EP3962234A1 - Flexibles heizelement, verfahren zur herstellung eines derartigen heizelements und verwendung eines flexiblen heizelements - Google Patents

Flexibles heizelement, verfahren zur herstellung eines derartigen heizelements und verwendung eines flexiblen heizelements Download PDF

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EP3962234A1
EP3962234A1 EP20193026.0A EP20193026A EP3962234A1 EP 3962234 A1 EP3962234 A1 EP 3962234A1 EP 20193026 A EP20193026 A EP 20193026A EP 3962234 A1 EP3962234 A1 EP 3962234A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating element
substrate
layer
metal
flexible
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20193026.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Asmus
Matthias Muziol
Christoph Nick
Stefan Dietmann
Karlheinz Wienand
Carsten Neemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yageo Nexensos GmbH
Original Assignee
Heraeus Nexensos 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 Heraeus Nexensos GmbH filed Critical Heraeus Nexensos GmbH
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Priority to DE102021104002.7A priority patent/DE102021104002A1/de
Priority to JP2023511814A priority patent/JP2023539080A/ja
Priority to CN202180055278.7A priority patent/CN116133540A/zh
Priority to US18/042,465 priority patent/US20230328847A1/en
Priority to KR1020237006775A priority patent/KR20230043970A/ko
Priority to PCT/EP2021/073136 priority patent/WO2022043210A1/de
Priority to EP21763093.8A priority patent/EP4205505A1/de
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    • 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
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24F—SMOKERS' REQUISITES; MATCH BOXES; SIMULATED SMOKING DEVICES
    • A24F40/00—Electrically operated smoking devices; Component parts thereof; Manufacture thereof; Maintenance or testing thereof; Charging means specially adapted therefor
    • A24F40/40—Constructional details, e.g. connection of cartridges and battery parts
    • A24F40/46—Shape or structure of electric heating means
    • 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
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    • H05B2203/002—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H05B2203/003—Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using serpentine layout
    • 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
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/011—Heaters using laterally extending conductive material as connecting means
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    • 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
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters

Definitions

  • the invention relates to a flexible heating element with a temperature resistance of at least 250°C, in particular at least 300°C. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a heating element. The invention also relates to the use of a flexible heating element according to the invention.
  • heating elements are known from the prior art.
  • a flexible, flat heater formed from a polymeric laminate is disclosed.
  • the laminate consists of a polymer layer, specifically polyimide, a primer layer and a silicone adhesive layer.
  • a metal structure formed as a heating structure is laminated on the silicone adhesive layer.
  • a disadvantage of such heating elements is the use of a polymeric laminate. Use of such materials prevents use of the heating element at temperatures above 300°C. This is due to the fact that the polymers of the laminate would pyrolyze or degrade at such temperatures.
  • US 5,408,574A again discloses a heating element based on the use of a ceramic substrate.
  • the ceramic substrate has a thickness of 25 - 250 ⁇ m in order to guarantee sufficient stability.
  • the heater has individual heating structures that can be controlled individually. These heating structures are preferably produced by means of screen printing on the basis of a paste containing noble metals.
  • Such a heating element is designed in such a way that it reaches a temperature of 450 °C - 600 °C in two seconds with a maximum heating power of 10 - 20 W.
  • the disadvantage of such a heating element is the use of a ceramic substrate. Such ceramic substrates are neither elastic nor do they have a high breaking strength.
  • a further object of the invention consists in specifying a corresponding use of the heating element according to the invention.
  • this object is achieved with regard to a flexible heating element by the subject matter of claim 1, with regard to a method for producing a heating element according to the invention by the subject matter of claim 11 and with regard to a use of a heating element according to the invention by the subject matter of patent claim 15.
  • a heating element which on the one hand is flexible and on the other hand has a high temperature resistance of at least 250° C., in particular at least 300° C.
  • the formation of such a heating element is made possible by the fact that the individual layers or components of the flexible heating element are further developed in terms of their materials and the respective thicknesses of the elements or layers such that flexibility is produced on the one hand and temperature resistance on the other.
  • the heating element has a heating element thickness of less than 0.6 mm, particularly preferably less than 300 ⁇ m.
  • Electrically insulating layers that electrically isolate the electrically conductive substrate from the heating structure are particularly suitable as insulating layers. In general, layers with a specific resistance of > 10E10 ⁇ * cm are suitable for this.
  • the insulation layer preferably comprises a metal oxide layer, in particular an anodized metal oxide layer, or a metal nitride layer or a metal oxynitride layer.
  • the insulation layer is a metal oxide layer, in particular an anodized metal oxide layer, or a metal nitride layer or a metal oxynitride layer. If the insulation layer is one of the metal layers mentioned, the insulation layer has no further layers that do not fall under the preceding layer definitions.
  • the insulation layer is designed as a combination of different metal oxide layers, metal nitride layers or metal oxynitride layers stacked on top of one another.
  • insulation layer that is or has a metal oxide layer, a metal nitride layer or a metal oxynitride layer is that such insulation layers have both good insulating properties and can also be made as thin as possible.
  • Some metals such as aluminum or FeCrAI alloys, form particularly stable metal oxide layers, so that the insulation layer does not flake off or cracks form in the insulation layer, even in the event of rapid temperature changes.
  • the insulation layer has the following components: Aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and/or aluminum titanate (Al 2 TiO 5 ) and/or titanium dioxide (TiO 2 ) and/or silicon dioxide (SiO 2 ) and/or silicon oxide (SiO) and/or magnesium oxide (MgO) and/or Magnesium titanate (MgTiO 3 ) and/or a binary zirconia alloy and/or a ternary zirconia alloy and/or boron nitride (BN) and/or aluminum nitride (AIN) and/or silicon nitride (Si 3 N 4 ).
  • the insulation layer in a further embodiment of the invention, it is possible for the insulation layer to be produced using an ADM process (aerosol deposition method). Ceramic or glass-like insulating layers can be produced with the aid of such a method. These layers have a particularly high level of electrical insulation and can also have a thin layer thickness. If the insulation layer is produced using the ADM process, the thickness of the insulation layer can be 0.2 ⁇ m - 10 ⁇ m.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • the electrically conductive substrate is formed from a metal foil.
  • the electrically conductive substrate consists of a metal foil.
  • the metal foil is preferably formed from such materials that form dense metal oxide layers with high electrical insulation during anionic oxidation. This serves to produce a corresponding insulation layer. Foils made of aluminum, steel, titanium, niobium or tantalum are therefore particularly suitable as metal foils. With regard to the steel foils, alloys containing chromium and aluminum are particularly suitable.
  • the metal foil is preferably formed from aluminum (Al) and/or steel and/or titanium (Ti) and/or niobium (Nb) and/or tantalum (Ta).
  • the steel is preferably an FeCrAI alloy, in particular X8CRAI20-5 or FeCr25Al5.
  • the substrate thickness is 0.02 mm - 0.5 mm, in particular 0.05 mm - 0.3 mm.
  • the use of a metal foil to form an electrically conductive substrate also has the advantage that, for example, in contrast to the use of polymeric substrates, the insulation layer can be applied using variable methods.
  • the insulation layer can also be applied by means of such methods that involve exposure to high temperatures. This is the case, for example, when applying metal-containing pastes.
  • Such pastes or layers of sintering paste are regularly to be sintered at high temperatures of, for example, 1000.degree. Due to the use of a metal foil, such thermal loads can be applied without further ado.
  • An anodized metal oxide layer differs from an atmospheric metal oxide layer in having higher electrical insulation.
  • An anodized metal oxide layer can be produced, for example, by anodizing a metal surface.
  • an insulating layer that is an anodized metal oxide layer can be produced by anodizing the metal surface of the substrate. Due to electrolytic oxidation, the surface of the metal foil is converted into a metal oxide layer.
  • An anodizing process is a surface technology method for producing an oxidic protective layer through anodic oxidation.
  • the protective layer is not deposited on the workpiece, but rather an oxide or hydroxide is formed by converting the top metal layer.
  • a 5 ⁇ m - 25 ⁇ m thin layer is created, which protects and insulates the underlying layers or elements, namely the substrate.
  • Another way to produce a metal oxide layer is a hard anodizing process.
  • the metal foil As in the anodizing process, the metal foil is immersed in an electrolyte and connected as an anode. The surface of the metal foil is oxidized in the process, so that a metal oxide layer is formed. In this case, the volume of the metal foil increases.
  • an electrically insulating insulation layer in particular an electrically insulating aluminum oxide layer, of up to 5 ⁇ m can be produced in an oxygen-containing atmosphere in a furnace at oxidation temperatures of 1,000° C. to 1,100° C .
