DE102019202063A1 - Wick heater unit for an inhaler - Google Patents

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Lasse Cornils
Michael Kleine Wächter
Niklas Romming
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Hauni Maschinenbau GmbH
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Abstract

Docht-Heizer-Einheit (6) für einen Inhalator, vorzugsweise für ein elektronisches Zigarettenprodukt, wobei der Heizer (18) wenigstens aus einer dotierten Siliziumschicht besteht, die kapillar auf eine Flüssigkeit wirkende Durchgangskanäle (14) aufweist und an einer Austrittsseite des flüssigkeitsleitenden Dochtes (9) angeordnet ist, wobei der Docht (9) aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes (9) derart verschweißt ist, dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchgangsskanäle (14) der Siliziumschicht nicht beeinträchtigt ist.Wick heater unit (6) for an inhaler, preferably for an electronic cigarette product, wherein the heater (18) consists of at least one doped silicon layer which has through channels (14) that act in a capillary manner on a liquid and which are located on an exit side of the liquid-conducting wick ( 9), wherein the wick (9) is made of a porous glass material, and that the silicon layer is welded by laser welding to the exit side of the wick (9) in such a way that the fluid conductivity of the through-channels (14) of the silicon layer is not impaired.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Docht-Heizer-Einheit für einen Inhalator mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Docht-Heizer-Einheit für einen Inhalator mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 5.The present invention relates to a wick heater unit for an inhaler with the features of the preamble of claim 1 and a method for producing a wick heater unit for an inhaler with the features of the preamble of claim 5.

Herkömmliche Inhalatoren, wie z.B. elektronische Zigarettenprodukte umfassen auswechselbare Verbrauchseinheiten mit einem Flüssigkeitsspeicher und einer Docht-Heizer-Einheit mit einem Docht und einem Heizer, vorzugsweise einem Widerstandsheizer. In dem Flüssigkeitsspeicher ist eine Flüssigkeit bevorratet, welche dem Heizer durch den Docht aus dem Flüssigkeitsspeicher zugeführt wird. Der Docht und der Heizer bilden zusammen die Docht-Heizer-Einheit, in welcher die Flüssigkeit durch die in dem Docht wirkenden Kapillarkräfte aus dem Flüssigkeitsspeicher so weit transportiert wird, bis sie in dem Heizer erhitzt und somit verdampft wird. Der Docht dient damit als flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsspeicher und dem Heizer.Conventional inhalers, e.g. Electronic cigarette products include exchangeable consumption units with a liquid reservoir and a wick heater unit with a wick and a heater, preferably a resistance heater. A liquid is stored in the liquid reservoir and is fed to the heater from the liquid reservoir through the wick. The wick and the heater together form the wick-heater unit in which the liquid is transported out of the liquid reservoir by the capillary forces acting in the wick until it is heated in the heater and thus evaporated. The wick thus serves as a fluid-conducting connection between the fluid reservoir and the heater.

Ein gattungsgemäßer Flüssigkeitsspeicher ist beispielsweise in der zum Zeitpunkt der Anmeldung noch nicht offengelegten Patentanmeldung DE 10 2018 206 647.7 der Anmelderin beschrieben.A generic liquid reservoir is for example in the patent application not yet disclosed at the time of the application DE 10 2018 206 647.7 described by the applicant.

Der Docht besteht aus porösem und/oder kapillarem Material, das aufgrund von Kapillarkräften in der Lage ist, von dem Heizer verdampfte Flüssigkeit in ausreichender Menge von dem Flüssigkeitsspeicher zu dem Heizer passiv nachzufördern, um ein Leerlaufen der Durchgangsöffnungen und sich daraus ergebende Probleme zu verhindern.The wick consists of porous and / or capillary material which, due to capillary forces, is able to passively replenish liquid evaporated by the heater in sufficient quantities from the liquid reservoir to the heater in order to prevent the through openings from running empty and the problems resulting therefrom.

Der Docht besteht vorteilhaft aus einem elektrisch nichtleitenden Material, um eine unerwünschte Erwärmung von Flüssigkeit in der Dochtstruktur durch Stromfluss zu vermeiden. Der Docht weist vorteilhaft eine geringe thermische Leitfähigkeit auf. Das Speichervolumen des Dochtes liegt im Bereich zwischen 1 mm 3 und 10 mm 3, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 mm 3 und 8 mm 3, noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 3 mm 3 und 7 mm 3 und beträgt beispielsweise 5 mm 3.The wick is advantageously made of an electrically non-conductive material in order to avoid undesired heating of liquid in the wick structure by the flow of current. The wick advantageously has a low thermal conductivity. The storage volume of the wick is in the range between 1 mm 3 and 10 mm 3 , more preferably in the range between 2 mm 3 and 8 mm 3 , even more preferably in the range between 3 mm 3 and 7 mm 3 and is, for example, 5 mm 3 .

