CN104584681A - 电加热装置、构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

描述一种电加热装置(20)，所述电加热装置具有至少一个能导电的第一部件(21)、至少一个加热层(22)以及至少一个能导电的第二部件(23)。根据本发明提出，能导电的第一部件(21)和/或能导电的第二部件(23)借助于热喷涂法来制造和/或设置在加热层(22)上。替选地或附加地，根据本发明提出，能导电的部件(21，23)和加热层(22)相对于彼此设置成，使得实现或能够实现垂直于加热层(22)的平面和/或沿加热层(22)的平面的方向的电流流动。为了产生构件(10)，将这种加热装置(20)优选地设置在基底元件(11)上。此外，描述一种适当的制造方法。

Description

电加热装置、构件及其制造方法
技术领域
本发明首先涉及一种电加热装置。此外，本发明涉及一种具有电加热装置的构件以及一种用于制造电加热装置和/或构件的方法。
背景技术
当前在市场上有完整系列的制造者和提供者大面积应用加热技术。电的面加热的应用领域是非常广泛的并且此外扩展到工业领域：汽车、医学和电子技术。在住宅技术领域中也使用面加热、例如作为墙壁或地板加热。
通常，当前标准使用的加热系统为可铺设的加热膜或加热丝。在第一种情况下，通常将聚酯膜经由标准印刷法用碳软膏覆层，沿着膜带以特定的间距滚压Cu接触带并且将整体层压。柔性的材料能够部分地作为卷材铺置。加热膜在制造上比较简单，然而，限于矩形面和难以加热复杂拱曲的面有负面影响。
加热丝在通常情况下蜿蜒状地铺设，使得加热丝填满要加热的面。由此，得出下述可能性，通过丝的巧妙铺设能够比较均匀地加热任意面、还有复杂拱曲/成形的面。缺点是，任何新的面几何形状都要求特殊的设计。
所述方法的大的缺点在于电流流动的方式。不仅在加热膜的情况下而且在基于加热丝的系统的情况下，穿过加热层以及加热丝的电流流动串行地、即以串联电路的方式进行。在基于加热丝的加热系统中，这意味着：加热系统在加热丝损坏、例如折断的情况下完全失效。在加热膜的情况下，通过这种方式的电流流动出现对可借助加热系统实现的几何形状的极大限制。电流路径的长度必须在加热系统的整个加热面之上保持恒定，因为否则形成温度分布方面的不均匀性。这意味着，借助加热膜仅能够实现简单的几何形状、通常以矩形的方式实现，或实现较复杂的几何形状与极大的设计耗费相关联。
此外，存在膜状的加热系统，其中电流流动如在本发明中那样垂直于加热层的厚度进行，即加热系统构成为一种并联电路。然而，所述加热系统仅适合于应用于少量弯曲的、二维的面上。在所述的现有加热系统中，加热层的接触部由薄金属膜构成。
发明内容
本发明基于下述目的，提供一种电加热装置，借助所述电加热装置能够避免上述缺点。此外，要提供一种相应改进的制造方法。
所述目的根据本发明通过具有根据独立权利要求1和2所述的特征的电加热装置、具有根据独立权利要求14所述的特征的构件以及具有根据独立权利要求17所述的特征的方法来实现。本发明的其他特征和细节在从属权利要求、说明书以及附图中得出。在此，结合所述发明方面中的一个描述的特征和细节始终也适用于结合各个其他发明方面，使得针对一个发明方面的内容完全也适合于结合其他发明方面。因此，关于对发明方面中的一个的公开内容，也在全部内容方面参考和参阅对其他发明方面的公开内容。
本发明所基于的特征在于，使用热喷涂法，以便制造能导电的部件并且将其设置在加热层上。本发明所基于的其他特征尤其是：具有垂直于层平面的电流流动和/或具有沿层平面的方向的电流流动的加热系统，所述加热系统由至少一个加热层和至少一个例如通过电弧喷涂产生的能导电的部件、例如接触层构成；以及用于其制造的可自动化的方法。
在所述背景下，通过本发明实现用于电加热系统的新型构造，所述电加热系统尤其通过下述说明突出于以及区分于已经存在的电加热系统：电流流动在根据本发明的加热系统中尤其以一种并联电路、即垂直于加热层的面和/或沿加热层的面的平面的方向进行。加热层的接触部通过至少一个例如面覆盖的能导电的部件、例如接触层来实现，所述接触层优选通过电弧喷涂来产生。根据本发明的加热系统能够在任意成形的、复杂三维的、例如弯曲的表面上制造。根据本发明的加热系统相较于现存的加热系统对损坏的不灵敏性高。根据本发明的加热系统的温度分布在整个加热面上是非常均匀的。此外，提出一种用于这种加热系统的相应的制造方法，所述制造方法的特征尤其在于，所述制造方法在很大程度上是能自动化的。
根据本发明的第一方面，提供一种电加热装置，其具有至少一个能导电的第一部件、至少一个加热层以及至少一个能导电的第二部件，其中能导电的第一部件和/或能导电的第二部件借助于热喷涂法制造和/或设置在加热层上。
术语“设置”在此也包含，能导电的一个或多个部件涂覆到加热层上，或但是与所述加热层连接。
本发明的该方面尤其涉及热喷涂和加热层的组合。
热喷涂尤其为表面覆层法。在此，尤其附加材料在喷涂燃烧器之内或之外熔化、熔接或熔融。将熔化的颗粒加速并且涂覆、例如离心涂镀到要覆层的构件的表面上。构件表面在此没有熔融并且仅承受非常小的热负荷。
