DE10355043A1

DE10355043A1 - Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Leiters auf einem Flächenelement, sowie Heißkanalelement, insbesondere für eine Kunststoff-Spritzeinrichtung

Info

Publication number: DE10355043A1
Application number: DE10355043A
Authority: DE
Inventors: Elias Russegger; Reinhardt Lehnert
Original assignee: Watlow Electric Manufacturing Co
Current assignee: Watlow Electric Manufacturing Co
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-23
Also published as: EP1719387B1; ATE381242T1; DE602004010720T2; WO2005053361A3; CN1898992B; CN1898992A; TW200529691A; MXPA06005911A; TWI313144B; ES2297528T3; CA2547151C; WO2005053361A2; DE602004010720D1; CA2547151A1; US20070138165A1; US7964825B2; EP1719387A2

Abstract

Ein Verfahren dient zum Befestigen eines elektrischen Leiters (24) an einem Flächenelement (16). Es wird vorgeschlagen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Zunächst wird ein Befestigungsbereich (33) des Leiters (24) am Flächenelement (16) in Anlage gebracht; dann wird der am Flächenelement (16) anliegende Befestigungsbereich (33) des Leiters (24) und ein unmittelbar neben dem Befestigungsbereich (33) liegender Bereich des Flächenelements (16) mit einem Befestigungsmaterial (50) thermisch überspritzt.

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Leiters an einem Flächenelement.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 198 10 848 A1 bekannt. In dieser ist ein Heizelement offenbart, welches für die Beheizung eines Rückspiegels eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Das Heizelement besteht aus einer Leiterbahn, welche mittels Lichtbogen- oder Plasmaspritzverfahren auf einen Untergrund aufgebracht wird. An den Enden der Leiterbahn sind Kontakte vorhanden, an die Anschlussleitungen angelötet werden. Die entsprechenden Lötstellen tragen jedoch vergleichsweise dick auf, so dass zumindest im Bereich der Kontakte ein gewisser Platzbedarf erforderlich ist. Darüber hinaus ist die Herstellung einer solchen Lötverbindung vergleichsweise teuer, und die Verwendung üblicher Lotmaterialien beschränkt den Temperatureinsatzbereich der Vorrichtung.

Aus der DE 195 38 686 A1 ist eine elektrische Widerstandsheizung bekannt, bei der eine Heizschicht dadurch ausgebildet wird, dass ein Gemisch aus Graphitteilchen und einem Bindemittel auf einen Untergrund aufgespritzt wird. Die Verbindung der auf diese Weise hergestellten Heizschicht mit einer Stromversorgung erfolgt über Elektroden, die aus einem Metallband oder einer Metallfolie gebildet sind. Hier ist von Nachteil, dass derartige Metallbänder oder Metallfolien vergleichsweise groß bauen müssen, um einen akzeptablen Übergangswiderstand zu ermöglichen, so dass im Bereich der Kontakte viel Platz benötigt wird.

Die vorliegende Erfindung hat daher die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein elektrischer Leiter mit möglichst wenig Platzbedarf und mit geringem Kostenaufwand an einem Flächenelement befestigt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zunächst dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a. zunächst wird ein Befestigungsbereich des Leiters wenigstens mittelbar am Flächenelement in Anlage gebracht;
b. dann wird der am Flächenelement wenigstens mittelbar anliegende Befestigungsbereich des Leiters und ein unmittelbar neben dem Befestigungsbereich liegender Bereich des Flächenelements mit einem Befestigungsmaterial thermisch überspritzt.

Eine weitere Lösung besteht darin, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a. auf einen Bereich des Flächenelements wird ein Kontaktmaterial thermisch aufgespritzt und so ein Kontaktpunkt hergestellt;
b. ein Befestigungsbereich (33) des Leiters (24; 26) wird mittels eines Befestigungsmaterials an den Kontaktpunkt angeschweißt.

Vorteile der Erfindung

Bei dem erstgenannten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Befestigung des elektrischen Leiters am Flächenelement mit einem sehr geringen Materialeinsatz, wie er nur beim thermischen Spritzen möglich ist. Beim diesem Verfahren wird ein üblicherweise zunächst pulverförmiges Material auf das Flächenelement aufgespritzt. Hierdurch bildet sich auf dem Befestigungsbereich des Leiters und dem unmittelbar neben diesem Befestigungsbereich liegenden Bereich des Flächenelements eine durchgehende, jedoch sehr dünne Schicht. Diese Schicht ist einerseits mit dem Flächenelement und andererseits mit dem Befestigungsbereich des Leiters innig verbunden und führt so zur Befestigung des Leiters am Flächenelement. Der Platzbedarf für die Befestigung wird so im Wesentlichen nur durch die Dimensionen des Befestigungsbereichs des elektrischen Leiters bestimmt und kann daher vergleichsweise klein sein.

Je nach Art des verwendeten thermischen Spritzverfahrens kann es zusätzlich zu einem Anschmelzen des Materials des elektrischen Leiters im Befestigungsbereich und/oder des Materials an der freiliegenden Oberfläche des Flächenelements kommen. Hierdurch wird ein inniger Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter und dem Flächenelement geschaffen, was zu einer sicheren Befestigung des elektrischen Leiters am Flächenelement führt.

Bei dem zweitgenannten Verfahren ist zwar ein höherer Materialeinsatz erforderlich, die mechanische Verbindung ist aber noch belastbarer und weist daher eine lange Lebensdauer auf. Die Herstellung der Kontaktpunkte mittels thermischem Spritzen ermöglicht eine gleichmäßige Materialverteilung und verhindert Beschädigungen an dem Flächenelement. Dabei versteht sich, dass der Begriff "Materialpunkt" nicht im mathematischen Sinne zu verstehen ist, sondern eine Materialanhäufung mit vergleichsweise kleiner Ausdehnung verstanden wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Zunächst wird bezüglich des zweitgenannten Verfahrens vorgeschlagen, dass der Befestigungsbereich an den Kontaktpunkt mittels Ultraschall angeschweißt wird. Dabei werden mechanische Schwingungen den zu verbindenden Teilen zugeleitet. Durch Reflexion der mechanischen Schwingungen an der schallabstrahlenden Endfläche einer Sonotrode bildet sich eine stehende Welle aus, die Energie in die Werkstücke überträgt, welche ein Verschweißen durch innere Reibung bewirkt. Dies ist preisgünstig und kann auch bei empfindlichen Werkstoffen gut eingesetzt werden. Darüber hinaus kann auf ein zusätzliches Befestigungsmaterial, welches bei herkömmlichen Schweißverfahren erforderlich ist, verzichtet werden. Im übrigen sei darauf hingewiesen, dass es auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt, den Befestigungsbereich direkt, also ohne zuvor hergestellte Kontaktpunkte, mit dem Flächenelement mittels Ultraschall zu verschweißen.

Ferner ist möglich, dass das Flächenelement eine elektrisch leitende Schicht, vorzugsweise eine Heizschicht oder eine Kühlschicht, umfasst, und dass der Befestigungsbereich des elektrischen Leiters mit der elektrisch leitenden Schicht elektrisch verbunden ist. Dieses erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer platzsparenden elektrischen Kontaktierung mit geringem Übergangswiderstand.

Die elektrisch leitende Schicht wird vorzugsweise ebenfalls durch ein thermisches Spritzverfahren aufgebracht und kann anschließend durch bereichsweises Abtragen aus der zunächst im Wesentlichen noch keine gewünschte Form aufweisenden Schicht herausgeschnitten werden. Ein entsprechendes Verfahren ist in der DE 101 62 276 A1 offenbart, deren Inhalt ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.

In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass das Befestigungs- bzw. Kontaktmaterial, welches thermisch gespritzt bzw. geschweißt wird, gegenüber der elektrisch leitenden Schicht eine höhere, bevorzugt mindestens ungefähr fünffache, stärker bevorzugt mindestens ungefähr zehnfache elektrische Leitfähigkeit aufweist. Hierdurch wird vermieden, dass es dann, wenn an die elektrisch leitende Schicht über den Leiter eine Spannung angelegt wird, im Bereich des Kontakts des elektrischen Leiters mit der elektrisch leitenden Schicht zu einer lokalen Temperaturüberhöhung kommt, welche die elektrisch leitende Schicht und/oder das Befestigungsmaterial beschädigen könnte. Insbesondere dann, wenn die elektrisch leitende Schicht als Heizschicht dient, können durch diese Maßnahme die Temperaturen im Bereich der Anbringung des elektrischen Leiters an der Heizschicht vergleichsweise niedrig gehalten werden, was die Lebensdauer der hergestellten Vorrichtung verlängert. Bei dem zweitgenannten Verfahren kann das Kontaktmaterial mit dem Befestigungsmaterial identisch sein.

Eine abgewandelte Ausführungsform sieht vor, dass das Flächenelement eine elektrisch leitende Schicht, vorzugsweise eine Heizschicht umfasst, und dass vor Schritt a auf die elektrisch leitende Schicht eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht, vorzugsweise thermisch gespritzt wird, und dass der Leiter ein Thermoelement ist. Durch die Isolierung wird ein Kurzschluss zwischen der elektrisch leitenden Schicht und dem Thermoelement vermieden. Durch die Befestigung des Thermoelements mittels thermischem Spritzen wird eine hoher Temperatur-Einsatzbereich (bis 600 Grad Celsius) ermöglicht. Durch die wegen der isolierenden Schicht zwar mittelbare, letztlich jedoch immer noch vergleichsweise direkte Platzierung des Thermoelements auf der elektrisch leitenden Schicht weist die Temperaturerfassung eine sehr gute Dynamik auf. Handelt es sich bei dem Flächenelement um eine Heizschicht, liegt fast keine Trägheit für die Regelung der Temperatur der Heizschicht vor.

Um sicherzustellen, dass das Befestigungs- bzw. Kontaktmaterial nur dort aufgespritzt wird, wo die Befestigung des Leiters tatsächlich erfolgen soll, wird vorgeschlagen, dass vor dem thermischen Spritzen des Befestigungs- bzw. des Kontaktmaterials ein nicht unmittelbar neben dem Befestigungsbereich bzw. dem Kontaktpunkt liegender Bereich des Flächenelements abgedeckt wird. Handelt es sich bei dem Flächenelement um ein Rohrelement, kann hierfür beispielsweise eine zweiteilige Rohrschelle verwendet werden, welche an ihren zueinander gewandten Rändern an jener Stelle, an der der elektrische Leiter auf das Flächenelement aufgebracht werden soll, eine entsprechende Aussparung aufweist.

Das erfindungsgemäßen Verfahren eignet sich besonders gut dann, wenn der Befestigungsbereich des elektrischen Leiters eine Litze eines elektrischen Kabels, einen Kabelschuh, eine Ader-Endhülse, eine Anschlussfahne eines Steckers oder Pins, oder einen Schweißpunkt eines Thermoelements umfasst.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das thermische Spritzverfahren Plasmaspritzen umfasst. Beim Plasmaspritzen können hohe Temperaturen erreicht werden, was die Verwendung hochtemperaturfester Befestigungsmaterialien gestattet. Daneben können aber auch noch andere thermischen Spritzverfahren verwendet werden.

Zum Schutz des Befestigungsbereichs des elektrischen Leiters und des aufgespritzten Befestigungsmaterials wird bei der oben als erstes genannten Verfahrensvariante ferner vorgeschlagen, dass nach dem Schritt b) eine elektrisch isolierende Schicht, welche vorzugsweise Keramik oder Kunststoff umfasst, auf den Befestigungsbereich und den mindestens den unmittelbar daneben liegenden Bereich des Flächenelements thermisch aufgespritzt wird.

Analog hierzu wird bei der oben als zweites genannten Verfahrensvariante vorgeschlagen, dass vor dem Schritt b) eine elektrisch isolierende Schicht, welche vorzugsweise Keramik oder Kunststoff umfasst, auf das Flächenelement und den Kontaktpunkt thermisch aufgespritzt wird, und dass ebenfalls vor dem Schritt b) die auf den Kontaktpunkt aufgespritzte isolierende Schicht wenigstens bereichsweise wieder entfernt, vorzugsweise abgeschliffen wird. Dies gestattet die Aufbringung der Isolier- und Schutzschicht, solange noch keine störenden Kabel vorhanden sind.

In Weiterbildung hierzu ist auch genannt, dass nach dem Schritt b) der Kontaktpunkt und der daran befestigte Befestigungsbereich mit einem elektrisch isolierenden Material versehen, vorzugsweise vergossen werden. Damit ist die Kontaktstelle ebenfalls vollständig isoliert und geschützt.

Konkret wird ferner vorgeschlagen, dass mindestens eine elektrisch isolierende Schicht Al₂O₃, das Flächenelement eine austenitische Nickelbasislegierung, der Befestigungsbereich des elektrischen Leiters reines Nickel, und/oder das Befestigungsmaterial Kupfer umfasst.

Die Erfindung betrifft auch ein Heißkanalelement, insbesondere für eine Kunststoff-Spritzeinrichtung, mit einem rohrförmigen Basisteil, einer auf das Basisteil thermisch aufgespritzten Heizschicht, und mindestens einem elektrischen Leiter.

Es wird vorgeschlagen, dass ein Befestigungsbereich des elektrischen Leiters wenigstens mittelbar an der Heizschicht dadurch befestigt ist, dass er und ein unmittelbar neben dem Befestigungsbereich liegender Bereich mit einem Befestigungsmaterial thermisch überspritzt sind.

Alternativ wird vorgeschlagen, dass es einen thermisch aufgespritzten Kontaktpunkt umfasst, der dicker ist als das Flächenelement und an den ein Befestigungsbereich des elektrischen Leiters angeschweißt ist.

Bei einem Heißkanalelement für eine Kunststoff-Spritzeinrichtung kommen die weiter oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits aufgeführten Vorteile besonders stark zur Geltung, denn insbesondere bei einer Kunststoff-Spritzeinrichtung steht für die Spritzdüsen üblicherweise nur wenig Platz zur Verfügung. Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für die Befestigung des elektrischen Leiters an der thermisch aufgespritzten Heizschicht nur wenig Platz erforderlich. Eine zusätzliche Isolierung aus Kunststoff oder Silikon wird nicht benötigt.

Ferner ist ein sehr hoher Temperatur-Einsatzbereich (bis 600 Grad Celsius) möglich, und auf Grund des thermischen Spritzens haftet der elektrische Leiter gut auf dem Flächenelement, was der Lebensdauer zu Gute kommt.

Dabei wird vorgeschlagen, dass der elektrische Leiter ein Anschlusselement für die Stromversorgung der Heizschicht umfasst, und dass dessen Befestigungsbereich mit der Heizschicht elektrisch verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Heißkanalelements wird ein sehr guter Wirkungsgrad erreicht, da auf Grund des thermischen Spritzens ein geringer Übergangswiderstand zwischen dem Anschlusselement und der elektrischen Heizschicht erzielt werden kann.

Ferner kann der elektrische Leiter ein Thermoelement umfassen, wobei zwischen Thermoelement und Heizschicht eine elektrisch isolierende Schicht vorhanden ist. Durch den zwar mittelbaren, letztlich aber doch vergleichsweise direkten Kontakt des Thermoelements mit der elektrischen Heizschicht wird von dem Thermoelement die Temperatur der Heizschicht sehr gut und mit hoher Dynamik erfasst, was die Einstellung einer gewünschten Temperatur der Heizschicht erleichtert.

Das Heißkanalelement kann ferner einen Zugentlastungsring umfassen, und der elektrische Leiter kann zwischen dem Zugentlastungselement und dem Flächenelement verklemmt sein. Dies entlastet die eigentliche Verbindungsstelle und erhöht so die Robustheit des Heißkanalelements.

Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines als Kunststoff-Spritzdüse ausgebildeten Heißkanalelements mit einer flächigen Heizschicht, die von zwei elektrischen Anschlussleitungen und einem Thermoelement kontaktiert wird;
2 den Bereich der Kunststoff-Spritzdüse von 1, in dem die Anschlussleitungen die Heizschicht kontaktieren;
3 einen Schnitt durch eine Kontaktstelle einer Anschlussleitung mit der Heizschicht von 2;
4 einen Schnitt durch die Kontaktstelle des Thermoelements mit der Heizschicht;
5 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Rohrschelle, welche bei der Herstellung der Kunststoff-Spritzdüse von 1 verwendet wird;
6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines Heißkanalelements, welches von zwei elektrischen Anschlussleitungen kontaktiert wird;
7 eine perspektivische Darstellung des Heißkanalelements von 6;
8 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Bereich des Heißkanalelements von 6;
9 eine teilweise geschnittene Seitenansicht längs der Linie IX-IX von 8; und
10 eine teilweise geschnittene Vorderansicht längs der Linie X-X von 8.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 trägt ein erstes Heißkanalelement insgesamt das Bezugszeichen 10. Bei ihm handelt es sich um eine Kunststoff-Spritzdüse mit einem zylindrischen Rohrabschnitt 12 und einem Düsenabschnitt 14. Auf den Rohrabschnitt 12 ist eine Heizschicht 16 thermisch aufgespritzt, deren axiale Ränder in 1 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet sind. Diese ist mäanderförmig ausgebildet, wobei der Einfachheit halber die einzelnen Mäander 17 der Heizschicht 16 nur in einem axial mittleren Bereich der Heizschicht 16 gezeigt sind. Da die Heizschicht 16 im Vergleich zu ihrer Breite sehr dünn ist, kann sie auch als Flächenelement bezeichnet werden.
Die Heizschicht 16 wird auf den Rohrabschnitt 12 dadurch aufgebracht, das auf eine isolierende Zwischenschicht 19 zunächst ein elektrisch leitendes Material flächig thermisch aufgespritzt wird. Die hieraus entstandene Materialschicht weist zunächst noch keine gewünschte Form bzw. Struktur auf. Erst danach wird die Materialschicht bereichsweise derart entfernt, beispielsweise mittels Laser, dass eine elektrisch leitende Widerstandsschicht entsteht, welche die gezeigte mäanderartige Form hat. Ein entsprechendes Verfahren ist in der DE 101 62 276 A1 des Anmelders beschrieben, auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
An den beiden Enden der mäanderförmigen Heizschicht 16 sind jeweils Kontaktflächen 18 und 20 ausgebildet. An diesen sind, wie weiter unten stärker im Detail erläutert werden wird, Anschlussleitungen 22 und 24 befestigt, die zur Stromversorgung der Heizschicht 16 dienen. Auf der Heizschicht 16 ist, wie ebenfalls weiter unten stärker im Detail erläutert werden wird, mittelbar auch ein Thermoelement 26 befestigt, welches zur Erfassung einer aktuellen Betriebstemperatur der Heizschicht 16 dient.
Die Herstellung des Kontakts zwischen der unteren Anschlussleitung 24 und der elektrischen Heizschicht 16 wird beispielhaft insbesondere unter Bezugnahme auf die 2 und 3 sowie 5 im Detail erläutert.
Zunächst wird am Ende der Anschlussleitung 24 eine Isolierung 30 (vorzugsweise aus Mineralfaser oder Glasseide) entfernt, wodurch Litzen 32 frei werden. Diese werden dann etwas aufgefächert und über eine möglichst große Länge an der Kontaktfläche 20 in Anlage gebracht (jene Bereiche der Litzen 32, die an der Kontaktfläche 20 wenigstens in etwa anliegen, bilden daher einen Befestigungsbereich 33).
Die Fixierung der Anschlussleitung 24 und der anliegenden Litzen 32 kann beispielsweise mittels der in 5 gezeigten Rohrschelle 34 erfolgen. Diese weist zwei Hälften 36 und 38 auf, die auf in 5 nicht näher dargestellte Art und weise miteinander verbunden werden können. Der Innendurchmesser der Rohrschelle 34 entspricht in etwa dem Außendurchmesser des Rohrabschnitts 12 des Heißkanalelements 10.
Die beiden Hälften 36 und 38 weisen jeweils an einem freien Längsrand 40 bzw. 42 eine halbkreisförmige Ausnehmung 44 bzw. 46 auf. Diese sind so dimensioniert, dass dann, wenn die Rohrschelle 34 auf den Rohrabschnitt 12 aufgesetzt ist, die durch die beiden Ausnehmungen 44 und 46 gebildete kreisförmige Ausnehmung gerade die Kontaktfläche 20 freilässt, ein restlicher Bereich 47 der Heizschicht 16 jedoch von der Rohrschelle 34 abgedeckt ist.
Die in 5 nach rechts hinten weisenden Bereiche der Längsränder 40 und 42 sind etwas nach radial außen ausgestellt. Hierdurch wird dann, wenn die beiden Hälften 36 und 38 der Rohrschelle 34 auf dem Rohrabschnitt 12 zusammengesetzt sind, ein Klemmabschnitt 48 gebildet, durch den die Anschlussleitung 24 und hierdurch auch die Befestigungsbereiche 33 der Litzen 32 während der Montage am Heißkanalelement 10 fixiert sind.
Wen die Befestigungsbereiche 33 der Litzen 32 an der Kontaktfläche 20 anliegen und die Anschlussleitung 24 durch die Rohrschelle 34 fixiert ist, wird ein Befestigungsmaterial 50 auf die Befestigungsbereiche 33 der Litzen 32 und den unmittelbar neben den Befestigungsbereichen liegenden Bereich der Kontaktfläche 20 thermisch aufgespritzt.
Bei dem Befestigungsmaterial 50 handelt es sich um ein Metallpulver, welches durch das thermische Spritzen geschmolzen und auf die Befestigungsbereiche 33 der Litzen 32 und die Kontaktfläche 20 aufgespritzt wird. Es weist eine höhere, vorzugsweise eine ungefähr 10 mal bessere elektrische Leitfähigkeit als das Material der Heizschicht 16 auf.
Nach dem Erstarren des Befestigungsmaterials 50 sind die Befestigungsbereiche 33 der Litzen 32 vom Befestigungsmaterial 50 umschlossen. Hierdurch sind sie in innigem Kontakt mit der Kontaktfläche 20 an dieser befestigt. Beim thermischen Spritzen können darüber hinaus ggf. die einander zugewandten Oberflächen der Litzen 32 und der Kontaktfläche 20 leicht angeschmolzen werden, was zu einer zusätzlichen Verankerung der Befestigungsabschnitte 33 der Litzen 32 an der Kontaktfläche 20 sorgt.
Nach der Befestigung der Anschlussleitung 24 an der Kontaktfläche 20 der Heizschicht 16 wird die Rohrschelle 34 entfernt. Dann wird auf das Befestigungsmaterial 50 und die Heizschicht 16 eine Schicht 52 aus einem isolierenden Material thermisch aufgespritzt. Durch diese werden die Heizschicht 16 sowie der Bereich, in dem die Anschlussleitung 24 an der Kontaktfläche 20 der Heizschicht 16 befestigt ist, abgedeckt und geschützt. Außerdem wird eine Fehlfunktion der Heizschicht 16 beispielsweise durch einen Kurzschluss vermieden.
Zur Erfassung der Temperatur der Heizschicht 16 ist, wie eingangs erwähnt wurde, das Thermoelement 26 vorgesehen. Die Vorgehensweise zu seiner Befestigung entspricht der Vorgehensweise zur Befestigung der Anschlussleitung 24 an der Kontaktfläche 20 der Heizschicht 16, die oben im Detail erläutert wurde. Der Befestigungsbereich 33 wird durch den Schweißpunkt des Thermoelements 26 und einen sich daran unmittelbar anschließenden kurzen Abschnitt der beiden Elementdrähte gebildet.
Wie aus 4 hervorgeht, ist das Thermoelement 26 jedoch nicht in unmittelbarem Kontakt mit der Heizschicht 16, da das Thermoelement 26 prinzipbedingt aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist, was bei einem direkten Kontakt zu einem Kurzschluss mit der Heizschicht 16 führen könnte. Um einen solchen Kurzschluss vermeiden, wird das Thermoelement 26 erst nach der Herstellung der isolierende Schicht 52 befestigt. Als Befestigungsmaterial (Bezugszeichen 54 in 4) kann auch ein nicht-metallisches Material, gegebenenfalls das gleiche Material, aus dem die isolierende Schicht 52 hergestellt ist, verwendet werden. Als Material für das Thermoelement 26 wird vorzugsweise Eisen-Konstantan oder Nickel-Chrom-Nickel verwendet.
In den 6 bis 10 ist eine zweite Ausführungsform eines Heißkanalelements 10 gezeigt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, die äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert. Ferner wird darauf hingewiesen, dass zur Vereinfachung der Darstellung in den 6 bis 10 die Heizschicht nicht im Detail gezeigt ist.
Bei dem in den 6 bis 10 gezeigten Heißkanalelement 10 sind die beiden Anschlussleitungen 22 und 24 auf eine andere Art und Weise an der Heizschicht 16 befestigt als bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel: Zunächst wird auf die Heizschicht 16 ein in den Figuren nicht gezeigtes Abdeckelement aufgelegt, welches zwei in etwa kreisrunde bis ovale Aussparungen aufweist, die im Bereich der beiden Kontaktflächen (in den 6 bis 10 nicht im Detail gezeigt) der Heizschicht 16 angeordnet sind.
Anschließend wird ein elektrisch leitendes Kontaktmaterial auf die Kontaktflächen der Heizschicht 16 thermisch aufgespritzt, wodurch sich dort zwei ca. 0,5 mm dicke Kontaktpunkte 56a und 56b ergeben. Nun wird auf die Heizschicht 16 und die beiden Kontaktpunkte 56a und 56b eine Schicht 52 aus einem isolierenden Material aufgespritzt, welche jedoch aus Darstellungsgründen nur in 9 gezeigt ist. Im Bereich der Kontaktpunkte 56a und 56b wird die Schicht 52 danach wieder abgeschliffen.
Die Befestigungsbereiche 33 der beiden Anschlussleitungen 22 und 24 sind als Kabelschuhe 57a und 57b ausgeführt. Sie werden durch eine Punktschweißung 58a bzw. 58b mit einem Kontaktpunkt 56a bzw. 56b verschweißt. Hierzu kann ein herkömmliches Schweißverfahren zum Einsatz kommen, bei dem ein separates Befestigungsmaterial verwendet wird, oder die Verschweißung kann mittels Ultraschallschweißen erfolgen. Dabei werden die beiden Anschlussleitungen 22 und 24 von einem Klemmring 60 gehalten, der in der Art einer Schelle um das Heißkanalelement 10 herum angeordnet ist. Das dem jeweiligen Kabelschuh 33 benachbarte Ende der Anschlussleitung 22 bis 24 ist zwischen dem Klemmring 60 und dem Heißkanalelement 10 verklemmt. Nach der Verschweißung der Kabelschuhe 57a und 57b mit den Kontaktpunkten 56a und 56b werden die Kabelschuhe 57a und 57b und deren Umgebung mit einem elektrisch isolierenden Material 62 vergossen.

