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WO2017021075A1 - Heizeinrichtung für ein haushaltsgerät - Google Patents

Heizeinrichtung für ein haushaltsgerät Download PDF

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Publication number
WO2017021075A1
WO2017021075A1 PCT/EP2016/065536 EP2016065536W WO2017021075A1 WO 2017021075 A1 WO2017021075 A1 WO 2017021075A1 EP 2016065536 W EP2016065536 W EP 2016065536W WO 2017021075 A1 WO2017021075 A1 WO 2017021075A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating device
thermally sprayed
layer structure
conductive adhesive
electrically
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/065536
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Kobler
Robert KÜHN
Philipp Schaller
Original Assignee
BSH Hausgeräte GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Hausgeräte GmbH filed Critical BSH Hausgeräte GmbH
Priority to US15/747,173 priority Critical patent/US20180242401A1/en
Priority to EP16734370.6A priority patent/EP3329736B1/de
Priority to CN201680044770.3A priority patent/CN107852782B/zh
Priority to ES16734370T priority patent/ES2862099T3/es
Priority to PL16734370T priority patent/PL3329736T3/pl
Publication of WO2017021075A1 publication Critical patent/WO2017021075A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base

Definitions

  • the invention relates to a heating device for a household appliance, comprising a flat carrier with an electrically insulating carrier surface, at least one electrically conductive layer structure thermally sprayed onto the carrier surface, and at least one electrically conductive contact volume, which is applied to at least one thermally sprayed layer structure.
  • the invention also relates to a household appliance with such a heater.
  • the invention further relates to a method for the electrical connection of a thermally sprayed layer structure of a domestic appliance.
  • the invention is particularly advantageously applicable to cooking appliances, in particular steam cooking appliances, to water-bearing laundry care appliances, to dishwashers and small household appliances.
  • solder or solder is used as the contact volume.
  • a flux must be used for the solder to adhere to the layer structure.
  • the flux can be absorbed by the layer structure, which is usually slightly porous. This can adversely affect the bonding of the solder on the thermally sprayed layer structure as well as the properties of the thermally sprayed layer structure itself. If the layer structure is additionally applied to a porous insulation layer, the flux can penetrate into the insulation layer and adversely affect the electrical insulation properties.
  • DE 31 09 250 A1 discloses an electrical household appliance with housing parts made of electrically conductive material, which are electrically conductively connected to each other for electrical protective grounding. It is a reliable grounding of the various conductive parts can be achieved with low manufacturing costs.
  • an electrically conductive adhesive serves as the electrically conductive connection.
  • the adhesive used is preferably an electrically conductive adhesive, for example an organic silicone adhesive with metal powder or carbon as a filler.
  • the adhesive maintains a certain elasticity even after curing, which prevents interruption of the contact due to thermal expansion.
  • DE 39 13 028 A1 discloses a method and a device for producing a conductive connection in an electrical device, in which at least two contact elements to be connected in an electrically conductive manner are mounted on an insulating part at a distance from each other.
  • the method and the device for producing a conductive compound are characterized in that by means of a multi-axis
  • Positioning unit on the insulating part of an electrically conductive paste is applied, which connects the applied on the insulating member contact elements together.
  • no contacting of thermally sprayed layer structures is addressed here.
  • DE 42 06 700 A1 discloses a contacting of parallel on a support arranged side by side interconnects with parallel arranged side by side on a flexible printed circuit conductor tracks, the mutually associated conductor tracks of carrier and conductor foil are brought into coverage and conductively connected to each other. Between the conductor tracks of the carrier and the conductor foil an adhesive consisting of an insulating material, a plurality of approximately uniformly distributed, electrically conductive granules containing adhesive is arranged, are interconnected by the carrier and conductor foil. The conductive grains are in the regions of the interconnects to be connected to each other and to the interconnects and form a conductive connection of the associated interconnects of carrier and conductor foil. Again, no contacting of thermally sprayed layer structures is addressed.
  • DE 10 2013 109 755 A1 discloses a conductive adhesive comprising at least one type of anisotropic conductive nanomaterial and at least one type of photoinduced polymerizable material. No contacting of layer structures is addressed.
  • EP 0 681 712 B1 discloses an electro-optical thin-film device having an electrically responsive layer with optical properties which change under the action of a current or electric field applied to the layer; at least one electrode extending beyond the electrically responsive layer and capable of supplying an electrical current to the electrically responsive layer; and an electrical connector located along a single edge of the device.
  • the electrical connector comprising: flexible insulation having on at least one surface an electrically conductive portion capable of electrical contact between of the electrode and a power source, an electrically conductive adhesive disposed on the electrically conductive portion of the insulation near the electrode to make electrical contact with the electrode, the electrically conductive adhesive comprising electrically conductive particles extending throughout an adhesion promoting layer Matrix are distributed, and a connecting device, which is in electrical contact with the electrically conductive portion of the insulation and is able to make electrical contact with a power source, wherein at least a portion of the insulation in a portion of the electrical
  • the effective contact area between the electrically conductive particles and the electrode is sufficiently large to ensure current transfer while minimizing build-up of heat in the electrode in the region below the electrically conductive particles. Again, no contacting of thermally sprayed layer structures is addressed.
  • EP 0 963 143 A1 discloses a ceramic carrier with an electrical circuit and a connection device which has at least one metallic connection, for example in the form of a threaded bolt.
  • the connection or the connection device are connected to the carrier with compensation means, which consist of a metal with a higher deformability than the material of the connection, preferably by means of active soldering.
  • the compensating means may or the like in the form of an annular disc. be made of copper and compensate for the stresses during cooling.
  • the active solder advantageously has a base of silver and copper and a reactive alloying component, e.g. Titanium or a rare earth metal, on.
  • the connection device can represent both a heavy-duty mechanical fastening connection for the carrier and an electrical connection for the circuit.
  • WO 97/42638 discloses a method for electrically conductive and low-stress bonding of sensitive and precisely positioned workpieces with possibly different coefficients of thermal expansion, in which the adhesive is applied, then the curing reaction is triggered photochemically and then within one second 15 to 15 minutes, the workpieces to be bonded are positioned.
  • An adhesive formulation is used which is one-component, storage-stable at room temperature and filled with metal particles.
  • WO 98/44593 discloses an electrical connection arrangement for connecting a circuit carrier to tracks of a conductor carrier, wherein the circuit carrier and the conductor carrier are supported by a base plate, the circuit carrier and the conductor carrier have a region in which they overlap, and the circuit carrier in the region the overlap is electrically connected by means of an electrically conductive adhesive to the conductor carrier.
  • WO 98/44593 further discloses a method for electrically connecting a circuit carrier to tracks of a conductor carrier, wherein the conductor carrier is fixed on a base plate, the conductor carrier is on its side facing away from the base plate in a region which is free from an insulating cover against a conductor track , Provided with an electrically conductive adhesive, and a circuit substrate is glued to the conductor carrier, so that an electrical connection between a conductor track of the conductor carrier and a contact point of the circuit substrate is formed.
  • a heating device for a domestic appliance comprising a flat carrier with an electrically insulating surface (hereinafter referred to as "carrier surface” without restriction of generality), at least one electrically conductive layer structure thermally sprayed onto the carrier surface and at least one electrically conductive one Contact volume, which is applied to at least one thermally sprayed layer structure, wherein at least one contact volume of electrically conductive adhesive (hereinafter referred to without restriction of the generality as "conductive adhesive”) consists.
  • carrier surface an electrically insulating surface
  • conductive layer structure thermally sprayed onto the carrier surface
  • at least one electrically conductive one Contact volume which is applied to at least one thermally sprayed layer structure, wherein at least one contact volume of electrically conductive adhesive (hereinafter referred to without restriction of the generality as "conductive adhesive") consists.
  • conductive adhesive has the advantage that it has a good adhesive strength on the thermally sprayed layer or layer structure, especially on porous layers. It can be dispensed with a use
  • soldering In classical soldering with flux, this penetrates into the porous thermally sprayed layers. In order to avoid a negative influence of the flux, it must be lavishly washed out with solvent. This step can now be saved. Also, in contrast to soldering can be dispensed with a solder mask.
  • the thixotropy of the adhesive system is adjustable so that after positioning or placing a component, this is held in position.
