EP3329737B1

EP3329737B1 - Verbinden thermisch aufgespritzter schichtstrukturen von heizeinrichtungen

Info

Publication number: EP3329737B1
Application number: EP16740977.0A
Authority: EP
Inventors: Stefan Kobler; Robert KÜHN; Philipp Schaller
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2022-04-13
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: PL3329737T3; CN107926084A; DE102015214627A1; CN107926084B; US20180213607A1; WO2017021076A1; US11641698B2; EP3329737A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einer Heizvorrichtung. Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Heizeinrichtung für ein Haushaltsgerät.
Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Gargeräte, insbesondere mit Dampfgarfunktionalität, auf Waschmaschinen, auf Spülmaschinen, auf Wäschepflegegeräte und auf Haushaltskleingeräte.
Beim klassischen Löten (z.B. Laserlöten, Reflowlöten, Kolbenlöten usw.) von thermisch gespritzten Schichten wird die Verbindungs- oder Lötstelle mit Flussmittel behandelt, um ein Haften von Lot bzw. Lotmasse (auch als Lötmasse bezeichnet) zu ermöglichen. Denn typischerweise weist die thermisch gespritzte Schicht eine dünne Oxidschicht oder "Oxidhaut" auf, welche eine Haftung der Lotmasse stark erschwert oder sogar praktisch unmöglich macht. Das Flussmittel dient dazu, die Oxidhaut chemisch aufbrechen. Das Flussmittel dringt jedoch nachteiligerweise in die thermisch gespritzte Schicht ein, da diese typischerweise leicht porös ist. Es kann sogar weiter bis in darunterliegende poröse Schichten (beispielsweise eine Isolationsschicht) eindringen und deren Funktion beeinträchtigen. Um einen negativen Einfluss des Flussmittels (z.B. einen Verschlechterung einer elektrischen Isolationseigenschaft) zu vermeiden, muss es bisher aufwendig mit Lösemittel ausgewaschen werden.
Es ist bisher bekannt, Leitflächen oder Anschlussflächen auf thermisch gespritzte Heizleiterschichten mittels thermisch gespritzter Metalle (z.B. Kupfer, Zinn, Bronze) herzustellen und diese Metalle dann mittels klassischer Lötverfahren zu verlöten. Für das Aufbringen nicht vollflächiger Anschlussflächen aus thermisch gespritzten Metallen (z.B. Anschlussflächen, Pads, usw.) muss aber aufwendig maskiert werden. Ein Verschleiß an Masken ist dabei hoch. Ein Auftragswirkungsgrad fällt dabei gering aus.
DE 10 2012 204 235 A1 offenbart ein Haushaltsgerät zum Zubereiten von Lebensmitteln, mit einem ersten Bauteil und einem mit dem ersten Bauteil verbundenen zweiten Bauteil, wobei zumindest an einer Verbindungsstelle der beiden Bauteile das erste Bauteil aus einem ersten Material und das zweite Bauteil aus einem zum ersten Material unterschiedlichen zweiten Material ausgebildet ist, und an der Verbindungsstelle zum Verbinden der Bauteile eine Lötverbindung ausgebildet ist, wobei die Lötverbindung eine Ultraschalllötverbindung ist. DE 10 2012 204 235 A1 betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Haushaltsgeräts.
EP 0 963 143 A1 offenbart einen keramischen Träger mit einer elektrischen Schaltung und mit einer Anschlussvorrichtung, die wenigstens einen metallischen Anschluss, beispielsweise in Form eines Gewindebolzens, aufweist. Der Anschluss bzw. die Anschlussvorrichtung sind mit Ausgleichsmitteln, welche aus einem Metall mit einer höheren Verformbarkeit als das Material des Anschlusses bestehen, mit dem Träger verbunden, vorzugsweise mittels Aktivlötens. Die Ausgleichsmittel können in Form einer Ringscheibe o.dgl. ausgeführt sein und aus Kupfer bestehen und gleichen die Spannungen beim Abkühlen aus. Das Aktivlot weist vorteilhaft eine Basis aus Silber und Kupfer sowie eine reaktive Legierungskomponente, z.B. Titan oder ein Selten-Erd-Metall, auf. Die Anschlussvorrichtung kann sowohl einen hochbelastbaren mechanischen Befestigungsanschluss für den Träger als auch einen elektrischen Anschluss für die Schaltung darstellen.
DE 20 2010 007 081 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Erzeugen einer gasdichten Ultraschall-Lötverbindung zweier unterschiedlicher Materialien als Fügepartner A und B bei niedrigen Temperaturen, wobei diese eine entsprechende Bindungsfähigkeit mit dem verwendeten Lotmaterial aufweisen, mit den folgenden Merkmalen: einer Positionier- und Vorwärmeinrichtung für einen auf der Fügevorrichtung zuunterst liegenden Fügepartner B, einer Positionier- und Auflegeeinrichtung für den aufzusetzenden Fügepartner A, einer Aufwärm- und Löteinrichtung zum gemeinsamen Aufwärmen und Verlöten der Fügepartner A und B einer Entnahmeeinrichtung für die zusammengefügten Fügepartner A und B.
