EP4273480A1 - Verfahren zum anordnen eines elektrischen oder elektronischen bauelementes an einem kühl- und/oder gefriergerät - Google Patents

Verfahren zum anordnen eines elektrischen oder elektronischen bauelementes an einem kühl- und/oder gefriergerät Download PDF

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EP4273480A1
EP4273480A1 EP23168361.6A EP23168361A EP4273480A1 EP 4273480 A1 EP4273480 A1 EP 4273480A1 EP 23168361 A EP23168361 A EP 23168361A EP 4273480 A1 EP4273480 A1 EP 4273480A1
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EP
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freezer
refrigerator
electrical
component
inner container
Prior art date
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Pending
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EP23168361.6A
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Inventor
Thomas Gruidl
Martin Klaunzer
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Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
Original Assignee
Liebherr Hausgeraete Lienz GmbH
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Publication date
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    • C23C4/134—Plasma spraying

Definitions

  • the present invention relates to a method for arranging an electrical or electronic component on a refrigerator and/or freezer.
  • plastic-coated cables with a single- or multi-core combination of metal cores are usually used to supply electrical power to consumers in refrigerators and/or freezers or for signal transmission. These are attached to the components of the refrigerator using brackets, clips or adhesive tape, especially on the foam side in the case of foamed insulation.
  • Individual sensors or heating elements are also attached to the designated locations using suitable fastening options and are then electrically supplied by cables and/or connected to appropriate cables for signal transmission.
  • a conceivable case of error is if, after assembly of the cables or other components, the assembly space, i.e. the space between the inner container and the housing of the device, is filled with foam, such as polyurethane foam, for insulation purposes and then an electrical fault caused by incorrect assembly or by the foaming Contacting is detected.
  • foam such as polyurethane foam
  • heaters to avoid condensation formation such as so-called frame heaters
  • frame heaters are often carried out by pipes connected to the compressor circuit on the pressure side.
  • These pipes have a high degree of geometric complexity and can only be produced with considerable effort and can only be transported efficiently and damage-free to a limited extent or with great effort. Additional damage can occur during processing, causing functional defects to occur with great frequency.
  • the direct integration in the compressor circuit does not allow any regulation Heating function, which affects the system's function and efficiency. Apart from that, pipes for heating have poor contact.
  • the present invention is based on the object of simplifying the arrangement of electrical or electronic components in refrigerators and/or freezers.
  • the arrangement is carried out by thermally spraying a material onto a substrate of the refrigerator and/or freezer.
  • the arrangement takes place by thermally spraying the electrical or electronic component or a part thereof onto a substrate of the refrigerator and/or freezer.
  • the component is a line for conducting electricity and/or for transmitting data and/or a heater, preferably a frame heater and/or a sensor and/or an intelligent component, in particular is a control or regulation unit.
  • the component is preferably a heating element or a sensor or a circuit board or a circuit, for example for regulation or control.
  • heating elements or sensors by thermal spraying also leads to advantages in terms of function, efficiency and safety.
  • targeted energy input can be achieved through optimal coupling to relevant positions depending on local requirements.
  • Arranging heating elements or sensors or the like by thermal spraying also leads to cost advantages, since metal frame heaters, such as refrigerant pipes, or glued-on heating elements can be omitted.
  • the foam flow of, for example, polyurethane foams in areas to be foamed is improved, since electrical cables and/or electrical components applied by thermal spraying lie flatter on the corresponding walls than cables or finished components and the foam can therefore flow better over them.
  • the refrigerator and/or freezer can, on the one hand, perform its basic function, which is to provide a cold storage space, but also in terms of the design or lighting or other intelligent functions, for example through multiple sensors or multiple actuators in all conceivable places on the refrigerator and/or freezer can be optimized while at the same time eliminating cables and pipes that prevent recycling.
  • the material before thermal spraying is a powder, preferably with a grain size of D50, in particular with a particle size between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m, preferably between 30 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • the material before thermal spraying can also be referred to as the starting material.
  • the material has zinc, tin, copper or aluminum or alloys made from these materials and/or that the material is a polymer made conductive.