  • Yet another advantage of using the conductive adhesive is its good adhesion even on smooth, non-porous surfaces, e.g. on compact polished surfaces.
  • the conductive adhesive can be readily adjusted so that virtually no or only little adhesive penetrates into the thermally sprayed layer structure or other porous substrate, so that properties of the substrate, e.g. Isolation properties, not be adversely affected. Furthermore, there is little ionic contamination, which helps to avoid corrosion at the contact point. If the non-electrically conductive, organic adhesive penetrates the thermally sprayed layer structure or another porous substrate (which is also referred to as bleeding (resin bleeding)), this has no negative effects on the electrical properties of the thermally sprayed layer structure.
  • hardened conductive adhesive temperature stable up to at least 150 ° C ausgestaltbar. It has a good mechanical strength and an adapted coefficient of thermal expansion, for example at a thermal cycling. He is even with high continuous service temperatures over the entire product life sufficiently aging-resistant.
  • a conductive adhesive contact volume with a good electrical conductivity rationale (such as of at least 1 * 10 6 S / m, in particular at least 1, 5 * 10 6 S / m) ready.
  • a good electrical conductivity rationale such as of at least 1 * 10 6 S / m, in particular at least 1, 5 * 10 6 S / m
  • the resulting compound also has a low temperature coefficient, wherein, in particular, electrical properties of the conductive adhesive such as its resistance do not rise significantly over the product life.
  • a conductive adhesive can be understood in particular to be an adhesive having a matrix of viscous, in particular pasty, adhesive (for example resin, in particular epoxy resin) with electrically conductive particles as filling material.
  • the adhesive may generally comprise one or more polymers.
  • the filling material may e.g. Metal particles such as copper, silver and / or gold particles include, but also other electrically conductive and temperature resistant materials such as certain carbon variants (e.g., CNTs).
  • the particles can be powder particles.
  • the conductive adhesive is highly viscous and medium viscosity for processing and solid in its final state.
  • the conductive adhesive shrinks (chemical volume shrinkage by crosslinking reaction), so that the electrically conductive particles touch each other and can thus form point, line and / or surface contacts, which in turn can form current paths in the conductive adhesive.
  • the adhesive is typically no defined melting point but only an adhesive-specific glass transition region.
  • the adhesive is preferably addition-curing, so that upon curing, there are no chemical fission products that escape / evaporate from the material, as e.g. for silicones referred to as "condensation crosslinking".
  • addition-crosslinking silicone is provided as addition-crosslinking adhesive.
  • a flat carrier can be understood, for example, to be a flat carrier or a curved carrier (for example in the form of a tube).
  • the carrier may in particular have a plate-like basic shape.
  • the electrically insulating carrier surface may be an electrically insulating layer (eg made of ceramic) applied to a base body or substrate of the carrier (eg a metal sheet). This layer may also have been thermally sprayed on.
  • the electrically insulating carrier surface may also be a surface-treated (eg oxidized) layer region of a base body of the carrier.
  • the electrically insulating carrier surface may in particular have a non-negligible porosity. If solder flux is used, it may penetrate into the pores and, if necessary, reduce the ability to electrically insulate or lead to breakdown when high voltage is applied (eg more than 1000 V).
  • the base itself is electrically insulating and temperature resistant (up to at least 150 ° C)
  • the support surface then represents the non-modified surface of the body. This may for example be the case if the body is made of ceramic.
  • a thermally sprayed layer can be understood as meaning a layer which can be, for example, by melt spraying, arc spraying, plasma spraying (eg atmosphere, under protective gas or under low pressure), flame spraying (eg powder flame spraying, wire flame spraying or plastic flame spraying), high-velocity flame spraying, detonation spraying, cold gas spraying , Laser spraying or PTWA syringes, in particular has been sprayed onto the carrier surface.
  • At least one thermally sprayed layer or layer structure may be, for example, a metallic layer or layer structure, e.g. comprising aluminum (AI), bronze, copper (Cu), silver (Ag), tin (Sn), etc., or an alloy thereof.
  • the thermally sprayed layer may also be a nickel-chromium alloy (NiCr).
  • the thermally sprayed layer can also be a ceramic layer, for example an electrically insulating layer. A surface of the thermally sprayed layer or layer structure may be oxidized.
  • the thermally sprayed layer or layer structure may be at least partially covered by at least one further layer.
  • This at least one further layer may represent a ("contact") layer for improved electrical contacting, in particular of metal, for example a layer of tin, copper, silver and / or gold.
  • the conductive adhesive may be applied over the contact layer on the thermally sprayed layer structure.
  • a layer structure is understood to mean a layer which, in plan view, has a different shape from the shape of the carrier surface, that is to say not a layer covering the entire carrier surface over its entire area. Rather, the
  • the layer structure may, in particular, be in the form of at least one elongated line trace or trace.
  • the path can be completely or partially straight and / or curved in whole or in sections.
  • the conduit may have a meandering course.
  • the conduction path can, however, e.g. also in the form of a short strip or a rectangular, round, oval, etc. contact field.
  • a contact volume is understood in particular to mean a mass volume of electrically conductive contact material, namely here the conductive adhesive.
  • at least one thermally sprayed layer structure is a resistance heating conductor layer, in particular a thick layer.
  • the heating conductor layer may in particular be an elongated heating conductor.
  • the heating conductor can e.g. meandering or spiraling.
  • Solder compound can be applied in particular in the region of at least one end of the heating conductor layer in order to connect it electrically.
  • the material of the heat conductor layer in particular aluminum, a
  • the Schuetzstoff can therefore represent in particular a thermally sprayed surface heating for household appliances. It is a development that the thermally sprayed layer structure - in particular a heat conductor layer - is connected by means of a track of conductive adhesive with another electrically conductive region of the heater.
  • the further electrically conductive region can be, for example, a further heat conductor layer or an electrical connection contact (for example in the form of a thermally sprayed layer structure or as a metallic contact field).
  • the conductive adhesive can in particular also extend in this development partially on the support surface.
  • the thermally sprayed layer structure for solder (flow) medium is permeable. If solder fluxes penetrate into the layers, the electrical properties and a corrosion stability of the thermally sprayed layer structure could be adversely affected.
  • the conductive portions (that is, the electroconductive filler) of the conductive adhesive can not enter the thermally sprayed layer structure, thereby avoiding a negative influence on the layer properties.
  • the thermally sprayed layer structure is therefore impermeable to the conductive components of the conductive adhesive.
  • the thermally sprayed layer structure may also be impermeable to the adhesive or only partially (slightly) permeable.
  • the - possibly also thermally sprayed - support surface for solder flux is permeable. If solder flux penetrates into the carrier surface, the electrical properties and a corrosion stability of the carrier surface could be adversely affected.
  • the conductive portions (that is, the electroconductive filler) of the conductive adhesive can not enter the support surface, thereby avoiding adversely affecting their properties.
  • the carrier surface is therefore impermeable to the conductive components of the conductive adhesive.
  • the support surface may also be impermeable to the adhesive or only partially (lightly) permeable. It is yet another embodiment that the conductive adhesive is a reactive
  • one-component (l-K) conductive adhesive is. This has the advantage of a particularly simple handling.
  • the 1-K conductive adhesive can be premixed at the adhesive manufacturer, i.e., for example, resin and a hardener are already mixed in the correct mixing ratio.
  • the curing reaction can be greatly retarded by low temperature storage.
  • two-component or multi-component conductive adhesives can also be used.
  • the curing can be done at room temperature or preferably at elevated temperature (for example in an oven). Higher temperatures accelerate the curing reaction and improve the electrical properties. Possibly. can the curing also be carried out by means of a photoinitiator contained in the adhesive. Such adhesives are also referred to as UV or light-curing adhesives.
  • At least one contact volume connects two thermally sprayed layer structures - in particular conductor tracks - and rests on the existing between the layer structures support surface.
  • two or more electrically separated sections of a line may also be connected together, e.g. two or more - for example, parallel to each other - Schuleitertiken (especially Heizeiterbahnen) to a common heating element or heating element.
  • This can e.g. be used for the subsequent adjustment of an electrical resistance of a thermally sprayed heating conductor to ensure a required rated output of the heater ("trimming") and / or to repair defects in thermally sprayed conductors (such as Edelleiterbahnen).
