DE202016100917U1

DE202016100917U1 - Luft- und/oder Aerosolerhitzer

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Publication number: DE202016100917U1
Application number: DE202016100917.0U
Authority: DE
Original assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Current assignee: Tuerk and Hillinger GmbH
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: DE102017102695B4; DE102017102695A1; US20170238609A1; US10477897B2

Abstract

Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150), insbesondere für eine E-Zigarette, mit einem Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151), in dem Luft und/oder Aerosol erhitzbar ist und mit einem auf der äußeren Oberfläche des Rohrs (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 111, 121, 131, 141, 151) oder der inneren Oberfläche des Rohrs (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) angeordneten Widerstandselement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122, 132, 142, 152), dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122, 132, 142, 152) an dem Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) fixiert ist.

Description

Die Anreicherung von Luft mit Wirk- und/oder Aromastoffen, wie sie beispielsweise bei Inhalatoren oder E-Zigaretten angestrebt wird, setzt in vielen Fällen voraus, dass die Luft und/oder der Wirkstoff schnell erhitzt werden. Es ist beispielsweise aus der DE 100 42 396 B4 für den stationären Einsatz oder der DE 20 2013 105 420 U1 für den mobilen Einsatz in E-Zigaretten bekannt, zu einem solchen Zweck elektrische Heizvorrichtungen zu verwenden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Luft- und/oder Aerosolerhitzer bereitzustellen, welcher insbesondere den Anforderungen des Einsatzes in einem mobilen Gerät, beispielsweise im Zusammenhang mit mobilen Inhalatoren und insbesondere mit E-Zigaretten, die in vielen Fällen eine Übertragung bekannter Konzepte wegen ihres Gewichts, ihrer Größe oder ihres Energiebedarfs verhindern und eine Neuentwicklung speziell für solche Anwendungen erzwingen, in besonderem Maße Rechnung trägt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Luft- und/oder Aerosolerhitzer mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen eines solchen Luft- und/oder Aerosolerhitzers sind Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche.
Der erfindungsgemäße Luft- und/oder Aerosolerhitzer, der insbesondere besonders gut für die Verwendung in einer E-Zigarette geeignet, ist, weist ein Rohr, in dem Luft und/oder Aerosol erhitzbar ist und ein auf der äußeren Oberfläche des Rohrs oder der inneren Oberfläche des Rohrs angeordnetes Widerstandselement auf. Das Widerstandselement ist dabei bevorzugt als ein Widerstandsdraht ausgeführt, es ist aber auch möglich, als Widerstandselement eine gedruckte oder im Dickschicht- oder Dünnschichtverfahren aufgebrachte Heizbahn sein. Bevorzugt verläuft das Widerstandselement auf oder an der entsprechenden Oberfläche gewendelt, beispielsweise als Einfach- oder Doppelwendel. Insbesondere bei Verwendung von Widerstandsdrähten ist dieser vorteilhafterweise auf die äußere Oberfläche des Rohrs gewickelt bzw. gewendelt.
Angemerkt sei, dass das Rohr, das bei einem Luft- und/oder Aerosolerhitzer für ein mobiles Inhalationsgerät vorteilhafterweise zum Einsatz kommt umgangssprachlich eher als „Röhrchen“ bezeichnet würde, weil es klein, dünnwandig, leicht und relativ fragil ist. Dementsprechend ist das Wort „Rohr“ in diesem Sinne enger auszulegen als umgangssprachlich üblich.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass das Widerstandselement an dem Rohr fixiert ist. Diese Maßnahme bringt eine Reihe von signifikanten Vorteilen mit sich zu deren besserem Verständnis es hilfreich ist, sich zunächst noch einmal einige der Erfordernisse zu vergegenwärtigen, die aus einer Verwendbarkeit für ein mobiles Inhalationsgerät, insbesondere eine E-Zigarette, folgen. Erstens sollten diese Geräte klein und kompakt sein, um eine gute Portabilität und bequeme Handhabbarkeit zu erlauben. Dies führt dann dazu, dass dann auch der darin zum Einsatz kommende Aerosolerhitzer diese Eigenschaften aufweisen muss. Zweitens werden diese Geräte in Alltagssituationen gehandhabt und sind dementsprechend auch mechanischen Belastungen ausgesetzt.