  • steel foils with a low CrAl content it is also possible to use steel foils with a low CrAl content, provided that such a steel foil is aluminated on at least one surface or on at least one side.
  • An alitizing process provides that a layer containing aluminum is applied to the substrate metal foil, with this layer containing aluminum then being annealed at temperatures of 800 °C to 1,200 °C. This results in dense Al 2 O 3 layers with a thickness of > 20 ⁇ m. The Al 2 O 3 layer is in the ⁇ phase. Due to this process, an insulating layer is formed on at least one side of the substrate. Such an insulation layer is an electrically insulating metal oxide layer.
  • a flexible heating element is to be understood in particular as a heating element that can be deflected in a direction perpendicular to a front side or a rear side without the deflection leading to a significant change in resistance and/or cracks and/or fractures and/or similar damage to the heating element leads.
  • the flexibility of the heating element is defined as a reversible deflection of a front side or a rear side of the heating element with a bending radius of at least 30 mm, in particular at least 25 mm, in particular at least 20 mm.
  • the at least one heating structure is preferably applied directly to the insulation layer.
  • the at least one heating structure is applied directly to the side of the insulation layer facing away from the substrate.
  • no further layers are formed between the heating structure and the side of the insulating layer pointing away from the substrate.
  • adhesion promoter layers such as titanium/titanium oxide or tantalum/tantalum oxide layers, are formed between the insulation layer and the heating structure.
  • the heating structure consists of a metal structure.
  • the heating structure preferably has an electrical resistance of 0.5 to 30.0 ⁇ , in particular 0.5 to 10.0 ⁇ .
  • the electrical resistance is formed between two terminals of the heating structure.
  • the heating structure describes such a structured element that triggers the actual heating process of the flexible heating element.
  • the heating structure made in particular of a metal structure, can have any shape. For example, it is possible to form a heating structure in a square shape. It is also possible to form a heating structure with an essentially straight line structure.
  • the heating structure has a meandering shape.
  • a meandering shape can be formed, for example, from a coherent, interwoven and/or nested and/or interlocking line structure.
  • the individual sections, in particular the individual line sections, can be made relatively thin.
  • the heating structure which is present in particular in a meandering form, can cover an area of any size due to the structure formed. Such a large area of the object to be heated leads to a homogeneously generated surface temperature.
  • the heating structure can be formed from a structured metal foil. If such an embodiment with regard to the heating structure is present, the heating structure can be produced in a separate process and then applied to the insulation layer.
  • the heating structure which is preferably formed from a structured metal foil, can be laid floating on the insulation layer and fixed to the insulation layer.
  • the heating structure is produced from a metal-containing paste and/or a metal-containing ink.
  • a metal-containing paste and/or ink can be applied to the insulation layer as part of a printing process, in particular as part of a screen printing process.
  • the heating structure is formed from a paste containing noble metal.
  • the noble metals can be platinum and/or silver and/or gold.
  • the heating structure is a metal structure produced by means of thin-film metal deposition.
  • the at least one heating structure preferably has at least two contact pads or is connected to at least two contact pads.
  • the at least two contact pads are preferably formed on the side of the insulation layer facing away from the substrate.
  • the heating structure of the flexible heating element has no contact pads, the heating structure has at least two connections, each of which has to be electrically connected to the outside.
  • a passivation layer can be formed at least in sections on the side of the heating structure pointing away from the substrate.
  • a passivation layer is preferably a glass and/or ceramic layer.
  • the flexible heating element is completely surrounded by a passivation layer, in particular by an electrically insulating glass and/or ceramic layer, or is encapsulated in such a layer.
  • a passivation layer in particular by an electrically insulating glass and/or ceramic layer, or is encapsulated in such a layer.
  • formed contact pads and/or connections of the heating structure are to be left uncovered at least in sections by such a passivation layer.
  • at least the two contact pads and/or at least two connections of the heating structure are not completely coated with a passivation layer.
  • the heating structure can be formed between two substrate sections, the two substrate sections being formed by folding the substrate. Such an embodiment of the invention enables good heat transfer between the heating structure and the substrate.
  • the flexible heating element according to the invention with a temperature resistance of at least 250 ° C has due to the material selection according to the invention and the invention Layer thickness selection a flat design. Such a flat design enables the flexible heating element to be used in structurally restricted applications.
  • the flexible heating element With the help of the flexible heating element according to the invention it is possible to have larger surfaces, i. H. form larger front and / or back sides of the flexible heating element. Because of such large surfaces or large front and/or rear sides, good heat transfer from the flexible heating element to an object to be heated is possible.
  • the flexible configuration allows improved thermal contact between the flexible heating element and an object to be heated with an uneven surface, and thus rapid and energy-efficient heating of the object.
  • the heating element Due to the choice of material and/or layer thickness in connection with the flexible heating element, the heating element also has a low thermal mass, so that rapid and energy-efficient heating of the heating element is made possible.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing a flexible heating element according to the invention.
  • a method for producing a flexible heating element according to the invention With regard to individual aspects of the method, reference is made to the explanations in connection with the heating element according to the invention. In the preceding part of the description, individual aspects relating to the production of the heating element are already included.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides for a passivation layer to be applied at least in sections to the heating structure.
  • a passivation layer is preferably applied to the entire upper side of the heating structure. If the heating structure has contact pads, the contact pads are provided with a passivation layer at most in sections. The contact pads are preferably formed completely without a passivation layer. This makes it possible to make electrical contact with the contact pads in a correspondingly simple manner.
  • the method according to the invention for producing a heating element is characterized by a particularly simple method and a cost-effective implementation.
  • steps a) to c) are carried out on a substrate strip and/or a substrate plate.
  • the shapes of individual substrates are applied to the substrate strip and/or the substrate plate.
  • the substrates are separated from the substrate band and/or the substrate plate at the sides.
  • the substrates are not detached from the substrate tape and/or the substrate plate at corners and/or individual side sections, so that the individual substrates continue to be connected to the substrate tape and/or the substrate plate.
  • the individual substrates can then be processed further in this form, so that steps b) and c) can be carried out together.
  • the individual substrates are separated from the substrate belt and/or the substrate plate.
  • a further aspect of the invention relates to the use of a flexible heating element according to the invention.
  • the use according to the invention provides for use of the flexible heating element in combination with a temperature sensor and/or in combination with a temperature sensor chip and/or in an electric smoking device.
  • the flexible heating element according to the invention is used as a temperature sensor.
  • the resistance of the heating structure is measured, it being possible to detect the temperature to be measured by means of a temperature-resistance characteristic.
  • the flexible heating element can have a temperature sensor.
  • the temperature sensor can be arranged on the insulating layer of the flexible heating element. It is possible for the temperature sensor to be in the form of a metal structure, in particular in the form of a platinum structure.
  • thermosensor chip it is possible for a temperature sensor chip to be integrated on and/or in the flexible heating element.
  • the flexible heating element according to the invention can be used in particular for heating and tempering objects of any kind. This is due to the advantageous flexible and at the same time temperature-resistant design of the flexible heating element.
  • the flexible heating element can be used for quickly heating flat objects with a small mass or liquids.
  • the flexible heating element can in such a case be pressed against the (flat) surface of the object to be heated to enable effective heat transfer.
  • the heating element according to the invention can also be used in arrangements that should not be brought into contact with thick or rigid heating elements.
  • An example is the use of flexible heating elements in cell stacks, such as fuel cells or battery packs.
  • the heating element according to the invention can be applied to electronic components such as semiconductors or sensors.
  • Electronic components such as semiconductors or sensors can be heated to a desired operating temperature with the aid of the heating element according to the invention and the corresponding operating temperature can then be maintained.
  • a further use of a flexible heating element according to the invention is the use in combination with textiles and/or items of clothing.
  • the flexible heating element can be used as a heating head and/or heating strip for laminating or welding plastics.
  • a flexible heating element according to the invention can be used in an electric smoking device.
  • it is an electric smoking device for combustion-free smoking of herbal substances such.
  • B. Tobacco or liquids
  • the liquids can be, for example, nicotine-containing solutions.
  • herbal substances are pressed into a pad and mixed with additives, such as e.g. B. glycerin, added.
  • additives such as e.g. B. glycerin
  • the heating element adapts to the surface shape of the pad and forms good thermal contact.
  • the flexible heating element is electrically heated to temperatures of up to 300 °C in order to be able to extract the pad's ingredients without burning them.
  • the flexible heating element has no polymers or other organic compounds, no organic decomposition products are produced when the flexible heating element is heated, which are detrimental to the inhalation of the aerosols produced.
  • the liquid is transported from a reservoir in the direction of the surface of the flexible heating element and vaporized there.