  • At least one contact volume combines a thermally sprayed layer structure with an electrical contact field of a particularly surface-mounted component - also referred to as an SMD ("surface mounted devices component.”
  • SMD surface mounted devices component
  • thermally sprayed layer structures and electrical and / or electronic components can be used
  • a particular small conductive adhesive volume or "Leitkleberddling” is applied by means of a dispenser on the thermally sprayed layer structure and before curing of the conductive adhesive, the SMD component with its contact surfaces (terminals) on the Leitkleberddling This is followed by the curing of the conductive adhesive, for example by a furnace process, after which the SMD component is securely fastened to the thermally sprayed layer or layer structure
  • the SMD component (for example of the size 0603, 0805 or 1206) can be positioned or placed by means of a vacuum gripper. For such an SMD mounting, it is possible to dispense with so-called "underfillers", which are sometimes necessary for SMD soldering, so that the SMD
  • the SM D component can be, for example, a thermosensitive resistor (eg an NTC resistor), a fuse, a sensor cast in glass solder, etc.
  • two thermally sprayed interconnects are electrically connected to each other by an electrical component, wherein contact pads of the device are connected to the respective interconnects via adhesive dots of the electrically conductive conductive adhesive.
  • At least one contact volume of conductive adhesive covers at least a portion of the thermally sprayed layer structure - in particular a heat conductor layer - without electrically connecting it to another component of the heating device.
  • at least one contact volume of conductive adhesive can be applied to the heating conductor layer in order to locally reduce an electrical current density in the heating conductor layer. This in turn can be locally a high temperature (so-called "hot spots") can be prevented.
  • a conductive layer can, for example, be applied to power connections, to constrictions in printed conductors, at corners and / or to reversal points in the heating conductor layout.
  • the conductive layer or the conductive adhesive can also rest on the support surface.
  • the object is also achieved by a household appliance with at least one heating device as described above.
  • the domestic appliance gives the same advantages as the heating device and can be designed analogously.
  • the household appliance may for example be a cooking appliance or an accessory for a cooking appliance (eg a heated cooking space divider).
  • the cooking appliance may have a steam cooking function, wherein the heating device is associated with a steam generating device in order to evaporate water present in the steam generating device.
  • the cooking appliance may be, for example, an oven with Dampfgarfunktion gleich or a dedicated steamer.
  • the heater may then represent, for example, a bottom of a water tank.
  • at least one thermally sprayed layer structure may be present on one or both sides, in particular at least one heat conductor layer.
  • the household appliance can also be a laundry care device.
  • the heater can then be used for example as a lye heating a washing machine or a washer-dryer. Also, the heater may be provided as a process air heater. The household appliance may also be a dishwasher. The heater can then be used, for example, as a heater for heating the rinsing liquid. In this case, the heater may be a component of a heating pump assembly.
  • the household appliance may also be an electrically operated household appliance, e.g. a kettle, a coffee machine (e.g., in the form of an espresso machine), a toaster, etc.
  • a coffee machine e.g., in the form of an espresso machine
  • a toaster e.g., a toaster
  • the heating device may be formed as a tube (in general: a rotationally symmetrical body), wherein at least one thermally sprayed Schuleiter für is present on a wall of the pipe of the household appliance.
  • the tube may then in particular be used or viewed as a flow heater for gas (e.g., process air) and / or liquid (e.g., water, rinse, or liquor) being passed therethrough.
  • gas e.g., process air
  • liquid e.g., water, rinse, or liquor
  • the object is further achieved by a method for electrically connecting a thermally sprayed layer structure of a household appliance, wherein at least one volume of a pasty electrically conductive conductive adhesive is applied at least to at least one thermally sprayed layer structure and the conductive adhesive solidifies - in particular cured - is.
  • the method gives the same advantages as the heating device and / or the household appliance and can be designed analogously.
  • FIG. 1 shows a plan view of a heating device of a household appliance
  • FIG. 2 shows a sectional view in side view of a first section of the
  • the heating device 1 shows in plan view a heating device 1 of a domestic appliance H.
  • the heating device 1 can be used, for example, for heating water located in a water tank of a steam generator (not shown).
  • the household appliance H can also be an oven with Dampfgarfunktion gleich, a dedicated steamer, an electrically heated cooking space divider, a laundry care device, a dishwasher, a small household appliance, etc.
  • the heater 1 comprises a sheet-like support 2 (e.g., a metal sheet) having an electrically insulating support surface 3 (e.g., a slightly porous
  • the thermally sprayed layer structures 4 to 8 are electrically insulated from each other by the support surface 3 and comprise: a first (long) meandering heat conductor layer in the form of an elongated first heat conductor 4, a second (short) meandering heat conductor layer in the form of an elongate second heat conductor 5 and three rectilinear Tracks 6 to 8.
  • the two Schuleiterbahnen 4 and 5 are electrically connected to each other by two tracks 9 of electrically conductive conductive adhesive 10. As a result, the two Schuleiterbahnen 4 and 5 are electrically connected in series. If the second Schwarzleiterbahn 5 is not used be, instead of the two tracks 9, the two corresponding ends of the first Schuleiterbahn 4 could be directly connected to each other by means of a track of conductive adhesive 10 (o. Fig.). As shown in FIG. 2 in section AA, the track 9 of the conductive adhesive 10 has been drawn from the surface of the first heating conductor 4 over the carrier surface 3 to the surface of the second heating conductor 5.
  • the adhesive (eg silicone polymer or epoxy resin) of the conductive adhesive 10 is so viscous that it does not penetrate or only to a negligible extent in the Schuleiterbahnen 4 and 5 and the support surface 3, while solder flux could penetrate and thereby the properties there locally could adversely affect. In this case, the soldering flux could even penetrate through the slightly porous Schleleiterbahnen 4 and 5 in the underlying area of the support surface 3.
  • the track 9 can be applied, for example, by applying a conductive adhesive 10 in the form of a reactive 1K conductive adhesive in the viscous state of the associated adhesive by means of a dispenser and then hardening it, in particular at an elevated temperature (eg up to 150 ° C.). especially in a furnace.
  • connection plug 1 1 of the heating device 1 the three rectilinearly thermally sprayed conductor tracks 6 to 8 are connected to a connection plug 1 1 of the heating device 1, in particular to a respective electrical contact 11a of the connection plug 1 1.
  • the electrical connection can likewise be made via a respective contact volume 1 1 b done from conductive adhesive 10.
  • Adjacent traces 6 and 7 or 7 and 8 are connected via respective SMD components 12.
  • the SMD components 12 are NTC resistors by way of example here. Thus, measured values belonging to a respective temperature (eg electrical resistance values, voltage values or current values) can be tapped via the connector 1 1.
  • the SMD components 12 are attached via adhesive dots 13 of conductive adhesive 10 to the conductor tracks 6 and 7 or 7 and 8, as shown in Figure 3 as a section BB from the heater 1.
  • the SMD component 12 has at its end regions on electrical contacts or contact pads 14, which are connected via the adhesive dots 13 with the respective conductor track 7 and 8 respectively. Consequently, the two interconnects 7 and 8 are electrically connected to each other by the SMD component 12 via the adhesive dots 13.
  • the adhesive dots 13 can first be applied to the thermally sprayed printed conductors 7 or 8 for fastening the SM D components 12 by means of a dispenser (not shown). Subsequently, prior to curing of the conductive adhesive 10, the SMD component 12 can be brought up and pressed with its contact pads 14 onto the respective adhesive dots 13, e.g. by means of a vacuum gripper.
  • two metallic contact surfaces 15 are also applied to the carrier surface 3, via which the combined heating conductor 4 and 5 can be electrically connected on the end side, e.g. to a power supply.
  • 4 shows a sectional view in side view of a section C-C from the heating device 1.
  • the metallic contact surfaces 15 can be connected by means of a respective track 9 of the conductive adhesive 10 to a respective end of the first heat conductor 4, and analogous to the connection of the two Schuleiterbahnen 4 and 5.