Eine besonders gut regelbare und damit vorteilhafte einfache Verwirklichung des Heizers, ist die Anordnung einer elektrisch leitfähigen dotierten Siliziumschicht an einer Austrittsfläche des Dochtes, durch welche die angesaugte Flüssigkeit hindurchtritt und dabei durch eine Erhitzung verdampft. Die elektrisch leitfähige Siliziumschicht ist selbst z.B. durch Durchgangskanäle für die zu verdampfende Flüssigkeit durchlässig und bildet bei einer Bestromung eine flächige Widerstandheizung für die zu verdampfende Flüssigkeit. Eine derartige Anordnung zeigt z.B. die DE 10 2016 120 803 A1 .A particularly well controllable and thus advantageous simple realization of the heater is the arrangement of an electrically conductive doped silicon layer on an exit surface of the wick, through which the sucked-in liquid passes and is evaporated by heating. The electrically conductive silicon layer is itself permeable for the liquid to be evaporated, for example through passage channels, and, when energized, forms a flat resistance heater for the liquid to be evaporated. Such an arrangement shows, for example DE 10 2016 120 803 A1 .

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Docht-Heizer-Einheit für einen Inhalator, vorzugsweise ein elektronisches Zigarettenprodukt bereitzustellen, welche unter Berücksichtigung der hohen Anforderungen an die Verbindung und Flüssigkeitsdurchlässigkeit kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar sein soll. Ferner ist es Aufgabe, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer derartigen Docht-Heizer-Einheit zu liefern.Against this background, the invention is based on the object of providing a wick heater unit for an inhaler, preferably an electronic cigarette product, which, taking into account the high demands on the connection and liquid permeability, should be able to be manufactured inexpensively in large numbers. A further object is to provide a cost-effective method for manufacturing such a wick heater unit.

Erfindungsgemäß werden zur Lösung der Aufgaben eine Docht-Heizer-Einheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 5 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.According to the invention, a wick heater unit with the features of claim 1 and a method with the features of claim 5 are proposed to achieve the objects. Further preferred developments can be found in the dependent claims, the figures and the associated description.

Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird eine Docht-Heizer-Einheit vorgeschlagen, bei welcher der Docht aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes derart verschweißt ist, dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchtrittskanäle der Siliziumschicht nicht beeinträchtigt ist.According to the basic idea of the invention, a wick heater unit is proposed in which the wick is made of a porous glass material, and that the silicon layer is welded to the exit side of the wick by laser welding in such a way that the fluid conductivity of the passage channels of the silicon layer is not impaired .

Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von porösem Glas für die Dochtstruktur von besonderem Vorteil ist, da das poröse Glas bereits in großen Stückzahlen in der gewünschten Größe und Form z.B. in einem Sinterverfahren hergestellt werden kann, ohne dass es einer weiteren Nachbearbeitung bedarf. Ferner hat sich Laserschweißen als eine besonders kostengünstig, in einer Großserie herzustellende Verbindung der Docht-Heizer-Einheit herausgestellt, indem die Siliziumschicht durch den Laser gezielt an der Grenzschicht zu dem aus porösen Glas gebildeten Docht angeschmolzen und so die stoffschlüssige Verbindung mit dem Docht hergestellt wird. Dabei kann das Laserverschweißen sowohl durch die Siliziumschicht als auch durch den Docht hindurch erfolgen, wobei das Verschweißen durch den Docht den Vorteil hat, dass der Laser die Siliziumschicht nicht durchdringt und damit nur bevorzugt in der an den Docht angrenzenden Randzone anschmilzt. Eine Verschweißung durch die Siliziumschicht hindurch kann aber auch von Vorteil sein, da die Siliziumschicht dünner ist, was wiederum für die Auslegung und die Genauigkeit der Laserverschweißung günstiger ist.It has been found that the use of porous glass for the wick structure is particularly advantageous, since the porous glass is already available in large numbers in the desired size and shape, e.g. can be produced in a sintering process without the need for further post-processing. Furthermore, laser welding has proven to be a particularly cost-effective connection of the wick-heater unit that can be produced in large series, in that the silicon layer is specifically melted by the laser at the boundary layer to the wick made of porous glass and thus the material connection with the wick is established . The laser welding can take place through the silicon layer as well as through the wick, the welding through the wick having the advantage that the laser does not penetrate the silicon layer and therefore only fuses preferably in the edge zone adjacent to the wick. Welding through the silicon layer can also be advantageous, however, since the silicon layer is thinner, which in turn is more favorable for the design and the accuracy of the laser welding.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Siliziumschicht durch eine Poly-Siliziumschicht gebildet ist, welche sich hinsichtlich der über die Laserverschweißung herzustellenden Verbindung als besonders günstig erwiesen hat.It is also proposed that the silicon layer is formed by a polysilicon layer, which extends over the Laser welding has proven to be particularly advantageous connection.

Weiter wird vorgeschlagen, dass eine Siliziumschicht des Heizers undotiert ist, und die dotierte Siliziumschicht zwischen der undotierten Siliziumschicht und dem Docht als eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht vorgesehen ist.It is further proposed that a silicon layer of the heater is undoped, and the doped silicon layer is provided between the undoped silicon layer and the wick as an electrically conductive intermediate layer.

Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Flüssigkeit bewusst in einer Schicht zwischen dem Docht und der Siliziumschicht erhitzt und verdampft wird. Die undotierte Siliziumschicht wird aufgrund ihrer Nichtdotierung durch die Bestromung nicht mehr aktiv beheizt, sondern nur noch indirekt durch ihre wärmeleitenden Eigenschaften über die elektrisch leitfähige Zwischenschritt. Die undotierte Siliziumschicht dient dann der weiteren Verdampfung der Flüssigkeit bzw. dem Abtransport der in der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht verdampften Flüssigkeit. Die Verdampfungszone ist praktisch in das Innere der Docht-Heizer-Einheit hinein verlegt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Docht-Heizer-Einheit ist darin zu sehen, dass der Docht, die dotierte Siliziumschicht und die undotierte Siliziumschicht sehr einfach durch eine Laserbearbeitung miteinander verbunden werden können. Dies liegt daran, dass der Laser durch die undotierte Siliziumschicht hindurchtreten kann und aufgrund der fehlenden Dotierung der Siliziumschicht beim Durchtritt energetisch nicht abgeschwächt wird. Die Energie des Lasers wird dann erst in der dotierten Siliziumschicht in Wärmeenergie umgewandelt. Diese Wärmeenergie führt dann zu einem Anschmelzen der dotierten Siliziumschicht und dadurch zu einer stoffschlüssigen Verbindung der dotierten Siliziumschicht mit dem Docht und/oder der undotierten Siliziumschicht. Ein solcher Verbindungsprozess wird auch als Bonden bezeichnet. Ein weiterer Vorteil, der sich daraus ergibt, ist darin zu sehen, dass die undotierte Siliziumschicht aufgrund ihrer fehlenden Dotierung durch den Laser bewusst nicht aktiv erhitzt wird, so dass ein Zuschmelzen der Durchgangskanäle in der undotierten Siliziumschicht verhindert werden kann. Durch eine entsprechende Einstellung der Energie des Lasers kann ferner sichergestellt werden, dass die dotierte Siliziumschicht lediglich geringfügig angeschmolzen wird, ohne dass die darin vorgesehenen Durchgangskanäle zugeschmolzen werden.The advantage of the proposed solution can be seen in the fact that the liquid is deliberately heated and evaporated in a layer between the wick and the silicon layer. Due to its non-doping, the undoped silicon layer is no longer actively heated by the current flow, but only indirectly through its heat-conducting properties via the electrically conductive intermediate step. The undoped silicon layer is then used to further vaporize the liquid or to transport away the liquid vaporized in the electrically conductive intermediate layer. The evaporation zone is practically relocated into the interior of the wick-heater unit. A further advantage of the wick heater unit proposed according to the invention is to be seen in the fact that the wick, the doped silicon layer and the undoped silicon layer can be connected to one another very easily by laser machining. This is because the laser can pass through the undoped silicon layer and, due to the lack of doping of the silicon layer, is not attenuated in terms of energy when it passes through. The energy of the laser is then only converted into thermal energy in the doped silicon layer. This thermal energy then leads to a melting of the doped silicon layer and thus to a material bond between the doped silicon layer and the wick and / or the undoped silicon layer. Such a connection process is also known as bonding. Another advantage that results from this is that the undoped silicon layer is deliberately not actively heated by the laser due to its lack of doping, so that the through-channels in the undoped silicon layer can be prevented from melting. By setting the energy of the laser accordingly, it can also be ensured that the doped silicon layer is only slightly melted on without the through channels provided therein being melted shut.

Damit wird die erfindungsgemäß vorgesehene dotierte Siliziumschicht nicht nur zur Erzeugung der nötigen Wärme zur Verdampfung der Flüssigkeit genutzt, sondern zusätzlich auch zur Erzeugung der Wärme für den Bond-Prozess und damit zur Verbindung der dotierten Siliziumschicht mit der undotierten Siliziumschicht und/oder dem Docht.The doped silicon layer provided according to the invention is not only used to generate the heat required to evaporate the liquid, but also to generate the heat for the bonding process and thus to connect the doped silicon layer to the undoped silicon layer and / or the wick.

Ferner kann die dotierte Siliziumschicht durch eine Beschichtung des Dochtes und/oder der undotierten Siliziumschicht gebildet sein.Furthermore, the doped silicon layer can be formed by coating the wick and / or the undoped silicon layer.

Die dotierte Siliziumschicht bildet bevorzugt die mit der undotierten Siliziumschicht verbundene Oberfläche des Dochtes und/oder die mit dem Docht verbundene Oberfläche der undotierten Siliziumschicht, so dass die elektrisch leitfähige Zwischenschicht durch das Verbinden der undotierten Siliziumschicht mit dem Docht zwischen dem Docht und der undotierten Siliziumschicht angeordnet ist.The doped silicon layer preferably forms the surface of the wick connected to the undoped silicon layer and / or the surface of the undoped silicon layer connected to the wick, so that the electrically conductive intermediate layer is arranged between the wick and the undoped silicon layer by connecting the undoped silicon layer to the wick is.

Die elektrisch leitfähige Zwischenschicht ist bevorzugt flüssigkeitsdurchlässig, so dass die Flüssigkeit beim Verdampfen durch die elektrisch leitfähige Zwischenschicht hindurchtreten kann.The electrically conductive intermediate layer is preferably liquid-permeable, so that the liquid can pass through the electrically conductive intermediate layer when it evaporates.

