EP2772563B1 - Verfahren zur herstellung einer heizeinrichtung - Google Patents

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EP2772563B1
EP2772563B1 EP14155884.1A EP14155884A EP2772563B1 EP 2772563 B1 EP2772563 B1 EP 2772563B1 EP 14155884 A EP14155884 A EP 14155884A EP 2772563 B1 EP2772563 B1 EP 2772563B1
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EP
European Patent Office
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heating
coating
support
carrier
heating device
Prior art date
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EP14155884.1A
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English (en)
French (fr)
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Volker Block
Michael Tafferner
Roland Mühlnikel
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EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Geratebau GmbH
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Publication date
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    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a heating device.
  • a heating device with a carrier made of stainless steel, wherein the heating device is designed for heating a liquid medium and to a surface is provided as a medium side.
  • This surface is both corrosion resistant and provided with a functional coating with anti-adhesion effect, in particular, the functional coating consists of an amorphous carbon-hydrogen network.
  • Such layers are also referred to as DLC layer and are for example from the WO 99/60183 A1 basically known.
  • a heater with a stainless steel support for preventing corrosion.
  • This heater is then used in a kettle as a water cooker bottom, wherein on the underside by means of an insulating layer between a thick film heating element is applied.
  • nickel is applied in a thin layer on top of the bottom by electroplating to prevent corrosion.
  • Alternative corrosion resistant coating materials may be used.
  • a pre-treatment can be carried out, for example a polishing.
  • the invention has for its object to provide an aforementioned method for producing a heater, can be avoided with the problems of the prior art and in particular it is possible to make a heater useable, durable and inexpensive.
  • the heating device has a carrier, in which a heating element is applied to a heating side.
  • a heating element is applied only to this heating side.
  • the other side of the carrier is designed as a medium side and serves for preferably direct heating of a liquid medium, preferably water or a washing or rinsing liquid in a water-conducting household appliance.
  • the surface of the carrier is provided with a functional coating with anti-adhesion effect, to which a functional material or a corresponding coating material is used. So should essentially an adhesion of dirt and deposits, especially a calcification, be avoided. As a result, otherwise the heating device can be negatively affected in its efficiency, which under certain circumstances can even go so far that the heater is damaged.
  • the surface of the carrier is treated at least on the medium side before applying the functional coating, ie before the application of the functional material or coating material.
  • This treatment causes the functional coating with the anti-adhesion effect to be good and durable on the medium side.
  • This good and lasting existence of the functional layer should be achieved or improved by the surface treatment according to the invention.
  • the heating element on the heating side there are several possibilities. Particularly preferably, it is a flat heating element or it is a plurality of flat distributed heating elements. For this purpose, so-called layer heating elements, in particular thick-film heating elements are suitable. These can be applied directly to the carrier or its surface with a conventional thick-film process.
  • the carrier is metallic or a suitably suitable stainless steel, as he, for example, from the aforementioned DE 10119348 A1 is known. At least when the heating element is manufactured by a thick film process, heating takes place in order to convert and burn a thick film paste applied to the surface of the carrier.
  • a metallic carrier oxidizes, even if it consists of a correspondingly suitable thick-layer steel or stainless steel.
  • This oxide layer on the surface of the carrier has the disadvantage that some functional materials or coating materials which are fundamentally suitable for functional coating with anti-adhesion effect do not adhere so well and can be removed more easily, since they themselves do not adhere so firmly to an oxide layer.
  • the oxide layer can detach from the carrier, at least in some areas. Then in these free areas would be the anti-adhesion effect without functional coating not given anymore. Thus, a particularly fast and strong calcification can take place here.
  • such an oxide layer is at least partially removed on the surface of the carrier, advantageously it can be completely removed. This is done with a surface treatment which can be done in different ways.
  • the surface treatment for removing the oxide layer is performed with a laser as a so-called clean laser method. This can even take place under a protective gas atmosphere in order to prevent new oxide layer formation on the medium side.
  • a material from the group DLC, nano-coating, metal oxide or SiOx coating or ceramic or enamel are used, and this is explicitly to the aforementioned DE 10126118 A1 referred, in particular with respect to DLC layers.
  • the other functional materials or coating materials are preferred. Nano-coatings can be applied in the sol-gel process.
  • the carrier can have any desired shape.
  • it is bent or not flat, ie, for example, like a channel or with a part-circular cross-section.