  • a conductive layer 16 of the conductive adhesive 10 has also been applied to the heating conductor 4 and possibly the carrier surface 3 at a bend in the heating conductor 4 in order to reduce a current density there and thus to form so-called "hot spots". to prevent, as shown in section DD in Figure 5.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)

Abstract

Eine Heizeinrichtung (1) für ein Haushaltsgerät (H) weist einen flächigen Träger (2) mit einer elektrisch isolierenden Trägeroberfläche (3), mindestens eine auf die Trägeroberfläche (3) thermisch aufgespritzte, elektrisch leitfähige Schichtstruktur (4 - 8) und mindestens ein elektrisch leitfähiges Kontaktvolumen (9; 13), das auf mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4 - 8) aufgebracht ist, auf, wobei mindestens ein Kontaktvolumen (9; 13) aus Leitkleber (10) besteht. Ein Haushaltsgerät (H) weist mindestens eine Heizeinrichtung (1) auf. Ein Verfahren dient zum elektrischen Verbinden einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4 - 8) eines Haushaltsgeräts (H), bei dem mindestens ein Volumen (9; 13) eines pastösen Leitklebers (10) zumindest auf mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4 - 8) aufgebracht wird und der Leitkleber (10) ausgehärtet wird. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Gargeräte, insbesondere Dampfgargeräte, auf wasserführende Wäschepflegegeräte, auf Spülmaschinen und auf Haushaltskleingeräte.

Description

Heizeinrichtung für ein Haushaltsgerät
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für ein Haushaltsgerät, aufweisend einen flä- chigen Träger mit einer elektrisch isolierenden Trägeroberfläche, mindestens eine auf die Trägeroberfläche thermisch aufgespritzte, elektrisch leitfähige Schichtstruktur und mindestens ein elektrisch leitfähiges Kontaktvolumen, das auf mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur aufgebracht ist. Die Erfindung betrifft auch ein Haushaltsgerät mit einer solchen Heizeinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum elekt- rischen Verbinden einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur eines Haushaltsgeräts. Die Erfindung ist insbesondere vorteilhaft anwendbar auf Gargeräte, insbesondere Dampfgargeräte, auf wasserführende Wäschepflegegeräte, auf Spülmaschinen und auf Haushaltskleingeräte. Um bei einer Heizeinrichtung der eingangs genannten Art die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur elektrisch anzuschließen, wird Lot oder Lötmasse als Kontaktvolumen verwendet. Jedoch muss für die meisten Lote ein Flussmittel verwendet werden, damit das Lot auf der Schichtstruktur haftet. Das Flussmittel kann von der Schichtstruktur, die in der Regel leicht porös ist, aufgesogen werden. Dies kann die Verbindung des Lots auf der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur sowie die Eigenschaften der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur selbst negativ beeinflussen. Ist die Schichtstruktur zudem auf eine poröse Isolationsschicht aufgebracht, kann das Flussmittel in die Isolationsschicht eindringen und die elektrischen Isolationseigenschaften nachteilig beeinflussen. DE 31 09 250 A1 offenbart ein elektrisches Haushaltsgerät mit Gehäuseteilen aus elektrisch leitendem Material, die zur elektrischen Schutzerdung elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Es soll eine zuverlässige Erdung der verschiedenen leitenden Teile bei niedrigem Fertigungsaufwand erzielt werden. Hierzu wird vorgeschlagen, dass als elektrisch leitende Verbindung eine elektrisch leitende Haftmasse dient. Als Haftmasse dient dabei vorzugsweise ein elektrisch leitender Kleber, z.B. ein organischer Silikonkleber mit Metallpulver oder Kohlenstoff als Füllstoff. Der Kleber behält auch nach dem Aushärten eine gewisse Elastizität bei, was eine Unterbrechung des Kontaktes durch Wärmedehnungen verhindert. DE 39 13 028 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer leitenden Verbindung in einem elektrischen Gerät, bei dem wenigstens zwei elektrisch leitend zu verbindende Kontaktelemente voneinander beabstandet auf einem isolierenden Teil angebracht sind. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Herstellung einer leitenden Verbindung zeichnen sich dadurch aus, dass mittels einer mehrachsigen
Positioniereinheit auf dem isolierenden Teil eine stromleitende Paste aufgebracht wird, die die auf dem isolierenden Teil aufgebrachten Kontaktelemente miteinander verbindet. Jedoch wird hier keine Kontaktierung thermisch aufgespritzter Schichtstrukturen angespro- chen.
DE 42 06 700 A1 offenbart eine Kontaktierung der auf einem Träger parallel nebeneinander angeordneten Leiterbahnen mit entsprechend parallel nebeneinander auf einer flexiblen Leiterfolie angeordneten Leiterbahnen, wobei die einander zugeordneten Leiterbah- nen von Träger und Leiterfolie in Überdeckung gebracht und leitend miteinander verbunden sind. Zwischen den Leiterbahnen des Trägers und der Leiterfolie ist ein aus einem isolierenden Werkstoff bestehender, eine Vielzahl etwa gleichmäßig verteilter, elektrisch leitender Körnchen enthaltender Kleber angeordnet, durch den Träger und Leiterfolie miteinander verbunden sind. Die leitenden Körnchen sind in den zu verbindenden Bereichen der Leiterbahnen in Anlage aneinander und an den Leiterbahnen und bilden eine leitende Verbindung der einander zugeordneten Leiterbahnen von Träger und Leiterfolie. Auch hier wird keine Kontaktierung thermisch aufgespritzter Schichtstrukturen angesprochen.
DE 10 2013 109 755 A1 offenbart einen leitfähigen Klebstoff aufweisend zumindest eine Art eines anisotropen leitfähigen Nanomaterials und zumindest eine Art eines photoinduziert polymerisierbaren Materials. Es wird keine Kontaktierung von Schichtstrukturen angesprochen.
EP 0 681 712 B1 offenbart eine elektro-optische Dünnschicht-Vorrichtung mit einer elekt- risch ansprechenden Schicht mit optischen Eigenschaften, die sich unter Einwirkung eines auf die Schicht aufgebrachten Stroms oder elektrischen Feldes verändern; mindestens einer Elektrode, die sich über die elektrisch ansprechende Schicht hinaus erstreckt und in der Lage ist, der elektrisch ansprechenden Schicht einen elektrischen Strom zuzuführen; und einem elektrischen Konnektor, der entlang einem einzigen Rand der Vorrich- tung angeordnet ist und derart konfiguriert ist, dass er der Elektrode elektrischen Strom aus einer Stromquelle zuführt, wobei der elektrische Konnektor aufweist: eine flexible Isolierung, die an mindestens einer Fläche einen elektrisch leitenden Abschnitt aufweist, der in der Lage ist, einen elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und einer Stromquelle herzustellen, einen elektrisch leitenden Kleber, der an dem elektrisch leitenden Abschnitt der Isolierung nahe der Elektrode angeordnet ist, um einen elektrischen Kontakt mit der Elektrode herzustellen, wobei der elektrisch leitende Kleber elektrisch leitende Partikel aufweist, die über eine gesamte haftvermittelnde Matrix hinweg verteilt sind, und eine Verbindungseinrichtung, die sich in elektrischem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Abschnitt der Isolierung befindet und in der Lage ist, einen elektrischen Kontakt mit einer Stromquelle herzustellen, wobei mindestens ein Abschnitt der Isolierung in einen Abschnitt der elektrisch ansprechenden Schicht der Vorrichtung eingeführt ist, und dass der wirksame Kontaktbereich zwischen den elektrisch leitenden Partikeln und der Elektrode hinreichend groß ist, um eine Stromübertragung zu gewährleisten, während ein Aufbau von Wärme in der Elektrode in dem Bereich unterhalb der elektrisch leitenden Partikel minimiert wird. Auch hierin wird keine Kontaktierung thermisch aufgespritzter Schichtstrukturen angesprochen.
EP 0 963 143 A1 offenbart einen keramischen Träger mit einer elektrischen Schaltung und einer Anschlussvorrichtung, die wenigstens einen metallischen Anschluss, beispielsweise in Form eines Gewindebolzens, aufweist. Der Anschluss bzw. die Anschlussvorrichtung sind mit Ausgleichsmitteln, welche aus einem Metall mit einer höheren Verformbarkeit als das Material des Anschlusses bestehen, mit dem Träger verbunden, vorzugsweise mittels Aktivlötens. Die Ausgleichsmittel können in Form einer Ringscheibe o.dgl. aus- geführt sein und aus Kupfer bestehen und gleichen die Spannungen beim Abkühlen aus. Das Aktivlot weist vorteilhaft eine Basis aus Silber und Kupfer sowie eine reaktive Legierungskomponente, z.B. Titan oder ein Selten-Erd-Metall, auf. Die Anschlussvorrichtung kann sowohl einen hochbelastbaren mechanischen Befestigungsanschluss für den Träger als auch einen elektrischen Anschluss für die Schaltung darstellen.