Ferner wird eine Verfahren zur Herstellung einer Docht-Heizer-Einheit für einen Inhalator, vorzugsweise ein elektronischen Zigarettenprodukt vorgeschlagen, bei dem der Docht erfindungsgemäß aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes verschweißt wird, ohne dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchgangskanäle der Siliziumschicht beeinträchtigt wird. Die Laserschweißverbindung ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der Docht-Heizer-Einheit in einer Großserienfertigung, wobei die durch den Laser eingebrachte Energie gezielt so eingestellt werden kann, dass die Durchgangskanäle in der Siliziumschicht dabei nicht zuschmelzen.Furthermore, a method for producing a wick heater unit for an inhaler, preferably an electronic cigarette product, is proposed, in which the wick is manufactured according to the invention from a porous glass material, and the silicon layer is welded to the exit side of the wick by laser welding without the Liquid conductivity of the through channels of the silicon layer is impaired. The laser welded connection enables the wick heater unit to be manufactured in a particularly cost-effective manner in large-scale production, with the energy introduced by the laser being able to be set in a targeted manner so that the passage channels in the silicon layer do not melt.

Weiter wird vorgeschlagen, dass eine Siliziumschicht des Heizers undotiert ist, und die dotierte Siliziumschicht zwischen der undotierten Siliziumschicht und dem Docht vorgesehen ist, und die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzliche Schicht auf die zu verbindende Oberfläche des Dochtes aufgebracht wird, und/oder dass die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzliche Schicht auf die mit dem Docht zu verbindende Oberfläche der undotierten Siliziumschicht aufgebracht wird. Das Vorsehen der undotierten Siliziumschicht und die Anordnung der dotierten Siliziumschicht zwischen dem Docht und der undotierten Siliziumschicht ist insofern von Vorteil, da die Laserschweißverbindung damit gezielt in der Grenzschicht zwischen der Siliziumschicht und dem Docht hergestellt wird.It is further proposed that a silicon layer of the heater is undoped, and the doped silicon layer is provided between the undoped silicon layer and the wick, and the doped silicon layer is applied as an additional layer to the surface of the wick to be connected before the laser welding, and / or that the doped silicon layer is applied as an additional layer to the surface of the undoped silicon layer to be connected to the wick before the laser welding. The provision of the undoped silicon layer and the arrangement of the doped silicon layer between the wick and the undoped silicon layer is advantageous in that the laser weld connection is thus specifically produced in the boundary layer between the silicon layer and the wick.

Dabei wird die dotierte Siliziumschicht bevorzugt vor dem Einbringen der Durchgangskanäle in die undotierte Siliziumschicht auf die mit dem Docht zu verbindende, freie Oberfläche der undotierten Siliziumschicht aufgebracht. Diese Lösung ist insofern von Vorteil, da die Durchgangskanäle dadurch nicht durch die dotierte Siliziumschicht verschlossen werden bzw. die Durchgangskanäle in der dotierten Siliziumschicht können bei der Herstellung der Durchgangskanäle in der undotierten Siliziumschicht gleich mit hergestellt werden.In this case, the doped silicon layer is preferably applied to the free surface of the undoped silicon layer to be connected to the wick before the through channels are introduced into the undoped silicon layer. This solution is advantageous insofar as the through channels are thereby not closed by the doped silicon layer or the through channels in the doped silicon layer Silicon layers can also be produced in the undoped silicon layer during production of the through channels.

Ferner können der Docht, die undotierte Siliziumschicht und die dotierte Siliziumschicht in einem ersten Schritt in einer großflächigen Verbundstruktur in einer Übergröße miteinander verbunden werden, wobei der Docht mit der undotierten Siliziumschicht und der dotierten Siliziumschicht in wenigstens einem weiteren Schritt durch ein mechanisches Trennverfahren aus der Verbundstruktur zu der Montagegröße vereinzelt werden. Die Docht-Heizer-Einheiten wird damit kostengünstig zuerst in einem großflächigen Verbund hergestellt und erst dann aus dem Verbund in der Montagegröße herausgeschnitten.Furthermore, the wick, the undoped silicon layer and the doped silicon layer can be connected to one another in a first step in a large-area composite structure in an oversize manner, the wick with the undoped silicon layer and the doped silicon layer in at least one further step by a mechanical separation process from the composite structure to the assembly size. The wick heater units are thus first manufactured inexpensively in a large-area composite and only then cut out of the composite in the assembly size.

Dabei wird die Laserverschweißung bevorzugt durch eine Laserbearbeitung mit einer Wellenlänge von größer als 1100 nm vorgenommen. Die vorgeschlagene Wellenlänge ist insofern von Vorteil, da dadurch eine aktive Erwärmung der undotierten Siliziumschicht beim Durchtreten des Lasers vermieden werden kann. Im Umkehrschluss ergibt sich dadurch ferner der Vorteil, dass der Energieverlust des Lasers beim Durchtritt durch die undotierte Siliziumschicht möglichst klein gehalten werden kann, und die Energie des Lasers kann maximal zur Herstellung der Verbindung über die elektrisch leitfähige Zwischenschicht genutzt werden.The laser welding is preferably carried out by laser processing with a wavelength greater than 1100 nm. The proposed wavelength is advantageous in that it avoids active heating of the undoped silicon layer when the laser passes through. Conversely, this also results in the advantage that the energy loss of the laser when passing through the undoped silicon layer can be kept as small as possible, and the energy of the laser can maximally be used to establish the connection via the electrically conductive intermediate layer.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt

  • 1 eine Verbrauchseinheit für einen Inhalator mit einer erfindungsgemäßen Docht-Heizer-Einheit, und
  • 2 die erfindungsgemäße Docht-Heizer-Einheit als Einzelteil.
The invention is explained below on the basis of preferred embodiments with reference to the attached figures. It shows
  • 1 a consumption unit for an inhaler with a wick heater unit according to the invention, and
  • 2 the wick heater unit according to the invention as a single part.

