(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（２）と、
前記基板（２）上に形成された加熱導体層（４）と、
を有し、
前記加熱導体層（４）は、前記基板（２）上の主平面内で延在する少なくとも一つの加熱導体トラック（５）を含み、
前記加熱導体トラック（５）は、互いに隣接して延在し、絶縁ギャップ（７）によって互いに分離された複数のトラック部分（６）が形成されるように構成され、
電流が互いに反対方向に流れる、内側に位置するトラック部分（６ａ）が、隣接して互いに平行に延在するように、前記加熱導体トラック（５）が向きを変えられている箇所に、少なくとも一つの反転部位（８）が設けられ、
電流が互いに反対方向に流れる隣接する前記内側に位置するトラック部分（６ａ）の間の間隔は、前記反転部位（８）の領域の内側で局所的に広くなっている、可動用途の電気加熱装置（１）において、
前記反転部位（８）の前記領域において、前記内側に位置するトラック部分（６ａ）は、更に外側に位置しており、絶縁ギャップ（７）によって前記内側に位置するトラック部分（６ａ）から分離されたトラック部分（６ｂ）の方向に外側に突き出しており、更に外側に位置する前記トラック部分（６ｂ）については、前記内側に位置するトラック部分（６ａ）の間の前記内側の前記局所的な広がり及び前記内側に位置するトラック部分（６ａ）の前記突き出しを補償するために、前記トラック部分の幅が局所的に低減されることを特徴とする、
可動用途の電気加熱装置（１）。
【請求項２】
前記少なくとも一つの加熱導体トラック（５）は、前記基板（２）上で二本巻きパターンで延在する、請求項１に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項３】
前記加熱導体トラック（５）は、二つの反転部位（８）を含む、請求項１又は２に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項４】
前記加熱導体層（４）は、前記基板（２）上にバタフライ状パターンに形成される少なくとも二つの加熱導体トラック（５）において構成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項５】
前記加熱導体層（４）は、前記基板（２）上に平面的に堆積され、その後、材料を除去することによって構成された層である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項６】
前記電気加熱装置（１）は、１５０Ｖから９００Ｖの間の領域の動作電圧の高電圧ヒータとして構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項７】
前記加熱導体層（４）は、前記基板の表面領域の少なくとも８０％を覆う、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項８】
前記絶縁ギャップ（７）は、その全長にわたって実質的に一定の幅を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項９】
電気絶縁材料が前記絶縁ギャップ（７）内に配置される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項１０】
前記加熱導体トラック（５）は、いずれの場合にも、電流が同じ方向に流れる二つのトラック部分（６）が、その長さの少なくとも大部分にわたって互いに隣接して平行に延在するように構成される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項１１】
少なくとも一つの更なる層（１０）が、前記加熱導体層（４）上に設けられる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項１２】
前記電気加熱装置（１）は、自動車ヒータである、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項１３】
前記加熱導体トラック（５）は、前記加熱導体トラック（５）が内側湾曲部（８ａ）の領域において外側湾曲部（８ｂ）の領域よりも前記主平面に垂直な方向に薄くなるように前記反転部位（８）に構成される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項１４】
前記加熱導体トラック（５）は、前記内側湾曲部（８ａ）から前記外側湾曲部（８ｂ）に向かって厚さが段階的に増加するように前記反転部位（８）に構成される、請求項１３に記載の電気加熱装置（１）。