Dementsprechend ist das Widerstandselement typischerweise auch relativ dünn und flexibel ausgeführt, um die für den kleinen und kompakten Aufbau notwendigen engen Biegeradien realisieren zu können, insbesondere ohne dabei zu hohe Kräfte auf das Rohr bzw. Röhrchen ausüben zu müssen, die dieses beschädigen oder gar zerstören könnten. Das bedeutet aber, dass es wenn Kräfte wirken leicht zu einer Verformung, einem Verschieben oder einem Verrutschen des Widerstandselements kommen kann. Solche Kräfte treten in den Alltagssituationen, in denen die mobilen Inhalationsgeräte gehandhabt werden, leicht auf, beispielsweise bei Stößen, etwa wenn einem Benutzer das mobile Inhalationsgerät versehentlich aus der Hand fällt. Hinzu kommen auch noch Kräfte, die beim Aufheizen des Widerstandselements auftreten.
Als Konsequenz der Verformung, des Verschiebens oder Verrutschens des Widerstandselements kann dieses dann gegebenenfalls lokal nicht mehr spaltfrei am Rohr anliegen und/oder es kann zu Abweichungen von der gewünschten lokalen Verteilung der Heizleistung über das Rohr kommen. All diesen unerwünschten Effekten kann durch die erfindungsgemäße Fixierung des Widerstandselements wirksam entgegengewirkt werden.
Hinzu kommt noch, dass zumindest manche Arten der Fixierung des Widerstandselements, insbesondere eine endseitige Fixierung am Ende des Rohrs, fertigungstechnische Vorteile mit sich bringen können und andere Arten der Fixierung des Widerstandselements dazu beitragen können, eine elektrische Isolierung des Widerstands nach außen hin und/oder einzelner Windungen des Widerstandselements voneinander zu verbessern.
Konkret gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten bzw. Fixiermitteln, um eine solche Fixierung herbeizuführen, von denen eine Auswahl weiter unten detailliert beschrieben wird. Beispielsweise kann das Widerstandselement mechanisch am Ende oder an den Enden fixiert werden, es kann aber auch nach seiner Anordnung an dem Rohr durch zumindest lokales Aufbringen einer Fixierschicht, wie z.B. einer keramischen Kittmasse, oder einer Glasschmelze, oder mittels eines Garns fixiert werden.
Zu den durch den Wunsch nach einer kleinen Bauform für einen Einsatz in einem mobilen Inhalationsgerät und insbesondere einer E-Zigarette entstehenden Anforderungen an die Größe des Luft- und/oder Aerosolerhitzers kommt noch hinzu, dass die zur Beheizung zur Verfügung stehende Energieversorgung, in der Regel eine Batterie oder ein Akku, begrenzt ist, so dass es wichtig ist, den Luft- und/oder Aerosolerhitzer jeweils nur bei akutem Bedarf für eine möglichst kurze Zeitspanne zu betreiben. Es kommt somit entscheidend darauf an, den Aufheizprozess schnell zu gestalten, wozu eine geringe thermische Masse entscheidend beiträgt. Für einen Luft- und/oder Aerosolerhitzer, bei dem das Widerstandselement fixiert ist, wird es vorteilhaft möglich, ein Rohr mit einer Wandstärke d ≤ 0,6mm zu verwenden. Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Wandstärke d ≤ 0,4mm ist.
Auch die Länge des Rohrs des Luft- und/oder Aerosolerhitzers trägt zu dessen thermischer Masse bei. Für einen Luft- und/oder Aerosolerhitzer, bei dem das Widerstandselement fixiert ist, ist es vorteilhaft, dass das Rohr eine Länge l ≤ 12mm aufweist, und es sind Ausführungsformen realisierbar, bei denen die Länge l ≤ 8mm ist.