WO 97/42638 offenbart ein Verfahren zur elektrisch leitenden und spannungsarmen Verklebung von empfindlichen und präzise zu positionierenden Werkstücken mit ggf. unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, bei dem der Klebstoff aufgetragen wird, dann die Härtungsreaktion photochemisch ausgelöst wird und dann innerhalb von einer Sekunde bis 15 Minuten die zu verklebenden Werkstücke positioniert werden. Es wird eine Klebstoffformulierung verwendet, die einkomponentig, bei Raumtemperatur lagerstabil und mit Metallpartikeln gefüllt ist. WO 98/44593 offenbart eine elektrische Verbindungsanordnung zum Verbinden eines Schaltungsträgers mit Leiterbahnen eines Leiterbahnträgers, wobei der Schaltungsträger und der Leiterbahnträger von einer Grundplatte getragen sind, der Schaltungsträger und der Leiterbahnträger einen Bereich aufweisen, in dem sie sich überlappen, und der Schaltungsträger in dem Bereich der Überlappung mittels eines elektrisch leitenden Klebers mit dem Leiterbahnträger elektrisch verbunden ist. WO 98/44593 offenbart ferner ein Verfahren zum elektrischen Verbinden eines Schaltungsträgers mit Leiterbahnen eines Leiterbahnträgers, wobei der Leiterbahnträger auf einer Grundplatte fixiert wird, der Leiterbahnträger wird auf seiner der Grundplatte abgewandten Seite in einem Bereich, der frei von einer isolierenden Abdeckung gegenüber einer Leiterbahn ist, mit einem elektrisch leiten- den Kleber versehen, und ein Schaltungsträger auf den Leiterbahnträger geklebt wird, so dass eine elektrische Verbindung zwischen einer Leiterbahn des Leiterbahnträgers und einer Kontaktstelle des Schaltungsträgers entsteht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur elektrischen Kontaktierung einer thermisch gespritzten Schicht oder Schichtstruktur eines Haushaltsgeräts bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevor- zugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Heizeinrichtung für ein Haushaltsgerät, aufweisend einen flächigen Träger mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "Trägeroberfläche" bezeichnet), mindestens eine auf die Trägeroberfläche thermisch aufgespritzte, elektrisch leitfähige Schichtstruktur und mindestens ein elektrisch leitfähiges Kontaktvolumen, das auf mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur aufgebracht ist, wobei mindestens ein Kontaktvolumen aus elektrisch leitfähigem Kleber (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als "Leitkleber" bezeichnet) besteht. Die Verwendung von Leitkleber weist den Vorteil auf, dass dieser eine gute Haftfestigkeit auf der thermisch aufgespritzten Schicht oder Schichtstruktur aufweist, besonders auf porösen Schichten. Dabei kann auf einen Einsatz von Flussmitteln wie beim klassischen Löten verzichtet werden. Beim klassischen Löten mit Flussmittel dringt dieses in die porösen thermisch gespritzten Schichten ein. Um einen negativen Einfluss des Flussmittels zu vermeiden, muss es aufwendig mit Lösemittel ausgewaschen werden. Dieser Schritt kann nun eingespart werden. Auch kann im Gegensatz zum Löten auf einen Lötstopplack verzichtet werden.
Darüber hinaus ergibt sich durch die genau einstellbare Viskoelastizität des Leitklebers eine hohe Applikationsgenauigkeit. Dadurch ist der Leitkleber auch für kleine
Kontaktierflächen geeignet, so dass auch kleine Klebemengen, positionsgenau und ohne Spritzer realisierbar sind.
Darüber hinaus ist die Thixotropie des Klebesystems so einstellbar, dass nach einem Positionieren oder Platzieren eines Bauteils dieses in seiner Position gehalten wird.
Noch ein weiterer Vorteil der Verwendung des Leitklebers ist seine gute Haftung auch auf glatten, nicht-porösen Oberflächen, z.B. auf kompakten polierten Oberflächen.
Der Leitkleber kann ohne weiteres so eingestellt werden, dass praktisch kein oder nur wenig Klebstoff in die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur oder ein anderes poröses Substrat eindringt, so dass Eigenschaften des Substrats, z.B. Isolationseigenschaften, nicht negativ beeinflusst werden. Ferner ergibt sich eine nur geringe ionische Verunreinigung, was eine Korrosion an der Kontaktstelle zu vermeiden hilft. Dringt der nicht elektrisch leitfähige, organische Klebstoff in die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur oder ein anderes poröses Substrat ein (was auch als Ausbluten (Harzbluten) bezeichnet wird), hat dies keine negativen Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur.
Ferner ist ausgehärteter Leitkleber temperaturstabil bis mindestens 150°C ausgestaltbar. Er weist eine gute mechanische Festigkeit und einen angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizient auf, beispielsweise bei einer Temperaturwechselbeanspruchung. Er ist auch bei hohen Dauergebrauchstemperaturen über die gesamte Produktlebensdauer ausreichend alterungsstabil.
Zudem stellt Leitkleber ein Kontaktvolumen mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit (bei- spielsweise von mindestens 1 *106 S/m, insbesondere mindestens 1 ,5*106 S/m) bereit. Dabei ergibt sich ein niedriger Kontaktwiderstand zwischen dem Leitkleber und der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur. Die entstehende Verbindung weist ferner einen niedrigen Temperaturbeiwert auf, wobei insbesondere elektrische Eigenschaften des Leitklebers wie sein Widerstand über die Produktlebensdauer nicht wesentlich ansteigen.
Unter einem Leitkleber kann insbesondere ein Kleber mit einer Matrix aus viskosem, insbesondere pastösem, Klebstoff (z.B. Harz, insbesondere Epoxidharz) mit elektrisch leitfähigen Partikeln als Füllmaterial verstanden werden. Der Klebstoff kann allgemein ein Polymer oder mehrere Polymere aufweisen. Das Füllmaterial kann z.B. Metallpartikel wie Kupfer-, Silber- und/oder Gold-Partikel umfassen, aber auch andere elektrisch leitfähige und temperaturbeständige Materialien wie bestimmte Kohlenstoffvarianten (z.B. CNTs). Die Partikel können Pulverpartikel sein. Der Leitkleber ist zur Prozessierung hoch- bzw. mittelviskos und in seinem Endzustand fest. Während des Aushärtungsprozesses schrumpft der Leitklebstoff (chemischer Volumenschrumpf durch Vernetzungsreaktion), so dass die elektrisch leitfähigen Partikel sich berühren und folglich punkt-, linien- und/oder flächige Berührungen ausbilden können, wodurch sich wiederum Strompfade im Leitkleber ausbilden können. Es gibt typischerweise keinen definierten Schmelzpunkt, sondern nur einen klebstoffspezifischen Glasübergangsbereich. Der Klebstoff ist vorzugsweise additionsvernetzend, so dass beim Aushärten keine chemischen Spaltprodukte entstehen, die aus dem Material austreten/verdunsten, so wie es z.B. bei Silikonen der Fall ist, die als "kondensationsvernetzend" bezeichnet werden. Als additionsvernetzender Klebstoff ist insbesondere additionsvernetzendes Silikon vorgesehen.
Unter einem flächigen Träger kann beispielsweise ein ebener Träger oder ein gekrümmter Träger (z.B. in Rohrform) verstanden werden. Der Träger kann insbesondere eine plattenartige Grundform aufweisen. Die elektrisch isolierende Trägeroberfläche kann eine auf einen Grundkörper oder Substrat des Trägers (z.B. ein Metallblech) aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht (z.B. aus Keramik) sein. Diese Schicht kann ebenfalls thermisch aufgespritzt worden sein. Die elektrisch isolierende Trägeroberfläche kann aber auch ein oberflächenbehandelter (z.B. oxidierter) Schichtbereich eines Grundkörpers des Trägers sein. Die elektrisch isolierende Trägeroberfläche kann insbesondere eine nicht vernachlässigbare Porosität aufweisen. Bei Verwendung von Lotflussmittel kann dieses ggf. in die zugehörigen Poren eindringen und ggf. Fähigkeit zur elektrischen Isolierung herabsetzen oder zu einem Durchschlag beim Anlegen von Hochspannung (z.B. von mehr als 1000 V) führen.