  • the material is arranged in layers, whereby the composition of the material can differ in layers. Material with the same composition can also be arranged in layers.
  • the layer structure of the conductive elements or material preferably depends on adhesion, required conductivity and contacting technology.
  • the layer thickness preferably depends on the function to be fulfilled, such as heating, cables or sensors.
  • the electrical resistance of the material or the component is preferably approximately 50% ⁇ 20% of the bulk material.
  • the bulk material is preferably the electrically conductive material in the material.
  • the arrangement is carried out automatically, preferably by a robot.
  • the arrangement can also be done manually.
  • the component of the refrigerator and/or freezer is an inner container or a motor niche or a thermoformed or deep-drawn 2D or 3D component of the refrigerator and/or freezer.
  • components or substrates such as inner containers, motor niches or thermoformed 2D or 3D components of refrigerators and/or freezers
  • passages through walls, for example for wiring are reduced in size or become unnecessary, which reduces or prevents Foam escapes during foaming.
  • cables are prevented from appearing on visible surfaces of the refrigerator and/or freezer.
  • the substrate is the inner container of the refrigerator and/or freezer, the substrate being formed by the side of the inner container facing the cooled interior and/or by the side of the inner container facing the thermal insulation.
  • the arrangement is carried out by atmospheric pressure cold plasma spraying.
  • another thermal spraying process is also possible.
  • the electrically conductive layers or components applied to the components of refrigerators and/or freezers by thermal spraying are electrically insulated from the environment and from other electrically conductive components.
  • an electrical insulation in particular a polymer layer or an inorganic, non-conductive layer, is applied to the material, in particular by means of thermal spraying, plasma, painting or lamination.
  • the electrical insulation which is electrically non-conductive, can also be referred to as an insulating cover layer.
  • the thickness of the insulation or cover layer preferably depends on the necessary insulating properties.
  • the substrate is preferably electrically insulating or provided with an electrically insulating layer.
  • the invention also relates to a refrigerator and/or freezer with an electrical or electronic component, the component being arranged using a method according to the invention.
  • plastic-coated cables or pipes or the like can be largely or completely eliminated. This means that the foam is no longer contaminated with jacket materials or the like and can therefore be recycled more easily.
  • Thermal spraying of materials makes it possible to apply any electrical and/or electronic functions to geometrically complex components of a refrigerator and/or freezer in a reproducible, cost-efficient and high-quality manner.
  • Thermal spraying of electrical cables and/or electrical components onto components of refrigerators and/or freezers also creates degrees of freedom in the attachment of electrical elements and a high level of flexibility in the routing of electrical cables.
  • the component has a porous, metallic structure, with the porosity preferably being between 1% and 10%, in particular between 5% and 10%.
  • the electrical and/or electronic components are preferably arranged on an inner container or on a motor niche or on a thermoformed component or on a panel or on a door or on a coated sheet of the refrigerator and/or freezer.
  • Thermal spraying offers the following advantages, particularly compared to additive manufacturing technology.
  • the component in particular the electrically conductive structure, is generated by depositing conductive, preferably metallic, powders, which have significantly lower material costs compared to conductive inks and pastes.
  • the process temperatures of the method according to the invention can preferably be adapted to the substrate.
  • this preferably enables the direct coating of high impact polystyrene (HIPS), even with the wall thickness of an inner container that is common in refrigerators and/or freezers.
  • HIPS high impact polystyrene
  • contact points By arranging the material in layers, contact points can be equipped with copper layers to enable soldering processes.
  • a three-layer structure consisting of substrate, component or electrical conductor and insulating cover layer is provided in order to create electrically conductive structures on 3D substrates of a refrigerator and/or freezer, such as inner containers or side walls.
  • the electrically conductive layer is preferably characterized by a porous metallic structure in the conductor cross section.
  • Thermal spraying is not an additive manufacturing process, but rather a surface coating process.
  • DIN EN 657 defines the classification of thermal spray processes.