  • the liquid gets from the reservoir to the surface of the flexible heating element with the aid of a wick or a porous body.
  • the flexible heating element includes an electrically conductive substrate formed from anodized aluminum foil.
  • the substrate has a substrate thickness of 100 ⁇ m.
  • the insulating layer is formed from the aluminum oxide layer.
  • the insulation layer thickness is approx. 5 ⁇ m.
  • the aluminum oxide layer has a high level of electrical insulation between the surface of the oxide and the metallic core of the metal foil. This applies in particular to low electrical voltages.
  • the heating structure is formed from a metal foil, specifically a nickel-chromium (NiCr) foil.
  • the heating element thickness is approx. 50 ⁇ m.
  • Contact pads are located at the respective ends of the heating structure, ie at the connections. These contact pads have a width of 5 mm. There is an electrical resistance of 1.3 ⁇ between the two contact pads.
  • the heating structure is placed on the side of the insulation layer (aluminum oxide layer) facing away from the substrate.
  • the metal foil (aluminum foil) is then folded, so that the heating structure is formed or arranged between two substrate sections.
  • the heating structure lies loosely in a pocket made of anodised aluminum foil and can be moved freely in this pocket.
  • the structure present in this way can be arched in order to fix the heating structure in the substrate pocket formed. Furthermore, good heat transfer between the heating structure and the substrate is ensured due to the curvature.
  • the structure of the substrate and the insulation layer corresponds to the structure according to embodiment 1.
  • the electrical resistance of the heating structure is consequently 0.72 ⁇ .
  • the advantage of such a choice of material in connection with the heating structure is that iron-nickel has a high positive temperature coefficient of resistance and the heating structure consequently has self-regulating properties.
  • the substrate and the insulating layer are manufactured according to the structure described in Embodiment 1.
  • the heating structure is made by screen printing.
  • a silver sinter paste is applied through a sieve to one of the sides of the insulating layer facing away from the substrate.
  • the silver sinter paste can also contain metal oxides and/or organic components and/or ground glass frit.
  • the silver sinter paste is then baked at a temperature of approx. 400 °C. Due to the use of a metal foil, in particular an aluminum foil, as the electrically conductive substrate, exposure to such a temperature is possible.
  • a so-called KAT sheet metal is used as the substrate.
  • Such a sheet is formed from an iron-chromium-aluminum (FeCrAl) alloy.
  • FeCrAl iron-chromium-aluminum
  • the KAT sheet metal is oxidized at over 1,000 °C. The edges of the sheet are thus also oxidized.
  • the heating structure can then be applied to the insulation layer as a silver sinter paste.
  • Embodiment 5 also provides for the use of a KAT sheet.
  • the individual substrates which preferably have a rectangular shape, are separated from a panel consisting of a sheet of KAT sheet metal, without completely detaching it from the panel. Such an arrangement is made by separating the individual substrates from the panel at their sides. The individual substrates remain connected to the panel at the corners.
  • the substrates can be in this arrangement, i. H. be further processed in the state associated with the benefit.
  • the anodizing and the application of a heating structure to the individual substrates can be carried out in a single step for all substrates.
  • the substrates can be separated from the panel, for example, by means of punching and/or laser cutting.
  • the flexible heating element 10 essentially comprises five layers or elements.
  • the heating element 10 has a substrate 15 , an insulation layer 20 , a heating structure 30 , contact pads 31 and 32 and a passivation layer 40 .
  • the flexible heating element 10 has a temperature resistance of at least 250°C.
  • the electrically conductive substrate 15 is formed from a metal foil.
  • the substrate has a first side 16 facing up and a second side 17 facing down.
  • An insulating layer 20 is formed on the first side 16 of the substrate 15 .
  • the insulation layer 20 in turn has a first side 21 and a second side 22 .
  • the second side 22 rests on the substrate 15 in this case.
  • the first side 21 of the insulation layer 20 faces away from the substrate 15 .
  • a heating structure 30 is formed on the side 21 of the insulating layer 20 facing away from the substrate 15 .
  • the heating structure 30 has a meandering shape.
  • This heating structure 30 is preferably designed as a structured metal foil element. This metal foil element 30 can be applied to the first side 21 of the insulation layer 20 .
  • a passivation layer 40 is additionally applied to the side 33 of the heating structure pointing away from the substrate 15 or the insulating layer 20 . Due to the meandering shape of the heating structure 30, the passivation layer 40 also reaches the sections of the side 21 of the insulation layer 20 that are not covered with a heating structure 30.
  • the heating structure 30 has contact pads 31 and 32 at both ends or is connected to these contact pads 31 and 32 .
  • the passivation layer 40 completely covers the heating structure. Furthermore, the contact pads 31 and 32 are partially covered by the passivation layer 40 .
  • the heating element thickness DH shown is less than 1.0 mm.
  • the substrate 15 has a substrate thickness DS of 0.02 mm to 0.5 mm.
  • the insulation layer 20 has an insulation layer thickness DI of 0.2 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the heating element 10 is flexible, with the flexibility of the heating element 10 being defined as a relative deflection of the front side 11 or the rear side 12 of the heating element 10 with a bending radius of at least 30 mm, in particular at least 25 mm, in particular at least 20 mm.
  • the contact pads 31 and 32 can be formed as a section of the heating structure 30 . Alternatively, it is possible for the contact pads 31 and 32 to be made available as separate elements or components.
  • the contact pads 31 and 32 can be formed from sintered paste material. Such a sintered paste material is applied to the side 21 of the insulation layer 20 . If the contact pads 31 and 32 are separate components, the heating structure 30 must be connected to the contact pads 31 and 32 .
  • a passivation layer 40 is applied to the upward-facing side 33 of the heating structure 30 .
  • the contact pads 31 and 32 are also partially coated with the passivation layer 40 .

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flexibles Heizelement (10) mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 250 °C, insbesondere von mindestens 300 °C, umfassend:- ein elektrisch leitendes Substrat (15), gebildet aus einer Metallfolie,- eine auf mindestens einer Seite (16) des Substrats (15) ausgebildete Isolationsschicht (20), und- eine auf der vom Substrat (15) wegweisenden Seite (21) der Isolationsschicht (20) ausgebildeten Heizstruktur (30),wobei das Heizelement (10) eine Heizelementdicke (DH) von weniger als 1,0 mm, das Substrat (15) eine Substratdicke (DS) von 0,02 mm - 0,5 mm und die Isolationsschicht (20) eine Isolationsschichtdicke (DI) von 0,2 µm - 30 µm aufweist

Description

  • Die Erfindung betrifft ein flexibles Heizelement mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 250 °C, insbesondere von mindestens 300 °C. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Heizelements. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen flexiblen Heizelements.
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungsformen von Heizelementen bekannt. In US 2018/0093455 A1 wird beispielsweise ein flexibler, flacher Heizer offenbart, der auf Basis eines polymeren Laminats ausgebildet ist. Das Laminat besteht aus einer Polymerschicht, konkret aus Polyimid, einer Primer-Schicht und einer Silikonklebeschicht. Auf der Silikonklebeschicht ist eine Metallstruktur, die als Heizstruktur ausgebildet ist, laminiert. Nachteilig an derartigen Heizelementen ist allerdings die Verwendung eines polymeren Laminats. Eine Verwendung derartiger Materialien verhindert eine Verwendung des Heizelementes bei Temperaturen von über 300 °C. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Polymere des Laminates bei derartigen Temperaturen pyrolisieren oder degradieren würden.
  • In US 5,408,574 A wird wiederum ein Heizelement offenbart, das auf der Verwendung eines keramischen Substrates basiert. Das keramische Substrat weist dabei eine Dicke von 25 - 250 µm auf, um eine ausreichende Stabilität zu garantieren. Der Heizer weist einzelne Heizstrukturen auf, die einzeln ansteuerbar sind. Diese Heizstrukturen werden vorzugsweise mittels Siebdruck auf Grundlage einer edelmetallhaltigen Paste erzeugt. Ein derartiges Heizelement ist derart ausgelegt, dass es bei einer maximalen Heizleistung von 10 - 20 W eine Temperatur von 450 °C - 600 °C in zwei Sekunden erreicht. Nachteilig bei einem derartigen Heizelement ist allerdings die Verwendung eines Keramik-Substrates. Derartige Keramik-Substrate sind weder elastisch noch weisen sie eine hohe Bruchfestigkeit auf.
  • Ausgehend von dem Vorgenannten, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Lösung anzugeben, die ein einerseits flexibles Heizelement mit einer andererseits hohen Temperaturbeständigkeit aufweist. Eine flexible Ausbildung eines Heizelements ist insbesondere vorteilhaft, um einen guten Wärmekontakt zu in Kontakt stehenden Körpern mit unebenen Oberflächen auszubilden.
  • Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe ein flexibles Heizelement herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine entsprechende Verwendung des erfindungsgemäßen Heizelementes anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf ein flexibles Heizelement durch den Gegenstand des Anspruches 1, im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Heizelementes durch den Gegenstand des Anspruches 11 und im Hinblick auf eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Heizelements durch den Gegenstand des Patentanspruches 15 gelöst.
  • Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein flexibles Heizelement mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 250 °C, insbesondere von mindestens 300 °C, anzugeben, wobei das flexible Heizelement umfasst:
    • ein elektrisch leitendes Substrat, gebildet aus einer Metallfolie,
    • eine auf mindestens einer Seite des Substrats ausgebildete Isolationsschicht, und
    • eine auf der vom Substrat wegweisenden Seite der Isolationsschicht ausgebildete Heizstruktur,
    wobei das Heizelement eine Heizelementdicke von weniger als 1,0 mm, das Substrat eine Substratdicke von 0,02 mm - 0,5 mm und die Isolationsschicht eine Isolationsschichtdicke von 0,2 µm - 30 µm aufweist.
  • Mit anderen Worten wird ein Heizelement angegeben, das zum einen flexibel ist und zum anderen eine hohe Temperaturbeständigkeit von mindestens 250 °C, insbesondere von mindestens 300 °C, aufweist. Die Ausbildung eines derartigen Heizelements wird dadurch ermöglicht, dass die einzelnen Schichten bzw. Bauteile des flexiblen Heizelements hinsichtlich ihrer Materialien sowie der jeweiligen Dicken der Elemente bzw. Schichten derart weitergebildet sind, dass zum einen Flexibilität hergestellt wird und zum anderen eine Temperaturbeständigkeit ausgebildet wird.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Heizelement eine Heizelementdicke von weniger als 0,6 mm, besonders bevorzugt von weniger als 300 µm auf.
  • Als Isolationsschichten eignen sich insbesondere derartige elektrisch isolierende Schichten, die das elektrisch leitende Substrat von der Heizstruktur elektrisch trennen. Generell eignen sich hierzu Schichten mit einem spezifischen Widerstand von > 10E10 Ω * cm.
  • Die Isolationsschicht umfasst vorzugsweise eine Metalloxidschicht, insbesondere eine anodisierte Metalloxidschicht, oder eine Metallnitridschicht oder eine Metalloxidnitridschicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Isolationsschicht eine Metalloxidschicht, insbesondere eine anodisierte Metalloxidschicht, oder eine Metallnitridschicht oder eine Metalloxidnitridschicht. Sofern die Isolationsschicht eine der genannten Metallschichten ist, weist die Isolationsschicht keine weiteren Schichten, die nicht unter die vorangegangenen Schichtdefinitionen fallen, auf.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass die Isolationsschicht als Kombination verschiedener übereinander gestapelter Metalloxidschichten, Metallnitridschichten oder Metalloxidnitridschichten ausgestaltet ist.
  • Der Vorteil einer Isolationsschicht, die eine Metalloxidschicht, eine Metallnitridschicht oder eine Metalloxidnitridschicht ist oder aufweist, besteht darin, dass derartige Isolationsschichten sowohl gute isolierende Eigenschaften aufweisen als auch möglichst dünn ausgestaltet werden können.
  • Einige Metalle, wie zum Beispiel Aluminium oder FeCrAI-Legierungen bilden besonders stabile Metalloxidschichten aus, sodass ein Abplatzen der Isolationsschicht bzw. das Ausbilden von Rissen in der Isolationsschicht, auch bei schnellen Temperaturwechseln verhindert wird.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass die Isolationsschicht folgende Bestandteile aufweist:
    Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Aluminiumtitantat (Al2TiO5) und/oder Titandioxid (TiO2) und/oder Siliziumdioxid (SiO2) und/oder Siliziumoxid (SiO) und/oder Magnesiumoxid (MgO) und/oder Magnesiumtitanat (MgTiO3) und/oder eine binäre Zirkondioxid-Legierung und/oder eine ternäre Zirkoniumdioxid-Legierung und/oder Bornitrid (BN) und/oder Aluminiumnitrid (AIN) und/oder Siliziumnitrid (Si3N4).
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass die Isolationsschicht mittels ADM-Verfahren (Aerosol-Deposition-Method) hergestellt ist. Mit Hilfe eines derartigen Verfahrens können keramische oder glasartige Isolationsschichten hergestellt werden. Diese Schichten weisen eine besonders hohe elektrische Isolation auf und können zusätzlich eine dünne Schichtdicke aufweisen. Sofern die Isolationsschicht mittels ADM-Verfahren hergestellt wird, kann die Isolationsschichtdicke 0,2 µm - 10 µm betragen.
  • Neben dem ADM-Verfahren sind auch andere bekannte Abscheideverfahren wie CVD (chemical vapor depostion) oder PVD (physical vapor deposition) zum Aufbringen einer Isolationsschicht auf eine Metallfolie möglich.
  • Das elektrisch leitende Substrat wird aus einer Metallfolie gebildet. Insbesondere besteht das elektrisch leitende Substrat aus einer Metallfolie.
    Die Metallfolie wird vorzugsweise aus derartigen Materialien gebildet, die bei einer anionischen Oxidation dichte Metalloxidschichten mit einer hohen elektrischen Isolation ausbilden. Dies dient zur Herstellung einer entsprechenden Isolationsschicht. Als Metallfolien sind somit insbesondere Folien aus Aluminium, Stahl, Titan, Niob oder Tantal geeignet. Hinsichtlich der Stahlfolien, sind insbesondere chrom- und aluminiumhaltige Legierungen geeignet.
  • Die Metallfolie ist vorzugsweise aus Aluminium (Al) und/oder Stahl und/oder Titan (Ti) und/oder Niob (Nb) und/oder Tantal (Ta) gebildet.
  • Der Stahl ist vorzugsweise eine FeCrAI-Legierung, insbesondere X8CRAI20-5 oder FeCr25Al5.
  • Die Substratdicke beträgt 0,02 mm - 0,5 mm, insbesondere 0,05 mm - 0,3 mm.
  • Aufgrund der Verwendung von Metallfolien zur Herstellung eines elektrisch leitenden Substrates, insbesondere bei Verwendung einer Aluminiumfolie, wird ein Verzug der Metallfolie während des Hochheizens des flexiblen Heizelementes verhindert.
  • Das Verwenden einer Metallfolie zur Ausbildung eines elektrisch leitenden Substrates hat weiterhin den Vorteil, dass beispielsweise im Gegensatz zur Verwendung von polymeren Substraten, die Isolationsschicht mittels variabler Verfahren aufgebracht werden kann.
  • Da die Metallfolie hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann, kann die Isolationsschicht auch mittels derartiger Verfahren aufgebracht werden, die mit einer hohen Temperaturbeaufschlagung einhergehen. Dies ist beispielsweise beim Aufbringen metallhaltiger Pasten der Fall. Derartige Pasten bzw. Sinterpastenschichten sind regelmäßig bei hohen Temperaturen von beispielsweise 1000 °C zu sintern. Aufgrund der Verwendung einer Metallfolie können derartige Temperaturbeaufschlagungen ohne weiteres erfolgen.
  • Eine anodisierte Metalloxidschicht unterscheidet sich von einer atmosphärischen Metalloxidschicht durch eine höhere elektrische Isolation. Eine anodisierte Metalloxidschicht kann beispielsweise mittels Eloxieren einer Metalloberfläche erzeugt werden. Mit anderen Worten kann eine Isolationsschicht, die eine anodisierte Metalloxidschicht ist, durch Eloxieren der Metalloberfläche des Substrates hergestellt werden. Aufgrund einer elektrolytischen Oxidation wird die Oberfläche der Metallfolie in eine Metalloxidschicht umgewandelt.
  • Bei einem Eloxal-Verfahren handelt es sich um eine Methode der Oberflächentechnik zum Erzeugen einer oxidischen Schutzschicht durch anodische Oxidation. Dabei wird im Gegensatz zu galvanischen Beschichtungsverfahren, die Schutzschicht nicht auf dem Werkstück niedergeschlagen, sondern durch Umwandlung der obersten Metallschicht ein Oxid bzw. Hydroxid gebildet. Es entsteht eine 5 µm - 25 µm dünne Schicht, die darunterliegende Schichten bzw. Elemente, nämlich das Substrat, schützt und isoliert.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer Metalloxidschicht ist ein Hartanodisierungsverfahren. Dabei wird die Metallfolie wie beim Eloxal-Verfahren in einen Elektrolyten getaucht und als Anode geschaltet. Die Oberfläche der Metallfolie wird dabei oxidiert, so dass sich eine Metalloxidschicht ausbildet. In diesem Fall findet ein Volumenzuwachs an der Metallfolie statt.