  • the carrier is tubular and thus also the entire heater, so that an inside and an outside is given.
  • the outside of the carrier advantageously forms the heating side and carries the one or more heating elements.
  • the inside of the carrier which corresponds to a partially arched side, forms the medium side and has the functional coating with anti-adhesion effect.
  • Such tubular supports may be used as known flow heaters.
  • Another application is a heated Pumpenschdung, as for example from the DE 102011003464 A1 evident.
  • a functional coating with anti-adhesion effect of particular advantage to prevent calcification of the inner wall of the pump chamber, which could lead to malfunction.
  • a heater 11 according to the invention is shown with a slightly curved support 12, which consists of an aforementioned, suitable for thick-film application steel or stainless steel.
  • the underside of the carrier 12 is the heating side 13 and carries a dashed line shown heating element 14, which is formed in thick-film technology or produced with a conventional and known to those skilled in the process, which among other things, a heating to a few 100 ° C for a long time or for several hours.
  • the heating element 14 may be flat, as shown here, or spread over a surface, for example in strip form or the like, see Fig. 3 ,
  • the top of the carrier 12 is the medium side 16, with the example of water or the like. is heated, which flows along the heater 11 or is collected.
  • the support 12 is made of stainless steel, its surface oxidizes during the thermal treatment in the thick-film process in the manner described in the introduction. At the bottom or the heating side 13, the oxide layer formed thereby does not interfere. On the other hand, it interferes with the medium side 16, since then a previously described functional coating with anti-adhesion effect is to be applied, in particular for the prevention of troublesome limescale and dirt deposits.
  • a treatment device 20 is shown with an elongated holder 21, which carries a working head 22 at its end. As indicated by the arrows, the treatment device 20 can be moved with the working head 22 versatile and advantageous as desired over the medium side 16 or directly adjacent to this.
  • the working head 22 is designed accordingly. He carries a laser or has a laser. For processing under a protective gas atmosphere, this process, which is easy to imagine, takes place in a room under protective gas.
  • FIGS. 2 and 3 From the FIGS. 2 and 3 can be seen in a similar manner, as a heater 111 with a tubular support 112 looks and is surface-treated. Again, the tubular support 112 has a heating side 113 with a heating element 114, which is here the outside. For the divided into several strips heating element 114 are in Fig. 3 even electrical connections 115 are shown at least schematically.
  • the medium side 116 is processed inside the carrier 112 accordingly. This can be done in the aforementioned manner.
  • the heating element 114 already exists, so that here the oxide layer on the medium side 116 is either removed.
  • a functional coating with anti-adhesion effect can be applied.
  • a corresponding treatment facility used which corresponds to the illustrated substantially.
  • so-called batch vacuum methods can be used for application methods of DLC and SiOx layers, in particular PE-CVD methods.
  • the atomization or coating can then either targeted with nozzles on working heads or the like. take place, alternatively by distributed in an interior of a vacuum chamber introduced or sprayed materials.
  • the heating side together with heating element can be either shielded or covered or subsequently cleaned again.

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Description

    Anwendungsgebiet und Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung.
  • Aus der DE 10119348 A1 ist es bekannt, eine Heizeinrichtung mit einem Träger aus Edelstahl herzustellen, wobei die Heizeinrichtung zur Beheizung eines flüssigen Mediums ausgebildet ist und dazu eine Oberfläche als Mediumseite vorgesehen ist. Diese Oberfläche wird sowohl korrosionsbeständig gemacht als auch mit einer Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung versehen, wobei insbesondere die Funktionsbeschichtung aus einem amorphen Kohlenstoff-Wasserstoff-Netzwerk besteht. Derartige Schichten werden auch als DLC-Schicht bezeichnet und sind beispielsweise aus der WO 99/60183 A1 grundsätzlich bekannt.
  • Aus der GB2319950 A ist ein Elektroplattieren einer Heizeinrichtung mit einem Träger aus Edelstahl bekannt zur Verhinderung von Korrosion. Diese Heizeinrichtung wird dann in einem Wasserkocher als Wasserkocherboden verwendet, wobei auf die Unterseite mittels einer Isolierschicht dazwischen ein Dickschichtheizelement aufgebracht wird. Beispielsweise Nickel wird in einer dünnen Schicht auf die Oberseite des Bodens durch Elektroplattieren aufgebracht zur Verhinderung von Korrosion. Alternative Korrosions-resistente Beschichtungsmaterialien können verwendet werden. Vor der Beschichtung kann eine Vorbehandlung durchgeführt werden, beispielsweise ein Polieren.