DE 10 2013 201 386 A1 offenbart ein Kochfeld mit einer Kochfeldplatte, auf welcher zumindest eine Kochstelle ausgebildet ist, und einer Bedienvorrichtung, die Elektronikkomponenten umfasst, die in einer Draufsicht auf die Kochfeldplatte neben der Kochstelle positioniert sind, und einer Topferkennungseinrichtung, mit welcher die Position eines Zubereitungsgefäßes auf der Kochfeldplatte erkennbar ist, wobei die Topferkennungseinrichtung zumindest einen elektrisch leitenden Sensor aufweist, der als Leiterbahn an der Kochfeldplatte und zur positionellen Topferkennung zur elektrischen Wechselwirkung mit einem Zubereitungsgefäß ausgebildet ist, und zumindest abschnittweise als Flächenbegrenzung für eine Fläche auf der Kochfeldplatte angeordnet ist, innerhalb welcher die Elektronikkomponenten angeordnet sind.
DE 10 2012 212 798 offenbart ein Haushaltsgerät mit einer Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur elektrischen Verbindung von thermisch aufgespritzten Schichten oder Schichtstrukturen eines Haushaltsgeräts bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Haushaltsgerät mit einer Heizvorrichtung, wobei die Heizvorrichtung einen flächigen Träger mit einer elektrisch isolierenden Trägeroberfläche, mindestens zwei auf die Trägeroberfläche thermisch aufgespritzte Schichtstrukturen und mindestens ein Lotvolumen, das auf mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur aufgebracht ist, aufweist, wobei das mindestens eine Lotvolumen ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen ist, das die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur mit mindestens einer weiteren thermisch aufgespritzten Schichtstruktur elektrisch verbindet.
Diese Heizeinrichtung weist den Vorteil auf, dass das Lot bzw. die Lotmasse des Lotvolumens ohne weitere Hilfsstoffe fest an einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur haftet, und zwar mit einem geringen elektrischen Übergangswiderstand. Dies liegt daran, dass durch eine Einbringung von Ultraschallenergie die Oxidhaut der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur aufgebrochen wird. Dadurch wird die Verbindung des Lots mit dem darunterliegenden nicht-oxidierten Material der thermisch gespritzten Schicht ermöglicht, und zwar insbesondere auch ohne Einsatz von Werkstoff ohne organische Anteile, insbesondere ohne Flussmittel.
Das Lot bzw. die Lotmasse weist vorteilhafterweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Insbesondere sind ein elektrischer Widerstand und eine Stromtragfähigkeit einer durch das Lot gebildeten elektrischen Leitung oder Lötverbindung so bemessen, dass eine Eignung über eine Schutzkleinspannung hinausgeht, und zwar insbesondere in einen Leistungsbereich (z.B. von 230 V bis mehr als 8 A). Besonders vorteilhafterweise ist die Lötverbindung auch für einen Einsatz im Hochspannungsbereich (z.B. ab ca. 1250 V AC oder 1800 V AC) ausreichend dimensioniert.
Durch die Ultraschallunterstützung ist allgemein ein Auflöten von Lotmasse auf nicht mit klassischen Lötverfahren mit Lot benetzbaren Oberflächen möglich. Es ist allgemein möglich, auch sehr stark oxidierte Oberflächen oder nichtmetallische (z.B. glasartige oder keramische Oberflächen) fest und präzise mit Lot zu benetzen. So kann durch das Ultraschalllöten beispielsweise eine freiliegende keramische Isolierung (z.B. eine keramische Isolierschicht) auf einfache Weise mechanisch und elektrisch mit Lotmasse kontaktiert werden.
Außerdem ist das Ultraschalllöten einfach anwendbar, da nicht maskiert zu werden braucht. Ferner ist es im Vergleich zum thermischen Spritzen von metallischen Anschlussschichten usw. deutlich effizienter in der Materialausnutzung (Materialeinsatz zur Erzeugung der Löt- oder Fügestelle). Zusätzlich kann eine Einsparung von Taktzeit und Kosten erreicht werden.
Die gute Haftfestigkeit wird auch erreicht, wenn die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur porös ist. Die gute Haftfestigkeit bleibt auch unter einer Temperaturwechselbeanspruchung bestehen.
Außerdem ergibt sich der Vorteil, dass keine Korrosion in der Verbindungsstelle wie beim "klassischen" Löten mehr auftritt.
Ferner ist die Ultraschall-Lötverbindung temperaturstabil bis mindestens 150°C ausgestaltbar. Sie kann zudem einen dem Substrat und/oder der thermisch aufgespritzten Schicht angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweisen. Sie ist auch bei hohen Dauergebrauchstemperaturen über die gesamte Produktlebensdauer alterungsstabil.
Unter einem flächigen Träger kann beispielsweise ein ebener Träger oder ein gekrümmter Träger (z.B. in Rohrform) verstanden werden. Der Träger kann insbesondere eine plattenartige Grundform aufweisen.
Die elektrisch isolierende Trägeroberfläche kann eine auf einen Grundkörper oder Substrat des Trägers (z.B. ein Metallblech) aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht (z.B. aus Keramik) sein. Diese Schicht kann ebenfalls thermisch aufgespritzt worden sein. Die elektrisch isolierende Trägeroberfläche kann aber auch ein oberflächenbehandelter (z.B. oxidierter) Schichtbereich eines Grundkörpers des Trägers sein. Die elektrisch isolierende Trägeroberfläche kann insbesondere eine nicht vernachlässigbare Porosität aufweisen. Bei Verwendung von Lotflussmittel kann dieses ggf. in die zugehörigen Poren eindringen und ggf. eine Fähigkeit zur elektrischen Isolierung - speziell bei angelegter Hochspannung - herabsetzen oder sogar praktisch aufheben. Insbesondere falls der Grundkörper bereits selbst elektrisch isolierend und temperaturbeständig (bis mindestens 150°C) ist, kann auch auf eine speziell ausgebildete oberflächliche Schicht verzichtet werden, und die Trägeroberfläche stellt dann die nicht-modifizierte Oberfläche des Grundkörpers dar. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Grundkörper aus Keramik besteht.
