EP4301091A1 - Verfahren zur herstellung einer heizeinrichtung und heizeinrichtung - Google Patents

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EP4301091A1
EP4301091A1 EP23179310.0A EP23179310A EP4301091A1 EP 4301091 A1 EP4301091 A1 EP 4301091A1 EP 23179310 A EP23179310 A EP 23179310A EP 4301091 A1 EP4301091 A1 EP 4301091A1
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EP
European Patent Office
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layer
carrier
anodized layer
heating conductor
heating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23179310.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Thimm
Patrick Kilian
Michael Tafferner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EGO Elektro Geratebau GmbH
Original Assignee
EGO Elektro Geratebau GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a heating device and a heating device produced using such a method.
  • a heating device which has a metallic support and several heating conductors applied to it.
  • the metallic carrier must be electrically insulated before the heating conductor is applied.
  • a thick-film paste containing glass is applied using a screen printing process. It is then baked and forms a finished insulating layer.
  • the heating conductors can then be applied to this insulating layer.
  • the carrier has to withstand such high temperatures due to the high temperatures required both for the application of the insulating layer and a possibly similar thick-film process.
  • the invention is based on the object of creating a method mentioned at the beginning and a heating device produced using such a method, with which problems of the prior art can be solved and in particular it is possible to have a heating device that is easy to use and easy to produce, which enables safe operation.
  • the heating device has a carrier, namely a metallic carrier, and at least one heating conductor which is applied to the carrier.
  • This carrier is therefore provided in such a way that it has a heating conductor side.
  • aluminum is chosen as the material for the carrier, which is easily and inexpensively available and has very good heat conduction properties, especially for a heating device.
  • An anodized layer is created on the heating conductor side, directly on the carrier or on its heating conductor side. There is therefore no further layer in between, i.e. between the carrier or its heating conductor side on the one hand and the anodized layer on the other.
  • the anodized layer is advantageously applied galvanically, as will be explained in more detail below.
  • a galvanic process can be used to generate and apply the anodized layer to the carrier or its heating conductor side.
  • the carrier is placed at least with the heating conductor side in a galvanic bath which has an acid electrolyte.
  • This acid electrolyte may have a relatively low temperature, preferably less than 20°C.
  • the relatively low temperature allows the formation of the anodized layer to be controlled and a particularly high-quality anodized layer to be created.
  • the at least one heating conductor is then applied over the anodized layer, either in a layer process, possibly directly on the anodized layer, or as a separate component or component.
  • a thin-film process can also advantageously be selected for this, but a thick-film process is particularly advantageous.
  • the heating conductor has a corresponding thickness; in the case of a thick-film heating conductor, this is 20 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • a metallic heating conductor can also be provided, advantageously with additional electrical insulation between the carrier or anodized layer on the one hand and the heating conductor on the other.
  • an additional insulation layer can be applied to the anodized layer in order to further improve the electrical insulation compared to the metallic carrier.
  • such an additional insulation layer can be applied as a thin layer, advantageously produced or applied by thermal spraying, directly onto the anodized layer. It is advantageously applied as an aluminum oxide layer. A possible procedure for this is from the DE 10 2008 026 101 A1 known, to which explicit reference is made in this regard.
  • the anodized layer can even be produced as a hard anodized layer, for which higher current densities are used.
  • a temperature of the galvanic bath can be significantly below 20°C, advantageously between 0°C and 15°C.
  • a current density is preferably chosen to be higher than for generating a normal one Anodized layer, advantageously with a current density greater than 20 mA/cm 2 or even greater than 30 mA/cm 2 .
  • Such current densities can range up to 60 mA/cm 2 or 80 mA/cm 2 .
  • a duration can be, for example, 30 minutes to 60 minutes.
  • Sulfuric acid can be used as the acid electrolyte, so the galvanic bath can be an aqueous sulfuric acid bath.
  • the sulfuric acid can be concentrated to 15% or 20% by weight.
  • Such a hard anodized layer is even harder and more stable than the aforementioned anodized layer alone, regardless of the method used to apply it.
