WO2020165177A1 - Docht-heizer-einheit für einen inhalator - Google Patents

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WO2020165177A1
WO2020165177A1 PCT/EP2020/053484 EP2020053484W WO2020165177A1 WO 2020165177 A1 WO2020165177 A1 WO 2020165177A1 EP 2020053484 W EP2020053484 W EP 2020053484W WO 2020165177 A1 WO2020165177 A1 WO 2020165177A1
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WO
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silicon layer
wick
liquid
undoped
doped silicon
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PCT/EP2020/053484
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English (en)
French (fr)
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Lasse CORNILS
Niklas ROMMING
Michael Kleine Wächter
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Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Hauni Maschinenbau GmbH
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Publication date
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    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24F—SMOKERS' REQUISITES; MATCH BOXES; SIMULATED SMOKING DEVICES
    • A24F40/00—Electrically operated smoking devices; Component parts thereof; Manufacture thereof; Maintenance or testing thereof; Charging means specially adapted therefor
    • A24F40/40—Constructional details, e.g. connection of cartridges and battery parts
    • A24F40/44—Wicks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24F—SMOKERS' REQUISITES; MATCH BOXES; SIMULATED SMOKING DEVICES
    • A24F40/00—Electrically operated smoking devices; Component parts thereof; Manufacture thereof; Maintenance or testing thereof; Charging means specially adapted therefor
    • A24F40/40—Constructional details, e.g. connection of cartridges and battery parts
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    • A24F—SMOKERS' REQUISITES; MATCH BOXES; SIMULATED SMOKING DEVICES
    • A24F40/00—Electrically operated smoking devices; Component parts thereof; Manufacture thereof; Maintenance or testing thereof; Charging means specially adapted therefor
    • A24F40/10—Devices using liquid inhalable precursors

Definitions

  • the present invention relates to a wick heater unit for an inhaler with the features of the preamble of claim 1 and a method for producing a wick heater unit for an inhaler with the features of the preamble of claim 5.
  • Conventional inhalers such as B. electronic cigarette products comprise replaceable consumption units with a liquid reservoir and a wick heater unit with a wick and a heater, preferably a resistance heater.
  • a liquid is stored in the liquid reservoir which is fed to the heater from the liquid reservoir through the wick.
  • the wick and the heater together form the wick-heater unit, in which the liquid is transported out of the liquid reservoir by the capillary forces acting in the wick until it is heated in the heater and thus evaporated.
  • the wick thus serves as a fluid-conducting connection between the fluid reservoir and the heater.
  • a generic liquid storage device is described, for example, in the applicant's patent application DE 1 0 201 8 206 647.7, which was not yet disclosed at the time of the application.
  • the wick consists of porous and / or capillary material which, due to capillary forces, is able to passively replenish liquid evaporated by the heater in sufficient quantities from the liquid reservoir to the heater in order to prevent the passage openings from empty and the problems resulting therefrom .
  • the wick is advantageously made of an electrically non-conductive material in order to avoid undesired heating of liquid in the wick structure by the flow of current.
  • the wick advantageously has a low thermal conductivity.
  • the storage volume of the wick is in the range between 1 mm 3 and 10 mm 3 , more preferably in the range between 2 mm 3 and 8 mm 3 , even more preferably in the range between 3 mm 3 and 7 mm 3 and is, for example, 5 mm 3 .
  • a particularly well controllable and thus advantageous simple implementation of the heater is the arrangement of an electrically conductive doped silicon layer on an exit surface of the wick, through which the sucked-in liquid passes and evaporates through heating.
  • the electrically conductive silicon layer is itself z. B. permeable through passage channels for the liquid to be evaporated and forms a flat resistance heating for the liquid to be evaporated when energized.
  • Such an arrangement shows e.g. B. DE 1 0 2016 120 803 A1.
  • the invention is based on the object of providing a wick heater unit for an inhaler, preferably an electronic cigarette product, which should be inexpensive to produce in large numbers, taking into account the high demands on the connection and liquid permeability.
  • a further object is to provide a cost-effective method for manufacturing such a wick heater unit.
  • a wick heater unit with the features of claim 1 and a method Ren with the features of claim 5 proposed. Further preferred developments can be found in the subclaims, the Figures and the associated description.
  • a wick heater unit is proposed in which the wick is made of a porous glass material, and that the silicon layer is laser-welded to the exit side of the wick in such a way that the liquid conductivity of the passage channels of the silicon layer is not affected.
  • porous glass for the wick structure is of particular advantage, since the porous glass is already available in large numbers in the desired size and shape, e.g. B. can be produced in a sintering process without the need for further post-processing.
  • laser welding has proven to be a particularly cost-effective connection of the wick-heater unit that can be produced in large series, in that the silicon layer is specifically melted by the laser at the boundary layer to the wick made of porous glass and thus the material connection with the wick will be produced.
  • the laser welding can take place through the silicon layer as well as through the wick, the welding through the wick having the advantage that the laser does not penetrate the silicon layer and thus preferably only melts in the edge zone adjacent to the wick.