Die Trägeroberfläche kann zumindest an einer Flachseite, an der sich eine thermisch aufgespritzte Schicht oder Schichtstruktur befindet, vollflächig elektrisch isolierend ausgebildet sein. Alternativ ist die Trägeroberfläche nur unterhalb elektrisch leitfähiger Schichten oder Schichtstrukturen elektrisch isolierend ausgebildet, ggf. seitlich über die Schichten oder Schichtstrukturen hinausragend. So können elektrisch leitfähige thermisch gespritzte Schichtstrukturen auf gleich breite oder etwas breitere Schichtstrukturen aus einer elektrisch isolierenden Schicht thermisch aufgespritzt werden.
Unter einer thermisch aufgespritzten Schicht kann eine Schicht verstanden werden, die beispielsweise durch Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen (z.B. Atmosphäre, unter Schutzgas oder unter niedrigem Druck), Flammspritzen (z.B. Pulverflammspritzen, Drahtflammspritzen oder Kunststoffflammspritzen), Hochgeschwindigkeit-Flammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen, Laserspritzen oder PTWA-Spritzen hergestellt worden ist, insbesondere auf die Trägeroberfläche ausgespritzt worden ist. Falls mehrere thermisch aufgespritzte Schichten oder Schichtstrukturen vorhanden sind, können zumindest zwei davon gleich ausgebildet sein, z.B. im Hinblick auf ihr Material, ihre Schichtdicke usw. Auch können mindestens zwei thermisch aufgespritzte Schichtstrukturen unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. im Hinblick auf ihr Material, ihre Schichtdicke usw.
Zumindest eine thermisch aufgespritzte Schicht oder Schichtstruktur kann beispielsweise eine metallische Schicht oder Schichtstruktur sein, z.B. aufweisend Aluminium (Al), Bronze, Kupfer (Cu), Silber (Ag), Zinn (Sn) usw., oder eine Legierung davon. Die thermisch aufgespritzte Schicht kann auch eine Nickel-Chrom-Legierung (NiCr) sein. Die thermisch aufgespritzte Schicht kann zudem eine keramische Schicht sein, beispielsweise eine elektrisch isolierende Schicht. Eine Oberfläche der thermisch aufgespritzten Schicht oder Schichtstruktur kann oxidiert sein.
Unter einer Schichtstruktur wird insbesondere eine Schicht verstanden, welche in Draufsicht eine von der Form der Trägeroberfläche unterschiedliche Form aufweist, also keine die ganze Trägeroberfläche vollflächig bedeckende Schicht ist. Vielmehr weist die Schichtstruktur auf dem Träger bzw. auf der Trägeroberfläche in Draufsicht eine eigene Kontur ("Außenkontur") auf, die zumindest teilweise auf der Trägeroberfläche (und nicht nur an ihrem Rand) verläuft. Die Schichtstruktur kann insbesondere in Form mindestens einer länglichen Leitungsspur oder Bahn vorliegen. Die Leitungsbahn kann ganz oder abschnittsweise geradlinig und/oder ganz oder abschnittsweise gekrümmt sein. Beispielsweise kann die Leitungsbahn einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Die Leitungsbahn kann aber z.B. auch in Form eines kurzen Streifens oder eines rechteckigen, runden, ovalen usw. Kontaktfelds vorliegen.
Ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen ist insbesondere ein Lotvolumen, das mittels eines Ultraschall-Lötverfahrens aufgebracht worden ist.
Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur eine Widerstands-Heizleiterschicht ist, insbesondere eine Dickschicht. Die Heizleiterschicht kann insbesondere eine längliche Heizleiterbahn sein. Die Heizleiterbahn kann z.B. mäanderförmig oder spiralförmig verlaufen. Lotmasse kann insbesondere im Bereich mindestens eines Endes der Heizleiterschicht - insbesondere Heizleiterbahn - aufgebracht werden, um diese elektrisch anzuschließen. Als Material der Heizleiterschicht können insbesondere Aluminium, eine Aluminiumverbindung oder eine Nickel-ChromVerbindung vorgesehen sein. Die Heizleiterschicht kann also insbesondere eine thermisch aufgespritzte Flächenheizung für Haushaltsgeräte darstellen.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass mindestens ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur mit mindestens einer anderen Komponente der Heizeinrichtung elektrisch verbindet. Dadurch können besonders schnell, preiswert und sicher elektrische Verbindungen mit der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur erzeugt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen ein in einem Schritt bzw. einstufig hergestelltes Lotvolumen ist, was eine besonders einfache und schnelle elektrische Verbindung ermöglicht. Das Lotvolumen kann beispielsweise in einem Vorgang mittels eines Ultraschall-Lötkolbens zwischen der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur und einer anderen Komponente aufgebracht werden.