  • An anodized layer can be applied with a thickness between 20 ⁇ m and 150 ⁇ m, preferably with a thickness between 40 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • a thickness of the anodized layer can advantageously be approximately 100 ⁇ m. In this way, sufficient dielectric strength can be achieved for a high-voltage test.
  • the carrier preferably consists of an aluminum alloy that is relatively pure.
  • An alloy Al99.5 or AlMg 3 can advantageously be used.
  • the heating conductor side may possibly have been processed by mechanical processing such as grinding, sandblasting or the like before producing the anodizing layer thereon, as is known for anodizing processes or hard anodizing processes.
  • the adhesive properties of the anodized layer can then be improved.
  • a thickener layer can be applied as a further layer to the finished anodized layer or to an aforementioned additional insulation layer on the anodized layer.
  • a thickener layer can also be applied to the anodized layer first and an additional insulation layer can be applied on top of it.
  • the thickener layer is preferably a high-temperature-resistant thickener layer, which then also survives the operation of the heating device per se and the application and, if necessary, baking of the heating conductor without damage.
  • a sol-gel sealer, a glass sealer or an aluminum orthophosphate sealer, for example, can be used as a thickener layer.
  • the thickener layer can prevent the heating conductor from being applied to a surface that contains aluminum. Therefore, lower requirements may have to be met for the structure or application of the heating conductor in a mentioned layer process, in particular in a thick-film process.
  • a thickener layer mentioned can have a smaller thickness than the anodized layer itself.
  • a thickness can be in a range between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m. It can consist of aluminum oxide or titanium dioxide, alternatively it can consist of chromium oxide, zirconium oxide or magnesium oxide.
  • a further advantage of the relatively lower temperatures when applying the different layers is less warping of the material of the carrier, which can be caused by different expansion coefficients of the different materials. This is particularly advantageous because aluminum is not particularly strong.
  • heating conductors for several heating devices can also be applied to a support, i.e. as multiple uses.
  • the carrier can then be separated into several parts for the individual heating devices.
  • a common separation involves cutting using a laser. It can be advantageous to mask the separation points beforehand so that there is no or at least no thick aluminum oxide layer or anodized layer, thickener layer or additional insulation layer there. Then the aforementioned separation is easier.
  • a heating device according to the invention is preferably installed in a pump for a water-conducting household appliance, advantageously a washing machine or a dishwasher, or such a pump has a heating device according to the invention.
  • a heating device according to the invention can be installed in an evaporator or steam generator for a cooking device such as an oven or steamer or in an aforementioned water-conducting household appliance.
  • a top view of a heating device 11 according to the invention is shown.
  • the heating device 11 has a carrier 13, advantageously consisting of a pure or high-purity aluminum alloy, for example Al99.5 or AlMg 3 .
  • the carrier 13 is flat and rectangular, but it can also have any other shape.
  • An anodized layer 16 shown in dashed lines, is applied to the carrier 13 or its upward heating conductor side, over the entire surface. It insulates the carrier 13 or its heating conductor side according to an electrical insulation layer.
  • a heating conductor 21 can then be applied directly to this anodized layer 16, advantageously as a thick-film heating conductor in a conventional process, in particular a screen printing process.
  • the heating conductor 21 has a meander shape and can be electrically contacted in a known manner by means of two contact fields 22a and 22b. This corresponds to the known state of the art.
  • the anodized layer 16 therefore forms sufficient electrical insulation between the heating conductor 21 and the contact fields 22a and 22b on the one hand and the metallic carrier 13 on the other.
  • the anodized layer can have a thickness mentioned above, for example approximately 50 ⁇ m.
  • a sectional view through a slightly modified heating device 111 is shown.
  • a flat support 113 made of an aforementioned aluminum alloy is provided, for example with a thickness of 0.5 mm to 5 mm.
  • An anodized layer 116 is produced as electrical insulation on an upward-facing heating conductor side 114 of the carrier 113.
  • This anodized layer 116 is not only built up on the heating conductor side or the top of the carrier 113, but rather penetrates into this top side with a penetration depth 117 shown in dashed lines. This can be a few micrometers thick and up to half the thickness of the anodized layer 116 .
  • the anodized layer 116 consists of aluminum oxide in a known manner, and when it is created, the aluminum on the top or on the heating conductor side 114 is also converted into aluminum oxide and thus into the anodized layer 116 itself.