【請求項１５】
前記内側湾曲部（８ａ）の前記領域における前記加熱導体トラック（５）の厚さは、前記外側湾曲部（８ｂ）の前記領域における前記加熱導体トラック（５）の厚さの最大６５％である、請求項１３又は１４に記載の電気加熱装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動用途の電気加熱装置に関し、特に、基板と、基板上に形成され、主平面内で延在する少なくとも一つの加熱導体トラックを含む加熱導体層とを含むような電気加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車のような可動用途に電気加熱装置を使用することが知られている。特に電動車両の使用の増加に関連して、適切な電気加熱装置に対する需要が増加している。これまで、このタイプの可動用途の電気加熱装置として、いわゆるＰＴＣ加熱要素が主に使用されており、このＰＴＣ加熱要素は、内燃機関を含む従来の自動車の車載電源システムに存在する比較的低い供給電圧で動作していた。特に、完全に又は部分的に電気駆動される現代の車両の場合には、この車両に設けられた高電圧の車載電源システムに存在する供給電圧を用いて、例えば１５０ボルトから９００ボルトの間の範囲の電圧を用いて、車両を電気的に駆動することも可能であることが要求されている。必要に応じて、最大で１０００ボルトを超える電圧すら可能性がある。
【０００３】
「可動用途の加熱装置」という用語は、本明細書では、可動用途で使用するように設計され、それに応じて構成された加熱装置を意味すると理解される。これは、特に、そのような加熱装置が、輸送可能であり（必要に応じて、車両に固定的に設置されるか、又は単に輸送目的のために車両に収容される）、建物内の加熱システムの場合の例のような、もっぱら恒久的な非可動用途のために構成されないことを意味する。加熱装置は、車両（陸上輸送車両、船舶など）、特に陸上輸送車両に固定的に設置することもできる。この加熱装置は、特に、陸上輸送車両、水上輸送車両又は航空輸送車両などの例のような車両の内部コンパートメントを加熱するように構成することができ、また、航行中の船、特にヨットの例において見られるような、一部が開放された空間を加熱するようにも構成することができる。加熱装置は、大型テント、コンテナ（例えば、サイト・トレーラ）などの例で見られるような、非可動用途に一時的に使用することもできる。特に、電気加熱装置は、キャラバン、移動住宅、バス、乗用車などの例のような、陸上輸送車両用の予熱器又は補助加熱器としての可動用途向けに構成することができる。
【０００４】
ＷＯ２０１３／１８６１０６Ａ１には、基板上の導体トラックとして構成された熱抵抗器を有する自動車用の電気加熱装置が記載されている。導体トラックは、二本巻きとなるように構成され、導体トラックが反対方向に向きを変えられている領域には、広げられた絶縁領域が設けられる。広げられた絶縁領域は、特に良好な貫流特性を有する局所的に内側に位置する領域、及び、導体トラックの外側縁部領域に位置し貫流特性が低い領域が形成されるのを避けることができるように、導体トラックの全幅にわたって可能な限り電流を調整することを可能にする。上述の加熱装置では、ある程度満足できる特性が達成されているが、導体トラックが向きを変える領域では、電気加熱装置の他の部品の温度と比較して、依然として大幅に高い温度が発生することが確認されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、温度の実質的に均一な分布が達成され、同時に、可能な限りコンパクトであり生産の費用対効果が高い、可動用途のための改良された電気加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載の可動用途の電気加熱装置によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項に開示される。
【０００７】