Als vorteilhafte Bedingung für die Sicherstellung eines schnellen Erreichens der Soll-Betriebsbedingungen nach jedem Einschaltvorgang hat sich insbesondere hat sich erwiesen, dass das Rohr aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit λ ≥ 2 W/(m × K) besteht. Besonders geeignet ist dabei die Verwendung von Keramikrohren, insbesondere aus einer Aluminiumoxid- oder Steatit-Keramik gefertigten Keramikrohren. Die mechanischen Eigenschaften dieser Keramikrohre sind für die Benutzung in einem erfindungsgemäßen Luft- und/oder Aerosolerhitzer besonders gut geeignet, wenn die Keramikrohre dicht gesintert sind.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit dem Steatit-Material C221, das die Fertigung sehr filigraner und dünnwandiger gefertigte Keramikrohre erlaubt, die Herstellung der im Testbetrieb am besten arbeitenden Luft- und/oder Aerosolerhitzer gelang, obwohl sie eine im Vergleich zum Aluminiumoxid geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Zudem bringt die Verwendung von C221 im Vergleich zu Aluminiumoxid Preisvorteile mit sich.
Als Fixiermittel, mit denen das Widerstandselement an dem Rohr fixiert wird, haben sich insbesondere an dem Rohr angeordnete Fixierelemente in Form von Ausnehmungen – besonders wenn sie die gesamte Rohrwandung durchsetzen – oder Nuten sowie an dem Rohr angeordnete Vorsprünge bewährt. Alternativ oder zusätzlich kann das Widerstandselement durch zumindest abschnittsweises Bedecken mit einer Fixierschicht, das auch durch zumindest abschnittsweises Vergießen realisiert werden kann, an dem Rohr fixiert werden.
Geeignete Materialien für ein solches Bedecken oder Vergießen sind beispielsweise Kitte, aushärtbare Kleber oder Glas. Zu betonen ist dabei, dass ein Fixieren durch ein abschnittsweises Bedecken bzw. Vergießen nicht nur insofern möglich ist, als das Rohr nicht über seine gesamte Länge mit dem entsprechenden Material bedeckt ist, sondern auch dadurch realisierbar ist, dass es nicht um seinen gesamten Umfang herum mit dem entsprechenden Material bedeckt ist. Insbesondere kann das Widerstandselement vorteilhaft durch eine streifenförmige Bedeckung, die zweckmäßigerweise entlang der Verlaufsrichtung des Rohrs verläuft, an dem Rohr fixiert werden.
Als vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, wenn der effektive Querschnitt des Widerstandselements im Bereich der Rohrenden größer ist als in der Rohrmitte, so dass die Heizleistung dort geringer ist. Besonders leicht lässt sich dies erreichen, wenn der effektive Querschnitt des Widerstandselements an den Rohrenden durch miteinander kurzgeschlossene Windungen des Widerstandselements erhöht ist, was insbesondere durch Crimpen, Schweißen, Löten oder Verdrillen realisiert werden kann.
Durch die als besonders vorteilhaft anzusehende Realisierung des Widerstandselements als isolierend oxidierter Widerstandsdraht wird es möglich, dass auf dem Rohr zumindest abschnittsweise Windung an Windung gewickelt ist. Dies erlaubt eine noch kompaktere Bauform, die eine noch geringere thermische Masse mit sich bringt.
Als vorteilhaft hat sich ferner erweisen, wenn ein Anschlussabschnitt vorhanden ist, in dem die elektrische Verbindung mit elektrischen Versorgungsleitungen erfolgt, wobei der Anschlussabschnitt thermisch entkoppelt von zumindest einem Abschnitt des Rohrs ist. Eine solche thermische Entkopplung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Anschlussabschnitt durch das Fixiermittel gebildet wird.