In der 1 ist eine Verbrauchseinheit 1 zu erkennen, welche zum Gebrauch in einen Inhalator z.B. eine elektronische Zigarette eingesetzt wird. Die Verbrauchseinheit 1 umfasst einen Flüssigkeitsspeicher 2 zur Bevorratung einer Flüssigkeit 3, welcher z.B. zylindrisch mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet sein kann.In the 1 is a consumption unit 1 to recognize which one is used in an inhaler, for example an electronic cigarette. The consumption unit 1 includes a fluid reservoir 2 for storing a liquid 3 , which can, for example, be cylindrical with a circular cross-section.

In dem Flüssigkeitsspeicher 2 ist ein Schlot 4 und ein Verdampfergehäuse 5 vorgesehen, welche sich zu einer Strömungsverbindung der Verbrauchseinheit 1 von einer Lufteintrittsseite 16 zu einer Luftaustrittsseite 17 durch den Flüssigkeitsspeicher 2 hindurch ergänzen. Der Schlot 8 umfasst einen Strömungskanal und ist an seiner Außenseite flüssigkeitsdicht mit der stirnseitigen Wandung des Flüssigkeitsspeichers 2 verbunden. Das Verdampfergehäuse 5 seinerseits umfasst ebenfalls einen nicht dargestellten Strömungskanal, der mit dem Strömungskanal des Schlotes 4 strömungstechnisch verbunden ist. Ferner ist der Strömungskanal des Verdampfergehäuses 5 strömungstechnisch mit der Umgebung verbunden, so dass die Luft bei der Ausübung einer Saugkraft von Austrittsseite 17 in Pfeilrichtung von der Eintrittsseite 16 in den Strömungskanal des Verdampfergehäuses 5 einströmt und durch den Strömungskanal des Schlotes 4 weiter bis zur Austrittsseite 17 strömt, bis sie schließlich an der Austrittsseite 17 in Pfeilrichtung wieder ausströmt. Das Verdampfergehäuse 5 ist an seiner Außenseite flüssigkeitsdicht mit der Wandung des Flüssigkeitsspeichers 2 an der Eintrittsseite verbunden, so dass der Flüssigkeitsspeicher 2 insgesamt einen zur Umgebung hin flüssigkeitsdichten Behälter bildet.In the liquid reservoir 2 is a chimney 4th and an evaporator housing 5 provided, which becomes a flow connection of the consumption unit 1 from an air inlet side 16 to an air outlet side 17th through the liquid reservoir 2 complete through. The chimney 8th comprises a flow channel and is liquid-tight on its outside with the end wall of the liquid reservoir 2 connected. The evaporator housing 5 in turn also includes a flow channel (not shown) that connects to the flow channel of the chimney 4th is fluidically connected. Furthermore, the flow channel of the evaporator housing 5 Fluidically connected with the environment, so that the air when exerting a suction force from the outlet side 17th in the direction of the arrow from the entry side 16 into the flow channel of the evaporator housing 5 flows in and through the flow channel of the chimney 4th continue to the exit side 17th flows until it is finally on the outlet side 17th flows out again in the direction of the arrow. The evaporator housing 5 is liquid-tight on its outside with the wall of the liquid reservoir 2 connected at the inlet side, so that the liquid reservoir 2 overall forms a container that is impermeable to the environment.

An dem Verdampfergehäuse 5 ist eine erfindungsgemäße Docht-Heizer-Einheit 6 vorgesehen, welche in der 2 vergrößert dargestellt ist. Die Docht-Heizer-Einheit 6 umfasst einen Docht 9 in Form eines porösen Glaskörpers, einen Heizer 18 gebildet durch eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht 11 und eine undotierte Siliziumschicht 10. Die Docht-Heizer-Einheit 6 ist so angeordnet, dass der Docht 9 in den Flüssigkeitsspeicher 2 hineinragt und dadurch mit Flüssigkeit benetzt ist. Der Docht 9 ist aus porösem Glas mit einer Vielzahl von sehr kleinen, miteinander verbunden Hohlräumen 15 gebildet, in denen die Flüssigkeit durch die Kapillarkräfte angesaugt und zwischengespeichert wird. Der Docht 9 bildet damit einen Zwischenspeicher, der einerseits dafür sorgt, dass die Flüssigkeit unabhängig von der Ausrichtung der Verbrauchseinheit 1 an der Docht-Heizer-Einheit 6 anliegt d.h. z.B. auch dann, wenn die Verbrauchseinheit 1 nur noch zum Teil gefüllt und so angeordnet ist, dass die Docht-Heizer-Einheit 6 an der Oberseite angeordnet ist. Andererseits kann durch den Docht 9 ein Trockenlaufen der Docht-Heizer-Einheit 6 bis zu dem Verbrauch der letzten Flüssigkeit vermieden werden, d.h. auch dann, wenn der Flüssigkeitsstand bei unten angeordneter Docht-Heizer-Einheit 6 soweit gesenkt ist, dass die Docht-Heizer-Einheit 6 nicht mehr ganz mit Flüssigkeit überdeckt ist.On the evaporator housing 5 is a wick heater unit according to the invention 6th provided which in the 2 is shown enlarged. The wick heater unit 6th includes a wick 9 in the form of a porous glass body, a heater 18th formed by an electrically conductive intermediate layer 11 and an undoped silicon layer 10 . The wick heater unit 6th is arranged so that the wick 9 into the liquid reservoir 2 protrudes and is thereby wetted with liquid. The wick 9 is made of porous glass with a multitude of very small, interconnected cavities 15th formed in which the liquid is sucked in and temporarily stored by the capillary forces. The wick 9 thus forms an intermediate storage device which, on the one hand, ensures that the liquid is independent of the orientation of the consumption unit 1 on the wick heater unit 6th is present, for example, even if the consumption unit 1 only partially filled and arranged so that the wick heater unit 6th is arranged at the top. On the other hand, through the wick 9 the wick heater unit running dry 6th can be avoided up to the consumption of the last liquid, ie even if the liquid level with the wick heater unit arranged below 6th is lowered so far that the wick heater unit 6th is no longer completely covered with liquid.