  • welding through the silicon layer can also be advantageous, however, since the silicon layer is thinner, which in turn is more favorable for the design and the accuracy of the laser welding. It is further proposed that the silicon layer be formed by a poly-silicon layer, which has proven to be particularly favorable with regard to the connection to be produced via the laser welding.
  • a silicon layer of the heater is undoped, and the doped silicon layer is provided between the undoped silicon layer and the wick as an electrically conductive intermediate layer.
  • the advantage of the proposed solution can be seen in the fact that the liquid is deliberately heated and evaporated in a layer between the wick and the silicon layer. Due to its non-doping, the undoped silicon layer is no longer actively heated by the current flow, but only indirectly through its heat-conducting properties via the electrically conductive intermediate step. The undoped silicon layer is then used to further vaporize the liquid or to transport away the liquid vaporized in the electrically conductive intermediate layer. The evaporation zone is practically moved into the interior of the wick heater unit.
  • a further advantage of the wick heater unit proposed according to the invention is to be seen in the fact that the wick, the doped silicon layer and the undoped silicon layer can be connected to one another very easily by laser machining.
  • the doped silicon layer provided according to the invention is not only used to generate the heat required to vaporize the liquid, but also to generate the heat for the bonding process and thus to connect the doped silicon layer to the undoped silicon layer and / or the wick.
  • the doped silicon layer can be formed by coating the wick and / or the undoped silicon layer.
  • the doped silicon layer preferably forms the surface of the wick connected to the undoped silicon layer and / or the surface of the undoped silicon layer connected to the wick, so that the electrically conductive intermediate layer is formed by connecting the undoped silicon layer to the wick between the wick and the undoped silicon layer is arranged.
  • the electrically conductive intermediate layer is preferably liquid-permeable, so that the liquid when evaporating through the electrically conductive intermediate layer can pass through.
  • a method for producing a wick heater unit for an inhaler, preferably an electronic cigarette product in which the wick is made according to the invention from a porous glass material, and the silicon layer is welded by laser welding to the exit side of the wick without ver that the liquid conductivity of the passage channels of the silicon layer is impaired.
  • the laser welded connection enables a particularly cost-effective manufacture of the wick heater unit in large-scale production, where the energy introduced by the laser can be set in such a way that the through-channels in the silicon layer do not melt.
  • a silicon layer of the heater is undoped, and the doped silicon layer is provided between the undoped silicon layer and the wick, and the doped silicon layer is applied as an additional layer to the surface of the wick to be connected before the laser welding, and / or that the doped silicon layer is applied as an additional layer to the surface of the undoped silicon layer to be connected to the wick before the laser welding.
  • the provision of the undoped silicon layer and the arrangement of the doped silicon layer between the wick and the undoped silicon layer is advantageous in that the laser welded connection is thus specifically produced in the boundary layer between the silicon layer and the wick.
  • the doped silicon layer is preferably applied to the undoped silicon layer before the introduction of the through channels applied to the wick to be connected, free surface of the undoped Si silicon layer.
  • This solution is advantageous because the through channels are not closed by the doped silicon layer or the through channels in the doped silicon layer can be produced at the same time as the through channels in the undoped silicon layer are produced.
  • the wick, the undoped silicon layer and the doped silicon layer can be connected to one another in a large-area composite structure in an oversize manner in a first step, the wick with the undoped silicon layer and the doped silicon layer in at least one further step using a mechanical separation process the composite structure can be separated to the assembly size.
  • the wick heater units are thus first manufactured inexpensively in a large-area composite and only then cut out of the composite in the assembly size.
  • the laser welding is preferably carried out by laser processing with a wavelength greater than 1 1 00 nm. The proposed wavelength is advantageous in that it avoids active heating of the undoped silicon layer when the laser passes through.
  • this also has the advantage that the energy loss of the laser when passing through the undoped silicon layer can be kept as small as possible, and the energy of the laser can maximally be used to establish the connection via the electrically conductive intermediate layer.
  • Fig. 1 shows a consumption unit for an inhaler with a wick heater unit according to the invention
  • Fig. 2 the wick-fleizer unit according to the invention as a single part.
  • a consumption unit 1 can be seen, which for use in an inhaler z. B. an electronic cigarette is set.
  • the consumption unit 1 comprises a liquid storage 2 for storing a liquid 3, which z. B. can be cylindrical with a circular cross-section.
  • a chimney 4 and an evaporator housing 5 are provided, which complement one another to a flow connection of the consumption unit 1 from an air inlet side 16 to an air outlet side 1 7 through the liquid reservoir 2.
  • the chimney 8 comprises a flow channel and is connected on its outside in a liquid-tight manner to the front wall of the liquid reservoir 2.
  • the evaporator housing 5, on the other hand, also includes a flow channel (not shown) which is fluidically connected to the flow channel of the chimney 4.
  • the flow channel of the evaporator housing 5 is fluidically connected to the environment, so that when a suction force is exerted, the air flows from the outlet side 1 7 in the direction of the arrow from the inlet side 16 into the flow channel of the evaporator housing 5 and continues through the flow channel of the chimney 4 to to the exit side 1 7 flows until it finally flows out again on the outlet side 1 7 in the direction of the arrow.
