EP2009648B1 - Heiz- und/oder Kühlvorrichtung mit mehreren Schichten - Google Patents

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EP2009648B1
EP2009648B1 EP20080015360 EP08015360A EP2009648B1 EP 2009648 B1 EP2009648 B1 EP 2009648B1 EP 20080015360 EP20080015360 EP 20080015360 EP 08015360 A EP08015360 A EP 08015360A EP 2009648 B1 EP2009648 B1 EP 2009648B1
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EP
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electrically conductive
spraying
layer
resistive layer
heated plate
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Elias Russegger
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Watlow Electric Manufacturing Co
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    • Y10T29/49099—Coating resistive material on a base

Definitions

  • the invention initially relates to a tubular water heater and a heating plate.
  • a heating element which is produced by applying band-shaped layers of an electrically conductive and a resistance-forming material on surfaces of a substrate by means of arc sputtering or by plasma spraying.
  • a release liner is previously applied to the substrate by means of a printing process.
  • the separating layer is made of such a material that, at those points of the substrate on which the separating layer is present, the electrically conductive material not clinging.
  • the known method has the disadvantage that it is relatively complicated and therefore the parts with the electrically conductive resistance layers are relatively expensive. In addition, only more or less flat parts can be provided with an electrically conductive layer with the known method.
  • a rotating cylindrical heating roller known as part of a copying machine to thermally fix copied pages.
  • a heating element is produced by means of a laser ablation from an initially fully cylindrical resistive layer, which receives a spiral structure.
  • the electrically conductive material of which the resistance layer is made is applied flat and generally uniformly on the non-conductive substrate.
  • the application by means of thermal spraying ensures a high adhesion of the electrically conductive material on the non-conductive surface.
  • a variety of materials can be applied quickly and very evenly in this way on the non-conductive substrate.
  • the instantaneous water heater according to the invention and the heating plate according to the invention are particularly inexpensive to produce and white on a small thickness.
  • their heating layers may have a complex geometry which is adapted to the individual conditions of use, in particular to the fluid or part to be heated.
  • the invention is advantageously also suitable for heating those parts or media which do not tolerate uniform heating on their surface or which are dependent on particularly uniform heating.
  • the partial removal of the material layer can be effected by means of laser radiation or by means of a water jet or by means of a powder sandblast.
  • the material When using laser radiation, the material is heated so much that it evaporates.
  • the use of a laser beam has the advantage that with him very quickly very high energies can be coupled into the electrically conductive material, so that it evaporates immediately.
  • This instantaneous evaporation of the electrically conductive material ensures that only comparatively little heat is coupled into the substrate present under the electrically conductive material. This is therefore not damaged in the method according to the invention.
  • the evaporation has the advantage over incineration that essentially no residues in the evaporated areas on the ground remain so their insulation is very good.
  • the electrical resistance of the electrically conductive resistance layer can be detected at least indirectly. In this way, a precise quality control is already possible during the production of the electrically conductive layer.
  • an actual value of the electrical resistance of the electrically conductive resistance layer can be compared with a setpoint value, and the electrical resistance of the electrically conductive layer can be changed in such a way by removal of additional electrically conductive material in regions. that the difference between the actual value and the setpoint is reduced.
  • Such deviations may, for example, be caused by the fact that different amounts of the electrically conductive material reach the substrate during spraying of the thermally conductive material so that the resulting electrically conductive layer has a different thickness at one point than at another location.
  • deviations of the actual value of the electrical resistance of the electrically conductive layer from the desired value can be compensated for with an accuracy of +/- 1%.
  • the partial removal of additional electrically conductive material may include a shortening or lengthening of the electrically conductive layer and / or the variation of the width of the electrically conductive layer.
  • the detection of the actual value of the electrical resistance of the electrically conductive resistance layer and the reduction of the difference between the actual value and the desired value can take place in parallel. This is possible since the electrical resistance of the electrically conductive layer can already be measured during the processing of the electrically conductive layer by means of laser radiation. If this method according to the invention is used, time and thus money can be saved in the production of the electrically conductive resistance layer.
  • the material layer can be removed in such a way that At least one point of the electrically conductive layer is formed a desired melting point in the sense of a fuse.
  • Such an integrated fuse increases the safety when using the electrically conductive resistance layer.
  • the fuse can be integrated into the electrically conductive resistance layer virtually without additional costs and additional time.
  • the material layer can be removed in such a way that the electrically conductive resistance layer is at least partially meandering. This allows the formation of the longest electrically conductive resistive layer on a small area.