Die elektrische Zwischenschicht 11 und die undotierte Siliziumschicht 10 weisen eine Vielzahl von angedeuteten Durchgangskanälen 14 auf, welche strömungstechnisch mit den Hohlräumen 15 des Dochtes 9 verbunden sind und in den Strömungskanal des Verdampfergehäuses 5 münden. Die Durchgangskanäle 14 können z.B. durch Ätzen der undotierten Siliziumschicht 10 und der elektrischen Zwischenschicht 11 hergestellt werden.The electrical interlayer 11 and the undoped silicon layer 10 have a large number of indicated through channels 14th on which fluidic with the cavities 15th of the wick 9 are connected and in the flow channel of the evaporator housing 5 flow out. The through channels 14th can for example by etching the undoped silicon layer 10 and the electrical interlayer 11 getting produced.

Die Docht-Heizer-Einheit 6 ist über die elektrische Zwischenschicht 11 an eine externe Stromquelle angeschlossen und wird bei einer vorzugsweise gepulsten Bestromung durch den elektrischen Widerstand erhitzt. Die undotierte Siliziumschicht 10 wird bewusst nicht aktiv erwärmt und erwärmt sich lediglich durch ihre Wärmeleitfähigkeit über den Kontakt mit der elektrisch leitfähigen erhitzten Zwischenschicht 11.The wick heater unit 6th is via the electrical interlayer 11 connected to an external power source and is heated with a preferably pulsed current supply by the electrical resistance. The undoped silicon layer 10 is deliberately not actively heated and only heats up through its thermal conductivity through contact with the electrically conductive heated intermediate layer 11 .

Bei einer Aktivierung der Docht-Heizer-Einheit 6 wird die elektrische Zwischenschicht 11 bestromt und die in den Durchgangskanälen 14 vorhandene Flüssigkeit verdampft. Der entstehende Dampf wird in den Durchgangskanälen 14 der undotierten und erwärmten Siliziumschicht 10 weiter transportiert und schließlich in den Strömungskanal des Verdampfergehäuses 5 eingeführt und über den Strömungskanal des Schlotes 4 in die Umgebung abgegeben bzw. bei einem elektrischen Zigarettenprodukt in die Mundhöhle des Konsumenten eingeleitet. Der aus Glas bestehende Docht 9 weist bewusst keine oder eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die Transportrichtung des in der Zwischenschicht 11 erzeugten Dampfes in Richtung der undotierten Siliziumschicht 10 vorgegeben wird. Da die Flüssigkeit in der Zwischenschicht 11 verdampft und über die undotierte Siliziumschicht 10 abtransportiert wird, werden hier durch die bevorzugte Pulsung der Bestromung immer wieder freie Kavitäten in der Zwischenschicht 11 gebildet, durch welche die Flüssigkeit aufgrund der Kapillarkräfte aus den Hohlräumen 15 des Dochtes 9 und schließlich aus dem Flüssigkeitsspeicher 2 in die Hohlräume 15 nachgesaugt wird.When activating the wick heater unit 6th becomes the electrical intermediate layer 11 energized and those in the through channels 14th existing liquid evaporates. The resulting steam is in the passage channels 14th the undoped and heated silicon layer 10 transported further and finally into the flow channel of the evaporator housing 5 introduced and via the flow channel of the chimney 4th released into the environment or, in the case of an electronic cigarette product, introduced into the oral cavity of the consumer. The wick made of glass 9 deliberately has no or a significantly lower thermal conductivity, which means that the transport direction of the in the intermediate layer 11 generated steam in the direction of the undoped silicon layer 10 is specified. Because the liquid in the intermediate layer 11 evaporated and over the undoped silicon layer 10 is transported away, free cavities in the intermediate layer are created here again and again by the preferred pulsing of the current supply 11 formed, through which the liquid due to the capillary forces from the cavities 15th of the wick 9 and finally from the fluid reservoir 2 into the cavities 15th is sucked up.

Das Verdampfen der Flüssigkeit erfolgt aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung bewusst ausschließlich im Inneren der Verdampferbaugruppe 6, während die Transportrichtung des abgeführten Dampfes sowohl durch die Ansaugkraft und die dadurch erzeugte Strömung in den Strömungskanälen des Schlotes 4 und des Verdampfergehäuses 5 als auch durch die wärmeleitenden Eigenschaften des Dochtes 9 und der undotierten Siliziumschicht 10 vorgegeben wird.Due to the solution according to the invention, the evaporation of the liquid takes place deliberately exclusively in the interior of the evaporator assembly 6th , while the direction of transport of the discharged steam is determined by both the suction force and the flow generated by it in the flow channels of the chimney 4th and the evaporator housing 5 as well as the heat-conducting properties of the wick 9 and the undoped silicon layer 10 is specified.

Die elektrisch leitende Zwischenschicht 11 kann durch eine Metallschicht und/oder auch durch eine dotierte Siliziumschicht, bevorzugt durch eine hochdotierte Poly-Siliziumschicht, gebildet sein. Unter dem Begriff der Metallschicht soll im Sinne der Erfindung jedwede elektrisch leitende Schicht mit metallischen Anteilen, also z.B. auch Legierungen verstanden werden. Die elektrisch leitenden Zwischenschicht 11 kann entweder auf dem Docht 9 oder auch auf der undotierten Siliziumschicht 10 angeordnet, befestigt oder gebildet werden, bevor der Docht 9 mit der undotierten Siliziumschicht 10 verbunden wird.The electrically conductive intermediate layer 11 can be formed by a metal layer and / or also by a doped silicon layer, preferably by a highly doped polysilicon layer. In the context of the invention, the term metal layer should be understood to mean any electrically conductive layer with metallic components, that is to say, for example, including alloys. The electrically conductive intermediate layer 11 can either be on the wick 9 or on the undoped silicon layer 10 placed, attached or formed before the wick 9 with the undoped silicon layer 10 is connected.

Das Verbinden des Dochtes 9 mit der undotierten Siliziumschicht 10 und der dazwischen vorgesehene elektrisch leitenden Zwischenschicht 11 kann prozesstechnisch günstig mittels einer Laserbearbeitung erfolgen, wobei der Laser bevorzugt eine Wellenlänge von größer als 1100 nm aufweist und durch die undotierte Siliziumschicht 10 auf die elektrisch leitende Zwischenschicht 11 gerichtet ist. Da weder die undotierte Siliziumschicht 10 noch der Docht 9 elektrisch leitend sind, wird dabei ausschließlich oder bevorzugt die elektrisch leitende Zwischenschicht 11 erhitzt. Durch die Leistung des Lasers kann die Zwischenschicht 11 soweit erhitzt werden, dass sie leicht anschmilzt, ohne dass die darin vorgesehenen Durchgangskanäle 14 in der Zwischenschicht 11 und in der undotierten Siliziumschicht 10 zuschmelzen. Das angeschmolzene Material der Zwischenschicht 11 dringt dann in die Oberfläche des Dochtes 9 und/oder in die Oberfläche der undotierten Siliziumschicht 10 ein und bildet eine stoffschlüssige Verbindung. Dieser Verbindungsvorgang wird auch als Bonden bezeichnet.Connecting the wick 9 with the undoped silicon layer 10 and the electrically conductive intermediate layer provided therebetween 11 can be carried out in a process-technically favorable manner by means of laser machining, the laser preferably having a wavelength of greater than 1100 nm and through the undoped silicon layer 10 on the electrically conductive intermediate layer 11 is directed. As neither the undoped silicon layer 10 nor the wick 9 are electrically conductive, is exclusively or preferably the electrically conductive intermediate layer 11 heated. Due to the power of the laser, the intermediate layer 11 be heated to the point where it melts slightly without affecting the through channels provided therein 14th in the intermediate layer 11 and in the undoped silicon layer 10 melt down. The fused material of the intermediate layer 11 then penetrates the surface of the wick 9 and / or in the surface of the undoped silicon layer 10 and forms a material connection. This connection process is also known as bonding.

Das Verbinden des Dochtes 9 mit der Siliziumschicht durch einen Laser wurde hier speziell für die Kombination einer undotierten Siliziumschicht 10 mit einer elektrisch leitenden Zwischenschicht 11, z.B. in Form einer dotierten Siliziumschicht beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, auf dem Docht 9 nur eine einfache dotierte Siliziumschicht ohne eine nichtdotierte Siliziumschicht 10 vorzusehen, und diese dotierte Siliziumschicht durch eine Laserbearbeitung mit dem Docht 9 zu verbinden. Die Energie des Lasers wird in diesem Fall so eingestellt, dass die dotierte Siliziumschicht leicht anschmilzt und dadurch die stoffschlüssige Verbindung mit dem Docht 9 bildet (Bonden), während die Durchgangskanäle 14 bewusst nicht zugeschmolzen werden.Connecting the wick 9 With the silicon layer by a laser here was specially designed for the combination of an undoped silicon layer 10 with an electrically conductive intermediate layer 11 , described for example in the form of a doped silicon layer. However, it is also possible on the wick 9 just a simple doped silicon layer without a non-doped silicon layer 10 provide, and this doped silicon layer by laser processing with the wick 9 connect to. In this case, the energy of the laser is set in such a way that the doped silicon layer melts slightly and thereby the material connection with the wick 9 forms (bonding) while the through channels 14th deliberately not be melted shut.

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Claims (9)

Docht-Heizer-Einheit (6) für einen Inhalator, vorzugsweise für ein elektronisches Zigarettenprodukt, wobei der Heizer (18) wenigstens aus einer dotierten Siliziumschicht besteht, die kapillar auf eine Flüssigkeit wirkende Durchgangskanäle (14) aufweist und an einer Austrittsseite des flüssigkeitsleitenden Dochtes (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Docht (9) aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes (9) derart verschweißt ist, dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchgangsskanäle (14) der Siliziumschicht nicht beeinträchtigt ist.Wick heater unit (6) for an inhaler, preferably for an electronic cigarette product, wherein the heater (18) consists of at least one doped silicon layer which has through channels (14) that act in a capillary manner on a liquid and which are located on an outlet side of the liquid-conducting wick ( 9), characterized in that the wick (9) is made of a porous glass material, and that the silicon layer is welded to the exit side of the wick (9) by laser welding in such a way that the fluid conductivity of the through-channels (14) of the silicon layer is not is impaired. Docht-Heizer-Einheit (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschicht aus Poly-Silizium besteht.Wick heater unit (6) Claim 1 , characterized in that the silicon layer consists of polysilicon. Docht-Heizer-Einheit (6) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siliziumschicht (10) des Heizers (18) undotiert ist, und die dotierte Siliziumschicht zwischen der undotierten Siliziumschicht (10) und dem Docht (9) als eine elektrisch leitfähige Zwischenschicht (11) vorgesehen ist.Wick heater unit (6) according to one of the preceding claims, characterized in that a silicon layer (10) of the heater (18) is undoped, and the doped silicon layer between the undoped silicon layer (10) and the wick (9) as one electrically conductive intermediate layer (11) is provided. Docht-Heizer-Einheit (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Siliziumschicht durch eine Beschichtung des Dochtes (9) und/oder der undotierten Siliziumschicht (10) gebildet ist.Wick heater unit (6) Claim 3 , characterized in that the doped silicon layer is formed by a coating of the wick (9) and / or the undoped silicon layer (10). Verfahren zur Herstellung einer Docht-Heizer-Einheit (6) für einen Inhalator, vorzugsweise für ein elektronisches Zigarettenprodukt, wobei der Heizer (18) wenigstens aus einer dotierten Siliziumschicht besteht, die kapillar auf eine Flüssigkeit wirkende Durchgangskanäle (14) aufweist und an einer Austrittsseite des flüssigkeitsleitenden Dochtes (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Docht (9) aus einem porösen Glasmaterial gefertigt ist, und dass die Siliziumschicht durch Laserschweißen mit der Austrittsseite des Dochtes (9) verschweißt wird, ohne dass die Flüssigkeitsleitfähigkeit der Durchgangsskanäle (14) der Siliziumschicht beeinträchtigt wird.A method for producing a wick heater unit (6) for an inhaler, preferably for an electronic cigarette product, the heater (18) consisting of at least one doped silicon layer, which has through channels (14) acting capillary on a liquid and on an exit side of the liquid-conducting wick (9), characterized in that the wick (9) is made of a porous glass material, and that the silicon layer is welded to the exit side of the wick (9) by laser welding without the liquid conductivity of the through-channels (14 ) the silicon layer is impaired. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siliziumschicht (10) des Heizers (18) undotiert ist, und die dotierte Siliziumschicht zwischen der undotierten Siliziumschicht (10) und dem Docht (9) vorgesehen ist, und die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzliche Schicht auf die zu verbindende Oberfläche des Dochtes (9) aufgebracht wird, und/oder dass die dotierte Siliziumschicht vor der Laserverschweißung als eine zusätzliche Schicht auf die mit dem Docht (9) zu verbindende Oberfläche der undotierten Siliziumschicht (10) aufgebracht wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that a silicon layer (10) of the heater (18) is undoped, and the doped silicon layer is provided between the undoped silicon layer (10) and the wick (9), and the doped silicon layer is an additional layer before the laser welding the surface of the wick (9) to be connected is applied, and / or that the doped silicon layer is applied as an additional layer to the surface of the undoped silicon layer (10) to be connected to the wick (9) before the laser welding. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dotierte Siliziumschicht vor dem Einbringen der Durchgangskanäle (14) in die undotierte Siliziumschicht (10) auf die mit der Dochtstruktur (9) zu verbindende freie Oberfläche der undotierten Siliziumschicht (10) aufgebracht wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the doped silicon layer is applied to the free surface of the undoped silicon layer (10) to be connected to the wick structure (9) before the through channels (14) are introduced into the undoped silicon layer (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Docht (9), die undotierte Siliziumschicht (10) und die dotierte Siliziumschicht in einem ersten Schritt in einer großflächigen Verbundstruktur in einer Übergröße miteinander verbunden werden, und der Docht (9) mit der undotierten Siliziumschicht (10) und der dotierten Siliziumschicht in wenigstens einem weiteren Schritt durch ein mechanisches Trennverfahren aus der Verbundstruktur zu der Montagegröße vereinzelt werden.Method according to one of the Claims 6 or 7th , characterized in that the wick (9), the undoped silicon layer (10) and the doped silicon layer are connected in a first step in a large-area composite structure in an oversize, and the wick (9) with the undoped silicon layer (10) and the doped silicon layer can be separated from the composite structure to the assembly size in at least one further step by a mechanical separation process. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserverschweißung durch eine Laserbearbeitung mit einer Wellenlänge von größer als 1100 nm vorgenommen wird.Method according to one of the Claims 5 to 8th , characterized in that the laser welding is carried out by laser processing with a wavelength greater than 1100 nm.
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