Bei einem vom Rohr separaten Fixiermitttel kann dies durch einen über den Rohrkörper hinausragender Vorsprung des Fixiermittels erreicht werden
Bei einem in das Rohr integrierten Fixiermittel kann dies mit einem über den Rohrkörper hinausragender Vorsprung erreicht werden, der an dem Rohr angeformt sein kann, aber alternativ dazu beispielsweise auch durch einen Abschnitt der Rohrwand, der durch zwei schlitzartige Ausnehmungen, die bevorzugt in Verlaufsrichtung des Rohres verlaufen, vom Rest der Rohrwand getrennt ist, realisiert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
1a: Eine Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
1b: einen Querschnitt durch den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 1a,
2a: eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
2b: einen Querschnitt durch den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 2a,
3a: eine Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
3b: einen Querschnitt durch den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 3a,
3c: eine Ansicht des Rohrs des Luft- und/oder Aerosolerhitzers aus 3a,
3d: eine Ansicht einer ersten Alternative für das Rohr aus 3c,
3e: eine Ansicht einer zweiten Alternative für das Rohr aus 3c,
4a: eine Ansicht einer vierten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
4b: einen Querschnitt durch den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 4a,
5: einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
6a: eine erste Ansicht einer sechsten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
6b: einen Querschnitt durch den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 6a,
6c: eine zweite Ansicht des Luft- und/oder Aerosolerhitzers aus 6a,
7a: eine Ansicht einer siebten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
7b: das Rohr des Luft- und/oder Aerosolerhitzers aus 7a,
7c: eine erste alternative Anschlussmöglichkeit für den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 7a,
7d: eine zweite alternative Anschlussmöglichkeit für den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 7a,
7e: eine Variante des Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 7a mit miteinander kurzgeschlossenen Windungen des Widerstandselements im Endbereich des Rohrs,
7f: eine dritte alternative Anschlussmöglichkeit für den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 7a,
7g: eine vierte alternative Anschlussmöglichkeit für den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 7a,
8a: eine Ansicht einer achten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
8b: das Rohr des Luft- und/oder Aerosolerhitzers aus 7a,
9: einen Querschnitt durch eine neunte Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
10a: eine Explosionszeichnung einer zehnten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
10b: eine Ansicht des Luft- und/oder Aerosolerhitzers aus 10a,
10c: eine Ansicht des Luft- und/oder Aerosolerhitzers aus 10a in angeschlossenem Zustand,
11: eine Explosionszeichnung einer ersten Variante des in 10a dargestellten Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
12: eine Explosionszeichnung einer zweiten Variante des in 10a dargestellten Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
13: eine Explosionszeichnung einer dritten Variante des in 10a dargestellten Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
14a: Eine Ansicht einer elften Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers,
14b: einen Querschnitt durch den Luft- und/oder Aerosolerhitzer aus 14a, und
15: eine Ansicht einer zwölften Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers.
Die Bezugszeichen d und l werden in allen Figuren für die Wandstärke bzw. die Länge des jeweiligen Rohrs, in dem Luft- und/oder Aerosol erhitzbar ist, verwendet. Es sei zudem darauf hingewiesen, dass alle Figuren stark vergrößerte Darstellungen von erfindungsgemäßen Luft- und/oder Aerosolerhitzern zeigen.
Der in 1a und 1b dargestellte Luft- und/oder Aerosolerhitzer 10 weist ein Rohr 11 mit Wandstärke d und Länge l, in dem Luft und/oder Aerosol erhitzbar ist und ein auf die äußeren Oberfläche des Rohrs 11 gewickeltes Widerstandselement 12, das als Widerstandsdraht ausgeführt ist, auf. Das Widerstandselement 12 ist auf dem Rohr 11 mit einer Fixierschicht 13, die z.B. als keramischer Kitt oder als Glasschicht ausgebildet sein kann, fixiert, die das Rohr 11 in diesem Ausführungsbeispiel vollständig umgibt.
Die in den 2a und 2b dargestellte Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers 20 mit Rohr 21, und Widerstandselement 22 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1a und 1b dadurch, dass hier im Bereich beider Enden des Rohrs 21 Fixierschichten 23a und 23b angeordnet sind, während im Bereich zwischen den Fixierschichten 23a und 23b keine weiter Fixierung vorhanden ist. Es erfolgt also lediglich eine Fixierung der Endbereiche, die zugleich ein Verrutschen des gesamten Widerstandselements 22 verhindert.