  • a thickener layer 119 explained at the beginning is applied to the anodized layer 116.
  • This is advantageously a sol-gel layer that is also resistant to high temperatures like the anodized layer 116 itself. It can have been produced in the aforementioned manner, for example it can consist of a mixture of aluminum oxide and titanium dioxide, alternatively of chromium oxide, zirconium oxide or magnesium oxide . Its thickness can be less than that of the anodized layer 116, for example only half as thick, i.e. approximately 50 ⁇ m.
  • a heating conductor 121 is again applied to the thickener layer 119 as described above, advantageously again using a screen printing process as a thick-film heating conductor.
  • FIG. 3 shows how an anodized layer according to the invention can be applied to a tubular support 213.
  • the tubular carrier 213 is completely immersed in a container 24 with a galvanic bath 25 therein, advantageously aqueous sulfuric acid.
  • a cooling device 27 including cooling coils 28 the galvanic bath 25 can be kept at an advantageously low temperature, for example at a constant 5 ° C.
  • a voltage source 31 is connected, on the one hand, to an electrode 30 in the galvanic bath 25 and, on the other hand, to the carrier 213 in an electrically conductive manner.
  • anodized layer then grows as a hard anodized layer on the carrier 213, in this case on the inside and outside or wherever the carrier 213 is immersed in the galvanic bath 25.
  • This electroplating process is known and can be easily carried out. By appropriately covering at least part of the surface of the carrier 213, the formation of an anodized layer can be prevented.
  • a plasma spraying device 33 which applies aluminum oxide as plasma 35 to the heating conductor side 14 in a known manner.
  • the plasma spray device 33 can be used accordingly the carrier 13 can be moved, alternatively also the carrier 13 relative to the plasma spray device 33.
  • the aluminum oxide of the plasma 35 hitting the heating conductor side 14 then grows there as an additional insulation layer.
  • Fig. 5 is shown as corresponding to the heating device 111 of Fig. 2
  • a sol-gel sealer 38 is sprayed onto an anodized layer 116 by means of a spray device 37.
  • This forms a previously described thickener layer 119 on the anodized layer 16. It can fill possible pores or cracks in the anodized layer 116 and thus bring about secure electrical insulation of the electrically conductive aluminum carrier 113. Furthermore, it simply forms an additional electrically insulating layer and thus additionally improves the electrical insulation of the aluminum carrier 113, in particular compared to the heating conductor 121.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung, die einen Träger und mindestens einen darauf aufgebrachten Heizleiter aufweist, weist die Schritte auf: Bereitstellen eines Trägers mit einer Heizleiterseite, wobei der Träger aus Aluminium besteht, Erzeugen einer Eloxalschicht auf der Heizleiterseite, wobei die Eloxalschicht direkt auf dem Träger bzw. auf dessen Heizleiterseite erzeugt wird, Aufbringen des mindestens einen Heizleiters über der Eloxalschicht in einem Dickschicht-Verfahren. Vorteilhaft kann die Eloxalschicht als Hart-Eloxalschicht hergestellt werden. Auf die Eloxal-Schicht können noch eine zusätzliche Isolationsschicht und/oder eine Verdickerschicht aufgebracht werden.

Description

    Anwendungsgebiet und Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung sowie eine mit einem solchen Verfahren hergestellte Heizeinrichtung.
  • Aus der EP 3197241 A1 ist eine Heizeinrichtung bekannt, welche einen metallischen Träger und mehrere darauf aufgebrachte Heizleiter aufweist. Der metallische Träger muss vor Aufbringen des Heizleiters elektrisch isoliert werden. Hierfür wird mittels eines Siebdruckverfahrens eine Dickschichtpaste aufgebracht, die Glas enthält. Anschließend wird sie eingebrannt und bildet eine fertige Isolierschicht. Auf diese Isolierschicht können dann die Heizleiter aufgebracht werden.
  • Dabei wird es als nachteilig angesehen, dass aufgrund der hohen notwendigen Temperaturen sowohl für das Aufbringen der Isolierschicht als auch ein möglicherweise ähnliches Dickschicht-Verfahren der Träger derart hohe Temperaturen aushalten muss.