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen mittels eines weiteren, nicht durch Ultraschall aufgebrachten Lotvolumens mit mindestens einer anderen Komponente der Heizeinrichtung elektrisch verbunden ist. Dies ergibt den Vorteil, dass ein Teil einer Lötverbindung auch mittels eines anderen Lötverfahrens (z.B. Laserlöten, Reflowlöten, Handlöten usw.) hergestellt sein kann, was eine besonders vielfältige Möglichkeit zur Aufbringung des Lotvolumens ermöglicht. So kann ein anderes Lötverfahren für bestimmte Oberflächen schonender und/oder für komplexe Geometrien einfach und schneller eine Verlötung herbeiführen. Bei dieser Ausgestaltung kann in einer Weiterbildung zunächst ein Lotvolumen auf eine thermisch aufgespritzte Schicht ultraschall-aufgelötet werden und dann das ultraschall-aufgelötete Lotvolumen über ein mit anderen Mitteln aufgebrachtes Lötvolumen elektrisch weiterverbunden werden. Das ultraschall-aufgelötete Lotvolumen dient somit als Basis oder Grund für das nicht durch Ultraschall aufgebrachte Lotvolumen. Das Aufbringen von Lotvolumina durch unterschiedliche Lötverfahren ist insbesondere im Rahmen eines mehrstufigen, z.B. zweistufigen, Verfahrens durchführbar.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens eine andere Komponente der Heizeinrichtung eine weitere thermisch aufgespritzte Schichtstruktur ist, an der mindestens ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen vorhanden ist. Dann können z.B. in einer ersten Stufe beide thermisch aufgespritzten Schichtstrukturen (allg.: Fügepartner) mit einem ultraschall-aufgelöteten Lotvolumen versehen werden und folgend in einer zweiten Stufe die beiden ultraschall-aufgelöteten Lotvolumina mittels eines anderen Lötverfahrens miteinander verbunden werden.
Beispielsweise kann so eine mit Lichtbogenspritzen hergestellte Schichtstruktur mit einer durch atmosphärisches Plasmaspritzen hergestellten Schichtstruktur verbunden werden, die durch einen Laserschnitt voneinander getrennt sind.
Auch können so beispielsweise parallel verlaufende thermisch aufgespritzte Leiterbahnen über Lücken (z.B. Laserschnitte) hinweg miteinander verbunden werden. Dies kann z.B. zum nachträglichen Abgleich eines elektrischen Widerstands eines thermisch aufgespritzten Heizleiters genutzt werden, um eine geforderte Nennleistung der Heizeinrichtung zu gewährleisten ("Trimmen") und/oder um Fehlstellen in thermisch aufgespritzten Leiterbahnen (z.B. Heizleiterbahnen) zu reparieren.
Es ist eine alternative Weiterbildung, dass das Lotvolumen in der zweiten Stufe ebenfalls ultraschall-aufgelötet wird oder worden ist. Dies entspricht einem zweistufigen Ultraschallverlöten mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens eine andere Komponente der Heizeinrichtung ein metallischer Kontakt ist. Dann kann z.B. in einer ersten Stufe die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur mit einem ultraschall-aufgelöteten Lotvolumen versehen werden und folgend in einer zweiten Stufe das ultraschall-aufgelötete Lotvolumen mittels eines anderen Lötverfahrens direkt mit dem metallischen Kontakt verbunden werden.
Der metallische Kontakt kann z.B. ein durch Galvanisieren, Aufbringen einer metallischen Folie usw. auf die Trägeroberfläche aufgebrachtes Kontaktfeld sein, z.B. ein Kontaktelement, beispielweise aus Kupfer.
Es ist ferner eine weitere Ausgestaltung, dass der metallische Kontakt ein Kontaktelement eines elektrischen oder elektronischen Bauelements ist, beispielsweise ein Kontaktstift eines Steckverbindungsteils (z.B. Anschlusssteckers) oder ein elektrischer Anschluss eines elektrischen oder elektronischen Bauteils (z.B. ein Kontaktbereich eines SMD-Bauteils wie eines NTC-Widerstands, einer Schmelzsicherung, eines - z.B. in Glaslot vergossenen - Sensors usw.). Dadurch kann eine thermisch gespritzte Schicht besonders einfach und langlebig mit einer Schaltung usw. verbunden werden. Das elektrische oder elektronische Bauelement ist vorteilhafterweise ein SMD ("Surface Mounted Device")-Bauteil. So können thermisch aufgespritzte Schichtstrukturen und elektrische und/oder elektronische Bauelemente besonders einfach und preiswert miteinander verbunden werden. Das SMD-Bauteil (z.B. der Größe 0603, 0805 oder 1206) kann mittels eines Vakuumgreifers platziert werden. Bedrahtete Bauteile, die für eine Durchsteckmontage ("THT-Through Hole Technology") vorgesehen sind, können ebenfalls über ihren metallischen Kontakt mit der thermisch aufgespritzten Struktur verbunden werden.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen zumindest einen Abschnitt der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur - insbesondere einer Heizleiterschicht - bedeckt, ohne sie mit einer anderen - insbesondere elektrisch leitfähigen - Komponente der Heizeinrichtung elektrisch zu verbinden. Es kann in dieser Ausgestaltung insbesondere mindestens eine Lotschicht (auch als "Leitschicht" bezeichnet) auf der Heizleiterschicht aufgebracht werden, um lokal eine elektrische Leistungsdichte in der Heizleiterschicht herabzusetzen. Dadurch wiederum kann lokal eine Erwärmung (sog. "Hot Spots") verhindert werden. Eine Leitschicht kann beispielsweise an Leistungsanschlüssen, an konstruktiv bedingten Verengungen in Leiterbahnen, an Ecken und/oder an Umkehrpunkten im Heizleiterlayout aufgebracht werden. Die Leitschicht bzw. das Lotmaterial kann dabei auch auf der Trägeroberfläche aufliegen.