根据本发明的第二方面，替选地或附加地，提供一种电加热装置，其具有至少一个能导电的第一部件、至少一个加热层以及至少一个能导电的第二部件，其中能导电的部件和加热层相对彼此设置成，使得实现或能够实现垂直于加热层的平面和/或沿加热层的平面的方向的电流流动。
因此，设计电流流动的不同方向。原则上，所述电流流动能够沿加热层的平面的方向进行，即平行于加热层的平面进行。或者，电流流动垂直于所述平面进行。在第一种情况下，能导电的部件、例如相应的电极在最简单的实施方案中位于加热层的边缘上，这就是说位于棱边上。
加热层尤其是可加热的覆层。必要时，但也能够在加热层之内的任何位置上安置条带形的能导电的部件。在垂直的电流流动的情况下，能够整面地在加热层之下和之上设有能导电的部件、例如电极，使得能导电的部件仅必须克服通过加热层的厚度预设的路段。
根据本发明，提供一种电加热装置。在此，所述电加热装置为下述装置，借助于所述装置能够加热与加热装置接触的构件。在此，加热装置构成为电加热装置。这表示，加热装置以电学的方式运行，其中尤其由于电流流动而产生热。对此，设有能导电的第一部件和第二部件，经由所述第一部件和第二部件实现所述电流流动。能导电的部件例如能够金属地、例如作为金属层构成。此外，设计加热层。在此，本发明不限于能导电的部件以及加热层的特定的实施方式。一些优选的但非排他性的实施例在下文中予以详细描述。
此外，根据本发明设计，以特别的方式设置能导电的部件和加热层。所述能导电的部件和加热层根据本发明相对于彼此设置成，使得实现或能够实现垂直于加热层的平面和/或沿加热层的平面的方向的电流流动。这表示，实现一种并联电路。这如何能够详细实现在下文的进一步描述中根据优选的但非排他性的示例予以详细阐述。
优选地，能导电的第一部件构成为能导电的接触层和/或构成为能导电的、尤其是三维的基底元件。由此，也能够加热任意三维的结构。例如，能导电的部件能够构成为金属层。当部件构成为接触层时，所述部件例如能够施加在基底元件上，如这尤其结合根据本发明的构件来描述。在其他的设计方案中，部件本身能够构成为这种基底元件。基底元件尤其为承载元件，所述承载元件适合于承载电加热装置。原则上，这种承载元件不限于特定的大小和/或形状。在其他设计方案中，能导电的第二部件能够构成为能导电的接触层。
例如，这种能导电的接触层可单层地或多层地构成。重要的仅为，接触层是导电的。有针对性地减小加热装置的功能层之间的机械应力(尤其是在制造时或在工作中由于不同的热膨胀系数而出现的机械应力)并进而延长系统的使用寿命的可能性是，由不同的材料构造作为多层系统的例如金属的接触层。通过选择适当的材料，不仅能够确保良好的电接触，而且也能够确保有针对性地减小应力。示例性地，在此提出由材料铜和锌构成的系统或由材料铜、锡和锌构成的系统。
优选地，能导电的第一部件和/或能导电的第二部件以面覆盖的方式构成。面覆盖在此尤其表示：接触元件遮盖或覆盖加热面的至少一个子面。
在其他设计方案中，能导电的第一部件和/或能导电的第二部件以能导电的接触图案的形式构成。在此，本发明不限于特定方式和类型的图案。例如，能够实现条带形的图案。
在根据本发明的加热装置的一个优选的实施方案中，接触层可以作为一种图案、例如蜿蜒状地产生或构成。由此，提高根据本发明的加热系统的柔性。此外，通过所述接触部能够补偿热膨胀系数方面可能的差异并且减少或避免由此造成的在功能层之间的机械应力。功能层因此尤其是加热层和两个能导电的接触层。
电流例如可以平行于金属接触部之间的加热层的平面流动。金属接触部例如可以具有为梳状结构形式的接触图案。在此，电流在连接片之间流动。简单的变型形式设计两个平行的接触部。也可以设有环形安置的接触部。同样，能导电的部件、例如接触层构成为刚性的或柔性的、拱曲的/可拱曲的面。浮置的接触部也是可能的。
在加热层的厚度均匀的情况下，优选地设计，接触部是平行的。所述接触部不必是直的。接触部可以安置在加热层之下或之上。接触部的任意其他几何形状的设置要求加热层的局部的层厚度匹配，但是这尤其借助现代的印刷法是完全可能的。
在其他设计方案中，至少一个能导电的第一部件和至少一个能导电的第二部件构成为电极，其中电极具有不同的电势水平。
本发明的一个特殊的实施方案涉及具有平行于层平面、即沿层平面的方向的电流流动的覆层。对此，不施加、例如喷涂整面的电极，而是喷涂电极图案、例如电极条带。例如，通过接触相对置的棱边可以构造矩形的面。更复杂的、例如沿一个或两个方向弯曲的具有直的或弯曲的边缘的面可以配设有优化的电极。在此，不限于两个电极，更确切地说，也可以使用三个或更多个电极。所述电极必须在工作中处于至少两个不同的电势级上，例如可以将在面的中部的正电极与在面的边缘处的两个负电极组合。但是，多于两个的电势等级也是可能的，以便例如在面的不同部分中能够彼此无关地控制特定的功率。电极的优化的位置和电势水平可以通过实验和/或通过仿真来确定。如在上文中深入描述的那样，也可以将其他的、例如环形的电极插入到所述设置中。另一可能的解决方案可以通过两个或更多个电极以规则的、例如梳状的几何形状实现。在前述情况的每个中，电流在层平面之内、即平行于所述层平面从一个电极流动至其他电极。