    • Aufgabe und Lösung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine mit einem solchen Verfahren hergestellte Heizeinrichtung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, eine gut verwendbare und einfach herstellbare Heizeinrichtung zur Verfügung zu haben, die einen sicheren Betrieb ermöglicht.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für das Verfahren oder nur für die damit hergestellte Heizeinrichtung beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für ein solches Verfahren als auch für eine solche Heizeinrichtung selbständig und unabhängig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
  • Es ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung einen Träger, nämlich einen metallischen Träger, und mindestens einen Heizleiter aufweist, der auf den Träger aufgebracht ist. Dieser Träger wird also so bereitgestellt, dass er eine Heizleiterseite hat. Des Weiteren wird als Material für den Träger Aluminium gewählt, welches einfach und kostengünstig verfügbar ist sowie gerade für eine Heizeinrichtung sehr gute Wärmeleiteigenschaften aufweist. Auf der Heizleiterseite wird eine Eloxalschicht erzeugt, und zwar direkt auf dem Träger bzw. auf dessen Heizleiterseite. Es ist also keine weitere Schicht dazwischen, also zwischen Träger bzw. seiner Heizleiterseite einerseits und der Eloxalschicht andererseits, vorgesehen. Das Aufbringen der Eloxalschicht erfolgt vorteilhaft galvanisch, wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann ein galvanisches Verfahren zum Erzeugen und Aufbringen der Eloxalschicht auf den Träger bzw. seine Heizleiterseite genutzt werden. Dazu wird der Träger mindestens mit der Heizleiterseite in ein galvanisches Bad gebracht, welches einen Säure-Elektrolyten aufweist. Dieser Säure-Elektrolyt kann eine relativ niedrige Temperatur aufweisen, vorzugsweise weniger als 20°C. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2008 008 998 A1 bekannt, auf welche diesbezüglich explizit verwiesen wird. Durch die relativ niedrige Temperatur kann das Entstehen der Eloxalschicht kontrolliert werden und eine besonders hochwertige Eloxalschicht erzeugt werden.
  • Danach wird der mindestens eine Heizleiter über der Eloxalschicht aufgebracht, entweder in einem Schicht-Verfahren, möglicherweise direkt auf die Eloxalschicht, oder als separates Bauteil oder Bauelement. Vorteilhaft kann hierfür zwar auch ein Dünnschicht-Verfahren ausgewählt werden, besonders vorteilhaft aber ein Dickschicht-Verfahren. Je nach gewähltem Verfahren weist der Heizleiter eine entsprechende Dicke auf, im Fall eines Dickschicht-Heizleiters sind dies 20 µm bis 200 µm. Alternativ zu einem in einem Schicht-Verfahren aufgebrachten Heizleiter kann auch ein metallischer Heizleiter vorgesehen sein, vorteilhaft mit zusätzlicher elektrischer Isolation zwischen Träger bzw. Eloxalschicht einerseits und Heizleiter andererseits.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann eine zusätzliche Isolationsschicht auf die Eloxalschicht aufgebracht werden, um die elektrische Isolierung gegenüber dem metallischen Träger nochmals zu verbessern. Eine solche zusätzliche Isolationsschicht kann in einer Ausgestaltung als dünne Schicht aufgebracht werden, vorteilhaft durch thermisches Spritzen erzeugt bzw. aufgebracht werden, und zwar direkt auf die Eloxalschicht. Dabei wird sie vorteilhaft als Aluminiumoxid-Schicht aufgebracht. Ein mögliches Verfahren hierfür ist aus der DE 10 2008 026 101 A1 bekannt, auf welche diesbezüglich explizit verwiesen wird.