Das Haushaltsgerät kann beispielsweise ein Gargerät oder ein Zubehör für ein Gargerät (z.B. ein beheizbarer Garraumteiler) sein. Das Gargerät kann beispielsweise eine Dampfgarfunktion aufweisen, wobei die Heizeinrichtung einer Dampferzeugungsvorrichtung zugeordnet ist, um in der Dampferzeugungsvorrichtung vorhandenes Wasser zu verdampfen. Das Gargerät kann z.B. ein Backofen mit Dampfgarfunktionalität oder ein dedizierter Dampfgarer sein. Die Heizeinrichtung mag dann z.B. einen Boden eines Wassertanks darstellen.
Für den Fall des beheizbaren Garraumteilers kann einseitig oder beidseitig mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur vorhanden sein, insbesondere mindestens eine Heizleiterschicht(struktur).
Das Haushaltsgerät kann aber auch ein Wäschepflegegerät sein. Die Heizeinrichtung kann dann beispielsweise als Laugenheizung einer Waschmaschine oder eines Waschtrockners verwendet werden. Auch kann die Heizeinrichtung als Prozessluftheizung vorgesehen sein.
Das Haushaltsgerät kann ferner eine Spülmaschine sein. Die Heizeinrichtung kann dann beispielsweise als Heizung zum Erwärmen der Spülflüssigkeit verwendet werden. In diesem Fall ist die Heizung insbesondere eine Komponente einer Heizpumpenbaugruppe.
Das Haushaltsgerät kann zudem ein elektrisch betriebenes Haushaltskleingerät sein, z.B. ein Wasserkocher, eine Kaffeemaschine (z.B. in Form einer Espressomaschine), ein Toaster usw.
Die Heizeinrichtung kann als ein Rohr (allgemein: ein rotationssymmetrischer Körper) ausgebildet sein, wobei mindestens ein thermisch aufgespritzter Dickschicht-Heizleiter an einer Wand des Rohrs des Haushaltsgeräts vorhanden ist. Das Rohr kann dann insbesondere als Durchlauferhitzer für dort durchgeleitetes Gas (z.B. Prozessluft) und/oder Flüssigkeit (z.B. zu verdampfendes Wasser, Spülflüssigkeit oder Lauge) verwendet oder angesehen werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Heizeinrichtung für ein Haushaltsgerät, bei dem ein flächiger (ebener und/oder gekrümmter) Träger mit mindestens einer darauf aufgebrachten thermisch aufgespritzten Schichtstruktur bereitgestellt wird und auf mindestens eine thermisch aufgespritzten Schichtstruktur mindestens ein Lotvolumen ultraschall-aufgelötet wird. Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die Heizeinrichtung und das Haushaltsgerät und kann analog dazu ausgebildet werden, und umgekehrt.
So ist es eine Ausgestaltung, dass mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur einstufig mit einer anderen Komponente der Heizeinrichtung ultraschallverlötet wird. Dazu kann - z.B. mittels eines Ultraschalllötkolbens - in einem Vorgang eine Spur aus Lot von der mindestens einen thermisch aufgespritzten Schichtstruktur zu der anderen Komponente gezogen werden.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur zweistufig mit einer anderen Komponente der Heizeinrichtung ultraschallverlötet wird, indem in einer ersten Stufe zumindest an mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur ein Lotvolumen durch Ultraschalllöten aufgebracht wird und dieses Lotvolumen in einer zweiten Stufe mit der anderen Komponente der Heizeinrichtung verlötet wird. Das Verlöten in der zweiten Stufe kann mit oder ohne Ultraschall durchgeführt werden.
Ferner ist es eine Ausgestaltung, dass die andere Komponente der Heizeinrichtung eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur ist, auf der in der ersten Stufe ein Lotvolumen durch Ultraschalllöten aufgebracht wird und dieses ultraschall-aufgebrachte Lotvolumen in der zweiten Stufe mit einem anderen ultraschall-aufgebrachten Lotvolumen der Heizeinrichtung verlötet wird.
Außerdem ist es eine Ausgestaltung, dass das Ultraschalllöten mittels eines Ultraschall-Lötkolbens durchgeführt wird. Der Ultraschall-Lötkolben kann beispielsweise eine Sonotrode aufweisen, die als Lötspitze ausgeführt ist.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass das Ultraschalllöten mittels eines Ultraschall-Lotbads (oder Lötbads) durchgeführt wird. Dabei kann eine mit Lot zu benetzende Komponente vor oder nach Montage an dem Träger in ein Lotbad eingetaucht werden. Das Benetzen dieser Komponente braucht also nicht an dem Träger vorgenommen zu werden, was eine vereinfachte Herstellung ermöglicht. Die jeweiligen Einzelschritte können ggf. durch einen Wärmebehandlungsprozess (z.B. durch ein Vorwärmen) der Komponente verbessert werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