  • thermal spraying according to DIN EN 657 with kinetic energy as cold gas spraying; by beam as laser spraying; from melt as melt pool spraying; with gaseous or liquid fuels as detonation spraying, high-speed flame spraying or as flame spraying with powder, wire or high-speed wire; can be carried out by electrical gas discharge as arc spraying or as plasma spraying in the atmosphere (atmospheric pressure cold plasma spraying), in vacuum, under inert gas, under excess pressure or by induction.
  • the exemplary embodiment relates to an inner container made of plastic of a freezer or one of the side walls made of sheet metal, onto which electrically conductive layers are applied or arranged using the method according to the invention.
  • the electrically conductive layers consist of thermoplastics made electrically conductive by adding electrically conductive additives
  • the electrically conductive layers are electrically insulated by a further application of electrically non-conductive thermoplastic. Since the inner container is made of electrically non-conductive plastic, the conductive layers are completely surrounded by insulating material.
  • Heating elements are also applied to the inner container using the method according to the invention and electrically insulated by a further application of electrically non-conductive thermoplastic.
  • the heating elements are preferably applied by atmospheric pressure cold plasma spraying Fig.1 .
  • the order is carried out on a device, the device comprising a holder for the inner container and a robot.
  • the holder holds the inner container, for example, in such a way that the concave, i.e. the side of the inner container that is cooled during operation, can be placed over a receptacle, which fixes the inner container in space and makes the foam side of the inner container easily accessible to a robot.
  • the inner container can also be fixed by clamps or jaws or other clamping or fastening means.
  • sensors on the holder such as air gap sensors, which check whether the inner container is correctly seated. The correct fit can also be checked visually.
  • the robot follows its programmed path and the device attached to the robot synchronously applies the respective material to the inner container using thermal spraying.
  • the inner container can be applied to the holder in an automation line by another robot or another conveyor or manually and removed from it again using these methods after the application.
  • Another advantage of the invention is that no corrosion of heating pipes can occur.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen eines elektrischen oder elektronischen Bauelementes an einem Kühl- und/oder Gefriergerät, wobei das Anordnen durch Thermisches Spritzen eines Materials auf ein Substrat des Kühl- und/oder Gefriergerätes erfolgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen eines elektrischen oder elektronischen Bauelementes an einem Kühl- und/oder Gefriergerät.
  • Nach dem Stand der Technik werden zur elektrischen Versorgung von Verbrauchern in Kühl- und/oder Gefriergeräten oder zur Signalübertragung üblicherweise mit Kunststoff ummantelte Kabel mit einem ein- oder mehradrigem Verbund von Adern aus Metall verwendet. Diese werden mittels Halterungen, Clips oder Klebebändern an den Bauteilen des Kühlschranks, insbesondere bei geschäumten Isolierungen schaumseitig befestigt.
  • Einzelne Sensoren oder etwa Heizelemente werden ebenfalls durch passende Befestigungsmöglichkeiten an den dafür vorgesehenen Stellen befestigt und dann durch Kabel elektrisch versorgt und/oder für eine Signalübertragung an entsprechende Kabel angeschlossen.
  • Die Montage dieser elektrischen Bauelemente erfolgt Großteils manuell mit hohem Aufwand und gewisser Fehlerquote, da die Bauelemente teilweise, wie insbesondere Kabel in Ihrer Form undefiniert und teilweise, wie insbesondere empfindliche Sensoren oder große Bauteile schwer handelbar sind.
  • Ein denkbarer Fehlerfall besteht darin, wenn nach der Montage der Kabel oder sonstiger Bauelemente der Montageraum, d.h. der Raum zwischen Innenbehälter und Gehäuse des Gerätes zu Isolationszwecken mit Schaum etwa mit Polyurethanschaum ausgeschäumt wird und danach eine etwa durch falsche Montage oder durch das Ausschäumen verursachte fehlerhafte elektrische Kontaktierung festgestellt wird. Derartige Fehler können nur durch eine Entfernung des Schaums gefunden und behoben werden, was mit einem entsprechend hohen Aufwand verbunden ist.
  • Bei Durchführungen von z.B. Kabeln durch Wände, die eine isolierende Schaumseite aufweisen, kommt es in der Folge des Schäumens teilweise zu Austritten des Schaums durch die Durchführungen, was einen erheblichen Reparaturaufwand nach sich ziehen kann.