Eine andere Ausführungsform mit einer Fixierschicht zeigen die 14a und 14b. Die dort dargestellte Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers 140 mit Rohr 141, und Widerstandselement 142 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1a und 1b dadurch, dass hier nur in einem Teilbereich des Rohrumfangs eine streifenartige Fixierschicht 143 angeordnet ist, während im verbleibenden Rohrumfangsbereich keine weitere Fixierung vorhanden ist.
Grundsätzlich ist das Aufbringen einer Fixierschicht, wie sie in den bislang diskutierten Ausführungsbeispielen exemplarisch dargestellt ist, bedarfsweise auch zur zusätzlichen Fixierung bei der Verwendung anders ausgestalteter Fixiermittel, wie sie nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert werden, geeignet.
Bei der in den 3a bis 3c dargestellten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers 30 mit Rohr 31, und Widerstandselement 32 dient zur Fixierung des als Widerstandsdraht ausgeführten Widerstandselements 32 eine spiralförmig in das Rohr 31 eingebrachte Nut 33. Natürlich kann optional auch hier eine Fixierschicht, z.B. wie in 1a oder 2a dargestellt, aufgebracht werden. Für diesen Zweck ist es vorteilhaft, wenn die Breite der Nut 33 größer ist als die Dicke des Widerstandselements 32. Insbesondere kann es dann vorteilhaft sein, eine Nut etwa mit halbkreisförmigem oder halbelliptischem Querschnitt vorzusehen, was insbesondere dann, wenn man ein in einer Keramikspritzgusstechnik gefertigt wird, leicht realisierbar ist.
Dabei kann statt des in 3c einzeln dargestellten Rohrs 31 beispielsweise auch das in 3d dargestellte Rohr 34 mit zusätzlichen stirnseitigen Vorsprüngen 34a, b oder das in 3e dargestellte Rohr 35 mit zusätzlich jeweils zwei stirnseitigen, die Rohrwand durchsetzenden, schlitzförmigen Ausnehmungen 35a, b bzw. 35c, d verwendet werden. Die Vorsprünge 34a, b bzw. Ausnehmungen 35a–d unterstützen die Fixierung des Widerstandselements 32 und können bei anfänglicher Fixierung des Widerstandselements 32 auf einer der Stirnseiten vorteilhaft als Ausgangspunkt für den Wickelprozess beim Einwendeln des Widerstandselements 32 in die Nut 33 verwendet werden, was fertigungstechnische Vorteile mit sich bringt. Zudem können sie, wie nachfolgend an anderen Ausführungsbeispielen noch näher erläutert wird, eine einfache und sichere Kontaktierung mit elektrischen Anschlüssen ermöglichen. Darüber hinaus führen sie zu einer thermischen Entkopplung des Anschlussbereichs für Anschlussdrähte, der vorteilhafterweise am jeweiligen Vorsprung 34a, b bzw. im jeweiligen Abschnitt zwischen den Ausnehmungen 35a, 35b bzw. 35c, 35d angeordnet wird.
Noch eine weitere Variante für die Gestaltung des Rohrs ist bei dem in 15 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Luft- und/oder Aerosolerhitzer 150 mit Rohr 151 und Widerstandselement 152. In den stirnseitigen Endbereichen des Rohrs 151 ist dabei als Fixiermittel jeweils eine die Rohrwand durchsetzende Ausnehmung in Form eines Schlitzes 153 vorhanden, der bevorzugt in Umfangsrichtung des Rohrs betrachtet eine etwas geringer Breite als den Durchmesser des Widerstandselements 152 aufweist. Die Fixierung des Widerstandselements 152 erfolgt hier durch ein Einklemmen der Endabschnitte des Widerstandselements 152 in den Schlitzen 153. Auch auf diese Weise kann ein fester Anfangspunkt für den Wickelprozess auf einfachste Weise geschaffen werden, der eine effiziente und kostengünstige Fertigung erleichtert.