可動用途の電気加熱装置は、基板と、基板上に形成された加熱導体層と、を含む。加熱導体層は、基板上の主平面内で延在する少なくとも一つの加熱導体トラックを含み、加熱導体トラックは、互いに隣接して延在し、絶縁ギャップによって互いに分離された複数のトラック部分が形成されるように構成され、電流が互いに反対方向に流れる、内側に位置するトラック部分が、隣接して互いに平行に延在するように、加熱導体トラックが向きを変えられている箇所に、少なくとも一つの反転部位が設けられる。電流が互いに反対方向に流れる隣接する内側に位置するトラック部分の間の間隔は、反転部位の領域の内側で局所的に広くなっている。反転部位の領域において、内側に位置するトラック部分は、更に外側に位置しており、絶縁ギャップによって内側に位置するトラック部分から分離されたトラック部分の方向に外側に突き出しており、更に外側に位置するトラック部分については、内側に位置するトラック部分の間の内側の局所的な広がり及び内側に位置するトラック部分の突き出しを補償するために、トラック部分の幅が局所的に低減される。加熱導体トラックが延在する基板上で主平面が平らであることは絶対的に必要ではなく、むしろ、この主平面は、例えば湾曲していても又は曲がっていてもよく、同様に、例えば基板は平らである必要はなく、むしろ、この基板も湾曲していても又は曲がっていてもよいことに留意されたい。加熱導体トラックは、反転部位の領域において少なくとも実質的に１８０°だけ主平面内で向きを変える。
【０００８】
隣接する内側に位置するトラック部分の間の間隔は、内側の反転部位の領域において局所的により広く構成されているが、内側に位置するトラック部分もまた、外側に突き出しているので、内側の間隔のみが局部的に広げられている実施形態と比較して、反転部位の領域における内側に位置するトラック部分の断面の大きな低減が回避される。このようにして、冒頭で述べた従来技術と比較して、反転の領域における温度の局所的な増加を大幅に低減させることができ、均一な温度分布が達成されることが判明した。更に外側に位置するトラック部分については、トラック部分の幅は、内側に位置するトラック部分の間の内側の局所的な広がり及び内側に位置するトラック部分の突き出しを補償するために、局所的に低減されているので、基板の表面が加熱導体トラック又は複数の加熱導体トラックを形成するために非常に効率的に使用される特にコンパクトな実施形態を同時に達成することが可能である。この実施形態において更に外側に位置するトラック部分に関連する断面の僅かな低減は、設定されるべき温度分布に関する問題にはならない。
【０００９】
更なる実施形態では、少なくとも一つの加熱導体トラックは、基板上で二本巻きパターンで延在する。二本巻き構成によれば、加熱導体トラックが基板表面上の利用可能な領域の大部分を覆うことが可能になり、空きスペースがほとんど残らない。更に、二本巻き構成によれば、電気加熱装置によって引き起こされる可能性のある干渉放射を最小にすることが可能になる。二本巻き構成においては、加熱導体トラックのトラック部分は、電流が流れる又は電流が互いに反対方向に流れ得るトラック部分が互いに隣接して延在して配置されるように、互いに隣接して配置される。熱を分散するために設けられた加熱導体トラックの少なくとも実質的に全てのトラック部分は、二本巻き構成の一部であることが好ましい。このようにして、生成された電磁場を少なくとも部分的に往復的に排除することが可能である。しかしながら、特に電源に接続するための接続領域は、非二本巻き方法で配置することもできることに留意されたい。加熱導体トラックの残りの領域は、少なくとも実質的に二本巻き方法で配置することができるのが好ましい。
【００１０】
更なる展開例では、加熱導体トラックは、二つの反転部位を含む。特に加熱導体トラックが二つのそのような反転部位を含む場合には、電磁放射線をより少なくする二本巻き構成を最適化することが可能であり、そうすることで、動作中に温度上昇が生じる領域をほんの僅かのみにすることが可能である。基板上に形成された複数の加熱導体トラックについては、加熱導体トラックのそれぞれは、いずれの場合も二つの反転部位を含むことが好ましい。
【００１１】
更なる展開例では、加熱導体層は、基板上にバタフライ状パターンに形成される少なくとも二つの加熱導体トラックにおいて構成される。「バタフライ状パターン」という用語は、この文脈では、一つの平面に関して実質的に鏡面対称なデザインを意味すると理解される。少なくとも二つの加熱導体トラックは、電源への接続を供給する少なくとも一つの共通接続部を含むことができるのが好ましい。対称性が達成された結果、このようなバタフライ状パターンで加熱導体トラックを構成することにより、基板表面が図示のように使用される場合に電磁放射を非常に低く抑えることが可能になる。
【００１２】