  • Durch entsprechende Auswahl des Materials der Metallfolie des elektrisch leitenden Substrates kann eine entsprechende Auswahl hinsichtlich der darauf auszubildenden Isolationsschicht erfolgen.
  • Bei der Verwendung einer Stahlfolie aus einer FeCrAI-Legierung kann eine Oxidation dieser Schicht an Luft bei erhöhter Temperatur ebenfalls eine Metalloxidschicht erzeugen.
  • Bei Verwendung einer FeCrAI-Legierung mit einem Aluminiumgehalt von beispielsweise 6% kann in Sauerstoffhaltiger Atmosphäre in einem Ofen bei Oxidationstemperaturen von 1.000 °C bis 1.100 °C eine elektrisch isolierende Isolationsschicht, insbesondere eine elektrisch isolierende Aluminiumoxid-Schicht, von bis zu 5 µm hergestellt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, dass auch Stahlfolien mit einem geringen CrAl-Anteil verwendet werden, sofern eine derartige Stahlfolie auf mindestens einer Oberfläche bzw. auf mindestens einer Seite alitiert wird. Ein Alitierungsprozess sieht vor, dass eine aluminiumhaltige Schicht auf der Substrat-Metallfolie aufgebracht wird, wobei diese aluminiumhaltige Schicht anschließend bei Temperaturen von 800 °C bis 1.200 °C geglüht wird. Es entstehen dabei dichte Al2O3-Schichten mit einer Dicke von > 20 µm. Die Al2O3-Schicht liegt dabei in der α-Phase vor. Aufgrund dieses Prozesses wird auf mindestens einer Seite des Substrates eine Isolationsschicht ausgebildet. Bei einer derartigen Isolationsschicht handelt es sich um eine elektrisch isolierende Metalloxidschicht.
  • Als ein flexibles Heizelement ist insbesondere ein derartiges Heizelement zu verstehen, das in einer Richtung senkrecht zu einer Vorderseite oder einer Rückseite auslenkbar ist, ohne dass die Auslenkung zu einer wesentlichen Widerstandsveränderung und/oder zu Rissen und/oder Brüchen und/oder ähnlichen Schäden des Heizelements führt.
  • Die Flexibilität des Heizelements ist als eine reversible Auslenkung einer Vorderseite oder einer Rückseite des Heizelements bei einem Biegeradius von mindestens 30 mm, insbesondere von mindestens 25 mm, insbesondere von mindestens 20 mm, definiert.
  • Die mindestens eine Heizstruktur ist vorzugsweise direkt auf der Isolationsschicht aufgebracht. Mit anderen Worten ist die mindestens eine Heizstruktur direkt auf der vom Substrat wegweisenden Seite der Isolationsschicht aufgebracht. Bei einer derartigen Ausführungsform der Erfindung sind zwischen der Heizstruktur und der vom Substrat wegweisenden Seite der Isolationsschicht keine weiteren Schichten ausgebildet.
  • Es sind aber auch Ausführungsformen möglich, in denen Haftvermittlerschichten, wie zum Beispiel Titan/Titanoxid- oder Tantal/Tantaloxid-Schichten zwischen der Isolationsschicht und der Heizstruktur ausgebildet sind.
  • Vorzugsweise besteht die Heizstruktur aus einer Metallstruktur. Die Heizstruktur weist vorzugsweise einen elektrischen Widerstand von 0,5 bis 30,0 Ω, insbesondere von 0,5 bis 10,0 Ω, auf. Der elektrische Widerstand ist zwischen zwei Anschlüssen der Heizstruktur ausgebildet.
  • Die Heizstruktur beschreibt ein derartig strukturiertes Element, das den tatsächlichen Heizvorgang des flexiblen Heizelementes auslöst.
  • Die Heizstruktur, die insbesondere aus einer Metallstruktur hergestellt ist, kann eine beliebige Form aufweisen. Beispielsweise ist das Ausbilden einer Heizstruktur in quadratischer Form möglich. Auch das Ausbilden einer Heizstruktur mit einer im Wesentlichen geraden Leitungsstruktur ist möglich.
  • Besonders weist die Heizstruktur eine mäandrierende Form auf. Eine derartig mäandrierende Form kann beispielsweise aus einer zusammenhängenden, ineinander verwobenen und/oder ineinander geschachtelten und/oder ineinandergreifenden, Leitungsstruktur gebildet sein.
    Die einzelnen Abschnitte, insbesondere die einzelnen Leitungsabschnitte können relativ dünn ausgebildet sein.
  • Die Heizstruktur, die insbesondere in einer mäandrierenden Form vorliegt, kann aufgrund der gebildeten Struktur eine beliebig große Fläche bedecken. Eine derartig große Fläche des zu erwärmenden Gegenstandes führt zu einer homogen erzeugten Flächentemperatur.
  • Die Heizstruktur kann aus einer strukturierten Metallfolie gebildet sein. Sofern eine derartige Ausführung hinsichtlich der Heizstruktur vorliegt, kann die Heizstruktur in einem separaten Prozess erzeugt und anschließend auf die Isolationsschicht aufgebracht werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Heizstruktur, die vorzugsweise aus einer strukturierten Metallfolie gebildet ist, auf der Isolationsschicht schwimmend aufgelegt werden und mit der Isolationsschicht fixiert sein.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass die Heizstruktur aus einer metallhaltigen Paste und/oder einer metallhaltigen Tinte hergestellt ist. Eine derartig metallhaltige Paste und/oder Tinte kann im Rahmen eines Aufdruckens, insbesondere im Rahmen eines Siebdruckverfahrens, auf der Isolationsschicht aufgebracht werden.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Heizstruktur aus einer edelmetallhaltigen Paste gebildet. Insbesondere kann es sich bei den Edelmetallen um Platin und/oder Silber und/oder Gold handeln.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Heizstruktur um eine mittels Dünnschichtmetallabscheidung hergestellte Metallstruktur.
  • Vorzugsweise weist die mindestens eine Heizstruktur mindestens zwei Kontaktpads auf oder ist mit mindestens zwei Kontaktpads verbunden. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Kontaktpads auf der vom Substrat wegweisenden Seite der Isolationsschicht ausgebildet.
  • Sofern die Heizstruktur des flexiblen Heizelements keine Kontaktpads aufweist, weist die Heizstruktur mindestens zwei Anschlüsse auf, die jeweils nach außen elektrisch zu verbinden sind.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auf der Heizstruktur, d. h. auf der vom Substrat wegweisenden Seite der Heizstruktur zumindest abschnittsweise eine Passivierungsschicht ausgebildet sein. Bei einer derartigen Passivierungsschicht handelt es sich vorzugsweise um eine Glas- und/oder Keramikschicht.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass das flexible Heizelement vollständig von einer Passivierungsschicht, insbesondere von einer elektrisch isolierenden Glas- und/oder Keramikschicht, umgeben bzw. in eine derartige Schicht eingekapselt ist. Bei einer derartigen Ausführungsform der Erfindung sind ausgebildete Kontaktpads und/oder Anschlüsse der Heizstruktur von einer derartigen Passivierungsschicht zumindest abschnittsweise freizulassen. Mit anderen Worten sind mindestens die zwei Kontaktpads und/oder mindestens zwei Anschlüsse der Heizstruktur nicht vollständig mit einer Passivierungsschicht beschichtet.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Heizstruktur zwischen zwei Substratabschnitten ausgebildet sein, wobei die zwei Substratabschnitte durch Faltung des Substrates gebildet sind. Eine derartige Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine gute Wärmeübertragung zwischen der Heizstruktur und dem Substrat.
  • Das erfindungsgemäße flexible Heizelement mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 250 °C weist aufgrund der erfindungsgemäßen Materialauswahl und der erfindungsgemäßen Schichtdickenauswahl eine flache Bauform auf. Eine derartige flache Bauform ermöglicht die Verwendung des flexiblen Heizelements in baulich begrenzten Anwendungen.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen flexiblen Heizelements ist es möglich, im Vergleich zu Heizelementen des Standes der Technik, größere Oberflächen, d. h. größere Vorder- und/oder Rückseiten des flexiblen Heizelements auszubilden. Aufgrund derartig großer Oberflächen bzw. großer Vorder- und/oder Rückseiten ist eine gute Wärmeübertragung vom flexiblen Heizelement zu einem zu erwärmenden Gegenstand möglich.