Der in 4a und 4b dargestellte Luft- und/oder Aerosolerhitzer 40 weist ein Rohr 41 mit Wandstärke d und Länge l, in dem Luft und/oder Aerosol erhitzbar ist und ein an der inneren Oberfläche des Rohrs 41 gewickeltes Widerstandselement 42, das als Widerstandsdraht ausgeführt ist, auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist das Fixiermittel, das z.B. auch wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 als keramischer Kitt oder als Glasschicht ausgebildet sein kann, die dann an der Innenseite des Rohrs angeordnet wird oder wie in 3 durch einlegen des Widerstandselements 42 in eine in der Rohrinnenwand vorgesehene Nut erreicht werden kann.
Der in 5 dargestellte Luft- und/oder Aerosolerhitzer 50 weist ein Rohr 51 mit Wandstärke d und Länge l, in dem Luft und/oder Aerosol erhitzbar ist und einen auf der Oberfläche des Rohrs 51 gewickelten isolierend oxidierten Widerstandsdraht 52 als Widerstandselement auf. Wegen dieser Eigenschaft des Widerstandselements kann eine dichte Wicklung erfolgen, bei der sich benachbarte Wendeln berühren, was dann eine besonders kurze und massearme Ausführungsform ermöglicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist auch hier das Fixiermittel, das z.B. auch wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 als keramischer Kitt oder als Glasschicht ausgebildet sein kann, die dann an der Innenseite des Rohrs angeordnet wird oder wie in 3d und 3f durch endseitige Fixierung an Vorsprüngen oder Ausnehmungen erfolgen kann.
Der in 6a–c dargestellte Luft- und/oder Aerosolerhitzer 60 weist ein Rohr 61 mit Wandstärke d und Länge l, in dem Luft und/oder Aerosol erhitzbar ist und ein auf die äußeren Oberfläche des Rohrs 61 gewickeltes Widerstandselement 62, das als Widerstandsdraht ausgeführt ist, auf. Zur Fixierung des Widerstandselements 62 ist auf dem Rohr 61 dienen hier Hilfsdrähte 63, die in Bohrungen 64 in der Rohrwandung des Rohrs 61 angeordnet sind, die dafür an diesen Stellen lokal auf eine Wandstärke d‘ verstärkt sein kann. Die Funktionsweise dieser Fixierungsmöglichkeit ist ähnlich wie die im Zusammenhang mit 3d und 3e beschriebenen endseitigen Fixierung und bietet im Wesentlichen dieselben Vorteile. Die Hilfsdrähte 63 können zusätzlich auch für die Stromversorgung verwendet werden.
Anhand der in den 7a und 7b dargestellten Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers 70 mit Rohr 71, und Widerstandselement 72, bei der das in 7b separat dargestellte Rohr 71 ähnlich wie das in 3d einzeln dargestellten Rohr als Fixiermittel stirnseitige Vorsprünge 74a, b aufweist, sollen nun unterschiedliche Möglichkeiten, den notwendigen elektrischen Anschluss herzustellen, diskutiert werden. In 7b ist dazu eine erste Variante gezeigt, bei der die auf den Vorsprüngen 74a, b angeordneten Abschnitte des Widerstandselements 72 dicht an dicht gewickelt sind, so dass bei einem Widerstandsdraht, dessen Oberfläche nicht isoliert ist, eine elektrische Verbindung zwischen den Wendeln dieser Abschnitte besteht, wobei das Widerstandselement 72 verdrillt zugeführt wird, um in den Zuleitungsabschnitten den wirksamen elektrischen Widerstand zu verringern. Dabei kann entweder der Widerstandsdraht mit sich selbst verdrillt werden, aber auch mit einem Hilfsdraht mit einem besseren elektrischen Leitwert, z.B. einem Kupfer- oder Rein-Nickel-Hilfsdraht.
Alternativ dazu ist, wie in 7c dargestellt ist, möglich, den Kontakt zu einem Anschlussdraht 75 durch Vercrimpen mit einem Crimpelement 76 herzustellen oder, wie 7d zeigt, den Anschlussdraht 75 mit dem Endabschnitt des Widerstandselements 72 fest zu umwickeln, so dass er an den jeweiligen Vorsprung 74a, b angepresst wird.