关于基底、电极的分级(Gradierung)以及由多种材料构成的电极的构造的实施方案也涉及本发明的该方面。本发明的该方面的示例借助随后还要详细描述的管加热得出。
优选地，至少一个能导电的第一部件和/或至少一个能导电的第二部件可以构成为，使得实现或能够实现不同的温度区域和/或加热区。通过该实施方案得出的优点是，通过设置能导电的部件能够影响加热电流流动，使得能够实现在要加热的面中的不同的温度区域或加热区。
优选地，加热层可以至少分区域地构成为基于碳的加热层，尤其构成为基于碳纳米材料或碳微米材料的加热层，例如以覆层或浸渍的方式。也可考虑的是，使用碳材料与碳纳米材料的任意类型的组成。根据设计方案，这种加热层尤其由相应的粘合剂基体和与相应的应用情况协调的碳配方(Kohlenstoffformulierung)构成。由于突出的导电性，在无害的低电压下能够实现高的加热功率，其中此外在没有所谓的热点的情况下能够实现均匀的热辐照。例如，可以设计为，加热层构成为用碳材料掺杂的塑料，例如构成为用碳纳米颗粒掺杂的聚合物。
例如，能导电的第一部件、加热层和能导电的第二部件夹层状地构成。因此，构成为能导电的接触层的能导电的部件用作为加热层的面覆盖的接触部。这样产生的夹层状的其中确保横向于构件表面的电流流动的加热部的特征尤其在于，所述加热部能够在任意面几何形状和拓扑上、即也在三维结构上生成。由此，可能的是，也均匀地加热复杂成形的构件和结构。
优选地，能导电的第一部件、加热层和能导电的第二部件可以彼此连接，使得实现或能够实现垂直于加热装置的覆层平面、尤其是加热层的电流流动，和/或能导电的第一部件、加热层和能导电的第二部件彼此连接，使得能导电的部件设在加热层的侧边上。在该情况下，电流流动沿加热层的平面的方向进行。
可考虑的是，加热层的接触通过施加接触面、例如借助于电弧喷涂来喷涂接触面仅在要加热的面的侧边上进行。在该情况下，例如存在下述可能性，管或类似管的结构在内侧上设有加热层并且所述加热层的接触部在所述管的敞开的端部上施加。由此，能够简单地并且有效地加热这种结构。
优选地，能导电的第一部件和/或能导电的第二部件能够分级地构造。为了在根据本发明的加热装置的制造期间和在根据本发明的加热装置的工作期间最小化或避免在功能层之间的机械应力的发展，存在分级地构造接触层的可能性。这就是说，通过在热施加、例如喷涂接触层时有针对性地选择工艺参数，能够设定所得到的层的特性，例如孔大小、孔数量等，使得能够补偿机械应力。
优选地，能导电的第一部件和/或能导电的第二部件借助于涂覆法、尤其是借助于电弧喷涂法施加在加热层上/是借助于电弧喷涂法施加在加热层上的。电弧喷涂是热喷涂法。当然，根据本发明，除了电弧喷涂法之外也可以使用其他热喷涂法。原则上，全部热喷涂法适合于产生根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件(即根据本发明的加热系统)的能导电的部件(尤其是能导电的第一和/或第二部件，如第一和/或第二接触层)，只要通过所述喷涂法可以处理所述金属材料并进而可以在不同的基底(尤其根据本发明的加热装置的加热层和/或根据本发明的构件的基底元件或加热层或基底元件所基于的基底)上产生金属层。在电弧喷涂中，尤其将导电的喷涂材料连续地以特定的角度相继地输送。在喷涂材料之间，电弧在点燃之后燃烧并且喷涂材料熔化。
例如，电弧喷涂的特征在于，两个丝线在所谓的喷涂燃烧器之内借助于电弧(所述电弧尤其可以通过施加电流来产生)熔融。以所述方式形成的熔融液态的颗粒通过载气流来加速并且在飞行阶段之后撞到要覆层的基底表面上，在那里通过颗粒的凝固构成金属层。粘附机制在此可以大部分基于机械夹紧，然而也部分地基于基底表面和形成层的金属颗粒之间的部分焊接。
熔融液态的颗粒的温度分别取决于在热喷涂(尤其在电弧喷涂)下使用和要喷涂的材料(即喷涂材料)的熔化温度并且取决于使用的工艺参数并且对要覆层的基底的温度负荷有直接影响。
有利地，设定工艺参数，使得在制造和/或设置根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件的能导电的第一和/或第二部件(例如第一和/或第二接触层)时避免所使用的基底(尤其是根据本发明的加热装置的加热层和/或根据本发明的构件的基底元件或者加热层或基底元件所基于的基底)的损伤或损毁。例如，设定工艺参数，使得基底的温度负荷保持最小，尤其使得基底的温度在热喷涂期间(尤其在电弧喷涂期间)最大为200℃(如≤195℃，≤190℃，≤185℃，≤180℃，≤175℃，≤170℃，≤165℃，≤160℃，≤155℃，≤150℃)。其他能够对基底的温度负荷有影响的工艺参数是电流的强度(借助于所述电流产生电弧)、载气压强、驶过速度(即在热喷涂期间喷涂燃烧器相对于基底或基底相对于喷涂燃烧器运动的速度)和喷涂间距(即沿着喷涂射束轴线测量，喷涂燃烧器的喷涂喷口直至基底表面的下一个点之间的间距)。