  • Die flexible Ausgestaltung erlaubt einen verbesserten Wärmekontakt zwischen dem flexiblen Heizelement und einem zu heizenden Gegenstand mit unebener Oberfläche und damit ein schnelles und energieeffizientes Aufheizen des Gegenstandes.
  • Die Ausbildung einer Isolationsschicht aus den angegebenen Materialien sowie mit den angegebenen Schichtdicken ermöglicht ein schnelles und energieeffizientes Aufheizen des Substrates.
  • Aufgrund der Material- und/oder Schichtdickenauswahl im Zusammenhang mit dem flexiblen Heizelement weist das Heizelement außerdem eine geringe thermische Masse auf, so dass ein schnelles und energieeffizientes Aufheizen des Heizelements ermöglicht wird.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen flexiblen Heizelements. Bezüglich einzelner Verfahrensaspekte wird auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Heizelement verwiesen. Im vorangegangenen Teil der Beschreibung sind bereits einzelne Aspekte hinsichtlich der Herstellung des Heizelementes enthalten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Heizelements umfasst die Schritte:
    1. a) Bereitstellen eines Substrates, das aus einer Metallfolie gebildet ist,
    2. b) Ausbilden mindestens einer Isolationsschicht auf mindestens einer Seite des Substrates, und
    3. c) Aufbringen einer Heizstruktur auf die vom Substrat wegweisenden Seite der Isolationsschicht.
  • Im Schritt b) wird zur Ausbildung der Isolationsschicht:
    • mittels eines Eloxierverfahrens oder Hartanodisierverfahrens eine anodisierte Metalloxidschicht hergestellt,
      oder
    • ein Oxidierungsverfahren bei einer Oxidationstemperatur von mindestens 800 °C durchgeführt,
      oder
    • auf mindestens eine Seite des Substrats eine Aluminiumschicht aufgebracht und anschließend mittels Oxidation bei Temperaturen von 800 °C bis 1.200 °C eine Aluminiumoxidschicht hergestellt,
      oder
    • eine elektrisch isolierende Schicht mittels ADM-Verfahren oder CVD-Verfahren oder PVD-Verfahren auf mindestens einer Seite des Substrates aufgebracht.
  • Im Schritt c) wird zum Aufbringen der Heizstruktur:
    • ein strukturiertes Metallelement, insbesondere ein strukturiertes Metallfolienelement, auf die Isolationsschicht aufgebracht,
      oder
    • mittels einer Dünnschichtmetallabscheidung die Heizstruktur auf der Isolationsschicht gebildet,
      oder
    • mittels Aufdrucken einer metallhaltigen Paste oder einer metallhaltigen Tinte die Heizstruktur auf der Isolationsschicht gebildet.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, auf die Heizstruktur zumindest abschnittsweise eine Passivierungsschicht aufzubringen.
  • Vorzugsweise wird auf die vollständige Oberseite der Heizstruktur eine Passivierungsschicht aufgebracht. Sofern die Heizstruktur Kontaktpads aufweist, sind die Kontaktpads höchstens abschnittsweise mit einer Passivierungsschicht versehen. Vorzugsweise sind die Kontaktpads vollständig passivierungsschichtfrei ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Kontaktpads entsprechend einfach elektrisch zu kontaktieren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Heizelements zeichnet sich durch eine besonders einfache Methodik und eine kostengünstige Durchführung aus.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte a) bis c) auf einem Substratband und/oder einer Substratplatte durchgeführt.
  • Auf dem Substratband und/oder der Substratplatte werden die Formen von einzelnen Substraten eingebracht. Hierzu werden die Substrate an den Seiten vom Substratband und/oder der Substratplatte getrennt. An Ecken und/oder einzelnen Seitenabschnitten werden die Substrate nicht vom Substratband und/oder der Substratplatte gelöst, so dass die einzelnen Substrate weiterhin mit dem Substratband und/oder der Substratplatte verbunden sind.
  • In dieser dann vorliegenden Form können die einzelnen Substrate weiterprozessiert werden, so dass die Schritte b) und c) gemeinsam durchgeführt werden können.
  • Abschließend erfolgt ein Trennen der einzelnen Substrate vom Substratband und/oder der Substratplatte.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen flexiblen Heizelements. Die erfindungsgemäße Verwendung sieht eine Verwendung des flexiblen Heizelements in Kombination mit einem Temperatursensor und/oder in Kombination mit einem Temperatursensorchip und/oder in einem elektrischen Rauchgerät vor.
  • Es ist möglich, das erfindungsgemäße flexible Heizelement als Temperatursensor zu verwenden. In einem derartigen Verwendungsfall wird der Widerstand der Heizstruktur gemessen, wobei mittels einer Temperatur-Widerstands-Kennlinie die zu messende Temperatur detektiert werden kann.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass das flexible Heizelement einen Temperatursensor aufweist. Der Temperatursensor kann auf der Isolationsschicht des flexiblen Heizelements angeordnet sein. Es ist möglich, dass der Temperatursensor in Form einer Metallstruktur, insbesondere in Form einer Platinstruktur ausgebildet ist.
  • Des Weiteren ist es möglich, dass ein Temperatursensorchip auf und/oder in dem flexiblen Heizelement integriert ausgebildet ist.
  • Das erfindungsgemäß flexible Heizelement ist besonders zum Erwärmen und Temperieren von Gegenständen jeglicher Art nutzbar. Dies ist auf die vorteilhafte flexible und zugleich temperaturbeständige Ausbildung des flexiblen Heizelements zurückzuführen.
  • Besonders bevorzugt kann das flexible Heizelement zum schnellen Erwärmen von flachen Gegenständen mit kleiner Masse oder von Flüssigkeiten verwendet werden. Das flexible Heizelement kann in einem derartigen Fall gegen die (flache) Oberfläche des zu erwärmenden Gegenstandes gepresst werden, um eine effektive Wärmeübertragung zu ermöglichen.
  • Aufgrund der flachen und flexiblen Bauform des flexiblen Heizelements kann das erfindungsgemäße Heizelement auch in Anordnungen eingesetzt werden, die nicht mit dicken oder starren Heizelementen in Kontakt gebracht werden sollten. Beispielhaft ist die Verwendung der flexiblen Heizelemente in Zellpaketen, wie Brennstoffzellen oder Batteriepacks zu nennen.
  • Des Weiteren ist es möglich, das erfindungsgemäße Heizelement auf elektronische Komponenten wie Halbleiter oder Sensoren aufzubringen. Elektronische Komponenten wie Halbleiter oder Sensoren können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Heizelements auf eine gewünschte Betriebstemperatur erwärmt und anschließend die entsprechende Betriebstemperatur aufrechterhalten werden.
  • Eine weitere Verwendung eines erfindungsgemäßen flexiblen Heizelementes ist die Verwendung in Kombination mit Textilien und/oder Bekleidungsstücken.
  • Des Weiteren ist eine Verwendung des flexiblen Heizelementes als Heizkopf und/oder Heizleiste zum Laminieren oder Verschweißen von Kunststoffen möglich.
  • Des Weiteren kann ein erfindungsgemäßes flexibles Heizelement in einem elektrischen Rauchgerät verwendet werden. Vorzugsweise handelt es sich um ein elektrisches Rauchgerät zum verbrennungsfreien Rauchen von pflanzlichen Stoffen, wie z. B. Tabak, oder Flüssigkeiten Bei den Flüssigkeiten kann es sich beispielsweise um nikotinhaltige Lösungen handeln.
  • Sofern das elektrische Rauchgerät zum verbrennungsfreien Rauchen von pflanzlichen Stoffen dienen soll, werden pflanzliche Stoffe zu einem Pad gepresst und mit Hilfsstoffen, wie z. B. Glycerin, versetzt. Ein derartiges Pad wird dabei auf ein flexibles Heizelement des elektrischen Rauchgerätes gelegt und aufgrund eines mechanischen Verschlusses auf das flexible Heizelement gedrückt.
  • Aufgrund der Flexibilität des Heizelementes passt sich das Heizelement an die Oberflächenform des Pads an und bildet einen guten Wärmekontakt. Das flexible Heizelement wird auf Temperaturen von bis zu 300 °C elektrisch erhitzt, um die Inhaltsstoffe des Pads verbrennungsfrei extrahieren zu können.
  • Da das flexible Heizelement keine Polymere oder andere organische Verbindungen aufweist, werden beim Erhitzen des flexiblen Heizelements keine organischen Zersetzungsprodukte erzeugt, die der Inhalation der erzeugten Aerosole abträglich sind.
  • Sofern das elektrische Rauchgerät zum verbrennungsfreien Rauchen von Flüssigkeiten dient, wird die Flüssigkeit aus einem Reservoir in Richtung der Oberfläche des flexiblen Heizelementes transportiert und dort verdampft. Insbesondere gelangt die Flüssigkeit mit Hilfe eines Dochts oder eines porösen Körpers vom Reservoir auf die Oberfläche des flexiblen Heizelements.