  • the evaporator housing 5 is connected on its outside in a liquid-tight manner to the wall of the liquid reservoir 2 on the inlet side, so that the liquid reservoir 2 as a whole forms a container that is liquid-tight to the environment.
  • a wick heater unit 6 is provided on the evaporator housing 5, which is shown enlarged in FIG.
  • the wick heater unit 6 comprises a wick 9 in the form of a porous glass body, a heater 18 formed by an electrically conductive intermediate layer 11 and an undoped silicon layer 10.
  • the wick heater unit 6 is arranged such that the wick 9 protrudes into the liquid reservoir 2 and is thereby wetted with liquid.
  • the wick 9 is made of porous glass with a large number of very small, interconnected cavities 1 5, in which the liquid is sucked in and temporarily stored by the capillary forces.
  • the wick 9 thus forms an intermediate storage device which, on the one hand, ensures that the liquid is applied to the wick heater unit 6 regardless of the orientation of the consumption unit 1, that is to say, for example, even when the consumption unit 1 is only partially filled and so it is arranged that the wick heater unit 6 is arranged on the top.
  • the wick 9 can prevent the wick heater unit 6 from running dry until the last liquid has been used up, ie. H . even if the liquid keitsstand with the wick heater unit 6 arranged below is lowered so far that the wick heater unit 6 is no longer completely covered with liquid.
  • the electrical intermediate layer 11 and the undoped silicon layer 10 have a plurality of indicated through channels 14 which are fluidically connected to the cavities 1 5 of the wick 9 and open into the flow channel of the evaporator housing 5.
  • the through channels 14 can be produced, for example, by etching the undoped silicon layer 10 and the electrical intermediate layer 11.
  • the wick heater unit 6 is connected to an external power source via the electrical intermediate layer 11 and is heated by the electrical resistance when there is a preferably pulsed current supply.
  • the undoped silicon layer 10 is deliberately not actively heated and only heats up due to its thermal conductivity via the contact with the electrically conductive heated intermediate layer 11.
  • the electrical intermediate layer 11 is energized and the liquid present in the passage channels 14 is evaporated.
  • the resulting vapor is transported further in the passage channels 14 of the undoped and heated silicon layer 1 0 and finally introduced into the flow channel of the evaporator housing 5 and released into the environment via the flow channel of the chimney 4 or, in the case of an electronic cigarette product, into the oral cavity of the consumer initiated.
  • the wick 9 made of glass deliberately has no thermal conductivity or a significantly lower thermal conductivity, whereby the transport direction of the vapor generated in the intermediate layer 1 1 in the direction of the undoped silicon layer 1 0 is specified.
  • the electrically conductive intermediate layer 11 can be formed by a metal layer and / or also by a doped silicon layer, preferably by a highly doped polysilicon layer.
  • the term metal layer is intended to mean any electrically conductive layer with metallic components, that is to say e.g. B. alloys are also understood.
  • the electrically conductive intermediate layer 11 can either be arranged on the wick 9 or on the undoped silicon layer 10, attached or formed before the wick 9 is connected to the undoped silicon layer 10 a related party.
  • connection of the wick 9 to the undoped silicon layer 1 0 and the electrically conductive intermediate layer 1 1 provided in between can be carried out in a process-technically advantageous manner by means of laser machining, the laser preferably having a wavelength of greater than 1,100 nm and through the undoped silicon layer 10 directed to the electrically conductive intermediate layer 1 1 is. Since neither the undoped silicon layer 10 nor the wick 9 are electrically conductive, the electrically conductive intermediate layer 11 is heated exclusively or preferably. By the power of the laser, the intermediate layer 11 can be heated to such an extent that it melts slightly without melting the passage channels 14 provided therein in the intermediate layer 11 and in the undoped silicon layer 10. The fused material of the intermediate layer 11 then penetrates into the surface of the wick 9 and / or into the surface of the undoped silicon layer 10 and forms an integral connection. This connection process is also referred to as bonding.
  • connection of the wick 9 to the silicon layer by means of a laser was here specifically for the combination of an undoped silicon layer 10 with an electrically conductive intermediate layer 11, e.g. B. described in the form of a doped silicon layer.
  • an electrically conductive intermediate layer 11 e.g. B. described in the form of a doped silicon layer.
  • the energy of the laser is set so that the doped silicon layer melts slightly and thereby forms the material connection with the wick 9 (bonding), while the through channels 14 are deliberately not melted shut.

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Abstract

Docht-Heizer-Einheit (6) für einen Inhalator, vorzugsweise für ein elektronisches Zigarettenprodukt, wobei der Heizer (18) wenigstens aus einer dotierten Siliziumschicht besteht, die kapillar auf eine Flüssigkeit wirkende Durchgangskanäle (14) aufweist und an einer Austrittsseite des flüssigkeitsleitenden Dochtes (9) angeordnet ist, wobei der Docht (9) aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes (9) derart verschweißt ist, dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchgangsskanäle (14) der Siliziumschicht nicht beeinträchtigt ist.