  • In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung kann die Eloxalschicht sogar als Hart-Eloxalschicht erzeugt werden, wofür höhere Stromdichten verwendet werden. Eine Temperatur des galvanischen Bads kann nochmals deutlicher unter 20°C liegen, vorteilhaft zwischen 0°C und 15°C liegen. Eine Stromdichte ist bevorzugt höher gewählt als für das Erzeugen einer normalen Eloxalschicht, vorteilhaft mit einer Stromdichte größer als 20 mA/cm2 oder sogar größer als 30 mA/cm2. Derartige Stromdichten können bis zu 60 mA/cm2 oder 80 mA/cm2 reichen. Eine Dauer kann beispielsweise bei 30 min bis 60 min liegen. Als Säure-Elektrolyt kann Schwefelsäure verwendet werden, das galvanische Bad kann also ein wässriges Schwefelsäurebad sein. Die Schwefelsäure kann zu 15 Gew.-% oder 20 Gew.-% konzentriert sein. Eine solche Hart-Eloxalschicht ist nochmals härter und stabiler als eine vorgenannte Eloxalschicht alleine, losgelöst davon, mit welchem Verfahren sie aufgebracht worden ist.
  • Eine Eloxalschicht kann mit einer Dicke zwischen 20 µm und 150 µm aufgebracht werden, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 40 µm und 100 µm. Vorteilhaft kann eine Dicke der Eloxalschicht etwa 100 µm betragen. So kann auch eine ausreichende Durchschlagfestigkeit für eine Hochspannungsprüfung erreicht werden.
  • Bevorzugt besteht der Träger aus einer Aluminium-Legierung, die relativ rein ist. Vorteilhaft kann eine Legierung Al99,5 oder AlMg3 verwendet werden.
  • Die Heizleiterseite kann möglicherweise, wie dies für Eloxalverfahren oder Hart-Eloxalverfahren bekannt ist, vor einem Erzeugen der Eloxalschicht darauf durch mechanisches Bearbeiten wie Schleifen, Sandstrahlen oder dergleichen bearbeitet worden sein. Dann können die Hafteigenschaften der Eloxalschicht verbessert werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann auf die fertige Eloxalschicht oder auf eine vorgenannte zusätzliche Isolationsschicht auf der Eloxalschicht eine Verdickerschicht als nochmals weitere Schicht aufgebracht werden. Es kann auch zuerst eine Verdickerschicht auf die Eloxalschicht und darauf eine zusätzliche Isolationsschicht aufgebracht werden. Die Verdickerschicht ist bevorzugt eine hochtemperaturfeste Verdickerschicht, die dann eben auch den Betrieb der Heizeinrichtung per se sowie das Aufbringen und ggf. Einbrennen des Heizleiters schadlos übersteht. Als Verdickerschicht bieten sich beispielsweise ein Sol-Gel-Siegler, ein Glas-Siegler oder ein Aluminiumorthophosphat-Siegler an. Diese kann vorteilhaft die elektrische Isolation der Eloxalschicht verstärken und sie gleichzeitig versiegeln, um eine noch bessere Resistenz gegen Umwelteinflüsse wie Korrosion, Säure, Salzwasser oder dergleichen zu erreichen. Des Weiteren kann durch die Verdickerschicht vermieden werden, dass der Heizleiter auf eine Oberfläche aufgebracht wird, die Aluminium enthält. Somit müssen möglicherweise geringere Anforderungen an den Aufbau bzw. das Aufbringen des Heizleiters in einem genannten Schichtverfahren, insbesondere in einem Dickschicht-Verfahren, erfüllt werden.
  • Eine genannte Verdickerschicht kann eine geringere Dicke als die Eloxalschicht selbst aufweisen. Eine Dicke kann in einem Bereich zwischen 10 µm und 100 µm liegen. Sie kann aus Aluminiumoxid oder aus Titandioxid bestehen, alternativ kann sie aus Chromoxid, Zirkonoxid oder Magnesiumoxid bestehen.
  • Ein weiterer Vorteil der relativ niedrigeren Temperaturen beim Aufbringen der verschiedenen Schichten besteht in einer geringeren Verwölbung des Materials des Trägers, welche durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien verursacht werden kann. Gerade weil Aluminium nicht besonders fest ist, ist dies sehr vorteilhaft.