  • a non-conductive intermediate layer may be applied thereto, then an electrically conductive material may be applied by means of thermal spraying to the non-conductive intermediate layer in such a way that a material layer formed therefrom substantially initially still has no desired shape, and then the material layer are partially removed by means of laser radiation such that a second electrically conductive layer is formed, which has the desired shape.
  • an electrically conductive material may be applied by means of thermal spraying to the non-conductive intermediate layer in such a way that a material layer formed therefrom substantially initially still has no desired shape, and then the material layer are partially removed by means of laser radiation such that a second electrically conductive layer is formed, which has the desired shape.
  • the electrically conductive material preferably comprises bismuth, tellurium, germanium, silicon and / or gallium arsenide. These materials have proved to be particularly favorable for the application by means of thermal spraying and the subsequent processing by means of laser radiation. In addition, with these materials, the relevant known technical effects can be realized.
  • the local electrical resistance of the electrically conductive resistance layer can be adjusted by a local heat treatment. By heating locally oxides can be registered in the layer, which has an effect on the local electrical conductivity of the material. This allows a special precise and fine adjustment of the electrical resistance.
  • the electrically conductive resistance layer is sealed.
  • This has advantages in particular with a porous substrate (for example metal with Al 2 O 3 intermediate layer). Sealing reduces the risk of electrical breakdown due to humidity, especially at high voltage.
  • a material for sealing silicone, polyimide, or water glass the latter on sodium or potassium-based. The application can be done by dipping, spraying, brushing, etc. The seal of the seal is best when the sealant layer is applied under vacuum.
  • non-conductive substrate is also glass or glass ceramic in question.
  • the electrical resistance layer can be applied permanently, especially by plasma spraying.
  • the good insulating effect of glass makes grounding in the operation of the resistive layer superfluous.
  • special high-temperature glass such as Ceranglas (R).
  • FIG. 1 and 2 shows the production of a tubular water heater:
  • an electrically conductive material layer 14 is applied to a tube 12 made of a high-temperature resistant and an electrical insulator material ( Fig. 1 ).
  • the application takes place in the present exemplary embodiment by means of a device 16, with which germanium particles 18 are sprayed onto the tube 12.
  • the application is carried out by cold gas spraying (also "gas-dynamic Powder coatings called ").
  • the unmelted germanium particles are accelerated to speeds of about 300 - 1,200 m / s and sprayed onto the tube 12.
  • the germanium particles 18 and also the surface of the tube 12 deform.
  • the impact breaks up surface oxides on the surface of the tube 12. Micro-friction due to the impact increases the temperature at the contact surface and leads to micro-welds.
  • the acceleration of the germanium particles 18 takes place by means of a delivery gas, the temperature of which can be slightly increased.
  • the germanium powder 18 never reaches its melting temperature, the temperatures arising on the surface of the tube 12 are relatively moderate, so that, for example, a comparatively inexpensive plastic material can be used for the tube 12.
  • plasma spraying, high-speed flame spraying, arc spraying, autogenous spraying or laser spraying for applying the electrically conductive material to the substrate can also be used instead of the cold gas spraying.
  • germanium, bismuth, tellurium, silicon and / or gallium arsenide are also suitable, depending on the desired technical effect.
  • the coating of the tube 12 with the germanium particles 18 is carried out initially so that gradually the entire surface of the tube 12 is covered with the germanium material layer 14 (see. Fig.1 ).
  • this material layer 14 does not yet have the desired shape:
  • an electrically conductive resistance layer must be made, which extends in the manner of a spiral in the circumferential direction around the tube 12. This will, as out Fig. 2 It can be seen, by means of a laser device 20, a laser beam 22 so directed to the still "shapeless" material layer 14 that a spirally around the tube 12 extending portion 24 is created in which the sprayed electrically conductive material 14 is no longer present.
  • the laser device 20 on the one hand and a device, not shown in the figure, with which the tube 12 is held, are thereby moved so that a continuous working process by the laser device 20 is possible.
  • the actual electrical resistance WIST (see. Fig. 5 ) of the electrically conductive resistance layer 26 is less than the desired per se electrical resistance WSOLL.
  • the in Fig. 4 The lower connecting region 34 of the electrically conductive resistance layer 26 is therefore processed by the laser beam so that its width decreases, so that additional material is evaporated.
  • the electrically conductive resistance layer 26 extends by a dimension d1 (cf. Fig. 4 and 5 ) and, as a result, the actual electrical resistance WIST increases until it approximately corresponds to the desired resistance WSOLL.