  • Für einen späteren Recyclingprozess ist die Verbindung des Schaums mit Kabeln oder elektrischen Bauelementen nachteilhaft, da zwar die metallischen Leiter von der Kunststofffraktion getrennt werden können, aber beispielsweise Polyurethanschäume und die Kunststofffraktion durch die Mantelmaterialien verunreinigt werden und damit hochwertige Recyclingprozesse verunmöglichen.
  • Nach dem Stand der Technik werden zum Beispiel Heizungen zur Vermeidung von Kondensatbildung, wie so genannte Rahmenheizungen oftmals durch druckseitig an den Kompressorkreislauf angeschlossene Rohre ausgeführt. Diese Rohre weisen eine hohe geometrische Komplexität auf und sind nur mit erheblichem Aufwand herstellbar und nur eingeschränkt beziehungsweise mit hohem Aufwand schadfrei und effizient zu transportieren. Während der Verarbeitung kann es zu zusätzlichen Beschädigungen kommen, wodurch Funktionsmängel mit großer Häufigkeit auftreten. Zudem gestattet die direkte Einbindung im Kompressorkreislauf keine Regelung der Heizfunktion, was das System in seiner Funktion als auch in seiner Effizienz beeinträchtigt. Abgesehen davon weisen Rohre zum Heizen eine schlechte Kontaktierung auf.
  • Bei einer Ausführung der Heizung durch eine elektrische Heizung, insbesondere durch aufgeklebte Heizelemente kommt es ebenfalls zu den genannten Nachteilen, wie erheblicher Aufwand durch die Herstellung. Ebenso führt die Entdeckung einer mangelhaften elektrischen Kontaktierung der Heizelemente nach dem Schäumen auch hier nahezu immer zu einer irreparablen Schädigung des Bauteils.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Anordnung elektrischer oder elektronischer Bauelemente in Kühl- und/oder Gefriergeräten zu vereinfachen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Anordnen durch Thermisches Spritzen eines Materials auf ein Substrat des Kühl- und/oder Gefriergerätes erfolgt.
  • In anderen Worten ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Anordnen durch Thermisches Spritzen des elektrischen oder elektronischen Bauelementes oder eines Teils von diesem auf ein Substrat des Kühl- und/oder Gefriergerätes erfolgt.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass es sich bei dem Bauelement um eine Leitung zur Führung von Strom und/oder zur Übertragung von Daten und/oder um eine Heizung, vorzugsweise um eine Rahmenheizung und/oder um einen Sensor und/oder um ein intelligentes Bauteil, insbesondere um eine Steuer- oder Regelungseinheit handelt.
  • Vorzugsweise ist das Bauelement ein Heizelement oder ein Sensor oder eine Platine bzw. ein Schaltkreis, z.B. für eine Regelung oder Steuerung.
  • Durch die Anordnung von elektrischen oder elektronischen Bauelementen können Funktionen in einem Kühl- und/oder Gefriergerät wie etwa Heizungen, die vormals durch Bauteile mit anderen Wirkmechanismen gebildet wurden, wie z.B. flüssigkeitsdurchströmte Rohrleitungen zur Beheizung etc. durch die erfindungsgemäß angeordneten Bauelemente ersetzt werden. So ergeben sich zum Beispiel bessere Steuer- und/oder Regelmöglichkeiten der Heizleistung durch Steuerung und/oder Regelung des elektrischen Stroms.
  • Die Aufbringung dieser Heizelemente oder Sensoren durch Thermisches Spritzen führt des Weiteren zu Vorteilen bezüglich Funktion, Effizienz und Sicherheit. So kann im Falle eines Heizelements eine gezielte Energieeinbringung durch optimale Ankopplung an relevante Positionen abhängig von lokalen Anforderungen erreicht werden.
  • Ebenfalls führt ein Anordnen durch Thermisches Spritzen von Heizelementen oder Sensoren oder dergleichen zu Kostenvorteilen, da etwa Rahmenheizungen aus Metall, wie z.B. Kältemittelleitungen, oder aufgeklebte Heizelemente entfallen können.