  • Im Folgenden werden gemäß Ausführungsformen 1 bis 5 verschiedene flexible Heizelemente sowie verschiedene Verfahren zur Herstellung dieser flexiblen Heizelemente angegeben.
    • Ausführungsform 1:
  • Das flexible Heizelement umfasst ein elektrisch leitendes Substrat, das aus einer eloxierten Aluminiumfolie gebildet ist. Das Substrat weist eine Substratdicke von 100 µm auf. Die Isolationsschicht wird aus der Aluminiumoxidschicht gebildet. Die Isolationsschichtdicke beträgt ca. 5 µm. Die Aluminiumoxidschicht weist eine hohe elektrische Isolation zwischen der Oberfläche des Oxids und dem metallischen Kern der Metallfolie auf. Dies trifft insbesondere bei niedrigen elektrischen Spannungen zu.
  • Die Heizstruktur ist aus einer Metallfolie, konkret einer Nickel-Chrom (NiCr)-Folie gebildet. Die Heizelementdicke beträgt ca. 50 µm. Die Heizstruktur ist derart ausgebildet, dass aus der Nickel-Chrom-Folie (spezifischer Widerstand Ro=132 µΩ * cm) ein Mäander mit einer Linienbreite von 1 mm und einer Länge von 50 mm ausgestanzt ist. An den jeweiligen Enden der Heizstruktur, d. h. an den Anschlüssen, befinden sich Kontaktpads. Diese Kontaktpads weisen eine Breite von 5 mm auf. Zwischen den beiden Kontaktpads liegt ein elektrischer Widerstand von 1,3 Ω an.
  • Nach Herstellung der Heizstruktur wird die Heizstruktur auf die vom Substrat wegweisende Seite der Isolationsschicht (Aluminiumoxidschicht) gelegt. Anschließend wird die Metallfolie (Aluminiumfolie) gefaltet, so dass die Heizstruktur zwischen zwei Substratabschnitten ausgebildet bzw. angeordnet ist. Die Heizstruktur liegt lose in einer Tasche aus eloxierter Aluminiumfolie und ist in dieser Tasche frei verschiebbar.
  • Die derart vorliegende Struktur kann gewölbt werden, um die Heizstruktur in der gebildeten Substrattasche zu fixieren. Des Weiteren wird aufgrund der Wölbung eine gute Wärmeübertragung zwischen der Heizstruktur und dem Substrat gewährleistet.
    • Ausführungsform 2:
  • Der Aufbau des Substrates sowie der Isolationsschicht entspricht dem Aufbau gemäß Ausführungsform 1.
  • Die Heizstruktur ist aus einer Eisennickel (FeNi)-Folie (Ro=72 µΩ * cm) gefertigt.
    Der elektrische Widerstand der Heizstruktur beträgt folglich 0,72 Ω. Der Vorteil einer derartigen Materialauswahl im Zusammenhang mit der Heizstruktur besteht darin, dass Eisennickel einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweist und die Heizstruktur folglich selbstregulierende Eigenschaften aufweist.
  • Das bedeutet, dass der elektrische Widerstand der Heizstruktur mit zunehmender Temperatur ansteigt und eine Überhitzung der Heizstruktur verhindert wird.
    • Ausführungsform 3:
  • Das Substrat und die Isolationsschicht sind gemäß dem in Ausführungsform 1 beschriebenen Aufbau hergestellt. Die Heizstruktur wird mittels Siebdruck hergestellt. Hierzu wird eine Silbersinterpaste durch ein Sieb auf eine der vom Substrat wegweisenden Seite der Isolationsschicht aufgebracht. Die Silbersinterpaste kann des Weiteren Metalloxide und/oder organische Komponenten und/oder gemahlene Glasfritte aufweisen.
  • Die Silbersinterpaste wird anschließend bei einer Temperatur von ca. 400 °C eingebrannt. Aufgrund der Verwendung einer Metallfolie, insbesondere einer Aluminiumfolie, als elektrisch leitendes Substrat ist eine Beaufschlagung mit einer derartigen Temperatur möglich.
    • Ausführungsform 4:
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird als Substrat ein sogenanntes KAT-Blech verwendet. Ein derartiges Blech ist aus einer Eisen-Chrom-Aluminium (FeCrAl)-Legierung gebildet. Zur Ausbildung einer Isolationsschicht wird das KAT-Blech bei über 1.000 °C oxidiert. Die Kanten des Bleches sind somit ebenfalls oxidiert. Die Heizstruktur kann anschließend als Silbersinterpaste auf die Isolationsschicht aufgebracht werden.
    • Ausführungsform 5:
  • Ausführungsform 5 sieht ebenfalls die Verwendung eines KAT-Bleches vor. Die einzelnen Substrate, die vorzugsweise eine rechteckige Form aufweisen, werden aus einem Nutzen, bestehend aus einer Folie aus KAT-Blech, getrennt, ohne diese vollständig aus dem Nutzen zu lösen. Eine derartige Anordnung wird hergestellt, indem die einzelnen Substrate an ihren Seiten von dem Nutzen getrennt werden. An den Ecken bleiben die einzelnen Substrate mit dem Nutzen verbunden.
  • Die Substrate können in dieser Anordnung, d. h. im mit dem Nutzen verbundenen Zustand weiterprozessiert werden. Insbesondere kann das Eloxieren sowie das Aufbringen einer Heizstruktur auf die einzelnen Substrate in einem einzelnen Schritt für alle Substrate erfolgen. Die Trennung der Substrate vom Nutzen kann beispielsweise mittels Stanzen und/oder Laserschneiden erfolgen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • In diesen zeigen:
    • Fig. 1a
    ein erfindungsgemäßes flexibles Heizelement in einer Draufsicht; und
    Fig. 1b
    das flexible Heizelement in einer Seitenansicht.
  • Das erfindungsgemäße flexible Heizelement 10 umfasst im Wesentlichen fünf Schichten bzw. Elemente.
  • Das Heizelement 10 weist ein Substrat 15, eine Isolationsschicht 20, eine Heizstruktur 30, Kontaktpads 31 und 32 sowie eine Passivierungsschicht 40 auf.
  • Das flexible Heizelement 10 weist eine Temperaturbeständigkeit von mindestens 250 °C auf.
  • Das elektrisch leitende Substrat 15 ist aus einer Metallfolie gebildet. Das Substrat weist eine erste Seite 16, die nach oben weist, sowie eine zweite Seite 17, die nach unten weist, auf.
  • Auf der ersten Seite 16 des Substrates 15 ist eine Isolationsschicht 20 ausgebildet. Die Isolationsschicht 20 weist wiederum eine erste Seite 21 und eine zweite Seite 22 auf.
    Die zweite Seite 22 liegt dabei auf dem Substrat 15 an. Die erste Seite 21 der Isolationsschicht 20 weist hingegen von dem Substrat 15 weg.
  • Auf der vom Substrat 15 wegweisenden Seite 21 der Isolationsschicht 20 ist eine Heizstruktur 30 ausgebildet. Die Heizstruktur 30 weist eine mäandrierende Form auf. Vorzugsweise ist diese Heizstruktur 30 als ein strukturiertes Metallfolienelement ausgebildet. Dieses Metallfolienelement 30 kann auf die erste Seite 21 der Isolationsschicht 20 aufgebracht werden.
  • Auf der vom Substrat 15 bzw. der Isolationsschicht 20 wegweisenden Seite 33 der Heizstruktur ist zusätzlich eine Passivierungsschicht 40 aufgetragen. Aufgrund der mäandrierenden Form der Heizstruktur 30 gelangt die Passivierungsschicht 40 außerdem auf die nicht mit einer Heizstruktur 30 bedeckten Abschnitte der Seite 21 der Isolationsschicht 20.
  • Die Heizstruktur 30 weist an beiden Enden Kontaktpads 31 und 32 auf bzw. ist mit diesen Kontaktpads 31 und 32 verbunden. Die Passivierungsschicht 40 deckt die Heizstruktur vollständig ab. Des Weiteren werden die Kontaktpads 31 und 32 teilweise von der Passivierungsschicht 40 abgedeckt.
  • Die dargestellte Heizelementdicke DH beträgt weniger als 1,0 mm. Das Substrat 15 weist eine Substratdicke DS von 0,02 mm bis 0,5 mm auf. Die Isolationsschicht 20 weist eine Isolationsschichtdicke DI von 0,2 µm bis 30 µm auf.