有利地，为了热喷涂使用小的电流强度(例如30–100A，如30–95A，30–90A，30–80A，35–75A，40–70A，45–70A)、中等的载气压强(例如1.0–3.0bar，如1.1–2.9bar，1.2–2.8bar，1.3–2.7bar，1.4–2.6bar，1.5–2.5bar)、高的驶过速度(例如≥450mm/s，如≥460mm/s，≥470mm/s，≥480mm/s，≥490mm/s，≥500mm/s，≥510mm/s，≥520mm/s，≥530mm/s，≥540mm/s，≥550mm/s，≥560mm/s，≥570mm/s，≥580mm/s，≥590mm/s，≥600mm/s)和在50-400mm的范围中的喷涂间距(例如60–390mm，如70–380mm，80–360mm，90–350mm，100–300mm，105–290mm，110–280mm，120–270mm，125–260mm，130–250mm)。
例如，制造和/或设置根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件的能导电的第一和/或第二部件(如第一和/或第二接触层)能够在电流强度为30-80A、载气压力为1.5-2.5bar、驶过速度>500mm/s并且喷涂间距为100-300mm的情况下进行。
在基底(尤其在根据本发明的加热装置的加热层和/或根据本发明的构件的基底元件)上通过热喷涂(尤其是电弧喷涂)产生的层(尤其是金属层)的层形态和特性还能够通过使用不同的载气类型(例如压缩空气、氮气、氩气)和/或喷涂燃烧器的不同的喷口几何形状来影响。特殊的喷口几何形状在此也能够实现使用所谓的二级气流，所述二级气流尤其影响熔融液态的喷涂颗粒的大小和速度。
借助于热喷涂法(尤其是电弧喷涂法)能够以有利的方式在不同的基底上产生(即制造和/或设置)具有分级的特性的金属层。尤其地，通过制造和/或设置根据本发明的加热装置和/或作为多层系统(例如由不同的喷涂材料构成的多层系统)的根据本发明的构件的能导电的第一和/或第二部件(如第一和/或第二接触层)可能的是，有针对性地减小在根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件的功能层之间的机械应力(尤其是在制造中或在工作中由于不同的热膨胀系数而出现的机械应力)并且进而延长根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件的使用寿命。
热喷涂法(尤其是电弧喷涂法)的一个特别的优点在于下述可能性，组合两种不同的喷涂材料并进而产生所谓的伪合金。尤其在多层构造的层中(例如在根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件的能导电的第一和/或第二部件、尤其是第一和/或第二接触层中)，因此能够实现各个材料之间的(例如基底元件和能导电的第一部件之间的和/或能导电的第一和/或第二部件和加热层之间的)特性的平缓过渡。
作为示例在该处述及由喷涂材料铜和锌构成的层系统。作为第一层，层由锌产生。所述层具有减小出现的机械应力的功能。第二层由锌和铜构成的所谓的伪合金构成。所述第二层通过下述方式产生(即制造和/或设置)，在热喷涂时同时使用不同的喷涂材料(例如由金属或合金构成的一个丝线和由另一金属或另一合金构成的另一丝线)。例如，同时可以使用锌丝和铜丝，以便产生由锌和铜构成的伪合金的层。作为层系统的第三层，产生铜层。由此，能够确保良好的电接触。当然也可能的是，以所述类型和方式构造多层系统，所述多层系统由三种或更多种喷涂材料构成(例如多层系统各由Zn层、Sn层和Cu层构成)。
作为能够在热喷涂法(尤其是电弧喷涂法)中使用的喷涂材料，原则上适合的是全部能导电的材料，尤其是能够以丝线形式存在的材料，如相应的金属(例如铜、锌、锡、铝、银)或相应的合金(例如黄铜)。有利的当然是具有高的电导率的材料，如铜、黄铜、铝或银。
通过热喷涂产生(即制造和/或设置)的层(例如根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件的能导电的第一和/或第二部件、尤其是第一和/或第二接触层)的层厚度位于0.05-0.5mm的范围中。按照根据本发明的加热装置和/或根据本发明的构件(即根据本发明的加热系统)的应用情况，由此也能够影响整个系统的柔性。