  • Ebenso wird der Schaumfluss von beispielsweise Polyurethanschäumen in auszuschäumenden Bereichen verbessert, da durch Thermisches Spritzen aufgebrachte elektrischen Leitungen und/oder elektrischen Bauelemente flacher als Kabel oder fertige Bauelemente an den entsprechenden Wänden anliegen und der Schaum somit besser über sie hinwegfließen kann.
  • Durch die direkte Anbindung von für Thermisches Spritzen und den vorgesehenen Zweck geeigneter Materialien, die dann vorzugsweise elektrische Leitungen und/oder elektrische Bauelemente bilden, an den Deckschichten schaumseitig kann das Kühl- und/oder Gefriergerät einerseits in seiner Grundfunktion, die in der Bereitstellung eines kalten Lagerraums liegt, aber auch in Bezug auf das Design oder die Beleuchtung oder sonstigen intelligenten Funktionen, etwa durch multiple Sensorik oder multiple Aktorik an allen denkbaren Stellen des Kühl- und/oder Gefriergeräts bei gleichzeitigem Wegfall recyclingverhindernder Kabel- und Rohrleitungen optimiert werden.
  • Denkbar ist, dass das Material vor dem Thermischen Spritzen ein Pulver, vorzugsweise mit einer Korngröße D50, insbesondere mit einer Teilchengröße zwischen 5 µm und 50 µm, vorzugsweise zwischen 30 µm und 50 µm ist.
  • Das Material vor dem Thermischen Spritzen kann auch als Ausgangsmaterial bezeichnet werden.
  • Denkbar ist ferner, dass das Material Zink, Zinn, Kupfer oder Aluminium oder Legierungen aus diesen Materialien aufweist und/oder dass das Material ein leitfähig gemachtes Polymer ist.
  • Ebenso ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Material schichtweise angeordnet wird, wobei sich die Zusammensetzung des Materials schichtweise unterscheiden kann. Es kann auch Material mit derselben Zusammensetzung schichtweise angeordnet werden.
  • Der Schichtaufbau der leitenden Elemente bzw. des Materials ist vorzugsweise abhängig von Haftung, benötigtem Leitwert und Kontaktierungstechnik.
  • Die Schichtstärke ist vorzugsweise abhängig von der zu erfüllenden Funktion, wie Heizung, Leitung oder Sensorik.
  • Der elektrische Widerstand des Materials bzw. des Bauelements beträgt vorzugsweise ca. 50 % ± 20 % des Bulk-Materials. Das Bulk-Material ist vorzugsweise der elektrisch leitfähige Werkstoff in dem Material.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Anordnen automatisiert, vorzugsweise durch einen Roboter erfolgt. Das Anordnen kann aber auch manuell erfolgen.
  • Vorzugsweise ist das Bauteil des Kühl- und/oder Gefriergeräts ein Innenbehälter oder eine Motornische oder ein thermogeformtes bzw. tiefgezogenes 2D- oder 3D-Bauteil des Kühl- und/oder Gefriergeräts. In Betracht kommen auch die Außenwände des Gerätes, vorzugsweise deren Innenseiten.
  • Durch die direkte Aufbringung von elektrischen Bauelementen auf Bauteile bzw. Substrate, wie Innenbehälter, Motornische oder thermogeformte 2D- oder 3D-Bauteile von Kühl- und/oder Gefriergeräten werden Durchlässe durch Wandungen etwa für Verkabelungen verkleinert oder unnötig, was eine Reduzierung bzw. Verhinderung von Austritten von Schaum bei der Schäumung bewirkt.
  • Durch die Substitution von Kabeln durch mittels Thermischen Spritzens aufgebrachte leitfähige Werkstoffe wird das Abzeichnen von Kabeln an Sichtflächen des Kühl- und/oder Gefriergeräts verhindert.