  • the final position of the boundary line of the lower electrical connection 34 carries in Fig. 4 the reference numeral 42.
  • the electrically insulating intermediate layer 46 is applied in the further course of the manufacturing process. Then the process described above is repeated, i. H. again electrically conductive material is applied by means of thermal spraying onto the non-conductive intermediate layer 46 in such a way that a second material layer formed therefrom substantially does not yet have the desired shape. This is then processed by laser radiation and partially evaporated (reference numeral 24b) such that a second electrically conductive resistance layer (26b) is formed in the desired shape.
  • the material of the electrically conductive layer is selected such that instead of an electrical heating layer, an electrical cooling layer is formed.
  • the temperature of the heating layer is monitored by a ceramic switch.
  • a ceramic switch This is understood to mean a non-mechanical switch which has an element whose conductivity depends to a considerable extent on its temperature.
  • a bimetal switch can be used.

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Description

  • Die Erfindung betrifft zunächst einen rohrförmigen Durchlauferhitzer und eine Heizplatte.
  • In der DE 198 10 848 A1 ist ein Heizelement beschrieben, welches dadurch hergestellt wird, dass auf Oberflächen eines Substrats mittels Lichtbogenzerstäubung oder im Plasmaspritzverfahren bandförmige Schichten aus einem elektrisch leitenden und einen Widerstand bildenden Material aufgetragen werden. Um die gewünschte Form der elektrisch leitenden Schicht zu erzielen, wird zuvor mittels eines Printverfahrens eine Trennlage auf das Substrat aufgebracht. Die Trennlage ist aus einem solchen Material, dass an jenen Stellen des Substrats, an denen die Trennlage vorhanden ist, das elektrisch leitende Material nicht anhaftet.
  • Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass es relativ aufwändig ist und daher die Teile mit den elektrisch leitenden Widerstandsschichten vergleichsweise teuer sind. Darüber hinaus können mit dem bekannten Verfahren nur mehr oder weniger ebene Teile mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen werden.
  • Des weiteren ist aus der EP 0 399 376 A2 eine rotierende zylindrische Heizwalze als Bestandteil eines Kopiergeräts bekannt, um kopierte Seiten thermisch zu fixieren. Dort wird mittels eines Laser-Abtrags aus einer anfangs vollzylindrischen Widerstandsschicht ein Heizelement hergestellt, welches eine Spiralstruktur erhält.
  • Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus den beiliegenden Patentansprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist keine spezielle vorbehandlung erforderlich, um die gewünschte Form der elektrisch leitenden Widerstandsschicht zu erhalten. Stattdessen wird zunächst das elektrisch leitende Material, aus dem die Widerstandsschicht besteht, flächig und im Allgemeinen gleichmäßig auf dem nicht leitenden Untergrund aufgebracht. Die Aufbringung mittels thermischem Spritzen sorgt dabei für eine hohe Anhaftung des elektrisch leitenden Materials auf dem nicht leitenden Untergrund. Darüber hinaus können die unterschiedlichsten Materialien schnell und sehr gleichmäßig auf diese Art und Weise auf dem nicht leitenden Untergrund aufgebracht werden.
  • Danach wird mittels einer geeigneten Einrichtung das aufgebrachte elektrisch leitende Material an bestimmten Stellen entfernt. Hierdurch wird auch eine komplexe Formgebung der elektrisch leitenden Schicht in nur zwei Arbeitsschritten ermöglicht.
  • Der erfindungsgemäße Durchlauferhitzer und die erfindungsgemäße Heizplatte sind besonders preiswert herstellbar und weißen eine geringe Dicke auf. Außerdem können deren Heizschichten eine komplexe Geometrie aufweisen, die an die individuellen Einsatzbedingungen, insbesondere an das zu heizende Fluid bzw. Teil angepasst ist. Beispielsweise ist die Erfindung vorteilhaft auch zum Erhitzen von solchen Teilen oder Medien geeignet, die an ihrer Oberfläche keine gleichmäßige Aufheizung vertragen oder auf eine besonders gleichmäßige Aufheizung angewiesen sind.
  • Das bereichsweise Entfernen der Materialschicht kann mittels Laserstrahlung oder mittels eines Wasserstrahls oder mittels eines Pulver-Sandstrahls erfolgen.