作为用于热喷涂(尤其是电弧喷涂)的基底，适合的是能导电的和电绝缘的材料。能导电的材料例如可以是钢、铝或铜。作为电绝缘的材料可以使用热塑性的或热固性的聚合物或陶瓷材料。在此，要注意的是，借助于热喷涂法(尤其是电弧喷涂法)，相对低熔点的、温度敏感的和/或发泡的热塑性的聚合物(例如聚丙烯(PP)、发泡聚丙烯(EPP)、聚苯乙烯(PS)、发泡聚苯乙烯(EPS))可以设有金属层。这通过下述方式实现：基底的温度负荷基本上取决于熔融液态的喷涂颗粒的温度。所述颗粒温度有利地始终小于或等于所使用的喷涂材料的熔融温度。用于对这种温度敏感的基底覆层的处理方式在于由下述喷涂材料产生第一金属层，所述喷涂材料具有比基底的温度负荷高至多300℃(例如至多290℃、至多280℃、至多270℃、至多260℃、至多250℃、至多240℃、至多230℃、至多220℃、至多210℃、至多200℃)的熔融温度(例如，锌；熔融温度：419.5℃)。所述第一层用于：保护基底材料免受进一步的温度影响。在另一方法步骤中，在所述第一金属层上可以由任意的金属喷涂材料(例如，铜；熔化温度：1084.6℃)产生层。撞在基底上的熔融液态的由第二喷涂材料构成的喷涂颗粒的热在此由第一金属层吸收并且均匀化，由此避免实际的基底材料的热损伤。通过所述处理方式也可能的是，如在上文中描述的那样构造多层系统。
通过构造根据本发明的尤其是具有为接触层形式的叠置的功能层和加热层的加热装置，不同的实施变型形式是可能的，例如柔性的基于膜的加热系统、在具有复杂的三维几何形状的不导电的结构上直接构造加热系统、或在具有复杂的三维几何形状的导电的结构上直接构造加热系统。
本发明尤其涉及热喷涂的接触部和可加热的覆层的组合。本发明的一个实施方式涉及垂直于层平面的电流流动。
根据本发明的第三方面提供一种构件，其具有至少一个如在上文中描述的根据本发明的电加热装置，使得关于此在全部内容方面参考和参阅用于加热装置的上述实施方案。此外，提出一种基底元件，在所述基底元件上设置有加热装置。
优选地，基底元件能够构成为三维结构。由此，能够加热任意构成的、三维的结构、也能加热复杂构造的三维结构。
例如，在为膜状的承载材料形式的基底元件上可以构造根据本发明的加热装置。该实施方案的优点在于，以所述方式能够生成柔性的加热系统，所述加热系统能够单独地适应相应的应用情况。作为基底膜，在该变型形式中，首先考虑聚合物膜。然而，同样可以考虑的是，将金属膜用作为承载材料。在该情况下，取消构造第一接触层，因为能导电的基底本身可以作用为整面的接触部。在根据本发明的加热装置的该实施方案中，相对于传统的加热膜的优点在于，加热系统一方面能够在每种任意成形的面中制造，另一方面，根据本发明的加热系统在该实施方案中也能够作为卷材制造，所述卷材通过剪裁能够置于期望的形状。因此，由于加热系统的柔性，能够加热二维弯曲的结构。
在其他设计方案中，将根据本发明的加热装置直接构造在实心的、不能导电的承载结构、例如塑料构件上。该实施方案的优点在于，加热系统能够直接在复杂的、三维成形的结构或构件上产生。这能够实现与不同的应用情况的可匹配性非常高并且相对于在市场上可获得的所有加热系统表现出极大的优点。
在其他设计方案中，加热装置的能导电的第一部件可以构成为构件的基底元件。该实施例例如通过将能导电的结构或构件用作承载件而形成用于根据本发明的加热装置。在此，得到下述可能性，承载结构本身用于将电流引入(尤其是用于接触)到加热层中。这明显减少制造耗费，因为仅必须产生一个接触层。
加热系统与要加热的构件的直接接触能够实现优化的热传递，由此避免热损耗并且总体上提高加热的能量效率。
根据本发明的第四方面，提供一种用于制造电加热装置和/或用于制造构件的方法，所述方法的特征在于下述步骤：
a)制造或制备能导电的第一部件；
b)在能导电的第一部件上设置加热层；
c)制造或制备能导电的第二部件；
d)在能导电的第二部件上设置加热层；
e)能导电的第一部件和/或能导电的第二部件借助于热喷涂法来制造和/或设置在加热层上，和/或能导电的部件和加热层相对彼此设置成，使得实现或能够实现垂直于加热层的平面和/或沿加热层的平面的方向的电流流动。尤其地，在该根据本发明的方面中，提供一种用于制造电加热装置和/或用于制造构件的方法，所述方法的特征在于下述步骤：a)制造或制备能导电的第一部件；b)在能导电的第一部件上设置加热层；c)制造或制备能导电的第二部件；d)在加热层上设置能导电的第二部件，其中能导电的第一部件和/或能导电的第二部件借助于热喷涂法制造和/或设置在加热层上，并且/或者能导电的部件和加热层相对彼此设置成，使得实现或能够实现垂直于加热层的平面的和/或沿加热层的平面的方向的电流流动。
优选地，该方法构成为用于制造在上文中描述的根据本发明的电加热装置和/或用于制造如在上文中描述的根据本发明的构件，使得在全部内容方面深入参考和参阅在上文中的相应的实施方案。
优选地，可以将能导电的第一部件施加到基底元件上，尤其是借助于涂覆法，优选地借助于热喷涂法，例如电弧喷涂法，尤其是如在上文中针对第一和第二方面的根据本发明的加热装置所描述的电弧喷涂法。在所述用于制造根据本发明的加热装置的步骤中，也将接触层、例如金属层施加到任意的承载基底上。在其他设计方案中，施加有加热装置的基底元件本身可以构成为能导电的部件。
优选地，借助于涂覆法可以将加热层、在此为可通过电流加热的层施加到能导电的第一部件上，尤其是借助于喷射法、滚涂法或刮涂法。
在其他设计方案中，能导电的第二部件可以借助于涂覆法施加到加热层上，尤其是借助于热喷涂法，如电弧喷涂法，尤其是如在上文中针对第一和第二方面的根据本发明的加热装置所描述的电弧喷涂法。