更なる展開例では、加熱導体層は、基板上に平面的に堆積され、その後、材料を除去することにより構成された層である。この場合、加熱導体トラック又は複数の加熱導体トラックを特に費用対効果の高い方法で製造することが可能である。加熱導体層は、溶射法を用いて基板に塗布することができ、その後、レーザ処理法によって構造を設けることができることが好ましい。しかしながら、基本的には、加熱導体層を形成するために、例えば印刷法、キャスティング法などの他の方法も考えられる。熱伝導層は、導電性金属材料で製造されるのが好ましく、挿入された熱伝導性が高い電気絶縁中間層によって基板の材料から分離される。特に、熱伝導層は、例えばニッケル−クロム合金で製造することができ、酸化アルミニウム層を用いて基板の材料から分離することができる。基板自体は、熱伝導性が高いことが好ましく、特に金属で製造される。それぞれの加熱導体トラックは、数ミリメートルの幅、特に２．５ｍｍから５ｍｍの幅、及び５μｍから２０μｍまでの領域、特に１０μｍから１５μｍまでの範囲の（基板に垂直な方向に延在する）高さであることが好ましい。
【００１３】
更なる展開例では、電気加熱装置は、１５０Ｖから９００Ｖの間の範囲の動作電圧の高電圧ヒータとして構成され、２００Ｖから６００Ｖの間の範囲の動作電圧の高電圧ヒータとして構成されるのが好ましい。しかしながら、例えば１０００Ｖまでの電圧で使用するために電気加熱装置を構成することも可能である。この場合、電気加熱装置は、例えば高価な電圧変換器を必要としない電気車両又はハイブリッド車両において特に有利な方法で使用することができる。しかしながら、例えば１２Ｖから４８Ｖの間の範囲で使用するための低電圧ヒータとして電気加熱装置を構成することも可能である。
【００１４】
更なる展開例では、加熱導体層は、基板の表面の少なくとも８０％を覆い、基板の表面の少なくとも８５％を覆うのが好ましい。この場合、利用可能な基板表面を非常に有効に活用することが可能であり、それにもかかわらず、個々のトラック部分を互いに十分に隔離することが可能である。加熱導体層は、特に基板表面の９５％未満を覆うことができる。
【００１５】
更なる展開例では、絶縁ギャップの幅は、その全長にわたって実質的に一定である。この文脈において、「実質的に一定の幅」という用語は、幅が平均値で１５％未満変化することを意味すると理解される。絶縁ギャップの幅は１０％未満だけ変化することが好ましい。絶縁ギャップの実質的に一定の幅は、アブレーション・プロセスを使用する特に費用対効果の高い製造プロセスを可能にし、同時に、利用可能な基板表面を有効に活用することを可能にする。
【００１６】
更なる展開例では、電気絶縁材料が絶縁ギャップ内に配置される。電気絶縁材料は、絶縁ギャップを覆うことに加えて、基板から離れて対向する加熱導体トラックの表面も覆うことができるのが好ましい。特に、加熱導体トラック又は複数の加熱導体トラックが形成された後に、電気絶縁材料が層の形態で堆積されることが特に好ましい。電気絶縁材料は、絶縁ギャップの幅を比較的小さく保つことを可能にし、その結果、基板の利用可能な表面を加熱導体トラック又は複数の加熱導体トラックに効率的に使用することができる。
【００１７】
更なる展開例では、加熱導体トラックは、いずれの場合にも、電流が同じ方向に流れる二つのトラック部分が、その長さの少なくとも大部分にわたって互いに隣接して平行に延在するように構成される。加熱導体トラックは、特に、電流が同じ方向に流れる二つのトラック部分のそれぞれについて、少なくとも、長さの少なくとも８０％にわたって互いに平行に隣接して延在するように構成され得る。それぞれの二つのトラック部分は、特にそれぞれについて電源への接続を提供するように端部が共通の接続部分に接続されていてもよい。この実施形態は、電気加熱素子を流れる電流の特に良好な分布を可能にし、その結果、熱出力の特に均一な分布を可能にする。更に、この構造は、費用対効果の高い簡単な方法で形成することができ、基板の利用可能な表面を良好に利用することが可能である。
【００１８】
更なる展開例では、少なくとも一つの更なる層が、加熱導体層上に形成される。特に、加熱導体層上に複数の層を形成することもできる。加熱導体トラック上のトラック部分の間の絶縁ギャップも充填する絶縁層を加熱導体層上に形成することも可能であることが好ましい。例えば、電気加熱装置の機能を監視するために、絶縁層上にセンサ層も形成することが可能であることが好ましい。絶縁層によれば、通電領域が付加的に絶縁されており、高度の安全性を提供することが可能になる。
【００１９】
更なる展開例では、電気加熱装置は、自動車加熱装置である。電気加熱装置は、特に、例えば車両の内部コンパートメント用の空気又は車両の流体回路内の流体などの流体を加熱するように構成することができる。
【００２０】