Fig.1: zeigt in Draufsicht eine Skizze einer Heizeinrichtung eines Haushaltsgeräts;
Fig.2: zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen ersten Ausschnitt aus der Heizeinrichtung nach Fig.1;
Fig.3: zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen zweiten Ausschnitt aus der Heizeinrichtung nach Fig.1;
Fig.4: zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen dritten Ausschnitt aus der Heizeinrichtung nach Fig.1; und
Fig.5: zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen vierten Ausschnitt aus der Heizeinrichtung nach Fig.1.

Fig.1 zeigt in Draufsicht eine Heizeinrichtung 1 eines Haushaltsgeräts H. Die Heizeinrichtung 1 kann beispielsweise zum Heizen von in einem Wassertank eines Dampferzeugers befindlichem Wasser verwendet werden. Das Haushaltsgerät H kann aber auch ein Backofen mit Dampfgarfunktionalität, ein dedizierter Dampfgarer, ein elektrisch beheizbarer Garraumteiler, ein Wäschepflegegerät, eine Spülmaschine, ein Haushaltskleingerät usw. sein.
Die Heizeinrichtung 1 weist einen flächigen Träger 2 (z.B. aus einem Metallblech) mit einer elektrisch isolierenden Trägeroberfläche 3 (z.B. aus einer leicht porösen, beispielsweise thermisch aufgespritzten Keramikschicht) auf. Auf der Trägeroberfläche 3 sind mehrere metallische Schichtstrukturen 4 bis 8 thermisch aufgespritzt. Die thermisch aufgespritzten Schichtstrukturen 4 bis 8 sind durch die Trägeroberfläche 3 voneinander elektrisch isoliert und umfassen: eine erste (lange) mäanderförmige Heizleiterbahn 4, eine zweite (kurze) mäanderförmige Heizleiterbahn 5 und drei kurze geradlinige Leiterbahnen 6 bis 8.
Die beiden Heizleiterbahnen 4 und 5 sind durch zwei Spuren 9 aus einem ersten Lot oder Lotmaterial 10 elektrisch miteinander verbunden. Dadurch sind die beiden Heizleiterbahnen 4 und 5 elektrisch in Reihe geschaltet. Soll die zweite Heizleiterbahn 5 nicht verwendet werden, könnten anstelle der zwei Spuren 9 die beiden entsprechenden Enden der ersten Heizleiterbahn 4 direkt mittels einer Spur aus dem ersten Lotmaterial 10 miteinander verbunden sein (o. Abb.). Auch lässt sich der elektrische Widerstand dadurch genau trimmen, dass eine Position der hier unteren Spur 9 zwischen den Heizleiterbahnen 4 und 5 variiert werden kann, wie durch den Doppelpfeil angedeutet. Durch eine geeignete Anbringung der Spuren 9 kann folglich die gemeinsame Heizleiterbahn 4, 5 getrimmt werden.
Wie in Fig.2 im Schnitt A-A gezeigt, ist die Spur 9 des ersten Lotmaterial 10 dazu einstufig von der Oberfläche der ersten Heizleiterbahn 4 über die Trägeroberfläche 3 zu der Oberfläche der zweiten Heizleiterbahn 5 ultraschall-aufgelötet worden. Dabei hält das erste Lotmaterial 10 aufgrund der eingebrachten Ultraschallenergie sowohl auf den Heizleiterbahnen 4 und 5 als auch auf der Trägeroberfläche 3, ohne dass dazu Lötflussmittel benötigt wird. Die Spur 9 kann beispielsweise durch ein Verlöten mit einem Ultraschall-Lötkolben aufgebracht werden.
