻璃制造的至少一个基本上电绝缘的隔离层(14)被设置在所述基底(5)上或所述基底(5)中。12.如前述权利要求中的一项或多项所述的加热元件，其中，所述基底(5)具有至少一个钝化层(13)，所述至少一个钝化层(13)优选地涂敷在所述支撑基底(5)的表面上。13.如前述权利要求中的一项或多项所述的加热元件，其中，所述PTC电阻结构(2)由在高温下使用的导电材料、优选地铂组成。14.如前述权利要求中的一项或多项所述的加热元件，其中，所述电连接触点(6)由贵金属或贵金属合金制造，其中，所述贵金属优选地为银，并且在所述贵金属合金的情况下，优选地为银合金。15.如前述权利要求中的一项或多项所述的加热元件，其中，在所述电连接触点(6)和所述PTC电阻结构(2)的所述第一端部(10)之间设置有电连接线(15)，所述电连接线(15)由贵金属制造，优选由金、优选地具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊里·霍劳贝克，米尔科·莱曼，约瑟夫·弗尔克，
申请(专利权)人：创新森塞科技IST公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH