DE19702309A1

DE19702309A1 - Keramische Heizeinrichtung, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19702309A1
Application number: DE1997102309
Authority: DE
Inventors: Kurt Schmid; Claudio De La Prieta; Albrecht Geissinger; Gert Lindemann; Uwe Glanz; Stefan Kuschel; Ralf Dr Haug; Manfred Moser; Elisabeth Stark; Annette Seibold; Carmen Schmiedel; Reiner Dr Schuetz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-07-30

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine keramische Heizeinrich tung mit zumindest einem keramischen Träger, dem ein Heizelement zugeordnet ist, das einen Heizlei ter und eine Heizleiterzone umfaßt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel lung einer keramischen Heizeinrichtung und deren Verwendung.

Aus der Druckschrift DE 1 95 47 373 A1 ist eine ke ramische Heizeinrichtung bekannt, bei der das Heiz element aus einer Folie ausgestanzt und auf einen keramischen Träger aufgebracht wird. Zur Erzeugung eines hochohmigen Strompfads in der Heizleiterzone wird diese entsprechend strukturiert, um eine Quer schnittsveränderung, insbesondere eine Veränderung der Dicke dieser Heizleiterzone zu erreichen. Die ser Verfahrensschritt ist bei dieser Art der Her stellung notwendig, da die Dicke der Heizleiterzone zunächst durch die Dicke der Folie vorgegeben ist. Darüber hinaus ist die Breite der Heizleiterzone zur Erhöhung des Widerstands auch nicht beliebig reduzierbar.

Vorteile der Erfindung

Die Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie kostengün stig herstellbar ist und eine sehr variable Ausbil dung des Heizleiters und der Heizleiterzone zuläßt. Dies wird dadurch erreicht, daß in die Oberfläche des Trägers eine Struktur eingebracht wird, in die mit einfachen Mitteln eine die Leiterbahnen ausbil dende Leiterbahnpaste eingefüllt wird. Durch die Möglichkeit, unterschiedliche Tiefen einsetzen zu können, lassen sich die Leiterbahnquerschnitte und damit deren Widerstand sehr einfach einstellen. Ne ben der Variation der Leiterbahnbreite zur Verände rung des Widerstands, wie dies im Stand der Technik angegeben ist, läßt sich mit der vorliegenden Er findung also ein weiterer Parameter, nämlich die Leiterbahndicke, auf sehr einfache Art und Weise einstellen. Die Heizleiter und deren Zuleitungen können in dieser Weise besonders niederohmig ausge bildet werden, indem beispielsweise die Tiefe der im Träger vorgesehenen Vertiefungen für den Heiz leiter im Verhältnis zu dessen Breite relativ groß gewählt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So ist es be sonders vorteilhaft, die Vertiefungen durch Prägen einzubringen, das dieses Verfahren besonders ein fach handzuhaben ist. Selbstverständlich lassen sich die Strukturen im Träger auch durch andere be kannte Verfahren, beispielsweise durch Ätzen ein bringen.

Ebenfalls vorteilhaft ist es, die Leiterbahnpaste im einfach auszuführenden Siebdruckverfahren aufzu bringen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbei spiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine perspektivische Ansicht einer Heizeinrichtung in Explosionsdarstel lung und ein Heizelement in Draufsicht.

Ausführungsbeispiel

Eine Heizeinrichtung 1 umfaßt eine erste keramische Trägerfolie 3 und eine zweite keramische Trägerfo lie 5. Sie bestehen aus einem elektrisch isolieren den keramischen Material, beispielsweise Si₃N₄, AlN oder Al₂O₃. In die erste keramische Trägerfolie 3 ist eine U-förmige Vertiefung 7 eingebracht, die sich aus drei Vertiefungsabschnitten 7.1, 7.2 und 7.3 zusammensetzt. Die beiden parallel zueinander verlaufenden länglichen Vertiefungen 7.1 und 7.3 erstrecken sich bis in einen Randbereich der Trä gerfolie und haben eine Tiefe, die die Tiefe des U-förmigen Vertiefungsabschnitts 7.2 übersteigen. Darüber hinaus ist die mit B gekennzeichnete Breite der beiden Vertiefungsabschnitte 7.1 und 7.2 größer als die Breite des Vertiefungsabschnitts 7.2.

Die für die Vertiefung 7 gewählte Form entspricht der Form eines Heizelements 9. Das Heizelement 9 weist, wie in der Draufsicht D zu erkennen, einen U-förmigen Heizleiter 11 auf, an den sich Zuleitun gen 13 und 15 anschließen. Innerhalb des Heizlei ters 11 ist eine Heizleiterzone 17 ausgebildet, die aufgrund ihres geringen Querschnitts und dem damit verbundenen hohen Widerstand bei Stromdurchfluß die gewünschte Wärme erzeugt.

Die Herstellung der Heizeinrichtung 1 erfolgt in folgenden Schritten:
In die keramische Trägerfolie 3 werden die Vertie fungsabschnitte 7.1 bis 7.3 beispielsweise durch Prägen eingebracht. Während die Prägetiefe der bei den Vertiefungsabschnitte 7.1 und 7.3 in Längsrich tung vorzugsweise konstant ist, weist der Vertie fungsabschnitt 7.2 einen mittleren Abschnitt 19 mit sehr geringer Tiefe und Breite auf. Die eingeprägte Vertiefung 7 soll die Negativform des gewünschten Heizelements 9 darstellen. Das Heizelement 9 wird in einem nachfolgenden Schritt dadurch ausgebildet, daß eine leitfähige Leiterbahnpaste beispielsweise im Siebdruckverfahren in die Vertiefungen 7.1 bis 7.3 eingebracht wird. Die Vertiefungen werden dabei soweit aufgefüllt, daß die Leiterbahnpaste mit der Trägerfolienoberfläche eine Ebene bildet.

Somit bilden sich die beiden Zuleitungen 13, 15 in den Vertiefungen 7.1 und 7.3 aus und der Heizleiter 11 in der Vertiefung 7.2. Die Heizleiterzone 17 be findet sich im mittleren Abschnitt 19, der eine entsprechend geringere Tiefe und geringere Breite gegenüber dem übrigen Heizleiter aufweist.

Nachdem die Leiterbahnpaste in die Vertiefungen eingebracht ist, werden die beiden keramischen Trä gerfolien 3, 5 mit dem in der ersten Trägerfolie eingebetteten Heizelement 9 unter Druck zusammenla miniert. Der zusammenlaminierte Körper wird an schließend in einem CO-Sinterverfahren bei bei spielsweise 1850° unter Stickstoff beziehungsweise mit einem Formiergas gesintert.

Mit dem vorgenannten Verfahren läßt sich somit in sehr einfacher Weise eine Heizeinrichtung schaffen, in der die Zuleitungen sehr niederohmig und die Heizleiterzone 17 durch einfache Variation des Tie fen-Breiten-Verhältnisses der Vertiefung im Ab schnitt 19 sehr hochohmig einstellbar ist.

Die vorgenannte Heizeinrichtung 1 ist beispiels weise geeignet für den Einsatz als Glühkerze und Glühvorsatz oder Glühkörper, welche als Starthilfen das Anlassen von Dieselmotoren erleichtern. Selbst verständlich läßt sich die Heizeinrichtung auch mit anderen Bauelementen kombinieren, die auf eine be stimmte Temperatur aufgeheizt werden müssen.

Claims

1. Keramische Heizeinrichtung mit zumindest einem keramischen Träger (3), dem ein Heizelement (9) zu geordnet ist, das einen Heizleiter (11) und eine Heizleiterzone (17) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Träger (3) Vertiefungen (7) zur Aufnahme einer Leiterbahnpaste aufweist, die das Heizelement ausbildet.

2. Keramische Heizeinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß das Heizelement zwei Zu leitungen (13, 15) umfaßt, die jeweils ein Ende des Heizleiters (11) kontaktieren.

3. Keramische Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer kerami scher Träger (5) vorgesehen ist, der auf die die Vertiefungen (7) aufweisende Seite des ersten Trä gers (3) aufgebracht ist.

4. Keramische Heizeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (7.1 bis 7.3) unterschiedliche Tiefen und/oder Breiten aufweisen.

5. Keramische Heizeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (7) einen Abschnitt (19) aufweist, der ein geringes Breiten/Tiefen-Verhältnis besitzt und der Heizleiterzone (17) zugeordnet ist.

6. Keramische Heizeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (7) U-förmig ausgebildet ist und zwei Vertiefungsabschnitte (7.1; 7.3) aufweist, die den Zuleitungen (13, 15) des Heizelements (9) zuge ordnet sind.

7. Keramische Heizeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (7) durch Prägen eingebracht ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer keramischen Heizeinrichtung (1) mit zumindest einem keramischen Träger (3), dem ein Heizelement (9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Heizelement (9) entsprechende Struktur in den Träger (3) einge bracht wird, und daß in diese Struktur eine Leiter bahnpaste eingebracht wird, um das Heizelement (9) auszubilden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Struktur in den Träger (3) eingeprägt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Struktur unterschiedliche Tiefen aufweist, so daß Leiterbahnen unterschiedli cher Dicke ausgebildet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnpaste im Sieb druckverfahren in die Struktur eingebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf den keramischen Träger (3) ein weiterer Träger (5) auflaminiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einheit aus den beiden Trägern (3, 5) und dem Heizelement (9) gesintert wird.

14. Verwendung einer Heizeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, als Glühkerze, Glühfortsatz oder Glühkörper, welche zum Einsatz als Starthilfevorrichtung in Verbrennungsmotoren geeignet sind.