Description

Docht-Heizer-Einheit für einen Inhalator
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Docht-Heizer-Einheit für einen I nhalator mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Docht-Heizer-Einheit für einen I nhalator mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 5.
Herkömmliche Inhalatoren , wie z. B. elektronische Zigarettenprodukte umfassen auswechselbare Verbrauchseinheiten mit einem Flüssigkeitsspeicher und einer Docht-Heizer-Einheit mit einem Docht und einem Heizer, vorzugsweise einem Widerstandsheizer. I n dem Flüssigkeitsspeicher ist eine Flüssigkeit bevorratet, welche dem Heizer durch den Docht aus dem Flüssigkeitsspeicher zugeführt wird . Der Docht und der Heizer bilden zusammen die Docht-Heizer- Einheit, in welcher die Flüssigkeit durch die in dem Docht wirkenden Kapillarkräfte aus dem Flüssigkeitsspeicher so weit transportiert wird, bis sie in dem Heizer erhitzt und somit verdampft wird. Der Docht dient damit als flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und dem Heizer.
Ein gattungsgemäßer Flüssigkeitsspeicher ist beispielsweise in der zum Zeitpunkt der Anmeldung noch nicht offengelegten Patentanmeldung DE 1 0 201 8 206 647.7 der Anmelderin beschrieben.
Der Docht besteht aus porösem und/oder kapillarem Material, das aufgrund von Kapillarkräften in der Lage ist, von dem Heizer verdampfte Flüssigkeit in ausreichender Menge von dem Flüssigkeitsspeicher zu dem Heizer passiv nachzufördern, um ein Leerläu fen der Durchgangsöffnungen und sich daraus ergebende Probleme zu verhindern. Der Docht besteht vorteilhaft aus einem elektrisch nichtleitenden Material, um eine unerwünschte Erwärmung von Flüssigkeit in der Dochtstruktur durch Stromfluss zu vermeiden. Der Docht weist vorteilhaft eine geringe thermische Leitfähigkeit auf. Das Speichervolumen des Dochtes liegt im Bereich zwischen 1 mm 3 und 10 mm 3, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 mm 3 und 8 mm 3, noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 3 mm 3 und 7 mm 3 und beträgt beispielsweise 5 mm 3.
Eine besonders gut regelbare und damit vorteilhafte einfache Verwirklichung des Heizers, ist die Anordnung einer elektrisch leitfähi gen dotierten Siliziumschicht an einer Austrittsfläche des Dochtes, durch welche die angesaugte Flüssigkeit hindurchtritt und dabei durch eine Erhitzung verdampft. Die elektrisch leitfähige Siliziumschicht ist selbst z. B. durch Durchgangskanäle für die zu verdamp fende Flüssigkeit durchlässig und bildet bei einer Bestromung eine flächige Widerstandheizung für die zu verdampfende Flüssigkeit. Eine derartige Anordnung zeigt z. B. die DE 1 0 2016 120 803 A1 .
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Docht-Heizer-Einheit für einen Inhalator, vorzugsweise ein elektronisches Zigarettenprodukt bereitzustellen, welche unter Be rücksichtigung der hohen Anforderungen an die Verbindung und Flüssigkeitsdurchlässigkeit kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar sein soll. Ferner ist es Aufgabe, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer derartigen Docht-Heizer-Einheit zu liefern.
Erfindungsgemäß werden zur Lösung der Aufgaben eine Docht- Heizer-Einheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfah- ren mit den Merkmalen von Anspruch 5 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen, den Figu ren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen. Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird eine Docht-Heizer- Einheit vorgeschlagen, bei welcher der Docht aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laser schweißen mit der Austrittsseite des Dochtes derart verschweißt ist, dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchtrittskanäle der Silizium- Schicht nicht beeinträchtigt ist.
Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von porösem Glas für die Dochtstruktur von besonderem Vorteil ist, da das poröse Glas bereits in großen Stückzahlen in der gewünschten Größe und Form z. B. in einem Sinterverfahren hergestellt werden kann, ohne dass es einer weiteren Nachbearbeitung bedarf. Ferner hat sich Laserschweißen als eine besonders kostengünstig, in einer Großserie herzustellende Verbindung der Docht-Heizer-Einheit herausgestellt, indem die Siliziumschicht durch den Laser gezielt an der Grenz- Schicht zu dem aus porösen Glas gebildeten Docht angeschmolzen und so die stoffschlüssige Verbindung mit dem Docht hergestellt wird. Dabei kann das Laserverschweißen sowohl durch die Silizium schicht als auch durch den Docht hindurch erfolgen, wobei das Verschweißen durch den Docht den Vorteil hat, dass der Laser die Sili- ziumschicht nicht durchdringt und damit nur bevorzugt in der an den Docht angrenzenden Randzone anschmilzt. Eine Verschweißung durch die Siliziumschicht hindurch kann aber auch von Vorteil sein, da die Siliziumschicht dünner ist, was wiederum für die Auslegung und die Genauigkeit der Laserverschweißung günstiger ist. Weiter wird vorgeschlagen, dass die Siliziumschicht durch eine Po- ly-Siliziumschicht gebildet ist, welche sich hinsichtlich der über die Laserverschweißung herzustellenden Verbindung als besonders günstig erwiesen hat.