更なる展開例では、加熱導体トラックは、加熱導体トラックが内側湾曲部の領域において外側湾曲部の領域よりも主平面に垂直な方向に薄くなるように反転部位に構成される。外側湾曲部と比べて加熱導体路の伸張方向に電流路が短い内側湾曲部の領域において加熱導体トラックが薄くなる結果、内側湾曲部の領域における電気抵抗は、外側湾曲部の領域に対して増加する。このようにして、加熱導体トラックを流れる電流が主に内側湾曲部の領域を流れ、これにより、この部位で局所的に非常に大きな電流が生成され、この電流が流れることにより内側湾曲部において特に強い局部加熱が生じることを更に回避することができる。更に、このようにして、電気加熱装置の全体にわたって実質的に均一な温度プロファイルを達成することが可能である。内側湾曲部の領域におけるより薄い厚さにより、湾曲部分における加熱導体トラックの幅にわたって著しくより均一な電流分布が生じ、その結果、局所的に生じる最大温度がかなり低減される。更に、この実施形態は、非常に単純で費用対効果の高い方法で実現することができる。加熱導体トラックの所定のレイアウトの場合、この実施形態は、可能な熱出力が主として局所的な「ホット・スポット」を形成する可能性がある臨界的な部位によって決定されるので、表面領域当たりの達成可能な熱出力を増加させることを可能にする。
【００２１】
更なる展開例では、加熱導体トラックは、内側湾曲部から外側湾曲部に向かって厚さが段階的に増加するように反転部位に構成される。加熱導体トラックのこのような階段状構造は、特に例えば反転部位の領域内の異なる領域にわたる複数のパスでレーザを移動させるレーザ処理方法を使用して加熱導体トラックから材料を部分的に除去することによって、特に単純で費用対効果の高い方法で得ることができる。加熱導体トラックは、反転部位に、特に少なくとも二つの異なる厚さレベル（内側及び外側）を含むことができるが、例えばより多くの異なる厚さレベルを形成することも可能であり、その結果として、加熱導体トラックの厚さは、内側湾曲部から外側湾曲部に向かって複数の段階で増加する。このような段階的な厚さの変化が好ましいが、例えば、厚さが内側湾曲部から外側湾曲部に向かって例えば実質的に連続的に増加していてもよい。
【００２２】
更なる展開例では、内側湾曲部の領域における加熱導体トラックの厚さは、外側湾曲部の領域における加熱導体トラックの厚さの最大６５％であり、最大５０％であることが好ましく、最大３０％であることがより好ましい。このようにして、特に信頼できる方法で、望ましくないホット・スポットの形成を抑制することができる。
【００２３】
更なる利点及び更なる展開例は、添付の図面を参照して、例示的な実施形態の以下の説明において開示される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態による電気加熱装置の概略図である。
【図２】図１に示される詳細の概略図である。
【図３】本実施形態の場合における基板上の加熱導体層の配置を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態の変形例の図２に対応する概略図である。
【図５】変形例の場合における反転部位の領域における加熱導体トラックの断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して一実施形態を詳細に説明する。
【００２６】
図１は、一実施形態による可動用途の電気加熱装置１の概略図である。本実施形態による電気加熱装置１は、車両内の流体を加熱するように構成されている。特に、流体は、例えば加熱される空気又は車両の流体回路中の流体によって形成され得る。特に、電気加熱装置１は、１５０ボルトから９００ボルトの間、特に２００ボルトから６００ボルトの間の範囲の動作電圧で動作する高電圧ヒータとして構成されている。しかしながら、例えば、電気加熱装置１は、例えば１２ボルトから４８ボルトの間の範囲の動作電圧で動作する低電圧ヒータとして構成することも可能である。
【００２７】
電気加熱装置１は、基板２を含み、基板２は、特に、放出された熱出力を加熱すべき流体に伝達するための熱交換器として同時に構成することができる。特に、加熱すべき流体を案内する複数の熱交換リブ又はダクトを（図示していない）下面に設けることが一例として可能である。基板２は、例えば、高い熱伝達率を有する金属材料、特に例えばアルミニウム又はアルミニウム合金に生産技術が関連している限り、非常に費用対効果の高い方法で製造するのが好ましい。しかしながら、例えば、基本的には、特に例えば対応するセラミックなどの高い熱伝導率を有する電気絶縁材料で基板２を製造することも可能である。