    • Aufgabe und Lösung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung zu schaffen, mit dem Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und es insbesondere möglich ist, eine Heizeinrichtung gebrauchstauglich, beständig und kostengünstig herzustellen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • Es ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung einen Träger aufweist, bei dem auf einer Heizseite ein Heizelement aufgebracht ist. Vorteilhaft ist nur auf diese Heizseite ein Heizelement aufgebracht. Die andere Seite des Trägers ist als Mediumseite ausgebildet und dient zur vorzugsweise direkten Beheizung eines flüssigen Mediums, vorzugsweise Wasser bzw. eine Wasch- oder Spülflüssigkeit in einem wasserführenden Haushaltsgerät. Dazu ist die Oberfläche des Trägers mit einer Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung versehen, wozu ein Funktionsmaterial bzw. ein entsprechendes Beschichtungsmaterial verwendet wird. So soll im Wesentlichen ein Anhaften von Schmutz und Ablagerungen, insbesondere ein Verkalken, vermieden werden. Dadurch kann nämlich sonst die Heizeinrichtung in ihrem Wirkungsgrad negativ beeinträchtigt werden, was unter Umständen sogar so weit gehen kann, dass die Heizeinrichtung beschädigt wird.
  • Die Oberfläche des Trägers wird zumindest auf der Mediumseite vor dem Aufbringen der Funktionsbeschichtung behandelt, also vor dem Aufbringen des Funktionsmaterials bzw. Beschichtungsmaterials. Diese Behandlung bewirkt, dass die Funktionsbeschichtung mit der Anti-Haft-Wirkung gut und dauerhaft auf der Mediumseite besteht. Dieses gute und dauerhafte Bestehen der Funktionsschicht soll durch die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlung erreicht bzw. verbessert werden.
  • Für die Ausbildung des Heizelements auf der Heizseite gibt es mehrere Möglichkeiten. Besonders bevorzugt ist es ein flächiges Heizelement bzw. sind es mehrere, flächig verteilte Heizelemente. Dafür eignen sich sogenannte Schicht-Heizelemente, insbesondere Dickschicht-Heizelemente. Diese können mit einem üblichen Dickschichtverfahren auf den Träger bzw. dessen Oberfläche direkt aufgebracht werden. Vorteilhaft ist der Träger metallisch bzw. ein entsprechend geeigneter Edelstahl, wie er beispielsweise aus der eingangs genannten DE 10119348 A1 bekannt ist. Zumindest bei einer Herstellung des Heizelements durch ein Dickschichtverfahren erfolgt eine Erwärmung, um eine auf die Oberfläche des Trägers aufgebrachte Dickschichtpaste umzuwandeln und einzubrennen. Bei dieser Erwärmung bzw. diesem thermischen Prozess oxidiert ein metallischer Träger, auch wenn er aus einem entsprechend geeigneten Dickschichtstahl bzw. Edelstahl besteht. Diese Oxidschicht auf der Oberfläche des Trägers weist den Nachteil auf, dass manche grundsätzlich zur Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung geeigneten Funktionsmaterialien bzw. Beschichtungsmaterialien nicht so gut haften und leichter abgelöst werden können, da sie selbst nicht so fest auf einer Oxidschicht haften. Des Weiteren kann es auch Probleme geben, da sich die Oxidschicht vom Träger lösen kann, zumindest bereichsweise. Dann wäre in diesen freien Bereichen die Anti-Haft-Wirkung ohne Funktionsbeschichtung nicht mehr gegeben. Somit kann hier ein besonders schnelles und starkes Verkalken erfolgen.
  • Bei der Erfindung wird eine solche Oxidschicht auf der Oberfläche des Trägers zumindest teilweise entfernt, vorteilhaft kann sie vollständig entfernt werden. Dies wird mit einer Oberflächenbehandlung gemacht, welche auf verschiedene Art und Weise ablaufen kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Oberflächenbehandlung zur Entfernung der Oxidschicht mit einem Laser durchgeführt als sogenanntes Clean-Laser-Verfahren. Dies kann sogar unter Schutzgas-Atmosphäre erfolgen, um eine neue Oxidschichtbildung auf der Mediumseite zu verhindern.