Dabei kann insbesondere, wie in 7e gezeigt ist, der effektive Querschnitt des Widerstandselements 72 an den Rohrenden durch eine Widerstandsschweißverbindung 77 oder einen Lötpunkt miteinander kurzgeschlossene Windungen des Widerstandselements erhöht sein. Diese Widerstandsschweißverbindung 77 oder dieser Lötpunkt kann dann gleichzeitig zur Bildung eines verschweißten Anschlusses mit einem in 7f dargestellten Crimpelement 76 zum Anschlussdraht 75 oder mit einem in 7g dargestellten (im Gegensatz zu den andere gezeigten Bauteilen viel weniger vergrößert dargestellten) Flachstecker 78.
Natürlich lassen sich diese Anschlussmöglichkeiten unmittelbar übertragen, insbesondere auch auf die in den 8a und 8b dargestellte Ausführungsform eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers 80 mit Rohr 81, und Widerstandselement 82, bei der das in 8b separat dargestellte Rohr 81 ähnlich wie das in 3e einzeln dargestellten Rohr mit zusätzlich jeweils zwei stirnseitigen Ausnehmungen 85a, b bzw. 85c, d als Fixiermitteln versehen ist.
Das in 9 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Luft- und/oder Aerosolerhitzers 90 mit Rohr 91 und Widerstandselement 92 zeigt noch eine weitere Möglichkeit, eine Fixierung des Widerstandselements 92 zu erreichen. In diesem Ausführungsbeispiel sind dabei als Fixiermittel Löcher 93 in den Endabschnitten des Rohrs 91 in seinem Rohrmantel vorgesehen, durch die das auch hier wieder optional verdrillt zugeführte Widerstandselement 92 mindestens einmal, bevorzugt mehrfach hindurchgefädelt wird, um eine Fixierung am Rohr 91 zu erreichen.
Ein weiteres Prinzip zur Fixierung von einzelnen Wendeln des Heizelements auf dem Luft- und/oder Aerosolerhitzer wird nun unter Bezugnahme auf die 10a bis c sowie 11 bis 13 beschrieben. Der den 10a bis 10c zu entnehmende Luft und-/oder Aerosolerhitzer 100 hat neben dem Rohr 101 und dem darauf angeordneten Widerstandselement 102 ein kammartig ausgestaltetes, bevorzugt als separates, beispielsweise in einem Keramikspritzgussverfahren hergestelltes, Bauteil realisiertes, Fixierelement 103, in das das Widerstandselement 102 eingewendelt ist. Das Fixierelement 103 kann dabei durch das Widerstandselement 102 am Rohr 101 fixiert sein, es kann aber auch auf andere Weise befestigt, z.B. verklebt oder aufgesintert sein.
In diesem Ausführungsbeispiel überragen Abschnitte 103a, 103b des Fixierelements 103 jeweils stirnseitig das Rohr 101, wodurch es, wie in 10c dargestellt ist, möglich wird, die elektrische Verbindung zu Anschlussdrähten 105 auf ähnliche Weise wie oben im Zusammenhang mit 7d beschrieben herzustellen. Natürlich sind aber auch andere Arten des elektrischen Anschlusses, insbesondere die anderen im Kontext der 7a bis 7e beschriebenen Alternativen, für diese Ausführungsform realisierbar.
Varianten dieses Prinzips zeigen die in den 11, 12 und 13 dargestellten Luft- und/oder Aerosolerhitzer 110, 120, 130 mit Rohr 111, 121, 131 und Widerstandselement 112, 122, 132 sowie kammartigen Fixierelementen 113, 123, 133 und 134. Beim Luft- und/oder Aerosolerhitzer 110 ist das kammartige Fixierelement 113 einstückig mit dem Rohr 111 ausgeführt.
Beim Luft- und/oder Aerosolerhitzer 120 ist das kammartige Fixierelement 123 passgenau zwischen zwei am Rohr 122 angeordneten Stegen 125a, 125b eingepasst, die es gegen Verschiebung in Umfangsrichtung stabilisieren, was insbesondere im Verlauf des Wickelprozesses ein Risiko ist.