  • Denkbar ist, dass es sich bei dem Substrat um den Innenbehälter des Kühl- und/oder Gefriergeräts handelt, wobei das Substrat durch die zu dem gekühlten Innenraum gewandte Seite des Innenbehälters und/oder durch die zur Wärmeisolation gewandte Seite des Innenbehälters gebildet wird.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Anordnen durch Atmosphärendruck-Kaltplasmaspritzen erfolgt. Es ist aber auch ein anderes Verfahren des Thermischen Spritzens möglich.
  • Die durch Thermisches Spritzen auf die Bauteile von Kühl- und/oder Gefriergeräten aufgetragenen elektrisch leitfähigen Schichten bzw. Bauelemente werden in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung von der Umgebung und von anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen elektrisch isoliert.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass nach dem Anordnen eine elektrische Isolation, insbesondere eine Polymerschicht oder eine anorganische, nichtleitende Schicht, auf das Material, insbesondere mittels Thermischen Spritzens, Plasma, Lackierens oder Laminierens aufgebracht wird.
  • Die elektrische Isolation, welche elektrisch nichtleitend ist kann auch als isolierende Deckschicht bezeichnet werden.
  • Die Dicke der Isolation bzw. Deckschicht ist vorzugsweise abhängig von den notwendigen Isoliereigenschaften.
  • Vorzugsweise ist das Substrat elektrisch isolierend oder mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen.
  • Denkbar ist, dass auf die Verlegung von Kabel- und/oder Rohrleitungen verzichtet wird.
  • Durch die Automatisation von vormals manuellen Fertigungsschritten, wie dem Verlegen von Kabeln wird ein Kostenvorteil erreicht. Ebenso wird die Teilevielfalt reduziert, da zum Beispiel keine Kabel mehr benötigt werden, was wiederum einen Kostenvorteil erzeugt.
  • Automatisches Thermisches Spritzen von Werkstoffen führt gegenüber einer manuellen Montage von Teilen zu einer besseren Reproduzierbarkeit und damit zu einem höheren Qualitätsniveau der gefertigten Bauteile. Insbesondere gegenüber der Verlegung von Kabeln findet eine vorteilhafte Standardisierung statt, da die Positionen der elektrischen Leitungen und/oder elektrischen Bauelementen genau festgelegt werden können.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem elektrischen oder elektronischen Bauelement, wobei das Bauelement mittels eines erfindungsemäßen Verfahrens angeordnet wurde.
  • Dadurch können die mit Kunststoff ummantelten Kabel oder Rohrleitungen oder dergleichen größtenteils oder vollständig entfallen. Damit ist der Schaum nicht mehr mit Mantelmaterialien oder dergleichen verunreinigt und kann somit einem einfacheren Recycling zugeführt werden.
  • Durch Thermisches Spritzen von Materialien bzw. Werkstoffen ist es möglich auf geometrisch komplexen Bauteilen eines Kühl- und/oder Gefriergeräts beliebige elektrische und/oder elektronische Funktionen reproduzierbar, kosteneffizient und in hoher Qualität zu applizieren.
  • Ein Thermisches Spritzen von elektrischen Leitungen und/oder elektrischen Bauelementen auf Bauteile von Kühl- und/oder Gefriergeräten schafft des Weiteren Freiheitsgrade in der Anbringung von elektrischen Elementen und eine hohe Flexibilität in der Leitungsführung von elektrischen Leitungen.
  • Denkbar ist, dass das Bauelement eine poröse, metallische Struktur aufweist, wobei die Porosität vorzugsweise zwischen 1 % und 10 %, insbesondere zwischen 5 % und 10 % beträgt.
  • Vorzugsweise sind die elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente auf einem Innenbehälter oder auf einer Motornische oder auf einem thermogeformten Bauteil oder auf einer Verkleidung oder auf einer Tür oder auf einem beschichteten Blech des Kühl- und/oder Gefriergeräts angeordnet.
  • Insbesondere gegenüber einer additiven Fertigungstechnik ergeben sich durch das Thermische Spritzen folgende Vorteile.
    • Günstigere Materialkosten:
  • Vorzugsweise wird das Bauelement, insbesondere die elektrisch leitende Struktur durch Abscheiden von leitfähigen, vorzugsweise metallischen Pulvern generiert, welche im Vergleich zu leitfähigen Tinten und Pasten deutlich geringere Materialkosten aufweisen.