【００２８】
基板２が導電性材料で形成される特定の例示的な実施形態の場合、高い熱伝導率を有する電気絶縁層３が基板２上に堆積される。電気絶縁層３は、例えば、特に酸化アルミニウムを用いて形成することが好ましい。電気絶縁層３は、例えば、溶射法を用いて基板２上に堆積させることができる。基板が例えばアルミニウムで形成される場合、特に、例えば基板２の表面を意図的に酸化することによっても、電気絶縁層３を形成することが可能である。電気絶縁層３は、以下に説明する加熱導体層４に対して基板２を電気的に絶縁するように構成されているが、それにもかかわらず基板２の材料に熱を容易に伝達することを可能にするように構成されている。
【００２９】
更に、電気加熱装置１は、（例えば基板２上に形成された絶縁層３を介して）基板２上に堆積される加熱導体層４を含む。加熱導体層４は、金属材料で形成され、例えば、特にニッケル−クロム合金を含むことができる。加熱導体層４は、特に溶射法を用いて堆積することが好ましい。しかしながら、代わりに、例えば印刷法又はキャスティング法を用いて加熱導体層４を堆積させることも可能である。
【００３０】
図１及び図２から明らかなように、加熱導体層４は、少なくとも一つの加熱導体トラック５が形成されるように構成されており、加熱導体トラックは、加熱導体トラックの対向する端部間に電圧が印加されると、ジュール熱を放出するように構成されている。以下に詳細に説明するように、特定の実施形態における加熱導体層４は、二つの加熱導体トラック５が構成され、加熱導体トラックが基板上にバタフライ状に延在するように構成されている。バタフライ状パターンは、二つの加熱導体トラック５が、基板２の主平面に対して垂直に延在する平面Ｅに対して実質的に鏡面対称に延在するように形成される。
【００３１】
電気加熱装置１の縁部領域には、加熱導体トラック５を電源に接続するための接続部９ａ、９ｂ、９ｃが設けられている。具体的に図示された実施形態の場合、合計三つのこのような接続部が互いに隣接して配置され、基板２の縁部で互いに電気的に絶縁される。特定の本実施形態の場合の中間接続部９ａは、二つの加熱導体トラック５を電気的に接続するように構成されている。例えば、共通の接続部９ａに所望の電位差を設定するために、二つの他の接続部９ｂ及び接続部９ｃに同様の電位を印加することも同様に可能である。二つの加熱導体トラック５は互いに対称的に構成されているので、二つの加熱導体トラック５のうちの一つのみを以下に詳細に説明する。
【００３２】
加熱導体トラック５は、基板２上で二本巻きパターンで延在するように構成されている。加熱導体トラック５は、基板２上に互いに隣接して形成された複数のトラック部分６を含むように構成され、トラック部分は、絶縁ギャップ７によって互いに分離され、その結果、お互いに電気的に絶縁される。例えば、絶縁ギャップ７は、最初に基板２上に平面的に加熱導体層４を堆積し、その後、絶縁ギャップ７の領域において、加熱導体層４の材料を特に例えばレーザ処理法を用いて意図的に除去した結果として形成されるのが好ましい。加熱導体トラック５におけるそれぞれの電流の流れの方向は、加熱導体トラック５の構造をより容易に理解することができるように、図１の上部領域において矢印で概略的に示されている。
【００３３】
図１及び図２に概略的に示されているように、各トラック部分６の間に形成される絶縁ギャップ７は、その全長にわたって少なくとも実質的に一定の幅を有する。このようにして、加熱導体トラック５のトラック部分６は、基板の表面の広い領域を覆い、その結果、熱出力を提供するトラック部分６を形成するために利用可能な領域が最大限に使用されることが可能である。
【００３４】
図１の概略的に示された矢印を参照すると明らかなように、加熱導体トラック５は、結果として複数のトラック部分６を含み、トラック部分６は、電流が常に反対方向に流れるようにその全長の大部分にわたって互いに隣接するように延在する。このようにして、電気加熱装置１の電磁放射を非常に低くすることができる。図１において更に明らかなように、加熱導体トラック５は、加熱導体トラック５もまた同じ方向に電流が流れる二つのトラック部分６が常に互いに隣接して延在し、トラック部分は接続部９ａ、９ｂ、９ｃのすぐ近くでのみそれぞれ互いに接続されるように、その全長の主要領域にわたって長手方向に分割されるように構成される。このようにして基板２の平面内で電流の有利な分布が達成される。
【００３５】