Weiter wird vorgeschlagen, dass eine Siliziumschicht des Heizers undotiert ist, und die dotierte Siliziumschicht zwischen der undotier ten Siliziumschicht und dem Docht als eine elektrisch leitfähige Zwi schenschicht vorgesehen ist.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Flüssigkeit bewusst in einer Schicht zwischen dem Docht und der Siliziumschicht erhitzt und verdampft wird. Die undotierte Siliziumschicht wird aufgrund ihrer Nichtdotierung durch die Bestromung nicht mehr aktiv beheizt, sondern nur noch indirekt durch ihre wär meleitenden Eigenschaften über die elektrisch leitfähige Zwischenschritt. Die undotierte Siliziumschicht dient dann der weiteren Verdampfung der Flüssigkeit bzw. dem Abtransport der in der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht verdampften Flüssigkeit. Die Verdamp fungszone ist praktisch in das I nnere der Docht-Heizer-Einheit hinein verlegt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Docht-Heizer-Einheit ist darin zu sehen, dass der Docht, die dotierte Siliziumschicht und die undotierte Siliziumschicht sehr einfach durch eine Laserbearbeitung miteinander verbunden werden können. Dies liegt daran, dass der Laser durch die undotierte Silizi umschicht hindurchtreten kann und aufgrund der fehlenden Dotie rung der Siliziumschicht beim Durchtritt energetisch nicht abgeschwächt wird. Die Energie des Lasers wird dann erst in der dotierten Siliziumschicht in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Wärmeenergie führt dann zu einem Anschmelzen der dotierten Siliziumschicht und dadurch zu einer stoffschlüssigen Verbindung der do- tierten Siliziumschicht mit dem Docht und/oder der undotierten Siliziumschicht. Ein solcher Verbindungsprozess wird auch als Bonden bezeichnet. Ein weiterer Vorteil, der sich daraus ergibt, ist darin zu sehen, dass die undotierte Siliziumschicht aufgrund ihrer fehlenden Dotierung durch den Laser bewusst nicht aktiv erhitzt wird, so dass ein Zuschmelzen der Durchgangskanäle in der undotierten Siliziumschicht verhindert werden kann. Durch eine entsprechende Einstel lung der Energie des Lasers kann ferner sichergestellt werden, dass die dotierte Siliziumschicht lediglich geringfügig angeschmolzen wird, ohne dass die darin vorgesehenen Durchgangskanäle zugeschmolzen werden .
Damit wird die erfindungsgemäß vorgesehene dotierte Siliziumschicht nicht nur zur Erzeugung der nötigen Wärme zur Verdamp fung der Flüssigkeit genutzt, sondern zusätzlich auch zur Erzeugung der Wärme für den Bond-Prozess und damit zur Verbindung der dotierten Siliziumschicht mit der undotierten Siliziumschicht und/oder dem Docht.
Ferner kann die dotierte Siliziumschicht durch eine Beschichtung des Dochtes und/oder der undotierten Siliziumschicht gebildet sein.
Die dotierte Siliziumschicht bildet bevorzugt die mit der undotierten Siliziumschicht verbundene Oberfläche des Dochtes und/oder die mit dem Docht verbundene Oberfläche der undotierten Silizium schicht, so dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht durch das Verbinden der undotierten Siliziumschicht mit dem Docht zwischen dem Docht und der undotierten Siliziumschicht angeordnet ist.
Die elektrisch leitfähige Zwischenschicht ist bevorzugt flüssigkeitsdurchlässig , so dass die Flüssigkeit beim Verdampfen durch die elektrisch leitfähige Zwischenschicht hindurchtreten kann.
Ferner wird eine Verfahren zur Herstellung einer Docht-Heizer- Einheit für einen Inhalator, vorzugsweise ein elektronischen Zigaret tenprodukt vorgeschlagen, bei dem der Docht erfindungsgemäß aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes ver schweißt wird, ohne dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durch gangskanäle der Siliziumschicht beeinträchtigt wird. Die Laserschweißverbindung ermöglicht eine besonders kostengünstige Her stellung der Docht-Heizer-Einheit in einer Großserienfertigung, wo bei die durch den Laser eingebrachte Energie gezielt so eingestellt werden kann, dass die Durchgangskanäle in der Siliziumschicht da bei nicht zuschmelzen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass eine Siliziumschicht des Heizers undotiert ist, und die dotierte Siliziumschicht zwischen der undotier ten Siliziumschicht und dem Docht vorgesehen ist, und die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzliche Schicht auf die zu verbindende Oberfläche des Dochtes aufgebracht wird, und/oder dass die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzliche Schicht auf die mit dem Docht zu verbindende Oberfläche der undotierten Siliziumschicht aufgebracht wird. Das Vorsehen der undotierten Siliziumschicht und die Anordnung der dotierten Siliziumschicht zwischen dem Docht und der undotierten Siliziumschicht ist insofern von Vorteil, da die Laser schweißverbindung damit gezielt in der Grenzschicht zwischen der Siliziumschicht und dem Docht hergestellt wird.