  • Grundsätzlich kann als Funktionsmaterial bzw. Beschichtungsmaterial für die Funktionsschicht ein Material aus der Gruppe DLC, Nano-Beschichtung, Metalloxid- bzw. SiOx-Beschichtung oder Keramik bzw. Emaille verwendet werden, auch hierzu wird explizit auf die vorgenannte DE 10126118 A1 verwiesen, insbesondere bzgl. DLC-Schichten. Bei den beiden Letztgenannten besteht jedoch teilweise die Einschränkung, dass sie bei manchen Anwendungen in den eingangs genannten Elektro-Haushaltsgeräten, insbesondere in einer Spülmaschine, im Betrieb auf Dauer abgelöst werden, und zwar entweder durch abrasive Teilchen in der Flüssigkeit oder durch saure oder basische Flüssigkeiten. Deswegen werden die anderen Funktionsmaterialien bzw. Beschichtungsmaterialien bevorzugt. Nano-Beschichtungen können im Sol-Gel-Verfahren aufgebracht werden.
  • Grundsätzlich kann der Träger eine beliebige Form aufweisen. Vorteilhaft ist er gebogen bzw. nicht-eben, also beispielsweise rinnenartig oder mit einem teilkreisförmigen Querschnitt. Besonders vorteilhaft ist der Träger rohrförmig und somit auch die gesamte Heizeinrichtung, so dass eine Innenseite und eine Außenseite gegeben ist. Die Außenseite des Trägers bildet vorteilhaft die Heizseite und trägt das eine oder die mehreren Heizelemente. Die Innenseite des Trägers, welche einer teilweise umwölbten Seite entspricht, bildet die Mediumseite und weist die Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung auf. Derartige rohrförmige Träger bzw. rohrförmige Heizeinrichtungen können als bekannte Durchflussheizer verwendet werden. Eine andere Anwendung ist eine beheizte Pumpenkammerwandung, wie sie beispielsweise aus der DE 102011003464 A1 hervorgeht. Hier ist eine Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung von besonderem Vorteil, um ein Verkalken der Innenwandung der Pumpenkammer zu verhindern, welche zu Funktionsstörungen führen könnte.
  • Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1 Eine Schrägdarstellung einer gewölbt ausgebildeten Heizeinrichtung, bei der eine nach oben weisende Mediumseite behandelt wird mit einer Behandlungseinrichtung,
    • Fig. 2 eine Vorderansicht einer Heizeinrichtung entsprechend Fig. 2,
    • Fig. 3 eine Schrägdarstellung einer rohrförmigen Heizeinrichtung mit außen aufgebrachtem Heizelement, deren Innenseite als Mediumseite mit einer Behandlungseinrichtung bearbeitet wird und
    • Fig. 4 eine Abwandlung der Fig. 2, bei der eine Mediumseite innen in der rohrförmigen Heizeinrichtung bearbeitet wird, bevor auf der Außenseite als Heizseite ein Heizelement aufgebracht worden ist.
    Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung 11 dargestellt mit einem leicht gewölbten Träger 12, der aus einem vorgenannten, für eine Dickschichtaufbringung geeigneten Stahl bzw. Edelstahl besteht. Hierzu wird sowohl auf die vorgenannte DE 10119348 A1 verwiesen als auch auf die EP 933626 A2 . Die Unterseite des Trägers 12 ist die Heizseite 13 und trägt ein gestrichelt dargestelltes Heizelement 14, welches in Dickschichttechnik ausgebildet bzw. hergestellt ist mit einem dafür üblichen und dem Fachmann bekannten Verfahren, welches unter anderem eine Erwärmung auf einige 100°C über längere Zeit bzw. für mehrere Stunden umfasst. Das Heizelement 14 kann flächig sein, wie hier dargestellt, oder flächig verteilt verlaufen, beispielsweise in Streifenform odgl., siehe Fig. 3. Die Oberseite des Trägers 12 ist die Medium-seite 16, mit der beispielsweise Wasser odgl. erhitzt wird, welches auf der Heizeinrichtung 11 entlangströmt oder gesammelt wird.