  • Grundsätzlich können bei der Erfindung auf einem Träger auch Heizleiter für mehrere Heizeinrichtungen aufgebracht werden, also als Mehrfachnutzen. Nach dem Aufbringen der Schichten bzw. der Bearbeitung kann dann der Träger in mehrere Teile für die einzelnen mehreren Heizeinrichtungen getrennt werden. Eine übliche Trennung besteht im Trennen mittels Laser. Es kann vorteilhaft sein, vorher die Trennstellen so zu maskieren, dass dort überhaupt keine oder zumindest keine dicke Aluminiumoxidschicht bzw. Eloxalschicht, Verdickerschicht oder zusätzliche Isolationsschicht vorhanden ist. Dann ist das vorgenannte Trennen leichter.
  • Bevorzugt wird eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung in eine Pumpe für ein wasserführendes Haushaltsgerät, vorteilhaft eine Waschmaschine oder eine Geschirrspülmaschine, eingebaut bzw. weist eine solche Pumpe eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung auf. Alternativ kann eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung in einen Verdampfer bzw. Dampferzeuger für ein Koch gerät wie beispielsweise einen Backofen oder Dampfgarer oder in ein vorgenanntes wasserführendes Haushaltsgerät eingebaut sein.
  • 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 und Zwischen-Überschriften beschränkt 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 Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit einer Eloxalschicht auf einem Träger aus Aluminium, auf welchem ein Heizleiter aufgebracht ist,
    Fig. 2
    eine Schnittdarstellung durch eine Heizeinrichtung ähnlich Fig. 1, welche die Eloxalschicht oben auf dem Träger zeigt und eine zusätzliche Verdickerschicht zwischen Eloxalschicht und Heizleiter,
    Fig. 3
    eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Eloxalschicht in einem galvanischen Bad,
    Fig. 4
    eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Aufbringen einer zusätzlichen Isolationsschicht auf die Eloxalschicht durch thermisches Spritzen und
    Fig. 5
    ein weiterer möglicher Verfahrensschritt mit dem Aufbringen einer Verdickerschicht auf die Eloxalschicht oder auf die zusätzliche Isolationsschicht mittels einer Sprüheinrichtung.
    Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In der Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung 11 dargestellt. Die Heizeinrichtung 11 weist einen Träger 13 auf, vorteilhaft bestehend aus einer reinen bzw. hochreinen Aluminium-Legierung, beispielsweise Al99,5 oder AlMg3. Der Träger 13 ist flach und rechteckig, er kann aber auch beliebige andere Form aufweisen.
  • Auf den Träger 13 bzw. dessen nach oben gerichtete Heizleiterseite ist eine gestrichelt dargestellte Eloxalschicht 16 aufgebracht, und zwar vollflächig. Sie isoliert den Träger 13 bzw. dessen Heizleiterseite entsprechend einer elektrischen Isolationsschicht. Auf diese Eloxalschicht 16 kann dann direkt ein Heizleiter 21 aufgebracht werden, vorteilhaft als Dickschicht-Heizleiter in einem üblichen Verfahren, insbesondere einem Siebdruckverfahren. Der Heizleiter 21 weist Mäanderform auf und kann mittels zweier Kontaktfelder 22a und 22b auf bekannte Art und Weise elektrisch kontaktiert werden. Dies entspricht ja dem bekannten Stand der Technik. Die Eloxalschicht 16 bildet also eine ausreichende elektrische Isolation zwischen dem Heizleiter 21 und den Kontaktfeldern 22a und 22b einerseits und dem metallischen Träger 13 andererseits. Dazu kann die Eloxalschicht eine eingangs genannte Dicke aufweisen, beispielsweise etwa 50 µm.
  • In der Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung durch eine etwas abgewandelte Heizeinrichtung 111 gezeigt. Auch hier ist ein flacher Träger 113 aus einer vorgenannten Aluminium-Legierung vorgesehen, beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 mm bis 5 mm. Auf einer nach oben weisenden Heizleiterseite 114 des Trägers 113 ist eine Eloxalschicht 116 als elektrische Isolation erzeugt.
  • Diese Eloxalschicht 116 baut sich aber nicht nur auf der Heizleiterseite bzw. der Oberseite des Trägers 113 auf, sondern dringt sozusagen in diese Oberseite ein mit einer gestrichelt dargestellten Eindringtiefe 117. Diese kann einige Mikrometer dick sein und bis zur Hälfte der Dicke der Eloxalschicht 116 betragen. Die Eloxalschicht 116 besteht aus Aluminiumoxid in bekannter Art und Weise, und bei ihrem Entstehen wird auch das Aluminium an der Oberseite bzw. an der Heizleiterseite 114 in Aluminiumoxid und somit in die Eloxalschicht 116 selbst umgewandelt.