  • Bei der Verwendung von Laserstrahlung wird das Material so stark erhitzt, dass es verdampft. Die Verwendung eines Laserstrahls hat dabei den Vorteil, dass mit ihm sehr rasch sehr hohe Energien in das elektrisch leitende Material eingekoppelt werden können, so dass dieses sofort verdampft. Durch diese augenblickliche Vedampfung des elektrisch leitenden Materials wird sichergestellt, dass nur vergleichsweise wenig Wärme in den unter dem elektrisch leitenden Material vorhandenen Untergrund eingekoppelt wird. Dieser wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also nicht beschädigt. Das Abdampfen hat gegenüber dem Verbrennen den Vorteil, dass im Wesentlichen keine Rückstände in den abgedampften Bereichen auf dem Untergrund verbleiben und so deren Isolierwirkung sehr gut ist.
  • Durch eine entsprechende Optik der Vorrichtung, welche den Laserstrahl aussendet, kann dieser in beinahe beliebiger Weise auf das herzustellende Werkstück gerichtet werden. Somit können zum einen beliebig komplexe Konturen aus dem aufgespritzten elektrisch leitenden Material herausgedampft werden, so dass entsprechend komplex konturierte elektrische Widerstandsschichten hergestellt werden können. Zum anderen können aber auch solche Werkstücke bearbeitet werden, welche selbst dreidimensional komplex gestaltet sind. In insgesamt nur zwei Arbeitsschritten kann somit eine elektrisch leitende Widerstandsschicht mit komplexer Geometrie hergestellt werden.
  • Bei der Verwendung eines Wasserstrahls wird überhaupt keine thermische Energie in das Werkstück eingekoppelt. Dies ist besonders bei der Bearbeitung wärmeempfindlicher Kunststoffe vorteilhaft. Gleiches gilt auch für die Verwendung von Pulver-Sandstrahlen.
  • Während des bereichsweisen Entfernens der Materialschicht kann der elektrische Widerstand der elektrisch leitenden Widerstandsschicht wenigstens mittelbar erfasst werden. Auf diese Weise ist bereits ummittelbar während der Herstellung der elektrisch leitenden Schicht eine präzise Qualitätskontrolle möglich.
  • Dabei kann ein Istwert des elektrischen Widerstandes der elektrisch leitenden Widerstandsschicht mit einem Sollwert verglichen und durch bereichsweises Entfernen zusätzlichen elektrisch leitenden Materials der elektrische Widerstand der elektrisch leitenden Schicht derart verändert werden, dass die Differenz zwischen Istwert und Sollwert reduziert wird. Dies hat den Vorteil, dass bereits während der Herstellung der elektrisch leitenden Schicht Abweichungen von einem gewünschten Widerstand ausgeglichen werden können.
  • Derartige Abweichungen können bspw. dadurch entstehen, dass beim Spritzen des thermisch leitenden Materials bereichsweise unterschiedliche Mengen des elektrisch leitenden Materials auf den Untergrund gelangen, so dass die hieraus entstehende elektrisch leitende Schicht an einer Stelle eine andere Dicke aufweist als an einer anderen Stelle. Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren können Abweichungen des Istwerts des elektrischen Widerstands der elektrisch leitenden Schicht vom Sollwert mit einer Genauigkeit von +/- 1 % ausgeglichen werden. Das bereichsweise Entfernen zusätzlichen elektrisch leitenden Materials kann eine Verkürzung oder Verlängerung der elektrisch leitenden Schicht und/oder die Veränderung der Breite der elektrisch leitenden Schicht beinhalten.
  • Die Erfassung des Istwerts des elektrischen Widerstands der elektrisch leitenden Widerstandsschicht und die Reduktion der Differenz zwischen Istwert und Sollwert können parallel erfolgen. Dies ist möglich, da bereits während der Bearbeitung der elektrisch leitenden Schicht mittels Laserstrahlung der elektrische Widerstand der elektrisch leitenden Schicht gemessen werden kann. Wird dieses erfindungsgemäße Verfahren angewendet, kann bei der Herstellung der elektrisch leitenden Widerstandsschicht zeit und somit Geld gespart werden.
  • Die Materialschicht kann derart entfernt werden, dass an mindestens einer Stelle der elektrisch leitenden Schicht eine Soll-Schmelzstelle im Sinne einer Schmelzsicherung entsteht. Eine solche integrierte Schmelzsicherung erhöht die Sicherheit bei der Verwendung der elektrisch leitenden Widerstandsschicht. Dabei kann die Schmelzsicherung praktisch ohne zusätzliche Kosten und zusätzlichen Zeitaufwand in die elektrisch leitende Widerstandsschicht integriert werden.