対象物も基板の可能な限り広い領域を覆うことができる上述の加熱導体トラック５の二本巻き配置の結果として、二つの反転部位８が加熱導体トラック５について（言い換えれば、本実施形態による電気加熱装置１の二つの加熱導体トラック５のそれぞれについて）形成される。加熱導体トラック５は、電流が反対方向に流れる内側に位置するトラック部分６ａが互いに絶縁ギャップ７によってのみ離間して配置され互いに平行に延在するように、主平面内の反転部位８において実質的に合計で１８０°向きを変えられている。
【００３６】
反転部位８の領域における加熱導体トラック５の構成は、図２に示される詳細な図を参照して詳細に説明される。
【００３７】
図２から明らかなように、隣接する内側に位置するトラック部分６ａの間の間隔は、反転部位８の領域において局所的に広く形成され、その結果、反転部位８での加熱導体トラックの曲がりは、実質的にしずく形状又はマッチ棒の頭形状の領域１１を取り囲む。具体的に図示された実施形態の場合、取り囲まれた領域１１は、内側に位置するトラック部分６ａの一つに電気的に導通するように接続されている、換言すれば、加熱導体層４は、この内側に位置するトラック部分６ａに対して分断されていない。しかしながら、例えば、絶縁ギャップ７を用いて、取り囲まれた領域１１を内側に位置するトラック部分６ａから完全に分離することも可能である。反転部位８の領域において内側に位置するトラック部分６ａの間の間隔が局所的に広がることにより、内側に位置するトラック部分６ａの外側縁部の電流経路と内側に位置するトラック部分６ａの内側縁部の電流経路との間の長さが過度に相違することが回避され、その結果、反転部位８の内側において電流が過度に集中することが回避される。このような局所的な過度の電流集中は、反転部位８の領域が局所的に過度に加熱される結果となる。
【００３８】
図２から同様に明らかであるように、内側に位置するトラック部分６ａの間の間隔の局所的な広がりは、この領域における内側に位置するトラック部分６ａの幅を低減させることになり、且つ、本実施形態では、少なくとも部分的には内側に位置するトラック部分６ａが反転部位８の領域において更に外側に位置する隣接のトラック部分６ｂの方向に外側に広がり、その結果、更に外側に突き出ているという事実によって調整されている。このようにして、内側に位置するトラック部分６ａのトラック断面の局所的な大きな広がりは、同様に、増大した局所的な温度上昇を回避することになる。その結果、反転部位の領域における局所的な「ホット・スポット」の形成は、特に信頼できる方法によって抑制される。特に、内側に位置するトラック部分６ａのトラック幅を犠牲にして内側のみ間隔を広げる実施形態と比較して、反転部位８において生成される温度は著しく低減される。更に、反転部位８の領域では、絶縁ギャップ７によって内側に位置するトラック部分６ａから分離しており更に外側に位置するトラック部分６ｂの幅は、上述の実施形態の反転部位８の領域における内側に位置するトラック部分６ａによって必要とされる増加した間隔を補償するために、局所的に低減する。言い換えれば、更に外側に位置するトラック部分６ｂについては、内側に位置するトラック部分６ａの間の内側の局所的な広がり、及び、内側に位置するトラック部分６ａの突き出しを補償するために、トラック部分の幅が局所的に低減される。このようにして、加熱導体トラック５は、基板２の利用可能な表面を可能な限り最大に最適に使用することができ、また、絶縁ギャップ７は全体的に、信頼性の高い絶縁を提供するのに必要であるように基板２の表面領域の一部分のみに配置することができる。
【００３９】
図３に概略的に示されているように、少なくとも一つの更なる絶縁層１０が、加熱導体層４上に、言い換えれば、上述の対応する構造の加熱導体トラック５上に形成され、この絶縁層は、加熱導体層４の基板２から離れた方向を向く上面を覆う。本実施形態の場合、更なる絶縁層１０は、特に、加熱導体トラック５のトラック部分６の間の絶縁ギャップ７も埋めるように構成されている。このようにして、トラック部分６が特に互いに十分に絶縁されていることが保証される。更なる絶縁層１０は、例えば、加熱導体層４が構造化された後に、構造化された加熱導体トラック５上に堆積させることができる。例えば、更なる絶縁層は、溶射法、鋳造法などによって構造化された加熱導体トラックに順に堆積させるのが好ましい。特に、更なる絶縁層１０は、良好な電気絶縁性と同時に高い熱伝導率を達成するために、例えば酸化アルミニウムを使用して順に形成することができる。
【００４０】
例えば、更なる絶縁層１０上に一つ又は複数の更なる層を設けることも可能であることが好ましい。特に、有利な方法では、電気加熱装置１の機能を監視するための少なくとも一つのセンサ層を形成することが可能である。