Beim Luft- und/oder Aerosolerhitzer 130 sind einander gegenüberliegend zwei kammartige Fixierelemente 133, 134 vorgesehen, die jeweils passgenau zwischen jeweils zwei am Rohr 132 angeordneten Stegen 135a, 135b bzw. 135c, 135d eingepasst sind, die es gegen Verschiebung in Umfangsrichtung stabilisieren. Natürlich können auch noch höhere Zahlen von Fixierelementen verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150: Luft- und/oder Aerosolerhitzer
11, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151: Rohr
12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122, 132, 142, 152: Widerstandselement
13, 23a, 23b, 143: Fixierschicht
33: Nut
34, 35: Rohr
34a, 34b, 74a, 74b, 85a, 85b: Vorsprung
35a, 35b, 35c, 35d, 85a, 85b, 85c, 85d: Ausnehmung
63: Hilfsdraht
64: Bohrung
75, 105: Anschlussdraht
76: Crimpelement
77: Widerstandsschweißverbindung
78: Crimpelement
93: Loch
103, 113, 123, 133, 134: Fixierelement
125a, 125b, 135a, 135b, 135c, 135d: Steg
153: Schlitz
d, d‘: Wandstärke
l: Länge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10042396 B4 [0001]
DE 202013105420 U1 [0001]

Claims

Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150), insbesondere für eine E-Zigarette, mit einem Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151), in dem Luft und/oder Aerosol erhitzbar ist und mit einem auf der äußeren Oberfläche des Rohrs (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 111, 121, 131, 141, 151) oder der inneren Oberfläche des Rohrs (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) angeordneten Widerstandselement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122, 132, 142, 152), dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122, 132, 142, 152) an dem Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) fixiert ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) eine Wandstärke d ≤ 0,6mm aufweist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) eine Länge l ≤ 12mm aufweist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit λ ≥ 2 W/(m × K) besteht.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (11, 21, 31, 34, 35, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141, 151) ein Keramikrohr ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikrohr aus einer Aluminiumoxid- oder Steatit-Keramik gefertigt ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikrohr dicht gesintert ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (30, 70, 80, 90, 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (32, 72, 82, 92, 152) an dem Rohr (31, 34, 35, 71, 81, 91, 151) unter Verwendung mindestens einer an dem Rohr (31, 34, 35, 71, 81, 91, 151) angeordneten Ausnehmung (35a, 35b, 35c, 35d,) oder Nut (33) und/oder unter Verwendung mindestens eines an dem Rohr (31, 34, 72, 81, 91, 151) angeordneten Vorsprungs (34a, 34b, 74a, 74b, 84a, 84b) fixiert ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 140) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (12, 21, 142) durch zumindest abschnittsweises Bedecken mit einer Fixierschicht (13, 23a, 23b, 143) oder zumindest abschnittsweises Vergießen mit einer Fixierschicht (13, 23a, 23b, 143) an dem Rohr (11, 21, 141) fixiert ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (100, 110, 120, 130) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (102, 112, 122, 132) mittels mindestens eines kammartigen Fixierelements (103, 113, 123, 133, 134) an dem Rohr (101, 111, 121, 131) fixiert ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Querschnitt des Widerstandselements (12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122, 132, 142, 152) an den Rohrenden größer ist als in der Rohrmitte.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (70) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der effektive Querschnitt des Widerstandselements (72) an den Rohrenden durch miteinander kurzgeschlossene Windungen des Widerstandselements (72) erhöht ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement (52) ein isolierend oxidierter Widerstandsdraht ist, der Windung an Windung gewickelt ist.
Luft- und/oder Aerosolerhitzer (30, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussabschnitt vorhanden ist, in dem die elektrische Verbindung mit elektrischen Versorgungsleitungen erfolgt, wobei der Anschlussabschnitt thermisch entkoppelt von zumindest einem Abschnitt des Rohrs (31, 34, 35, 71, 81, 91, 101, 111, 121, 131, 141) ist.