Dabei wird die dotierte Siliziumschicht bevorzugt vor dem Einbringen der Durchgangskanäle in die undotierte Siliziumschicht auf die mit dem Docht zu verbindende, freie Oberfläche der undotierten Si liziumschicht aufgebracht. Diese Lösung ist insofern von Vorteil, da die Durchgangskanäle dadurch nicht durch die dotierte Siliziumschicht verschlossen werden bzw. die Durchgangskanäle in der do- tierten Siliziumschicht können bei der Herstellung der Durchgangskanäle in der undotierten Siliziumschicht gleich mit hergestellt werden.
Ferner können der Docht, die undotierte Siliziumschicht und die do- tierte Siliziumschicht in einem ersten Schritt in einer großflächigen Verbundstruktur in einer Übergröße miteinander verbunden werden, wobei der Docht mit der undotierten Siliziumschicht und der dotierten Siliziumschicht in wenigstens einem weiteren Schritt durch ein mechanisches Trennverfahren aus der Verbundstruktur zu der Mon- tagegröße vereinzelt werden . Die Docht-Heizer-Einheiten wird damit kostengünstig zuerst in einem großflächigen Verbund hergestellt und erst dann aus dem Verbund in der Montagegröße herausgeschnitten. Dabei wird die Laserverschweißung bevorzugt durch eine Laserbearbeitung mit einer Wellenlänge von größer als 1 1 00 nm vorgenommen. Die vorgeschiagene Wellenlänge ist insofern von Vorteil , da dadurch eine aktive Erwärmung der undotierten Siliziumschicht beim Durchtreten des Lasers vermieden werden kann. I m Umkehrschluss ergibt sich dadurch ferner der Vorteil, dass der Energieverlust des Lasers beim Durchtritt durch die undotierte Siliziumschicht möglichst klein gehalten werden kann, und die Energie des Lasers kann maximal zur Herstellung der Verbindung über die elektrisch leitfähige Zwischenschicht genutzt werden. Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungs formen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig . 1 eine Verbrauchseinheit für einen Inhalator mit einer erfindungsgemäßen Docht-Heizer-Einheit, und
Fig. 2 die erfindungsgemäße Docht-Fleizer-Einheit als Einzel teil.
I n der Figur 1 ist eine Verbrauchseinheit 1 zu erkennen, welche zum Gebrauch in einen I nhalator z. B. eine elektronische Zigarette einge setzt wird. Die Verbrauchseinheit 1 umfasst einen Flüssigkeitsspeicher 2 zur Bevorratung einer Flüssigkeit 3, welcher z. B. zylindrisch mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sein kann.
In dem Flüssigkeitsspeicher 2 ist ein Schlot 4 und ein Verdampfergehäuse 5 vorgesehen, welche sich zu einer Strömungsverbindung der Verbrauchseinheit 1 von einer Lufteintrittsseite 16 zu einer Luft austrittsseite 1 7 durch den Flüssigkeitsspeicher 2 hindurch ergän zen . Der Schlot 8 umfasst einen Strömungskanal und ist an seiner Außenseite flüssigkeitsdicht mit der stirnseitigen Wandung des Flüssigkeitsspeichers 2 verbunden. Das Verdampfergehäuse 5 sei nerseits umfasst ebenfalls einen nicht dargestellten Strömungskanal, der mit dem Strömungskanal des Schlotes 4 strömungstechnisch verbunden ist. Ferner ist der Strömungskanal des Ver dampfergehäuses 5 strömungstechnisch mit der Umgebung verbunden, so dass die Luft bei der Ausübung einer Saugkraft von Austrittsseite 1 7 in Pfeilrichtung von der Eintrittsseite 16 in den Strö mungskanal des Verdampfergehäuses 5 einströmt und durch den Strömungskanal des Schlotes 4 weiter bis zur Austrittsseite 1 7 strömt, bis sie schließlich an der Austrittsseite 1 7 in Pfeilrichtung wieder ausströmt. Das Verdampfergehäuse 5 ist an seiner Außen seite flüssigkeitsdicht mit der Wandung des Flüssigkeitsspeichers 2 an der Eintrittsseite verbunden, so dass der Flüssigkeitsspeicher 2 insgesamt einen zur Umgebung hin flüssigkeitsdichten Behälter bil det.