  • Die Materialschicht kann derart entfernt werden, dass die elektrisch leitende Widerstandsschicht wenigstens bereichsweise mäanderförmig ist. Dies ermöglicht die Ausbildung einer möglichst langen elektrisch leitenden Widerstandsschicht auf einer kleinen Fläche.
  • Nach dem bereichsweisen Entfernen des elektrisch leitenden Materials und der Fertigstellung der elektrisch leitenden Widerstandsschicht kann auf diese eine nicht leitende Zwischenschicht aufgebracht, danach ein elektrisch leitendes Material mittels thermischem Spritzen auf die nicht leitende Zwischenschicht flächig derart aufgebracht werden, dass eine hieraus entstandene Materialschicht zunächst im Wesentlichen noch keine gewünschte Form aufweist, und danach mittels Laserstrahlung die Materialschicht bereichsweise derart entfernt werden, dass eine zweite elektrisch leitende Schicht entsteht, welche die gewünschte Form hat. Erfindungsgemäß ist es also möglich, mehrere Schichten übereinander anzuordnen. Dabei sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur für die Ausbildung von zwei übereinander angeordneten elektrisch leitenden Widerstandsschichten, sondern für eine beliebige Anzahl übereinander angeordneter Widerstandsschichten anwendbar ist.
  • Das elektrisch leitende Material umfasst vorzugsweise Bismut, Tellurium, Germanium, Silizium und/oder Galliumarsenid. Diese Materialien haben sich für das Aufbringen mittels thermischem Spritzen und die anschließende Bearbeitung mittels Laserstrahlung als besonders günstig erwiesen. Darüber hinaus sind mit diesen Materialien die einschlägig bekannten technischen Effekte realisierbar.
  • Der örtliche elektrische Widerstand der elektrisch leitenden Widerstandsschicht kann durch eine lokale Wärmebehandlung eingestellt werden. Durch eine Erwärmung können lokal Oxide in die Schicht eingetragen werden, was sich auf die örtliche elektrische Leitfähigkeit des Materials auswirkt. Dies ermöglicht eine besonderes präzise und feine Einstellung des elektrischen Widerstands.
  • Außerdem ist es günstig, wenn die elektrisch leitende Widerstandsschicht versiegelt wird. Dies hat vor allem Vorteile bei einem porösen Untergrund (beispielsweise Metall mit Al203-Zwischenschicht). Eine Versieglung vermindert das Risiko von Elektrodurchschlägen aufgrund der Luftfeuchtigkeit, insbesondere bei hoher Spannung. Als Material für die Versiegelung eignet sich Silikon, Polyimid, oder Wasserglas, letzteres auf Natrium- oder Kaliumbasis . Die Aufbringung kann durch Tauchen, Spritzen, Streichen, etc. erfolgen. Die Dichtigkeit der Versiegelung ist dann am besten, wenn die Versiegelungsschicht unter Vakuum aufgebracht wird.
  • Als nichtleitender Untergrund kommt auch Glas oder Glaskeramik in Frage. Hierauf kann die elektrische Widerstandsschicht vor allem durch Plasmaspritzen dauerhaft aufgebracht werden. Die gute Isolierwirkung von Glas macht eine Erdung im Betrieb der Widerstandsschicht überflüssig. Möglich ist auch die Verwendung von speziellem Hochtemperaturglas, wie beispielsweise Ceranglas (R).
  • Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Darstellung eines Rohres, auf welches ein elektrisch leitendes Material aufgespritzt wird;
    Figur 2
    das Rohr von Fig. 1, dessen elektrisch leitende Materialschicht mittels Laserstrahlung bearbeitet wird;
    Figur 3
    eine Seitenansicht des Rohres von Fig. 2 nach der Bearbeitung;
    Figur 4
    eine Draufsicht auf ein plattenförmiges Teil mit einer mäanderförmigen elektrisch leitenden Widerstandsschicht;
    Figur 5
    zwei Diagramme, wobei im einen Diagramm der zeitliche Verlauf des elektrischen Widerstands und im anderen Diagramm der zeitliche Verlauf der Länge der elektrisch leitenden Widerstandsschicht von Fig. 4 während ihrer Herstellung dargestellt sind; und
    Figur 6
    einen Schnitt durch ein plattenförmiges Teil mit zwei übereinander angeordneten elektrisch leitenden Widerstandsschichten.