Wieder zurückkehrend zu Fig.1 sind die drei geradlinigen thermisch aufgespritzten Leiterbahnen 6 bis 8 mit einem Anschlussstecker 11 der Heizeinrichtung 1 verbunden, insbesondere mit einem jeweiligen elektrischen Kontakt 11a des Anschlusssteckers 11. Benachbarte Leiterbahnen 6 und 7 bzw. 7 und 8 sind über jeweilige SMD-Bauelemente 12 verbunden. Die SMD-Bauelemente 12 sind hier beispielhaft NTC-Widerstände, die an ihren Stirnbereichen elektrische Kontakte oder Kontaktfelder 14 in Form von Lötanschlüssen aufweisen. So können über die Steckerwanne 11 zu einer jeweiligen Temperatur gehörige Messwerte (z.B. elektrische Widerstandswerte, Spannungswerte oder Stromwerte) abgegriffen werden.
Die SMD-Bauelemente 12 sind über Lötpunkte 13 aus dem ersten Lotmaterial 10 und einem zweiten Lotmaterial 15 an den Leiterbahnen 6 und 7 bzw. 7 und 8 befestigt, wie in Fig.3 als Schnitt B-B aus der Heizeinrichtung 1 gezeigt. Dabei sind zunächst die Leiterbahnen 6 und 7 bzw. 7 und 8 mit einem Lotvolumen aus dem ersten Lotmaterial 10 ultraschallverlötet worden. Folgend sind die SMD-Bauelemente 12 mit ihren Kontaktfeldern 14 auf jeweilige Lotvolumina des Lötmaterials 10 aufgesetzt worden. Dann sind die Lotvolumina des Lötmaterials 10 mit den zugehörigen Kontaktfeldern 14 mittels eines Nicht-Ultraschall-Lötverfahrens (z.B. eines Laserlötens, Reflowlötens, Handlötens usw.) unter Verwendung des zweiten Lotmaterials 15 verlötet worden. Das erste Lotmaterial 10 und das zweite Lotmaterial 15 können gleich oder verschieden sein.
Folglich werden die beiden Leiterbahnen 7 und 8 durch das SMD-Bauelement 12 über die Lötpunkte 13, die (Teil-)Lotvolumina 13a und 13b aus dem ersten Lotmaterial 10 bzw. dem zweiten Lotmaterial 15 aufweisen, elektrisch miteinander verbunden.
Analog können z.B. auch die elektrischen Kontakte 11a (z.B. Kontaktstifte oder Kontaktpins) des Anschlusssteckers 11 an die Leiterbahnen 6 bis 8 angebracht werden, wobei sie vor der Montage des Anschlusssteckers 11 in ein Lotbad (o. Abb.) getaucht worden sein können. Das Lotbad kann mit oder ohne Ultraschalleinbringung arbeiten. Das in dem Lotbad aufgebrachte Lotmaterial kann z.B. eines der Lotmaterialien 10 oder 15 sein.
Wieder zurückkehrend zu Fig.1 sind zudem zwei metallische Kontaktflächen 16 auf der Trägeroberfläche aufgebracht, über welche die kombinierte Heizleiterbahn 4 und 5 endseitig elektrisch angeschlossen werden kann, z.B. an eine Spannungsversorgung. Fig.4 zeigt dazu als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Schnitt C-C aus der Heizeinrichtung 1.
Auf der thermisch aufgespritzten Heizleiterbahn 4 ist dazu ähnlich zu Fig.3 ein Lotvolumen (Lotpunkt) 17 aus dem ersten Lotmaterial 10 ultraschallaufgelötet worden und dann eine Spur 18 aus dem zweiten Lotmaterial 15 mit einem anderen (nicht auf Ultraschall beruhenden) Lötverfahren von dem Lotvolumen 17 zu der metallischen Kontaktfläche 16, oder umgekehrt, gezogen worden.
Analog könnten die beiden thermisch gespritzten Heizleiterbahnen 4 und 5 auch jeweils mit ultraschallaufgelöteten Lotvolumina 17 aus dem ersten Lotmaterial 10 versehen sein, die über eine Spur 18 aus dem zweiten Lotmaterial 15 miteinander verbunden sind.
Wieder zurückkehrend zu Fig.1 ist ferner an einer Biegung der Heizleiterbahn 4 eine Leitschicht 19 nur auf die Heizleiterbahn 4 und ggf. die Trägeroberfläche 3 ultraschallaufgelötet worden, um dort eine Stromdichte zu verringern und so eine Bildung von sog. "Hot Spots" zu verhindern, wie in Schnitt D-D in Fig.5 gezeigt.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.