Insbesondere falls der Grundkörper bereits selbst elektrisch isolierend und temperaturbeständig (bis mindestens 150°C) ist, kann auch auf eine speziell ausgebildete oberflächliche Schicht verzichtet werden, und die Trägeroberfläche stellt dann die nicht-modifizierte Oberfläche des Grundkörpers dar. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn der Grundkörper aus Keramik besteht.
Unter einer thermisch aufgespritzten Schicht kann eine Schicht verstanden werden, die beispielsweise durch Schmelzbadspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen (z.B. Atmosphäre, unter Schutzgas oder unter niedrigem Druck), Flammspritzen (z.B. Pulver- flammspritzen, Drahtflammspritzen oder Kunststoffflammspritzen), Hochgeschwindigkeit- Flammspritzen, Detonationsspritzen, Kaltgasspritzen, Laserspritzen oder PTWA-Spritzen hergestellt worden ist, insbesondere auf die Trägeroberfläche aufgespritzt worden ist.
Zumindest eine thermisch aufgespritzte Schicht oder Schichtstruktur kann beispielsweise eine metallische Schicht oder Schichtstruktur sein, z.B. aufweisend Aluminium (AI), Bronze, Kupfer (Cu), Silber (Ag), Zinn (Sn) usw., oder einer Legierung davon. Die thermisch aufgespritzte Schicht kann auch eine Nickel-Chrom-Legierung (NiCr) sein. Die thermisch aufgespritzte Schicht kann zudem eine keramische Schicht sein, beispielsweise eine elektrisch isolierende Schicht. Eine Oberfläche der thermisch aufgespritzten Schicht oder Schichtstruktur kann oxidiert sein.
Die thermisch aufgespritzte Schicht oder Schichtstruktur kann zumindest teilweise von mindestens einer weiteren Schicht bedeckt sein. Diese mindestens eine weitere Schicht kann eine ("Kontakt"-) Schicht zur verbesserten elektrischen Kontaktierung darstellen, insbesondere aus Metall, z.B. eine Schicht aus Zinn, Kupfer, Silber und/oder Gold. In diesem Fall kann der Leitkleber über die Kontaktschicht auf der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur aufgebracht sein. Unter einer Schichtstruktur wird insbesondere eine Schicht verstanden, welche in Draufsicht eine von der Form der Trägeroberfläche unterschiedliche Form aufweist, also keine die ganze Trägeroberfläche vollflächig bedeckende Schicht ist. Vielmehr weist die
Schichtstruktur auf dem Träger bzw. auf der Trägeroberfläche in Draufsicht eine eigene Kontur ("Außenkontur") auf, die zumindest teilweise auf der Trägeroberfläche (und nicht nur an ihrem Rand) verläuft. Die Schichtstruktur kann insbesondere in Form mindestens einer länglichen Leitungsspur oder Bahn vorliegen. Die Leitungsbahn kann ganz oder abschnittsweise geradlinig und/oder ganz oder abschnittsweise gekrümmt sein. Beispielsweise kann die Leitungsbahn einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Die Leitungsbahn kann aber z.B. auch in Form eines kurzen Streifens oder eines rechteckigen, runden, ovalen usw. Kontaktfelds vorliegen.
Unter einem Kontaktvolumen wird insbesondere ein Massevolumen aus elektrisch leitfähigem Kontaktmaterial verstanden, nämlich hier dem Leitkleber. Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur eine Widerstands-Heizleiterschicht ist, insbesondere eine Dickschicht. Die Heizleiterschicht kann insbesondere eine längliche Heizleiterbahn sein. Die Heizleiterbahn kann z.B. mäanderförmig oder spiralförmig verlaufen. Lotmasse kann insbesondere im Bereich mindestens eines Endes der Heizleiterschicht aufgebracht werden, um diese elektrisch anzuschließen. Als Material der Heizleiterschicht kann insbesondere Aluminium, eine
Aluminiumverbindung oder eine Nickel-Chrom-Verbindung vorgesehen sein. Die Heizleiterschicht kann also insbesondere eine thermisch aufgespritzte Flächenheizung für Haushaltsgeräte darstellen. Es ist eine Weiterbildung, dass die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur - insbesondere auch eine Heizleiterschicht - mittels einer Spur aus Leitkleber mit einem weiteren elektrisch leitfähigen Bereich der Heizeinrichtung verbunden ist. Der weitere elektrisch leitfähige Bereich kann z.B. eine weitere Heizleiterschicht oder ein elektrischer Anschlusskontakt (z.B. in Form einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur oder als metallisches Kontakt- feld) sein. Der Leitkleber kann insbesondere auch in dieser Weiterbildung teilweise auf der Trägeroberfläche verlaufen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur für Lot(fluss)mittel durchlässig ist. Würde Lotflussmittel in die Schichten eindringen, könnten die elektrischen Eigenschaften und eine Korrosionsstabiltät der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur nachteilig beeinflusst werden. Hingegen können die leitfähigen Anteile (d.h., der elektrisch leitfähige Füllstoff) des Leitklebers nicht in die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur eingingen, so dass dadurch eine negative Beeinflussung der Schichtei- genschaften vermieden wird. Die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur ist also für die die leitfähigen Anteile des Leitklebers undurchlässig. Die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur kann ferner für den Klebstoff undurchlässig oder nur teilweise (leicht) durchlässig sein. Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die - ggf. auch thermisch aufgespritzte - Trägeroberfläche für Lotflussmittel durchlässig ist. Würde Lotflussmittel in die Trägeroberfläche eindringen, könnten die elektrischen Eigenschaften und eine Korrosionsstabiltät der Trägeroberfläche nachteilig beeinflusst werden. Hingegen können die leitfähigen Anteile (d.h., der elektrisch leitfähige Füllstoff) des Leitklebers nicht in die Trägeroberfläche ein- gingen, so dass dadurch eine negative Beeinflussung ihrer Eigenschaften vermieden wird. Die Trägeroberfläche ist also für die die leitfähigen Anteile des Leitklebers undurchlässig. Die Trägeroberfläche kann ferner für den Klebstoff undurchlässig oder nur teilweise (leicht) durchlässig sein. Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der Leitkleber ein reaktiver
einkomponentiger (l-K-)Leitkleber ist. Dieser weist den Vorteil einer besonders einfachen Handhabung auf. Der 1 -K-Leitkleber kann beim Klebstoffhersteller vorgemischt werden, d.h., dass z.B.-Harz und ein Härter bereits im richtigen Mischungsverhältnis gemischt sind. Die Härtungsreaktion kann durch Tieftemperaturlagerung stark verzögert werden. Jedoch können auch zwei- oder mehrkomponentige Leitkleber verwendet werden.