An dem Verdampfergehäuse 5 ist eine erfindungsgemäße Docht- Heizer-Einheit 6 vorgesehen , welche in der Figur 2 vergrößert dar- gestellt ist. Die Docht-Heizer-Einheit 6 umfasst einen Docht 9 in Form eines porösen Glaskörpers, einen Heizer 18 gebildet durch eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht 1 1 und eine undotierte Siliziumschicht 1 0. Die Docht-Heizer-Einheit 6 ist so angeordnet, dass der Docht 9 in den Flüssigkeitsspeicher 2 hineinragt und dadurch mit Flüssigkeit benetzt ist. Der Docht 9 ist aus porösem Glas mit einer Vielzahl von sehr kleinen, miteinander verbunden Hohlräumen 1 5 gebildet, in denen die Flüssigkeit durch die Kapil larkräfte angesaugt und zwischengespeichert wird . Der Docht 9 bil det damit einen Zwischenspeicher, der einerseits dafür sorgt, dass die Flüssigkeit unabhängig von der Ausrichtung der Verbrauchseinheit 1 an der Docht-Heizer-Einheit 6 anliegt d. h. z. B. auch dann, wenn die Verbrauchseinheit 1 nur noch zum Teil gefüllt und so an geordnet ist, dass die Docht-Heizer-Einheit 6 an der Oberseite angeordnet ist. Andererseits kann durch den Docht 9 ein Trockenlau- fen der Docht-Heizer-Einheit 6 bis zu dem Verbrauch der letzten Flüssigkeit vermieden werden, d. h . auch dann, wenn der Flüssig keitsstand bei unten angeordneter Docht-Heizer-Einheit 6 soweit gesenkt ist, dass die Docht-Heizer-Einheit 6 nicht mehr ganz mit Flüssigkeit überdeckt ist. Die elektrische Zwischenschicht 1 1 und die undotierte Siliziumschicht 10 weisen eine Vielzahl von angedeuteten Durchgangskanälen 14 auf, welche strömungstechnisch mit den Hohlräumen 1 5 des Dochtes 9 verbunden sind und in den Strömungskanal des Verdampfergehäuses 5 münden. Die Durchgangskanäle 14 können z.B. durch Ätzen der undotierten Siliziumschicht 10 und der elektrischen Zwischenschicht 1 1 hergestellt werden.
Die Docht-Heizer-Einheit 6 ist über die elektrische Zwischenschicht 1 1 an eine externe Stromquelle angeschlossen und wird bei einer vorzugsweise gepulsten Bestromung durch den elektrischen Widerstand erhitzt. Die undotierte Siliziumschicht 10 wird bewusst nicht aktiv erwärmt und erwärmt sich lediglich durch ihre Wärmeleitfähig keit über den Kontakt mit der elektrisch leitfähigen erhitzten Zwischenschicht 1 1 .
Bei einer Aktivierung der Docht-Heizer-Einheit 6 wird die elektrische Zwischenschicht 1 1 bestromt und die in den Durchgangskanälen 14 vorhandene Flüssigkeit verdampft. Der entstehende Dampf wird in den Durchgangskanälen 14 der undotierten und erwärmten Silizium schicht 1 0 weiter transportiert und schließlich in den Strömungska nal des Verdampfergehäuses 5 eingeführt und über den Strömungskanal des Schlotes 4 in die Umgebung abgegeben bzw. bei einem elektrischen Zigarettenprodukt in die Mundhöhle des Konsumenten eingeleitet. Der aus Glas bestehende Docht 9 weist bewusst keine oder eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die Transportrichtung des in der Zwischenschicht 1 1 erzeugten Damp fes in Richtung der undotierten Siliziumschicht 1 0 vorgegeben wird. Da die Flüssigkeit in der Zwischenschicht 1 1 verdampft und über die undotierte Siliziumschicht 1 0 abtransportiert wird, werden hier durch die bevorzugte Pulsung der Bestromung immer wieder freie Kavitä- ten in der Zwischenschicht 1 1 gebildet, durch welche die Flüssigkeit aufgrund der Kapillarkräfte aus den Hohlräumen 1 5 des Dochtes 9 und schließlich aus dem Flüssigkeitsspeicher 2 in die Hohlräume 15 nachgesaugt wird.
Das Verdampfen der Flüssigkeit erfolgt aufgrund der erfindungsge mäßen Lösung bewusst ausschließlich im Inneren der Verdampferbaugruppe 6, während die Transportrichtung des abgeführten Dampfes sowohl durch die Ansaugkraft und die dadurch erzeugte Strö mung in den Strömungskanälen des Schlotes 4 und des Ver dampfergehäuses 5 als auch durch die wärmeleitenden Eigenschaften des Dochtes 9 und der undotierten Siliziumschicht 10 vorgege ben wird.
Die elektrisch leitende Zwischenschicht 1 1 kann durch eine Metallschicht und/oder auch durch eine dotierte Siliziumschicht, bevorzugt durch eine hochdotierte Poly-Siliziumschicht, gebildet sein. Unter dem Begriff der Metallschicht soll im Sinne der Erfindung jedwede elektrisch leitende Schicht mit metallischen Anteilen, also z. B. auch Legierungen verstanden werden. Die elektrisch leitenden Zwischen schicht 1 1 kann entweder auf dem Docht 9 oder auch auf der undo tierten Siliziumschicht 10 angeordnet, befestigt oder gebildet werden, bevor der Docht 9 mit der undotierten Siliziumschicht 10 ver bunden wird.