  • Das Heizelement 10 ist flexibel ausgebildet, wobei die Flexibilität des Heizelements 10 als eine relative Auslenkung der Vorderseite 11 oder der Rückseite 12 des Heizelements 10 bei einem Biegeradius von mindestens 30 mm, insbesondere von mindestens 25 mm, insbesondere von mindestens 20 mm, definiert ist.
  • Das erfindungsgemäße flexible Heizelement wird gemäß folgender Verfahrensschritte hergestellt:
    1. a) Zunächst wird das Substrat 15, das aus einer Metallfolie gebildet ist, bereitgestellt. Als Metallfolien werden bevorzugt Folien aus Materialien verwendet, die bei einer anionischen Oxidation dichte Metalloxidschichten mit einer hohen elektrischen Isolation ausbilden. Als Metallfolien sind besonders Folien aus Aluminium, Stahl, Titan, Niob oder Tantal geeignet. Bei Stahlfolien sind insbesondere chrom- und aluminiumhaltige Legierungen geeignet. Dabei handelt es sich beispielsweise um FeCrAI-Legierungen.
    2. b) In diesem Schritt wird mindestens eine Isolationsschicht auf der ersten Seite 16 des Substrates 15 ausgebildet. Die Isolationsschicht 20 wird beispielsweise durch anionische Oxidation hergestellt. Bei einer derartigen Isolationsschicht 20 handelt es sich um eine anodisierte Metalloxidschicht.
    3. c) Im diesem Schritt wird die Heizstruktur 30 auf die vom Substrat 20 wegweisende Seite 21 der Isolationsschicht 20 aufgebracht. Die Heizstruktur 30 kann in einem vorgelagerten Verfahren durch Herstellung eines strukturierten Metallfolienelementes bereitgestellt werden. Dieses kann nachfolgend auf die Seite 21 der Isolationsschicht 20 aufgebracht werden.
  • Die Kontaktpads 31 und 32 können als Abschnitt der Heizstruktur 30 ausgebildet werden. Alternativ ist es möglich, dass die Kontaktpads 31 und 32 als separate Elemente bzw. Bauteile zur Verfügung gestellt werden.
  • Es ist beispielsweise möglich, dass die Kontaktpads 31 und 32 aus Sinterpastenmaterial gebildet werden. Ein derartiges Sinterpastenmaterial wird auf die Seite 21 der Isolationsschicht 20 aufgebracht. Sofern es sich bei den Kontaktpads 31 und 32 um separate Bauteile handelt, muss die Heizstruktur 30 mit den Kontaktpads 31 und 32 verbunden werden.
  • Abschließend wird eine Passivierungsschicht 40 auf die nach oben weisende Seite 33 der Heizstruktur 30 aufgebracht. Auch die Kontaktpads 31 und 32 werden teilweise mit der Passivierungsschicht 40 beschichtet.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Heizelement
    11
    Vorderseite Heizelement
    12
    Rückseite Heizelement
    15
    Substrat
    16
    erste Seite Substrat
    17
    zweite Seite Substrat
    20
    Isolationsschicht
    21
    erste Seite Isolationsschicht
    22
    zweite Seite Isolationsschicht
    30
    Heizstruktur
    31
    erstes Kontaktpad
    32
    zweites Kontaktpad
    33
    Seite Heizstruktur
    40
    Passivierungsschicht
    DH
    Dicke Heizelement
    DS
    Dicke Substrat
    DI
    Dicke Isolationsschicht

Claims (15)

  1. Flexibles Heizelement (10) mit einer Temperaturbeständigkeit von mindestens 250 °C, insbesondere von mindestens 300 °C, umfassend:
    - ein elektrisch leitendes Substrat (15), gebildet aus einer Metallfolie,
    - eine auf mindestens einer Seite (16) des Substrats (15) ausgebildete Isolationsschicht (20), und
    - eine auf der vom Substrat (15) wegweisenden Seite (21) der Isolationsschicht (20) ausgebildeten Heizstruktur (30),
    wobei das Heizelement (10) eine Heizelementdicke (DH) von weniger als 1,0 mm, das Substrat (15) eine Substratdicke (DS) von 0,02 mm - 0,5 mm und die Isolationsschicht (20) eine Isolationsschichtdicke (DI) von 0,2 µm - 30 µm aufweist.
  2. Flexibles Heizelement (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Isolationsschicht (20) eine Metalloxidschicht, insbesondere eine anodisierte Metalloxidschicht, oder eine Metallnitridschicht oder eine Metalloxidnitridschicht, ist.
  3. Flexibles Heizelement (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Isolationsschicht (20) Aluminiumoxid (Al2O3) und/oder Aluminiumtitantat (Al2TiO5) und/oder Titandioxid (TiO2) und/oder Siliziumdioxid (SiO2) und/oder Siliziumoxid (SiO) und/oder Magnesiumoxid (MgO) und/oder Magnesiumtitanat (MgTiO3) und/oder eine binäre Zirkondioxid-Legierung und/oder eine ternäre Zirkoniumdioxid-Legierung und/oder Bornitrid (BN) und/oder Aluminiumnitrid (AIN) und/oder Siliziumnitrid (Si3N4) aufweist.
  4. Flexibles Heizelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Isolationsschicht (20) mittels ADM-Verfahren (Aerosol-Desposition-Method) hergestellt ist.
  5. Flexibles Heizelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Flexibilität des Heizelements (10) als eine reversible Auslenkung einer Vorderseite (11) oder einer Rückseite (12) des Heizelements (10) bei einem Biegeradius von mindestens 30 mm, insbesondere von mindestens 25 mm, insbesondere von mindestens 20 mm, definiert ist.
  6. Flexibles Heizelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Metallfolie aus Aluminium (AI) und/oder Stahl und/oder Titan (Ti) und/oder Niob (Nb) und/oder Tantal (Ta) gebildet ist.
  7. Flexibles Heizelement (10) nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Stahl eine FeCrAI-Legierung, insbesondere X8CRAI20-5 oder FeCr25Al5, ist.
  8. Flexibles Heizelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Heizstruktur (30) direkt auf der Isolationsschicht (20) aufgebracht ist.
  9. Flexibles Heizelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Heizstruktur (30) zwischen zwei Substratabschnitten ausgebildet ist, wobei die zwei Substratabschnitte durch Faltung des Substrates (15) gebildet sind.
  10. Flexibles Heizelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens eine Heizstruktur (30) mindestens zwei Kontaktpads (31, 32) aufweist oder mit mindestens zwei Kontaktpads (31, 32) verbunden ist, wobei die mindestens zwei Kontaktpads (31, 32) auf der vom Substrat (15) wegweisenden Seite (21) der Isolationsschicht (20) ausgebildet sind.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Heizelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    umfassend die Schritte:
    a) Bereitstellen eines Substrates (15), das aus einer Metallfolie gebildet ist,
    b) Ausbilden mindestens einer Isolationsschicht (20) auf mindestens einer Seite (16) des Substrates (15), und
    c) Aufbringen einer Heizstruktur (30) auf die vom Substrat (20) wegweisenden Seite (21) der Isolationsschicht (20).
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Schritt b) zur Ausbildung der Isolationsschicht (20)
    - mittels eines Eloxierverfahrens oder Hartanodisierverfahrens eine anodisierte Metalloxidschicht hergestellt wird,
    oder
    - ein Oxidierungsverfahren bei einer Oxidationstemperatur von mindestens 800 °C durchgeführt wird,
    oder
    - auf mindestens einer Seite (16) des Substrats (15) eine Aluminiumschicht aufgebracht und anschließend mittels Oxidation bei Temperaturen von 800 °C - 1.200°C eine Aluminiumoxidschicht hergestellt wird,
    oder
    - eine elektrisch isolierende Schicht mittels ADM-Verfahren oder CVD-Verfahren oder PVD-Verfahren auf mindestens einer Seite (16) des Substrates (15) aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Schritt c) zum Aufbringen der Heizstruktur (30)
    - ein strukturiertes Metallelement, insbesondere ein strukturiertes Metallfolienelement, auf die Isolationsschicht (20) aufgebracht wird,
    oder
    - mittels einer Dünnschichtmetallabscheidung die Heizstruktur (30) auf der Isolationsschicht (20) gebildet wird,
    oder
    - mittels Aufdrucken einer metallhaltigen Paste oder einer metallhaltigen Tinte die Heizstruktur (30) auf der Isolationsschicht (20) gebildet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    gekennzeichnet durch
    zumindest abschnittsweise Aufbringen einer Passivierungsschicht (40) auf die Heizstruktur (30).
  15. Verwendung eines flexiblen Heizelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, in Kombination mit einem Temperatursensor und/oder in Kombination mit einem Temperatursensorchip und/oder in einem elektrischen Rauchgerät.
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