Das Aushärten kann bei Raumtemperatur oder vorzugsweise bei erhöhter Temperatur (beispielsweise in einem Ofen) geschehen. Höhere Temperaturen beschleunigen die Härtungsreaktion und verbessern die elektrischen Eigenschaften. Ggf. kann das Aushärten auch mittels eines Photoinitiators durchgeführt werden, der in dem Klebstoff enthalten ist. Solche Klebstoffe werden auch als UV- bzw. lichthärtende Klebstoffe bezeichnet.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Kontaktvolumen zwei thermisch aufgespritzte Schichtstrukturen - insbesondere Leiterbahnen - verbindet und dazu auf der zwischen den Schichtstrukturen vorhandenen Trägeroberfläche aufliegt. So können insbesondere auch zwei oder mehr elektrisch getrennte Abschnitte einer Leitung miteinander verbunden werden, z.B. zwei oder mehr - beispielsweise parallel zueinander verlaufende - Heizleiterschichten (insbesondere Heizeiterbahnen) zu einem gemeinsamen Heizleiter oder Heizelement. Dies kann z.B. zum nachträglichen Abgleich eines elektrischen Widerstandes eines thermisch aufgespritzten Heizleiters genutzt werden, um eine geforderte Nennleistung der Heizeinrichtung zu gewährleisten ("Trimmen") und/oder um Fehlstellen in thermisch aufgespritzten Leiterbahnen (z.B. Heizleiterbahnen) zu reparieren.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Kontaktvolumen eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur mit einem elektrischen Kontaktfeld eines insbesondere oberflächenmontierbaren Bauelements - auch als SMD ("Surface Mounted Devices- Bauteil bezeichnet - verbindet. So können thermisch aufgespritzte Schichtstrukturen und elektrische und/oder elektronische Bauelemente besonders einfach und preiswert miteinander verbunden werden. Es ist eine Weiterbildung, dass dazu mittels eines Dispensers auf die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur ein insbesondere kleines Leitklebervolumen oder "Leitkleberpunkt" aufgebracht wird und vor Aushärtung des Leitklebers das SMD-Bauteil mit seinen Kontaktflächen (Terminals) auf den Leitkleberpunkt aufgedrückt wird. Es folgt die Aushärtung des Leitklebers, beispielsweise durch einen Ofenprozess. Danach ist das SMD-Bauteil sicher auf der thermisch gespritzten Schicht oder Schichtstruktur befestigt. Das SMD-Bauteil (z.B. der Größe 0603, 0805 oder 1206) kann mittels eines Vakuumgreifers positioniert oder platziert werden. Für eine solche SMD-Montage kann auf sogenannte "Underfiller" verzichtet werden, die beim SMD-Löten teilweise not- wendig sind, damit das SMD-Bauteil seine vorgesehene Position während des
Lötprozesses nicht verändert. Bedrahtete Bauteile, die für eine Durchsteckmontage (THT; "Through Hole Technology") vorgesehen sind, können ebenfalls mittels des Leitklebers über ihren metallischen Kontakt mit der thermisch aufgespritzten Struktur verbunden werden. Das SM D-Bauteil kann beispielsweise ein wärmeempfindlicher Widerstand (z.B. ein NTC- Widerstand), eine Schmelzsicherung, eine - z.B. in Glaslot vergossener - Sensor usw. sein.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass zwei thermisch aufgespritzte Leiterbahnen durch ein elektrisches Bauelement elektrisch miteinander verbunden werden, wobei Kontaktfelder des Bauelements mit den jeweiligen Leiterbahnen über Klebepunkte aus dem elektrisch leitfähigen Leitkleber verbunden sind.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Kontaktvolumen aus Leitkleber zumindest einen Abschnitt der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur - insbesondere einer Heizleiterschicht - bedeckt, ohne sie mit einer anderen Komponente der Heizeinrichtung elektrisch zu verbinden. Es kann in dieser Ausgestaltung insbesondere mindestens ein Kontaktvolumen aus Leitkleber (auch als "Leitschicht" bezeichnet) auf der Heizleiterschicht aufgebracht werden, um lokal eine elektrische Stromdichte in der Heizleiterschicht herabzusetzen. Dadurch wiederum kann lokal eine Übertemperatur (sog. "Hot Spots") verhindert werden. Eine Leitschicht kann beispielsweise an Leistungsanschlüssen, an konstruktiv bedingten Verengungen in Leiterbahnen, an Ecken und/oder an Umkehrpunk- ten im Heizleiterlayout aufgebracht werden. Die Leitschicht bzw. der Leitkleber kann dabei auch auf der Trägeroberfläche aufliegen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Haushaltsgerät mit mindestens einer Heizeinrichtung wie oben beschrieben. Das Haushaltsgerät ergibt die gleichen Vorteile wie die Heiz- einrichtung und kann analog ausgebildet werden.
Das Haushaltsgerät kann beispielsweise ein Gargerät oder ein Zubehör für ein Gargerät (z.B. ein beheizbarer Garraumteiler) sein. Das Gargerät kann beispielsweise eine Dampfgarfunktion aufweisen, wobei die Heizeinrichtung einer Dampferzeugungsvorrichtung zu- geordnet ist, um in der Dampferzeugungsvorrichtung vorhandenes Wasser zu verdampfen. Das Gargerät kann z.B. ein Backofen mit Dampfgarfunktionalität oder ein dedizierter Dampfgarer sein. Die Heizeinrichtung mag dann z.B. einen Boden eines Wassertanks darstellen. Für den Fall des beheizbaren Garraumteilers kann einseitig oder beidseitig mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur vorhanden sein, insbesondere mindestens eine Heizleiterschicht. Das Haushaltsgerät kann aber auch ein Wäschepflegegerät sein. Die Heizeinrichtung kann dann beispielsweise als Laugenheizung einer Waschmaschine oder eines Waschtrockners verwendet werden. Auch kann die Heizeinrichtung als Prozessluftheizung vorgesehen sein. Das Haushaltsgerät kann ferner eine Spülmaschine sein. Die Heizeinrichtung kann dann beispielsweise als Heizung zum Erwärmen der Spülflüssigkeit verwendet werden. In diesem Fall kann die Heizung eine Komponente einer Heizpumpenbaugruppe sein.
Das Haushaltsgerät kann zudem ein elektrisch betriebenes Haushaltskleingerät sein, z.B. ein Wasserkocher, eine Kaffeemaschine (z.B. in Form einer Espressomaschine), ein Toaster usw.
Die Heizeinrichtung kann als ein Rohr (allgemein: ein rotationssymmetrischer Körper) ausgebildet sein, wobei mindestens eine thermisch aufgespritzter Heizleiterschicht an einer Wand des Rohrs des Haushaltsgeräts vorhanden ist. Das Rohr kann dann insbesondere als Durchlauferhitzer für dort durchgeleitetes Gas (z.B. Prozessluft) und/oder Flüssigkeit (z.B. zu verdampfendes Wasser, Spülflüssigkeit oder Lauge) verwendet oder angesehen werden. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur eines Haushaltsgeräts, bei dem mindestens ein Volumen eines pastösen elektrisch leitfähigen Leitklebers zumindest auf mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur aufgebracht wird und der Leitkleber verfestigt - insbesondere ausgehärtet - wird. Das Verfahren ergibt die gleichen Vorteile wie die Heiz- einrichtung und/oder das Haushaltsgerät und kann analog ausgebildet werden.
So ist es eine Weiterbildung, dass der Leitklebstoff mittels eines Dispensers aufgebracht wird. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig.1 zeigt in Draufsicht eine Skizze einer Heizeinrichtung eines Haushaltsgeräts; Fig.2 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen ersten Ausschnitt aus der
Heizeinrichtung nach Fig.1 ;
Fig.3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen zweiten Ausschnitt aus der
Heizeinrichtung nach Fig.1 ;
Fig.4 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen dritten Ausschnitt aus der
Heizeinrichtung nach Fig.1 und
Fig.5 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen vierten Ausschnitt aus der
Heizeinrichtung nach Fig.1 .
Fig.1 zeigt in Draufsicht eine Heizeinrichtung 1 eines Haushaltsgeräts H. Die Heizeinrichtung 1 kann beispielsweise zum Heizen von in einem Wassertank eines Dampferzeugers (o. Abb.) befindlichem Wasser verwendet werden. Das Haushaltsgerät H kann aber auch ein Backofen mit Dampfgarfunktionalität, ein dedizierter Dampfgarer, ein elektrisch beheizbarer Garraumteiler, ein Wäschepflegegerät, eine Spülmaschine, ein Haushaltskleingerät usw. sein.
Die Heizeinrichtung 1 weist einen flächigen Träger 2 (z.B. aus einem Metallblech) mit einer elektrisch isolierenden Trägeroberfläche 3 (z.B. aus einer leicht porösen
Keramikschicht) auf. Auf der Trägeroberfläche 3 sind mehrere metallische Schichtstrukturen 4 bis 8 thermisch aufgespritzt. Die thermisch aufgespritzten Schichtstrukturen 4 bis 8 sind durch die Trägeroberfläche 3 voneinander elektrisch isoliert und umfassen: eine erste (lange) mäanderförmige Heizleiterschicht in Form einer länglichen ersten Heizleiterbahn 4, eine zweite (kurzen) mäanderförmige Heizleiterschicht in Form einer länglichen zweiten Heizleiterbahn 5 und drei geradlinige Leiterbahnen 6 bis 8.