    • Chemie und Lösemittelfreiheit:
  • Bei der Erzeugung elektrisch leitfähiger Strukturen mittels additiver Fertigung werden metallische Partikel in Lacksystemen aufgenommen und in flüssiger Form auf das Substrat aufgetragen. Um feste leitfähige Strukturen zu erhalten, muss sowohl das Lösemittel verdampft als auch der oft thermisch induzierte Durchhärteprozess aktiviert werden. Zum Erzielen akzeptabler Taktzeiten bzw. der erforderlichen Vernetzungsdichte werden oft hohe Temperaturen benötigt, die bei thermoplastischen Bauteilen zu Deformationen führen. Vorzugsweise entfällt durch das erfindungsgemäße Verfahren eine thermische Belastung Großteils.
    • Prozesstem peratur:
  • Die Prozesstemperaturen des erfindungsgemäßen Verfahrens können vorzugsweise an das Substrat angepasst werden. Dies ermöglicht im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise die direkte Beschichtung von High Impact Polystyrol (HIPS), auch bei in Kühl- und/oder Gefriergeräten üblicher Wandstärke eines Innenbehälters.
    • Kontaktierungsmöglichkeiten:
  • Durch das schichtweise Anordnen des Materials können zu kontaktierenden Stellen mit Kupferschichten ausgestattet werden, um Lötprozesse zu ermöglichen.
  • In anderen Worten ist ein dreischichtiger Aufbau aus Substrat, Bauelement bzw. elektrischem Leiter und isolierender Deckschicht vorgesehen, um elektrisch leitfähige Strukturen auf 3D-Substraten eines Kühl- und/oder Gefriergerätes, wie beispielsweise Innenbehältern oder Seitenwänden, zu erzeugen. Die elektrisch leitfähige Schicht ist vorzugsweise durch eine poröse metallische Struktur im Leiterquerschnitt gekennzeichnet.
  • An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe "ein" und "eine" nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente. Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figur. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1:
    die Einteilung der Thermischen Spritzverfahren nach DIN EN 657.
  • Thermisches Spritzen ist kein additives Fertigungsverfahren, sondern den Oberflächenbeschichtungsverfahren zugeordnet. Die DIN EN 657 definiert die Einteilung der Thermischen Spritzverfahren.
  • In Figur 1 ist zu sehen, dass Thermisches Spritzen nach DIN EN 657 mit kinetischer Energie als Kaltgasspritzen; durch Strahl als Laserspritzen; aus Schmelze als Schmelzbadspritzen; mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen als Detonationsspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen oder als Flammspritzen mit Pulver, Draht oder Hochgeschwindigkeits-Draht; durch elektrische Gasentladung als Lichtbogenspritzen oder als Plasmaspritzen in Atmosphäre (Atmosphärendruck-Kaltplasmaspritzen), im Vakuum, unter Schutzgas, unter Überdruck oder durch Induktion erfolgen kann.
  • Die Zuteilung des Thermischen Spritzens zu den Fertigungsverfahren nach DIN 8580 erfolgt über das Beschichten, wobei der Ausgangszustand des Beschichtungsmaterials fest ist.
  • Das Ausführungsbeispiel betrifft einen Innenbehälter aus Kunststoff eines Gefriergerätes oder auch eine der Seitenwände aus Blech, auf den durch das erfindungsgemäße Verfahren elektrisch leitfähigen Schichten aufgetragen bzw. angeordnet werden.
  • Die elektrisch leitfähigen Schichten bestehen aus durch Zugabe von elektrisch leitfähigen Zusätzen elektrisch leitfähig gemachtem Thermoplasten
  • Die elektrisch leitfähigen Schichten sind durch einen weiteren Auftrag von elektrisch nicht leitfähigem Thermoplast elektrisch isoliert. Da der Innenbehälter aus elektrisch nicht leitfähigem Kunststoff ist, sind die leitfähigen Schichten somit komplett von isolierendem Material umgeben.