  • Da der Träger 12 aus Edelstahl besteht, oxidiert seine Oberfläche während der thermischen Behandlung beim Dickschichtverfahren auf eingangs beschriebene Art und Weise. An der Unterseite bzw. der Heizseite 13 stört die dadurch gebildete Oxidschicht nicht. An der Mediumseite 16 stört sie dagegen schon, da hier anschließend eine zuvor beschriebene Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung aufgebracht werden soll, insbesondere zur Verhinderung von störenden Kalk- und Schmutzablagerungen.
  • Schematisch ist hier eine Behandlungseinrichtung 20 dargestellt mit einem länglichen Halter 21, der an seinem Ende einen Arbeitskopf 22 trägt. Wie durch die Pfeile angedeutet ist, kann die Behandlungseinrichtung 20 mit dem Arbeitskopf 22 vielseitig und vorteilhaft beliebig bewegt werden über der Mediumseite 16 oder direkt an dieser anliegend. Für das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren zur Behandlung der Oberfläche zum Entfernen einer Oxidschicht ist der Arbeitskopf 22 entsprechend ausgebildet. Er trägt einen Laser bzw. weist einen Laser auf. Für eine Bearbeitung unter einer Schutzgas-Atmosphäre findet dieser Vorgang, leicht vorstellbar, in einem Raum unter Schutzgas statt.
  • Aus den Fig. 2 und 3 ist in entsprechender Weise zu ersehen, wie eine Heizeinrichtung 111 mit einem rohrförmigen Träger 112 aussieht und oberflächenbehandelt wird. Auch hier weist der rohrförmige Träger 112 eine Heizseite 113 mit einem Heizelement 114 auf, welches hier die Außenseite ist. Für das in mehrere Streifen aufgeteilte Heizelement 114 sind in Fig. 3 sogar noch elektrische Anschlüsse 115 zumindest schematisch dargestellt.
  • Mit einer Behandlungseinrichtung 120 samt Halter 121 und Arbeitskopf 122 wird die Mediumseite 116 innen im Träger 112 entsprechend bearbeitet. Dies kann auf vorgenannte Art und Weise erfolgen.
  • Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 114 schon vorhanden, so dass hier die Oxidschicht an der Mediumseite 116 entweder entfernt wird.
  • Nicht explizit dargestellt, aber ähnlich wie in den Figuren zu sehen, kann nach der Oberflächenbehandlung des Trägers bzw. der Heizeinrichtung auf der Mediumseite eine Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung aufgebracht werden. Auch hierfür kann eine entsprechende Behandlungseinrichtung verwendet werden, die der dargestellten im Wesentlichen entspricht. Alternativ können für Aufbringungsverfahren von DLC- und SiOx-Schichten sogenannte Batch-Vakuumverfahren benutzt werden, insbesondere PE-CVD-Verfahren. Die Zerstäubung bzw. Beschichtung kann dann entweder gezielt mit Düsen an Arbeitsköpfen odgl. erfolgen, alternativ auch durch in einen Innenraum einer Vakuumkammer verteilt eingebrachte oder eingesprühte Materialien. Hierfür kann die Heizseite samt Heizelement entweder abgeschirmt bzw. abgedeckt werden oder aber anschließend noch einmal gereinigt werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung (11, 111), wobei die Heizeinrichtung einen Träger (12, 112) und mindestens ein auf einer Heizseite (13, 113) aufgebrachtes Heizelement (14, 114) aufweist, wobei die andere Seite des Trägers (12, 112) als Mediumseite (16, 116) zur Beheizung eines flüssigen Mediums ausgebildet ist und dazu die Oberfläche des Trägers eine Funktionsbeschichtung mit Anti-Haft-Wirkung aufweist mit einem Beschichtungsmaterial, wobei die Oberfläche des Trägers zumindest auf der Mediumseite (16, 116) vor dem Aufbringen der Funktionsbeschichtung behandelt worden ist, wobei durch die Behandlung der Oberfläche eine durch Erwärmen entstandene Oxidschicht auf der Oberfläche des Trägers (12, 112) zumindest teilweise entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung mit einem Laser (22, 122) durchgeführt wird als Clean-Laser-Verfahren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht vollständig entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung mit dem Laser (22, 122) unter Schutzgas-Atmosphäre durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beschichtungsmaterial verwendet wird aus der folgenden Gruppe DLC, Nano-Beschichtung, Metalloxid-Beschichtung, SiOx-Beschichtung, Keramik oder Emaille.
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