  • In den Figuren 1 und 2 ist die Herstellung eines rohrförmigen Durchlauferhitzers dargestellt: Dabei wird auf ein Rohr 12 aus einem hochtemperaturbeständigen und einen elektrischen Isolator bildenden Werkstoff eine elektrisch leitende Materialschicht 14 aufgebracht (Fig. 1). Die Aufbringung erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels einer Vorrichtung 16, mit der Germaniumpartikel 18 auf das Rohr 12 aufgespritzt werden. Die Aufbringung erfolgt durch Kaltgasspritzen (auch "gasdynamisches Pulverbeschichten" genannt).
  • Bei diesem Spritzprozess werden die ungeschmolzenen Germaniumpartikel auf Geschwindigkeiten von ungefähr 300 - 1.200 m/s beschleunigt und auf das Rohr 12 gespritzt. Beim Aufprall auf das Rohr 12 verformen sich die Germaniumpartikel 18 und auch die Oberfläche des Rohres 12. Durch den Aufprall werden Oberflächenoxide auf der Oberfläche des Rohrs 12 aufgebrochen. Durch Mikroreibung aufgrund des Aufpralls steigt die Temperatur an der Berührungsfläche und führt zu Mikroverschweißungen.
  • Die Beschleunigung der Germaniumpartikel 18 erfolgt mittels eines Fördergases, dessen Temperatur leicht erhöht sein kann. Da jedoch das Germaniumpulver 18 in keinem Fall seine Schmelztemperatur erreicht, sind die an der Oberfläche des Rohres 12 entstehenden Temperaturen relativ moderat, so dass bspw. ein vergleichsweise preiswertes Kunststoffmaterial für das Rohr 12 verwendet werden kann.
  • In anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann anstelle des Kaltgasspritzens auch Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Lichtbogenspritzen, Autogenspritzen oder Laserspritzen zur Aufbringung des elektrisch leitenden Materials auf den Untergrund verwendet werden. Anstelle von Germanium eignen sich auch Bismut, Tellurium, Silizium und/oder Galliumarsenid, je nach gewünschtem technischen Effekt.
  • Die Beschichtung des Rohres 12 mit den Germaniumpartikeln 18 erfolgt zunächst so, dass nach und nach die gesamte Oberfläche des Rohres 12 mit der aus Germanium bestehenden Materialschicht 14 bedeckt ist (vgl. Fig.1). Diese Materialschicht 14 hat jedoch noch nicht die gewünschte Form: Um einen rohrförmigen Durchlauferhitzer herstellen zu können, muss eine elektrisch leitende Widerstandsschicht hergestellt werden, welche in der Art einer Spirale in Umfangsrichtung um das Rohr 12 verläuft. Hierzu wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, mittels einer Laservorrichtung 20 ein Laserstrahl 22 so auf die noch "formlose" Materialschicht 14 gerichtet, dass ein sich spiralenförmig um das Rohr 12 erstreckender Bereich 24 geschaffen wird, in dem das aufgespritzte elektrisch leitende Material 14 nicht mehr vorhanden ist.
  • Dies geschieht dadurch, dass das Material der Materialschicht 14 an dem Ort, an dem der Laserstrahl 22 auf die Schicht 14 trifft, schlagartig so stark erhitzt wird, dass es verdampft. Die Laservorrichtung 20 einerseits und eine in der Figur nicht dargestellte Vorrichtung, mit welcher das Rohr 12 gehalten ist, werden dabei so bewegt, dass ein kontinuierlicher Arbeitsprozess durch die Laservorrichtung 20 möglich ist.
  • Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird hierdurch eine sich von einem axialen Ende des Rohres 12 zum anderen erstreckende und spiralenförmig in Umfangsrichtung verlaufende elektrisch leitende Widerstandsschicht 26 geschaffen. Das Rohr 12 und die elektrisch leitende Widerstandsschicht 26 bilden insgesamt einen elektrischen Durchlauferhitzer 28.
  • Figur 4 zeigt in der Draufsicht eine ebene Heizplatte 28. Diese besteht aus einem in dieser Draufsicht nicht sichtbaren nicht leitenden Untergrund, auf dem analog zu dem in den Fign. 1 und 2 beschriebenen Verfahren zunächst eine flächige Materialschicht 14 aufgebracht wurde, aus der anschließend Bereiche 24 mittels eines Laserstrahls abgedampft wurden (aus Darstellungsgründen ist nur ein Bereich 24 mit Bezugszeichen versehen). Hierdurch entstand eine mäanderförmig sich von einem Ende zum anderen Ende der Platte 28 erstreckende elektrisch leitende Widerstandsschicht 26. Diese weist jedoch zwei Besonderheiten auf:
    • Zunächst ist an dem in Fig. 4 oberen Ende die Materialschicht 14, aus der die elektrisch leitende Widerstandsschicht 26 hergestellt ist, so abgedampft worden, dass die Leiterbahn 26 eine Querschnittsverengung aufweist. Hierdurch wird eine Schmelzsicherung 30 geschaffen, durch welche der Betrieb der Heizplatte 28 abgesichert wird.