Die beiden Heizleiterbahnen 4 und 5 sind durch zwei Spuren 9 aus elektrisch leitfähigem Leitkleber 10 elektrisch miteinander verbunden. Dadurch sind die beiden Heizleiterbahnen 4 und 5 elektrisch in Reihe geschaltet. Soll die zweite Heizleiterbahn 5 nicht verwendet werden, könnten anstelle der zwei Spuren 9 die beiden entsprechenden Enden der ersten Heizleiterbahn 4 direkt mittels einer Spur aus Leitkleber 10 miteinander verbunden sein (o. Abb.). Wie in Fig.2 im Schnitt A-A gezeigt, ist die Spur 9 des Leitklebers 10 dazu von der Oberfläche der ersten Heizleiterbahn 4 über die Trägeroberfläche 3 zu der Oberfläche der zweiten Heizleiterbahn 5 gezogen worden. Dabei ist der Klebstoff (z.B. Silikonpolymer oder Epoxidharz) des Leitklebers 10 so viskos, dass er nicht oder in einem nur vernachlässigbar geringen Maß in die Heizleiterbahnen 4 und 5 und die Trägeroberfläche 3 ein- dringt, während Lötflussmittel eindringen könnte und dadurch die Eigenschaften dort lokal nachteilig beeinflussen könnte. Dabei könnte das Lötflussmittel sogar durch die leicht porösen Heizleiterbahnen 4 und 5 in den darunterliegenden Bereich der Trägeroberfläche 3 eindringen. Die Spur 9 kann beispielsweise dadurch aufgebracht werden, dass ein Leitkleber 10 in Form eines reaktiven 1 -K-Leitkleber im viskosen Zustand des zugehörigen Klebstoffs mittels eines Dispensers aufgebracht wird und dann ausgehärtet wird, insbesondere bei einer erhöhten Temperatur (z.B. bis 150°C), insbesondere in einem Ofen. Wieder zurückkehrend zu Fig.1 sind die drei geradlinigen thermisch aufgespritzten Leiterbahnen 6 bis 8 mit einem Anschlussstecker 1 1 der Heizeinrichtung 1 verbunden, insbesondere mit einem jeweiligen elektrischen Kontakt 1 1 a des Anschlusssteckers 1 1. Der elektrische Anschluss kann ebenfalls über ein jeweiliges Kontaktvolumen 1 1 b aus Leitklebers 10 geschehen.
Benachbarte Leiterbahnen 6 und 7 bzw. 7 und 8 sind über jeweilige SMD-Bauelemente 12 verbunden. Die SMD-Bauelemente 12 sind hier beispielhaft NTC-Widerstände. So können über den Anschlussstecker 1 1 zu einer jeweiligen Temperatur gehörige Messwerte (z.B. elektrische Widerstandswerte, Spannungswerte oder Stromwerte) abgegriffen werden. Die SMD-Bauelemente 12 sind über Klebepunkte 13 aus Leitkleber 10 an den Leiterbahnen 6 und 7 bzw. 7 und 8 befestigt, wie in Fig.3 als Schnitt B-B aus der Heizeinrichtung 1 gezeigt wird. Das SMD-Bauelement 12 weist an seinen Stirnbereichen elektrische Kontakte oder Kontaktfelder 14 auf, die über die Klebepunkte 13 mit der jeweiligen Leiterbahn 7 bzw. 8 verbunden sind. Folglich werden die beiden Leiterbahnen 7 und 8 durch das SMD- Bauelement 12 über die Klebepunkte 13 elektrisch miteinander verbunden.
Insbesondere können zur Befestigung der SM D-Bauelemente 12 zunächst mittels eines Dispensers (o. Abb.) die Klebepunkte 13 auf die thermisch aufgespritzten Leiterbahnen 7 bzw. 8 aufgebracht werden. Folgend kann - vor Aushärtung des Leitklebers 10 - das SMD-Bauelement 12 herangebracht und mit seinen Kontaktfeldern 14 auf die jeweiligen Klebepunkte 13 aufgedrückt werden, z.B. mittels eines Vakuumgreifers.
Wieder zurückkehrend zu Fig.1 sind zudem zwei metallische Kontaktflächen 15 auf der Trägeroberfläche 3 aufgebracht, über welche die kombinierte Heizleiterbahn 4 und 5 end- seitig elektrisch angeschlossen werden kann, z.B. an eine Spannungsversorgung. Fig.4 zeigt dazu als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen Schnitt C-C aus der Heizeinrichtung 1 .
Die metallischen Kontaktflächen 15 können mittels einer jeweiligen Spur 9 des Leitklebers 10 mit einem jeweiligen Ende der ersten Heizleiterbahn 4 verbunden sein, und zwar ana- log zu der Verbindung der beiden Heizleiterbahnen 4 und 5.
Wieder zurückkehrend zu Fig.1 ist ferner an einer Biegung der Heizleiterbahn 4 eine Leitschicht 16 des Leitklebers 10 auf die Heizleiterbahn 4 und ggf. die Trägeroberfläche 3 aufgebracht worden, um dort eine Stromdichte zu verringern und so eine Bildung von sog. "Hot Spots" zu verhindern, wie in Schnitt D-D in Fig.5 gezeigt.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw. Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste
1 Heizeinrichtung
2 Träger
3 Trägeroberfläche
4 Erste thermisch aufgespritzte Heizleiterbahn
5 Zweite thermisch aufgespritzte Heizleiterbahn
6 Thermisch aufgespritzte Leiterbahn
7 Thermisch aufgespritzte Leiterbahn
8 Thermisch aufgespritzte Leiterbahn
9 Spur
10 Leitkleber
1 1 Anschlussstecker
1 1 a Elektrischer Kontakt
1 1 b Kontaktvolumen
12 SMD-Bauelement
13 Klebepunkt
14 Kontaktfeld
15 Kontaktfläche
16 Leitschicht
H Haushaltsgerät

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Heizeinrichtung (1 ) für ein Haushaltsgerät (H), aufweisend
- einen flächigen Träger (2) mit einer elektrisch isolierenden Trägeroberfläche (3),
- mindestens eine auf die Trägeroberfläche (3) thermisch aufgespritzte, elektrisch leitfähige Schichtstruktur (4 - 8) und
- mindestens ein elektrisch leitfähiges Kontaktvolumen (9; 13), das auf mindestens einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4 - 8) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- mindestens ein Kontaktvolumen (9; 13) aus Leitkleber (10) besteht.
Heizeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4 - 8) eine Heizleiterschicht (4, 5) ist.
Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4 - 8) für Lotflussmittel durchlässig.
Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägeroberfläche (3) für Lotflussmittel durchlässig.
Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitkleber (10) ein reaktiver 1 -K-Leitkleber ist.
Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktvolumen (9) zwei thermisch aufgespritzte Schichtstrukturen (4, 5) verbindet und dazu auf der zwischen den Schichtstrukturen (4, 5) vorhandenen Trägeroberfläche (3) aufliegt.
Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktvolumen (13) eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (6 - 8) mit einem elektrischen Kontaktfeld (14) eines oberflächenmontierbaren Bauelements (12) verbindet.
8. Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei thermisch aufgespritzte Leiterbahnen (6 - 8) durch ein elektrisches Bauelement (12) verbunden werden, wobei Kontaktfelder (14) des Bauelements (12) mit den jeweiligen Leiterbahnen (6 - 8) über Klebepunkte (13) aus dem elektrisch leitfähigen Leitkleber (10) verbunden sind.
9. Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kontaktvolumen (16) aus Leitkleber (10) zumindest einen Abschnitt der thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4) bedeckt, ohne sie mit einer anderen elektrisch leitfähigen Komponente der Heizeinrichtung (1 ) elektrisch zu verbinden.
10. Haushaltsgerät (H) mit einer Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung mindestens eine Heizeinrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
1 1. Haushaltsgerät (H) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (H) ein Gargerät oder ein Zubehör für ein Gargerät ist.
12. Haushaltsgerät (H) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (H) ein Wäschepflegegerät oder ein Geschirrspülgerät ist.
13. Verfahren zum elektrischen Verbinden einer thermisch aufgespritzten Schichtstruktur (4 - 8) eines Haushaltsgeräts (H), bei dem
- mindestens ein Volumen (9; 13) eines pastösen Leitklebers (10) zumindest auf mindestens eine thermisch aufgespritzte Schichtstruktur (4 - 8) aufgebracht wird und
- der Leitkleber (10) verfestigt wird.
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