  • Auf der Eloxalschicht 116 ist eine eingangs erläuterte Verdickerschicht 119 aufgebracht. Vorteilhaft ist dies eine Sol-Gel-Schicht, die auch hochtemperaturfest ist wie die Eloxalschicht 116 selbst. Sie kann auf vorgenannte Art und Weise erzeugt worden sein, beispielsweise kann sie aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Titandioxid bestehen, alternativ aus Chromoxid, Zirkonoxid oder Magnesiumoxid. Ihre Dicke kann geringer sein als diejenige der Eloxalschicht 116, beispielsweise nur halb so dick sein, also etwa 50 µm.
  • Auf die Verdickerschicht 119 ist wiederum ein Heizleiter 121 aufgebracht wie zuvor beschrieben, vorteilhaft wieder mittels eines Siebdruckverfahrens als Dickschicht-Heizleiter.
  • In der Fig. 3 ist dargestellt, wie auf einem rohrförmigen Träger 213 eine erfindungsgemäße Eloxalschicht aufgebracht werden kann. Dazu wird der rohrförmige Träger 213 in einen Behälter 24 mit einem galvanischen Bad 25 darin, vorteilhaft wässrige Schwefelsäure, vollständig eingetaucht. Mittels einer Kühlvorrichtung 27 samt Kühlschlangen 28 kann das galvanische Bad 25 auf vorteilhafter niedriger Temperatur gehalten werden, beispielsweise auf 5°C konstant. Eine Spannungsquelle 31 ist einerseits mit einer Elektrode 30 im galvanischen Bad 25 und andererseits elektrisch leitend mit dem Träger 213 verbunden. So kann bei Anlegen einer derartigen Spannung bewirkt werden, dass eine Stromdichte von etwa 40 mA/cm2 bis 60 mA/cm2 anliegt bzw. ein entsprechender Strom fließt. In einem Zeitraum von 30 min bis 60 min wächst dann eine Eloxalschicht als Hart-Eloxalschicht auf den Träger 213 auf, in diesem Fall auf Innenseite und Außenseite bzw. überall dort, wo der Träger 213 in das galvanische Bad 25 eintaucht. Dieser Galvanisiervorgang ist bekannt und kann leicht durchgeführt werden. Durch geeignetes Abdecken zumindest eines Teils der Oberfläche des Trägers 213 kann dort das Entstehen einer Eloxalschicht verhindert werden.
  • In der Fig. 4 ist ein alternatives Verfahren dargestellt, um bei einem rechteckigen Träger 13 entsprechend Fig. 1 bzw. auf dessen Hart-Eloxalschicht oder normaler Eloxalschicht zusätzlich eine Isolationsschicht mittels thermischem Spritzen aufzubringen. Hierfür ist eine Plasma-Spritzvorrichtung 33 vorgesehen, die Aluminiumoxid als Plasma 35 auf bekannte Art und Weise auf die Heizleiterseite 14 aufbringt. Dazu kann die Plasma-Spritzvorrichtung 33 entsprechend über dem Träger 13 bewegt werden, alternativ auch der Träger 13 relativ zur Plasma-Spritzvorrichtung 33. Das auf die Heizleiterseite 14 treffende Aluminiumoxid des Plasmas 35 wächst dort dann als zusätzliche Isolationsschicht.