  • Eine zweite Besonderheit besteht darin, dass die Heizleistung bzw. die Wärmestromdichte der elektrisch leitenden Widerstandsschicht noch während ihrer Herstellung so korrigiert wurde, dass sie mit sehr hoher Präzision der gewünschten Heizleistung und der gewünschten Wärmestromdichte entspricht. Dies geschieht auf folgende Art und Weise:
    • An Endbereiche 32 und 34 der elektrisch leitenden Widerstandsschicht 26 wird während des Abdampfens der Bereiche 24 eine elektrische Spannung angelegt, so dass während dieses Abdampfens der elektrische Widerstand der elektrisch leitenden Schicht 26 kontinuierlich gemessen werden kann. Mit dem Laserstrahl wird dabei die Materialschicht 14 nur in zunächst sehr schmalen Bereichen 24 abgedampft. Die in Fig. 4 horizontal verlaufenden abgedampften Bereiche 24 verlaufen also zunächst nur von einem in Fig. 4 gestrichelt dargestellten Rand 36 bis zu dem darüber liegenden horizontalen Rand 38 der elektrisch leitenden Widerstandsschicht 26 (auch hier ist aus Darstellungsgründen nur in einem Bereich 24 das entsprechende Bezugszeichen eingetragen). Darüber hinaus wird die Materialschicht 14 zunächst vom Laserstrahl so bearbeitet, dass der in Fig. 4 untere elektrische Endbereich 34 relativ breit ist. Dies ist ebenfalls durch eine gestrichelte Linie mit dem Bezugszeichen 40 dargestellt.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird während des Abdampfens der Bereiche 24 aus der Materialschicht 14 durch Widerstandsmessung der entstehenden Schicht 26 festgestellt, dass der tatsächliche elektrische Widerstand WIST (vgl. Fig. 5) der elektrisch leitenden Widerstandsschicht 26 geringer ist als der an sich gewünschte elektrische Widerstand WSOLL. Der in Fig. 4 untere Anschlussbereich 34 der elektrisch leitenden Widerstandsschicht 26 wird daher vom Laserstrahl so bearbeitet, dass seine Breite abnimmt, es wird also zusätzliches Material abgedampft. Hierdurch verlängert sich die elektrisch leitende Widerstandsschicht 26 um ein Maß dl (vgl. Fig. 4 und 5) und in der Folge steigt der tatsächliche elektrische Widerstand WIST an, bis er in etwa dem gewünschten Widerstand WSOLL entspricht. Die endgültige Position der Begrenzungslinie des unteren elektrischen Anschlusses 34 trägt in Fig. 4 das Bezugszeichen 42.
  • Um die Wärmestromdichte einzustellen, werden ferner die in Fig. 4 horizontalen abgedampften Bereiche 24 vergrößert. Die endgültige Begrenzung, bei welcher die elektrisch leitende Widerstandsschicht 26 die gewünschte Wärmestromdichte aufweist, trägt in Fig. 4 das Bezugszeichen 44 (aus Darstellungsgründen ist auch dieses Bezugszeichen nur bei einem abgedampften Bereich 24 eingetragen).
  • In Fig. 6 ist eine plattenförmige Heizvorrichtung im Schnitt dargestellt. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasst sie nicht nur eine elektrisch leitende Widerstandsschicht, sondern zwei elektrisch leitende Widerstandsschichten 26a und 26b. Zwischen diesen ist eine elektrisch nicht leitende Zwischenschicht 46 vorhanden. Die Herstellung dieser elektrischen Heizplatte 28 erfolgt folgendermaßen:
    • Zunächst wird wie bei den obigen Ausführungsbeispielen ein elektrisch leitendes Material auf einen plattenförmigen Träger 12 aufgebracht. Die,Aufbringung erfolgt dabei flächig durch thermisches Spritzen in einer Art und Weise, dass die hieraus entstehende Materialschicht zunächst im Wesentlichen noch keine gewünschte Form aufweist. Anschließend wird mittels Laserstrahlung die Materialschicht bereichsweise (Bezugszeichen 24a) derart abgedampft, dass eine elektrisch leitende Widerstandsschicht 26a erzeugt wird, welche die gewünschte Form aufweist.