Claims

Verfahren zum Befestigen eines elektrischer Leiters (22, 24; 26) an einem Flächenelement (15), dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: a. Zunächst wird ein Befestigungsbereich (33) des Leiters (24; 26) wenigstens mittelbar am Flächenelement (16) in Anlage gebracht; b. dann wird der am Flächenelement (16) anliegende Befestigungsbereich (33) des Leiters (24; 26) und ein unmittelbar neben dem Befestigungsbereich (33) liegender Bereich des Flächenelements (16) mit einem Befestigungsmaterial (50; 54) thermisch überspritzt.
Verfahren zum Befestigen eines elektrischen Leiters (22, 24) an einem Flächenelement (16), dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: a. Auf einen Bereich des Flächenelements (16) wird ein Kontaktmaterial thermisch aufgespritzt und so ein Kontaktpunkt (56) hergestellt; b. ein Befestigungsbereich (33) des Leiters (24, 26) wird an den Kontaktpunkt (56) angeschweißt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (33) an den Kontaktpunkt (56) mittels Ultraschall angeschweißt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement eine elektrisch leitende Schicht, vorzugsweise eine Heizschicht (16) oder eine Kühlschicht, umfasst, und dass der Befestigungsbereich (33) des elektrischen Leiters (24) mit der elektrisch leitenden Schicht (16) elektrisch leitend verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungs- bzw. Kontaktmaterial (50; 58), welches thermisch gespritzt bzw. geschweißt wird, gegenüber der elektrisch leitenden Schicht (16) eine höhere, vorzugsweise mindestens ungefähr fünffache, stärker bevorzugt mindestens ungefähr zehnfache elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement eine elektrisch leitende Schicht, vorzugsweise eine Heizschicht (16) umfasst, und dass vor Schritt a auf die elektrisch leitende Schicht (16) eine elektrisch isolierende Schicht (52) aufgebracht, vorzugsweise thermisch gespritzt wird, und dass der Leiter ein Thermoelement (26) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem thermischen Spritzen des Befestigungs- bzw. des Kontaktmaterials ein nicht unmittelbar neben dem Befestigungsbereich (33) bzw. dem Kontaktpunkt (56) liegender Bereich (47) des Flächenelements (16) abgedeckt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (33) des elektrischen Leiters (24; 26) eine Litze (32) eines elektrischen Kabels (24), einen Kabelschuh (57), eine Ader-Endhülse, eine Anschlussfahne eines Steckers oder Pins, oder einen Schweißpunkt eines Thermoelements (26) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Spritzverfahren Plasmaspritzen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt b) eine elektrisch isolierende Schicht (52), welche vorzugsweise Keramik oder Kunststoff umfasst, auf den Befestigungsbereich (33) und mindestens den unmittelbar daneben liegenden Bereich des Flächenelements (16) thermisch aufgespritzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt b) eine elektrisch isolierende Schicht (52), welche vorzugsweise Keramik oder Kunststoff umfasst, auf das Flächenelement (16) und den Kontaktpunkt (56) thermisch aufgespritzt wird, und dass ebenfalls vor dem Schritt b) die auf den Kontaktpunkt (56) aufgespritzte isolierende Schicht (52) wenigstens bereichsweise wieder entfernt, vorzugsweise abgeschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt b) der Kontaktpunkt (56) und der daran befestigte Befestigungsbereich (33) mit einem elektrisch isolierenden Material (62) versehen, vorzugsweise vergossen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (19, 52) Al₂O₃, das Flächenelement (16) eine austenitische Nickelbasislegierung, der Befestigungsbereich (33) des elektrischen Leiters (24) reines Nickel, und/oder das Befestigungsmaterial (50) Kupfer umfasst.
Heißkanalelement (10), insbesondere für eine Kunststoff-Spritzeinrichtung, mit einem rohrförmigen Basisteil (12), einer auf das Basisteil (12) thermisch aufgespritzten Heizschicht (16), und mindestens einem elektrischen Leiter (22, 24; 26), dadurch gekennzeichnet, dass ein Befestigungsbereich (33) des elektrischen Leiters (24; 26) wenigstens mittelbar an der Heizschicht (16) dadurch befestigt ist, dass er und ein unmittelbar neben dem Befestigungsbereich (33) liegender Bereich mit einem Befestigungsmaterial (50; 54) thermisch überspritzt sind.
Heißkanalelement (10), insbesondere für eine Kunststoff-Spritzeinrichtung, mit einem rohrförmigen Basisteil (12), einer auf das Basisteil (12) thermisch aufgespritzten Heizschicht (16), und mindestens einem elektrischen Leiter (22, 24), dadurch gekennzeichnet, dass es einen thermisch aufgespritzten Kontaktpunkt (56) umfasst, der dicker ist als das Flächenelement (16) und an den ein Befestigungsbereich (33) des elektrischen Leiters (24, 26) angeschweißt ist.
Heißkanalelement (10) nach Anspruch einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter ein Anschlusselement (22, 24) zur Stromversorgung der Heizschicht (16) umfasst und dass dessen Befestigungsbereich (33) mit der Heizschicht (16) elektrisch verbunden ist.
Heißkanalelement (10) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter ein Thermoelement (26) umfasst und zwischen Thermoelement (26) und Heizschicht (16) eine elektrisch isolierende Schicht (52) vorhanden ist.
Heißkanalelement (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Zugentlastungsring (60) umfasst, und dass der elektrische Leiter (22, 24) zwischen dem Zugentlastungselement (60) und dem Flächenelement (16) verklemmt ist.