对于整个发明而言，作为相对于用于接触的其他解决方案的优点要强调的是，能够在室温下施加耐高温的电接触部。许多其他电接触部不适合于高温(例如，500℃)，因为其例如是粘贴的并且所应用的粘接剂不具有足够的温度稳定性。例如为无机基础的导电漆的其他解决方案必须在高温下烧结，以便实现其特性。而热喷涂的接触部直至非常高的温度时都是稳定的，但是能够在室温下施加。在不再能够粘贴接触部或者在600-900℃下不能煅烧导电膏时，对于高温应用而言该方法尤其令人感兴趣。在该情况下，能够在室温下施加耐高温的接触部，这是明显有利的。在整个温度范围中附着都良好。
优选地，此外如在上文中描述的根据本发明的加热装置和/或如在上文中描述的根据本发明的构件和/或如在上文中描述的根据本发明的方法的特征在于，设有在权利要求、说明书、附图以及示例中描述的一个或多个特征。
根据本发明的电加热装置和/或根据本发明的构件和/或根据本发明的制造方法能够在非常多的应用领域中使用。例如下述应用：
-模具制造
·加热模具以制造纤维复合材料
-汽车
·座椅加热
·侧壁加热
-航空和宇宙航行技术
·用于承载面的除冰
-风能设备
·风扇的加热覆层以用于预防结冰
-轨道交通
·加热驾驶室和客舱
·侧壁加热
-住宅技术
·地板或墙壁加热
·用于卫生设施的加热
附图说明
在下文中，根据优选的实施例参照所附的附图详细阐述本发明。附图示出：
图1示出用于构造根据本发明的电加热装置的方法步骤；
图2示出通过直接在复杂成形的构件上制造加热装置得到的任意形状的均匀的加热；
图3示出柔性的、基于膜的加热装置；
图4示出用于几何形状复杂的不能导电的基底元件的加热装置；
图5示出用于几何形状复杂的能导电的基底元件的加热装置；
图6示出能导电的部件的不同的取样；
图7示出通过热电弧喷涂得到的加热层的双侧接触部的实施例；
图8示出通过多层系统得到的有针对性的减小应力；和
图9至13示出不同的接触几何形状的实施例。
具体实施方式
在图中示出根据本发明的构件10，所述构件具有基底元件11。此外，构件具有电加热装置20。电加热装置20具有为接触层形式的能导电的第一部件21、加热层22以及为接触层形式的能导电的第二部件23。
根据本发明的加热装置20经由一系列覆层过程来构造。功能在此通过将基于用碳纳米颗粒掺杂的聚合物的至少一个加热层22和所述加热层22通过以面覆盖的方式施加的为金属层形式的至少一个能导电的第二部件23接触的组合来实现。
为了产生所述金属接触层，使用所谓的电弧喷涂的方法，所述电弧喷涂属于热喷涂法的范围。
在用于制造相应的构件10的第一步骤中，将能导电的第一部件21、例如金属接触层借助于电弧喷涂施加到任意的基底元件11、例如承载基底上。随后，将可通过电流加热的覆层、即加热层22涂覆到所产生的能导电的部件21上。涂覆所述加热层22可以通过不同的涂覆方法、例如喷射、滚涂或刮涂来进行。在第三方法步骤中，将能导电的第二部件23、例如金属接触层23涂覆到加热层22上。方法步骤在图1中示出。
所产生的接触层用作为加热层22的面覆盖的接触部。这样产生的夹层式的确保横向于构件表面的电流流动的加热部的特征在于，所述加热部能够在任意面几何形状和拓扑、即在三维的结构上生成。由此，可能的是，也均匀地加热复杂成形的构件和结构，如示例性地在图2中示出的那样。
通过构造具有叠置的功能层的根据本发明的构件或根据本发明的加热装置，原则上三个不同的实施变型形式是可能的：
1.柔性的基于膜的加热系统；
2.在具有复杂的三维几何形状的不导电的结构上直接构造加热系统；
3.在具有复杂的三维几何形状的导电的结构上直接构造加热系统。
上述实施变型形式在下文中简短描述。
实施例1：柔性的、基于膜的加热系统
在图3示出的实施例方式中，在作为承载材料的膜状的基底元件11上构造根据本发明的加热装置。该实施方案的优点在于，能够以所述方式生成柔性的加热系统，所述加热系统能够单独地适用于相应的应用情况。作为基底膜，在该变型形式中尤其考虑聚合物膜。然而，同样可以考虑，使用金属膜作为承载材料。在该情况下，取消第一方法步骤，即构造能导电的第一部件，因为能导电的基底本身能够作用为全面的接触部。随后，在基底元件11上依次施加能导电的第一部件21、加热层22和能导电的第二部件23。
在该实施方案中，相对于传统的加热膜的优点在于，构件10作为加热系统一方面能够在任何任意成形的表面上制造；另一方面，根据本发明的加热系统在该实施方案中也作为卷材制造，所述卷材能够通过剪裁置于期望的形状。因此，由于加热系统的柔性，能够加热二维弯曲的结构。
实施例2：在具有复杂的三维几何形状的不导电的结构上直接构造 加热系统
在根据图4的该实施方案中，将根据本发明的加热装置20直接施加在实心的、不能导电的承载结构上，所述承载结构为基底元件11，例如为塑料构件。构造在此类似于图3中的实施例进行，因此，在作为承载结构的基底元件11上制造总共3个层。
该实施方案的优点在于，能够直接在复杂的、三维成形的结构或构件上制造能够为加热系统的构件10。这能够实现对各种不同的应用情况的非常高的可适应性并且相对于在市场上可用的所有加热系统显示出极大的优点。