  • Auf die fertige elektrisch leitende Widerstandsschicht 26a wird im weiteren Verlauf des Herstellungsvorgangs die elektrisch isolierende Zwischenschicht 46 aufgebracht. Dann wird der oben beschriebene Vorgang wiederholt, d. h. es wird wieder elektrisch leitendes Material mittels thermischem Spritzen auf die nicht leitende Zwischenschicht 46 flächig derart aufgebracht, dass eine hieraus entstandene zweite Materialschicht im Wesentlichen noch nicht die gewünschte Form aufweist. Diese wird dann mittels Laserstrahlung bearbeitet und bereichsweise (Bezugszeichen 24b) derart abgedampft, dass eine zweite elektrisch leitende Widerstandsschicht (26b) in der gewünschten Form entsteht.
  • In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Material der elektrisch leitenden Schicht so gewählt, dass anstelle einer elektrischen Heizschicht eine elektrische Kühlschicht gebildet wird.
  • In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Temperatur der Heizschicht durch einen keramischen Schalter überwacht. Hierunter wird ein nicht-mechanischer Schalter verstanden, welcher ein Element aufweist, dessen Leitfähigkeit in erheblichem Umfang von seiner Temperatur abhängt. Alternativ kann auch ein Bimetallschalter verwendet werden.

Claims (12)

  1. Rohrförmiger Durchlauferhitzer (28) mit mehreren Schichten, die durch thermisches Spritzen aufgebracht sind, wobei die Schichten einen nicht leitenden rohrförmigen Untergrund (12), eine elektrisch leitende Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) und eine elektrische Isolierschicht (46) umfassen, wobei die elektrisch leitende Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) auf den nicht leitenden rohrförmigen Untergrund (12) aufgebracht ist und ein elektrisch leitendes Material (14) aufweist, das zunächst durch Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Lichtbogenspritzen, Autogenspritzen, Laserspritzen oder Kaltgasspritzen aufgebracht ist und anschließend bereichsweise so entfernt wurde, dass eine gewünschte Form entsteht, und die elektrische Isolierschicht (46) auf der elektrisch leitenden Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) aufgebracht ist.
  2. Heizplatte (28) mit mehreren Schichten, die durch thermisches Spritzen aufgebracht sind, wobei die Schichten einen nicht leitenden Untergrund (12), eine elektrisch leitende Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) und eine elektrische Isolierschicht (46) umfassen, wobei die elektrisch leitende Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) auf den nicht leitenden Untergrund (12) aufgebracht ist und ein elektrisch leitendes Material (14) aufweist, das zunächst durch Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Lichtbogenspritzen, Autogenspritzen, Laserspritzen oder Kaltgasspritzen aufgebracht ist und anschließend bereichsweise so entfernt wurde, dass eine gewünschte Form entsteht, und die elektrische Isolierschicht (46) auf der elektrisch leitenden Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) aufgebracht ist.
  3. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere elektrisch leitende Widerstandsschichten (26; 26a; 26b) umfasst, die durch eine entsprechende Mehrzahl von nicht leitenden Zwischenschichten (46) getrennt sind.
  4. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht leitende Untergrund (12) ein Glasmaterial ist.
  5. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) aus einem Material besteht, das Bismut, Tellurium, Germanium, Silizium und/oder Galliumarsenid enthält.
  6. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des elektrisch leitenden Materials (14) mittels eines Lasers und/oder mittels eines Wasserstrahls und/oder mittels eines Pulver-Sandstrahls entfernt wurden.
  7. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des elektrisch leitenden Materials (14) so durch einen Laser entfernt wurden, dass keine Rückstände dort, wo entfernt wurde, verbleiben.
  8. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische leitende Widerstandsschicht (26) Mikroverschweißungen der thermisch gespritzten Partikel an der Berührungsfläche aufweist, die durch einen Anstieg der Temperatur aufgrund des Aufpralls herbeigeführt sind.
  9. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Bereichs (24) der entfernten elektrisch leitenden Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) vergrößert ist, um eine Wärmestromdichte einzustellen.
  10. Rohrförmiger Durchlauterhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er/sie einen keramischen Schalter aufweist, der die Temperatur der elektrisch leitenden Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) überwacht.
  11. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Dicke der sich ergebenden elektrisch leitenden Widerstandsschicht (26; 26a; 26b) von einer Stelle zur anderen unterscheidet.
  12. Rohrförmiger Durchlauferhitzer bzw. Heizplatte (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich der elektrisch leitenden Widerstandsschicht eine Soll-Schmelzstelle im Sinne einer Schmelzsicherung umfasst.
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