Das Verbinden des Dochtes 9 mit der undotierten Siliziumschicht 1 0 und der dazwischen vorgesehene elektrisch leitenden Zwischen schicht 1 1 kann prozesstechnisch günstig mittels einer Laserbear beitung erfolgen, wobei der Laser bevorzugt eine Wellenlänge von größer als 1 100 nm aufweist und durch die undotierte Silizium schicht 10 auf die elektrisch leitende Zwischenschicht 1 1 gerichtet ist. Da weder die undotierte Siliziumschicht 10 noch der Docht 9 elektrisch leitend sind, wird dabei ausschließlich oder bevorzugt die elektrisch leitende Zwischenschicht 1 1 erhitzt. Durch die Leistung des Lasers kann die Zwischenschicht 1 1 soweit erhitzt werden, dass sie leicht anschmilzt, ohne dass die darin vorgesehenen Durch gangskanäle 14 in der Zwischenschicht 1 1 und in der undotierten Siliziumschicht 1 0 zuschmelzen. Das angeschmolzene Material der Zwischenschicht 1 1 dringt dann in die Oberfläche des Dochtes 9 und/oder in die Oberfläche der undotierten Siliziumschicht 10 ein und bildet eine stoffschlüssige Verbindung. Dieser Verbindungsvor gang wird auch als Bonden bezeichnet.
Das Verbinden des Dochtes 9 mit der Siliziumschicht durch einen Laser wurde hier speziell für die Kombination einer undotierten Sili- ziumschicht 10 mit einer elektrisch leitenden Zwischenschicht 1 1 , z. B. in Form einer dotierten Siliziumschicht beschrieben. Es ist jedoch auch möglich , auf dem Docht 9 nur eine einfache dotierte Siliziumschicht ohne eine nichtdotierte Siliziumschicht 10 vorzusehen, und diese dotierte Siliziumschicht durch eine Laserbearbeitung mit dem Docht 9 zu verbinden. Die Energie des Lasers wird in diesem Fall so eingestellt, dass die dotierte Siliziumschicht leicht anschmilzt und dadurch die stoffschlüssige Verbindung mit dem Docht 9 bildet (Bonden), während die Durchgangskanäle 14 bewusst nicht zugeschmolzen werden.

Claims

Ansprüche:
1 . Docht-Heizer-Einheit (6) für einen I nhalator, vorzugsweise für ein elektronisches Zigarettenprodukt, wobei der Heizer (18) wenigstens aus einer dotierten Siliziumschicht besteht, die ka pillar auf eine Flüssigkeit wirkende Durchgangskanäle (14) aufweist und an einer Austrittsseite des flüssigkeitsleitenden Dochtes (9) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Docht (9) aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes (9) derart verschweißt ist, dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchgangsskanäle (14) der Siliziumschicht nicht beeinträchtigt ist.
2. Docht-Heizer-Einheit (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekenn zeichnet, dass die Siliziumschicht aus Poly-Silizium besteht.
3. Docht-Heizer-Einheit (6) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siliziumschicht
(1 0) des Heizers (1 8) undotiert ist, und die dotierte Silizium schicht zwischen der undotierten Siliziumschicht (1 0) und dem Docht (9) als eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht (1 1 ) vorgesehen ist.
4. Docht-Heizer-Einheit (6) nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die dotierte Siliziumschicht durch eine Be schichtung des Dochtes (9) und/oder der undotierten Siliziumschicht (10) gebildet ist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Docht-Heizer-Einheit (6) für einen Inhalator, vorzugsweise für ein elektronisches Zigarettenprodukt, wobei der Heizer (1 8) wenigstens aus einer dotier ten Siliziumschicht besteht, die kapillar auf eine Flüssigkeit wirkende Durchgangskanäle (14) aufweist und an einer Austrittsseite des flüssigkeitsleitenden Dochtes (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Docht (9) aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Aus- trittsseite des Dochtes (9) verschweißt wird, ohne dass die
Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchgangsskanäle (14) der Siliziumschicht beeinträchtigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siliziumschicht (10) des Heizers (1 8) undotiert ist, und die dotierte Siliziumschicht zwischen der undotierten Siliziumschicht (1 0) und dem Docht (9) vorgesehen ist, und die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzli che Schicht auf die zu verbindende Oberfläche des Dochtes (9) aufgebracht wird, und/oder dass die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzliche Schicht auf die mit dem Docht (9) zu verbindende Oberfläche der undotierten Siliziumschicht (10) aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Siliziumschicht vor dem Einbringen der Durchgangskanäle (14) in die undotierte Siliziumschicht (10) auf die mit der Dochtstruktur (9) zu verbindende freie Oberfläche der und otierten Siliziumschicht (1 0) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der Docht (9), die undotierte Siliziumschicht (10) und die dotierte Siliziumschicht in einem ersten Schritt in einer großflächigen Verbundstruktur in einer Über- große miteinander verbunden werden, und der Docht (9) mit der undotierten Siliziumschicht (1 0) und der dotierten Silizium schicht in wenigstens einem weiteren Schritt durch ein mechanisches Trennverfahren aus der Verbundstruktur zu der Montagegröße vereinzelt werden .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Laserverschweißung durch eine Laserbear beitung mit einer Wellenlänge von größer als 1 1 00 nm vorge- nommen wird.
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