  • In der Fig. 5 ist dargestellt, wie entsprechend der Heizeinrichtung 111 der Fig. 2 auf eine Eloxalschicht 116 mittels einer Sprüheinrichtung 37 ein Sol-Gel-Siegler 38 aufgesprüht wird. Dieser bildet auf der Eloxalschicht 16 eine zuvor beschriebene Verdickerschicht 119. Sie kann mögliche Poren oder Risse in der Eloxalschicht 116 füllen und somit eine sichere elektrische Isolierung des elektrisch leitfähigen Aluminium-Trägers 113 bewirken. Des Weiteren bildet sie einfach eine zusätzliche elektrisch isolierende Schicht und verbessert somit zusätzlich die elektrische Isolation des Aluminium-Trägers 113, insbesondere gegenüber dem Heizleiter 121.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung einen Träger und mindestens einen darauf aufgebrachten Heizleiter aufweist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
    - Bereitstellen eines Trägers mit einer Heizleiterseite, wobei der Träger aus Aluminium besteht,
    - Erzeugen einer Eloxalschicht auf der Heizleiterseite, wobei die Eloxalschicht direkt auf dem Träger bzw. auf dessen Heizleiterseite erzeugt wird,
    - Aufbringen des mindestens einen Heizleiters über der Eloxalschicht, vorzugsweise in einem Schicht-Verfahren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Eloxalschicht eine zusätzliche Isolationsschicht aufgebracht wird, wobei insbesondere die zusätzliche Isolationsschicht durch thermisches Spritzen erzeugt und aufgebracht wird, vorzugsweise als Aluminiumoxid-Schicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eloxalschicht in einem galvanischen Verfahren erzeugt und aufgebracht wird und dazu der Träger mindestens mit der Heizleiterseite in ein galvanisches Bad gebracht wird, wobei das galvanische Bad einen Säure-Elektrolyten aufweist, wobei der Säure-Elektrolyt eine relativ niedrige Temperatur aufweist, vorzugsweise weniger als 20°C.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Eloxalschicht als Hart-Eloxalschicht mittels höherer Stromdichten erzeugt wird, insbesondere bei niedrigen Temperaturen zwischen 0°C und 15°C des galvanischen Bades, wobei vorzugsweise die Stromdichte größer als 20 mA/cm2 oder größer als 30 mA/cm2 ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eloxalschicht mit einer Dicke zwischen 20 µm und 150 µm aufgebracht wird, insbesondere mit einer Dicke zwischen 40 µm und 100 µm aufgebracht wird, vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 50 µm.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus einer Aluminium-Legierung Al 99,5 oder AlMg3 besteht.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Eloxalschicht oder auf die zusätzliche Isolationsschicht nach Anspruch 2 eine Verdickerschicht aufgebracht wird, vorzugsweise eine hochtemperaturfeste Verdickerschicht, die insbesondere ein Sol-Gel-Siegler oder ein Glas-Siegler oder ein Aluminiumorthophosphat-Siegler ist, wobei die Heizleiter auf die Verdickerschicht direkt aufgebracht werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickerschicht eine Dicke zwischen 10 µm und 100 µm aufweist.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Heizleiter über der Eloxalschicht in einem Dünnschicht-Verfahren oder in einem Dickschicht-Verfahren aufgebracht wird.
  10. Heizeinrichtung mit einem Träger und mindestens einem darauf aufgebrachten Heizleiter, wobei die Heizeinrichtung mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist, wobei die Heizeinrichtung aufweist:
    - den Trägers mit einer Heizleiterseite, wobei der Träger aus Aluminium besteht,
    - eine Eloxalschicht auf der Heizleiterseite, wobei die Eloxalschicht direkt auf dem Träger bzw. dessen Heizleiterseite erzeugt ist,
    - mindestens einen Heizleiter über der Eloxalschicht.
  11. Heizeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Eloxalschicht eine zusätzliche Isolationsschicht aufgebracht ist, wobei vorzugsweise die zusätzliche Isolationsschicht direkt auf die Eloxalschicht aufgebracht ist.
  12. Heizeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Isolationsschicht durch thermisches Spritzen erzeugt und aufgebracht ist, vorzugsweise als Aluminiumoxid-Schicht.
  13. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus einer Aluminium-Legierung Al 99,5 oder aus AlMg3 besteht.
  14. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eloxalschicht oder auf die zusätzliche Isolationsschicht nach Anspruch 12 eine Verdickerschicht aufgebracht ist, vorzugsweise eine hochtemperaturfeste Verdickerschicht.
  15. Heizeinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiter direkt auf die Verdickerschicht aufgebracht sind, wobei vorzugsweise die Verdickerschicht eine Dicke zwischen 10 µm und 100 µm aufweist.
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