实施例3：在具有复杂的三维几何形状的导电的结构上直接构造加 热系统
在图5中示出的另一个实施例通过将能导电的结构或构件作为基底元件11用于根据本发明的加热装置20来得出。在此，得到下述可能性，基底元件11本身用作为用于电流传导或接触加热层22的能导电的部件21。这明显减少制造耗费，因为仅必须制造能导电的部件23。
在根据图4和5的实施变型形式中加热装置与要加热的构件的直接接触能够实现最优的热传递，由此避免热损耗并且整体上提高加热的能量效率。
在根据本发明的加热装置的另一个有利的实施方案中，能导电的部件、例如金属接触层能够作为一种图案、例如蜿蜒状地产生。不同的实施例在图6中示出。由此，提高根据本发明的加热装置的柔性。此外，热膨胀系数的可能差异能够通过所述接触补偿并且减少或避免由此造成的在功能层之间的热应力。通过该实施方案得出的另一个优点是，通过设置接触面能够影响加热电流流动，使得在要加热的面中能够实现不同的温度区域或加热区。
同样可以考虑的是，加热层22的接触部通过借助于电弧喷涂仅在为基底元件11形式的要加热的面的侧边上喷涂为接触面形式的能导电的部件21、23实现。在该情况下，例如出现下述可能性，管或类似管的结构在内侧上设有加热层22并且所述加热层22的接触部借助于电弧喷涂在所述管的敞开的端部上施加。由此，能够简单地并且有效地加热这种结构。对此相应的示例在图7中示出。
为了最小化或避免在根据本发明的加热装置的制造或工作期间在功能层之间的机械应力的发展，存在下述可能性，分级地构造金属接触层。这就是说，在热喷涂接触层时通过有针对性地选择工艺参数，设定特性、例如孔大小、孔数量、得到的机械层，使得能够补偿机械应力。
另一个目的明确地减小在功能层之间的机械应力并进而延长加热系统的使用寿命的可能性在于，由不同的材料将金属接触层构造成多层系统。通过选择适当的材料，不仅能够确保良好的电接触，而且也能够确保有针对性的应力减小。示例性地提出由材料铜、锡和锌构成的系统。对此的示例在图8中示出。
在图9至12中示出具有不同的接触几何形状的电加热装置。电流在此始终平行于在为金属接触部形式的能导电的部件21、23之间的加热面22的平面流动，在所述金属接触部上存在电势差P1-P2。
在图9中示出梳状结构。电流在连接片之间流动。这种设计方案例如适合于大的面积、地板、墙壁、模具制造、机器/工具制造。当然，在其他设计方案中，加热层也能够越过连接片端部直至例如为配对电极的相应的能导电的部件，使得例如为电极的能导电的部件之间的面完全覆层。
图10示出具有两个平行的接触部的简单的变型形式。这种设计方案适合于小的至中等的面积、汽车、航空和宇宙航行、模具制造、机械/工具制造。
图11示出具有环形安置的接触部的变型形式。电流流动在两个环形电极之间进行。该设计方案例如适用于容器、机器/工具制造。然而，不必存在环。也能够使用整面的圆。
图12示出具有刚性的或柔性的拱曲的/可拱曲的面的变型形式，如金属板、膜、织物等。该设计方案例如适合于结合图9至13描述的应用。如果进一步考虑该实施例，例如也能够设想在两个端部上或纵向接触的管，例如通过滚涂。
在图13中示出在复杂面的情况下具有用于电势分布的“浮置的”接触部的变型形式。这种设计方案例如能够用于车辆、例如轨道车辆、航运等中的地板。在图13中示出的实施方式中，也能够在浮置的接触部上施加电势。
同样能够实现在任意大小的管、容器、软管的内部中涂覆接触部。
在加热层的厚度均匀的情况下需要的是，接触部是平行的。所述接触部不必是直的。接触部能够安置在加热层之下或之上。接触部的每个其他的几何形状的设置要求加热层的局部的层厚度匹配，但是，这借助现代的印刷法是绝对可能的。
附图标记列表
10    构件
11    基底元件
20    电加热装置
21    能导电的第一部件(第一接触层)
22    加热层
23    能导电的第二部件(第二接触层)
P1    电势
P2    电势

Claims (21)

1.一种电加热装置(10)，具有至少一个能导电的第一部件(21)、至少一个加热层(22)以及至少一个能导电的第二部件(23)，其中能导电的所述第一部件(21)和/或能导电的所述第二部件(23)借助于热喷涂法制造和/或设置在所述加热层(22)上。
2.电加热装置(20)，尤其根据权利要求1所述的电加热装置(20)，具有至少一个能导电的第一部件(21)、至少一个加热层(22)以及至少一个能导电的第二部件(23)，其中所述能导电的部件(21，23)和所述加热层(22)相对彼此设置成，使得实现或能够实现垂直于所述加热层(22)的平面和/或沿所述加热层(22)的平面的方向的电流流动。