Bezugszeichenliste

1: Heizeinrichtung
2: Träger
3: Trägeroberfläche
4: Erste Heizleiterbahn
5: Zweite Heizleiterbahn
6: Leiterbahn
7: Leiterbahn
8: Leiterbahn
9: Spur
10: Erstes Lotmaterial
11: Anschlussstecker
11a: Elektrischer Kontakt des Anschlusssteckers
12: SMD-Bauelement
13: Lötpunkt
14: Kontaktfeld
15: Zweites Lotmaterial
16: Metallische Kontaktfläche
17: Lotvolumen
18: Spur aus dem zweiten Lotmaterial
19: Leitschicht
H: Haushaltsgerät

Claims

Haushaltsgerät (H) mit einer Heizeinrichtung (1), wobei die Heizeinrichtung (1)
- einen flächigen Träger (2) mit einer Trägeroberfläche (3)

- mindestens zwei eine auf die Trägeroberfläche (3) thermisch aufgespritzte Schichtstrukturen (4-8) und

- mindestens ein Lotvolumen (9, 13a, 13b, 17, 18, 19), das auf mindestens zwei thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4-8) aufgebracht ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Trägeroberfläche (3) eine elektrisch isolierende Trägeroberfläche ist,

- mindestens ein Lotvolumen ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen (9, 13a, 17, 19) ist,

- das die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4-8) mit mindestens einer weiteren thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4, 5) elektrisch verbindet.
Haushaltsgerät (H) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4, 5) eine Widerstands-Heizleiterschicht ist.
Haushaltsgerät (H) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die beiden durch das ultraschall-aufgelötete Lotvolumen (9, 13a, 17, 19) elektrisch verbundenen thermisch aufgespritzten Schichtstrukturen (4-8) längliche Heizleiterbahnen sind und

- das ultraschall-aufgelötete Lotvolumen (9, 13a, 17, 19) die Heizleiterbahnen über eine Lücke zwischen ihnen hinweg miteinander verbindet.
Haushaltsgerät (H) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägeroberfläche (3) porös ist
Haushaltsgerät (H) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen (13a, 17, 19) mittels eines weiteren, nicht durch Ultraschall aufgebrachten Lotvolumens (13b, 18) mit mindestens einer anderen Komponente der Heizeinrichtung (1) elektrisch verbunden ist.
Haushaltsgerät (H) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ultraschall-aufgelötete Lotvolumen (9) als eine Spur von einer Oberfläche der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4) über die Trägeroberfläche (3) zu einer Oberfläche der weiteren thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (5) verläuft.
Haushaltsgerät (H) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens eine andere Komponente der Heizeinrichtung (1) ein metallischer Kontakt (11a, 14, 16) ist.
Haushaltsgerät (H) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Kontakt ein Kontakt (11a, 14) eines elektrischen oder elektronischen Bauelements (11, 12) ist.
Haushaltsgerät (H) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich mindestens ein ultraschall-aufgelötetes Lotvolumen (19) zumindest einen Abschnitt der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4) bedeckt ohne sie mit einer anderen elektrisch leitfähigen Komponente der Heizeinrichtung (1) elektrisch zu verbinden.
Haushaltsgerät (H) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät ein Gargerät ist.
Verfahren zum Herstellen einer Heizeinrichtung (1) für ein Haushaltsgerät (H), bei dem
- ein flächiger Träger (2) mit einer elektrisch isolierenden Trägeroberfläche (3) und mit mindestens zwei darauf aufgebrachten thermisch aufgespritzten Schichtstrukturen (4-8) in Form länglicher Heizleiterbahnen, die durch eine Lücke voneinander getrennt sind, bereitgestellt wird und

- die beiden Schichtstrukturen (4-8) mittels mindestens eines Lotvolumen (9, 13a, 17, 19), das auf die beiden Schichtstrukturen (4-8) ultraschall-aufgelötet wird, elektrisch verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4, 5) einstufig mit einer anderen Komponente (5, 4) der Heizeinrichtung (1) ultraschallverlötet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4, 6-8) zweistufig mit einer anderen Komponente (5, 11a, 12) der Heizeinrichtung (1) ultraschallverlötet wird, indem in einer ersten Stufe zumindest an mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4, 6-8) ein Lotvolumen (13a, 17) durch Ultraschalllöten aufgebracht wird und dieses Lotvolumen (13a, 17) in einer zweiten Stufe mit der anderen Komponente (5, 11a, 12) der Heizeinrichtung (1) verlötet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die andere Komponente der Heizeinrichtung (1) eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur ist, auf der in der ersten Stufe ein Lotvolumen durch Ultraschalllöten aufgebracht wird und dieses ultraschall-aufgebrachte Lotvolumen in der zweiten Stufe mit einem anderen ultraschall-aufgebrachten Lotvolumen der Heizeinrichtung (1) verlötet wird.