  • Auf den Innenbehälter werden ebenfalls Heizelemente durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgebracht und durch einen weiteren Auftrag von elektrisch nicht leitfähigem Thermoplast elektrisch isoliert.
  • Der Auftrag der Heizelemente erfolgt vorzugsweise durch Atmosphärendruck-Kaltplasmaspritzen aus Fig.1.
  • Der Auftrag erfolgt auf einer Vorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Halterung für den Innenbehälter und einen Roboter umfasst.
  • Die Halterung nimmt den Innenbehälter beispielweise derart auf, dass sich die konkave, d.h. die im Betrieb gekühlte Seite des Innenbehälters über eine Aufnahme stülpen lässt, welches den Innenbehälter im Raum fixiert und die Schaumseite des Innenbehälters leicht für einen Roboter zugänglich macht.
  • Die Fixierung des Innenbehälters kann auch durch Klemmen oder Backen oder sonstigen Spann- oder Befestigungsmittel erfolgen.
  • Auf der Halterung befindet sich ein oder mehrere Sensoren, etwa Luftspaltsensoren, die den korrekten Sitz des Innenbehälters prüfen. Der korrekte Sitz kann auch optisch überprüft werden.
  • Der Roboter fährt seine einprogrammierte Bahn ab und der auf dem Roboter angebrachte Vorrichtung trägt synchron dazu das jeweilige Material auf den Innenbehälter durch Thermisches Spritzen auf.
  • Der Innenbehälter kann in einer Automatisierungslinie durch einen anderen Roboter oder ein sonstiges Fördermittel oder manuell auf die Halterung aufgebracht und nach dem Auftrag wieder durch diese Methoden von dieser entnommen werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass es zu keiner Korrosion von Heizrohren kommen kann.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Anordnen eines elektrischen oder elektronischen Bauelementes an einem Kühl- und/oder Gefriergerät, dadurch gekennzeichnet, dass das Anordnen durch Thermisches Spritzen eines Materials auf ein Substrat des Kühl- und/oder Gefriergerätes erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauelement um eine Leitung zur Führung von Strom und/oder zur Übertragung von Daten und/oder um eine Heizung, vorzugsweise um eine Rahmenheizung und/oder um einen Sensor und/oder um ein intelligentes Bauteil, insbesondere um eine Steuer- oder Regelungseinheit handelt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material vor dem Thermischen Spritzen ein Pulver, vorzugsweise mit einer Korngröße D50, insbesondere mit einer Teilchengröße zwischen 5 µm und 50 µm, vorzugsweise zwischen 30 µm und 50 µm ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Zink, Zinn, Kupfer oder Aluminium oder eine Legierung daraus aufweist und/oder dass das Material ein leitfähig gemachtes Polymer ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material schichtweise angeordnet wird, wobei sich die Zusammensetzung des Materials schichtweise unterscheiden kann.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen automatisiert, vorzugsweise durch einen Roboter erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Substrat um den Innenbehälter und/oder eine Außenbehälter bzw. Gehäuse des Kühl- und/oder Gefriergeräts handelt, wobei das Beschichtungsmaterial durch die zu dem gekühlten Innenraum gewandte Seite des Innenbehälters und/oder durch die zur Wärmeisolation gewandte Seite des Innenbehälters bzw. der Außenwand gebildet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das Anordnen durch Atmosphärendruck-Kaltplasmaspritzen erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anordnen eine elektrische Isolation, insbesondere eine Polymerschicht oder eine anorganische, nichtleitende Schicht, auf das Material, insbesondere mittels Thermischen Spritzens, Lackierens oder Laminierens aufgebracht wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Verlegung von Kabel- und/oder Rohrleitungen verzichtet wird.
  11. Kühl- und/oder Gefriergerät mit einem elektrischen oder elektronischen Bauelement, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angeordnet wurde.
  12. Kühl- und/oder Gefriergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement eine poröse, metallische Struktur aufweist, wobei die Porosität vorzugsweise zwischen 1 % und 10 %, insbesondere zwischen 5 % und 10 % beträgt.
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