3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，能导电的第一部件(21)构成为能导电的接触层和/或构成为能导电的、尤其是三维的基底元件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热装置，其特征在于，能导电的所述第二部件(23)构成为能导电的接触层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的加热装置，其特征在于，能导电的所述第一部件(21)和/或能导电的所述第二部件(23)以面覆盖的方式构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的加热装置，其特征在于，能导电的所述第一部件(21)和/或能导电的所述第二部件(23)以能导电的接触图案形式构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的加热装置，其特征在于，至少一个能导电的第一部件和至少一个能导电的第二部件(21，23)构成为电极，并且所述电极具有不同的电势水平。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的加热装置，其特征在于，至少一个能导电的第一部件(21)和/或至少一个能导电的第二部件(23)构成为，使得在所述加热层中实现或能够实现不同的温度区域和/或加热区。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的加热装置，其特征在于，所述加热层(22)至少分区域地构成为基于碳的加热层、尤其是构成为基于碳纳米材料或碳微米材料的加热层。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的加热装置，其特征在于，能导电的所述第一部件(21)、所述加热层(22)和能导电的所述第二部件(23)夹层状地构成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的加热装置，其特征在于，能导电的所述第一部件(21)、所述加热层(22)和能导电的所述第二部件(23)彼此连接，使得实现横向于所述加热装置(10)的厚度的电流流动，和/或能导电的所述第一部件(21)、所述加热层(22)和能导电的所述第二部件(23)彼此连接，使得所述能导电的部件(21，23)设在所述加热面(22)的侧边上。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的加热装置，其特征在于，能导电的所述第一部件(21)和/或能导电的所述第二部件(23)分级地构造。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的加热装置，其特征在于，能导电的所述第一部件(21)和/或能导电的所述第二部件(23)借助于涂覆法、尤其是借助于电弧喷涂法施加在所述加热层上。
14.一种构件(10)，具有至少一个根据权利要求1至13中任一项所述的电加热装置(20)以及基底元件(11)，在所述基底元件上设置有所述电加热装置。
15.根据权利要求14所述的构件，其特征在于，所述基底元件(11)构成为三维结构。
16.根据权利要求14或15所述的构件，其特征在于，所述加热装置(20)的能导电的所述第一部件(21)构成为所述构件(10)的基底元件(11)。
17.一种用于制造电加热装置(20)和/或用于制造构件(10)的方法，其特征在于具有下述步骤：
a)制造或制备能导电的第一部件(21)；
b)将加热层(22)设置在能导电的所述第一部件(21)上；
c)制造或制备能导电的第二部件(23)；
d)将能导电的所述第二部件(23)设置在所述加热层(22)上；
其中能导电的所述第一部件(21)和/或能导电的所述第二部件(23)借助于热喷涂法制造和/或设置在所述加热层(22)上，和/或能导电的所述部件(21，23)和所述加热层(22)相对彼此设置成，使得实现或能够实现垂直于所述加热层(22)的平面和/或沿所述加热层(22)的平面的方向的电流流动。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法构成为用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的电加热装置(20)和/或用于制造根据权利要求14至16中任一项所述的构件(10)。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，将能导电的所述第一部件(21)施加到基底元件(11)上，尤其是借助于涂覆法，优选借助于电弧喷涂法来施加。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，将所述加热层(22)借助于涂覆法施加到能导电的所述第一部件(21)上，尤其是借助于喷射法、滚涂法或刮涂法来施加。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的方法，其特征在于，将能导电的所述第二部件(23)借助于涂覆法施加到所述加热层(22)上，尤其是借助于电弧喷涂法来施加。
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