【００４１】
変形例
先に説明した実施形態の変形例を、図４及び図５を参照して以下に詳細に説明する。上述の実施形態からの変形例は、反転部位８における加熱導体トラック５の厚さの構造に関してのみ異なるので、同一の参照番号が変形例に使用され、繰返しを避けるために、全ての構成要素の繰返しの説明は行わない。
【００４２】
加熱導体トラック５の特に反転部位８の領域で形成されるのが望ましくない「ホット・スポット」の問題を解決又は少なくとも軽減するために、加熱導体トラック５は、例示の実施形態では、少なくとも反転部位８において、内側湾曲部８ａの領域における加熱導体トラックの厚さが外側湾曲部８ｂの領域よりも主平面に垂直な方向において薄くなるように形成されている。特定の例示的な実施形態の場合、加熱導体トラック５は、図５に概略的に示されるように、内側湾曲部８ａから外側湾曲部８ｂに向かってその厚さが段階的に増加するように構成されている。加熱導体トラック５に関する横方向のこのような階段状の構造化は、例えば、材料をレーザ処理方法によって、外側湾曲部８ｂの領域に残っている加熱導体層４の開始厚さからより薄い厚さに達するまで更に内側湾曲部８ａの方向に配置された領域の加熱導体トラック５から部分的に除去することによって、加熱導体トラック５に対して非常に単純で費用対効果の高い方法で形成することができる。これは、特に、加熱導体層４の材料も絶縁ギャップ７を形成するように除去するのと同じ処理ステップで実行することができることが好ましい。
【００４３】
図５に概略的に示すように、加熱導体トラック５は、湾曲部８において、例えば、加熱導体トラック５に関する横方向に全体で三つの高さレベルが実現されるように、二つのステップを有して構成することができる。しかしながら、例えば、二つの異なる高さレベルのみを形成すること、又は三つ以上の高さレベルを形成することも可能である。加熱導体トラック５の厚さは、内側湾曲部８ａの領域において、外側湾曲部８ｂの領域に比べてかなり低減させることができるのが好ましい。特に、例えば内側湾曲部８ａの領域における加熱導体トラック５の厚さは、外側湾曲部８ｂの領域における加熱導体トラック５の厚さの最大６５％であり、最大５０％であることが好ましく、最大３０％であることがより好ましい。非限定的の例では、加熱導体トラック５は、例えば、外側湾曲部８ｂの領域では約２５μｍの厚さであり、内側湾曲部８ａの領域では僅か約５μｍの厚さであり、両領域の間に位置する領域において約１５μｍの厚さであってもよい。このタイプの例では、例えば、内側湾曲部８ａの温度を約６０℃（特定の例では、例えば、約２４０℃から約１８０℃）だけ著しく低下させることができることが確認されている。内側湾曲部８ａの領域における加熱導体層４の厚さの低減は、幅の低減に関連する内側湾曲部８ａにおける電気抵抗の増加の結果として、加熱導体トラック５の幅にわたって電流の均一な分布をもたらす。このようにして、電気加熱装置１の「ホット・スポット」によって引き起こされる耐用寿命の短縮というリスクが大幅に低減される。概して、達成可能な熱出力は実質的に「ホット・スポット」によって制限されるので、このようにして、電気加熱装置１からの熱出力を増加させることも可能である。
【００４４】
特に反転部位８の領域では達成可能な効果が特に重要であるが、例えば、このタイプの反転部位８でない他の湾曲部でも、加熱導体トラック５の幅にわたって均一な電流分布を達成するために、内側湾曲部の領域において加熱導体層４の厚さを低減させることが可能である。
【００４５】
反転部位８の内側湾曲部８ａの領域における局所的な厚さ低減は、特に図４において破線で概略的に示されているように、特に、例えば反転部位８の直近又は周囲の領域にわたって比較的局所的に形成することができる。図４に概略的に示される実施形態の場合、加熱導体トラック５の厚さの付加的な構成は、例えば、破線の右側の領域においてのみ実現され、破線の左側の領域では、加熱導体トラック５は、その幅にわたって実質的に一定の厚さを有する。
【００４６】
加熱導体トラック５の上述した厚みの低減は、反転部位８の領域において隣接する内側に位置するトラック部分６ａの間の間隔が低減する程度を低減させることが可能である程度に、反転部位８の内側湾曲部８ａにおいてホット・スポットが形成される傾向を抑制することを可能にする。このようにして、基板２の表面領域をより有効に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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