Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Heizwicklung auf einen metallischen Grundkörper

Für den Kaltstart ethanolbetriebener Ottomotoren ist eine Vorheizung des Kraftstoffes notwendig. Diese Heizung soll den Kraftstoff beim Einspritzen vorwärmen und so das Zünden des Kraftstoffes bei sehr niedrigen Temperaturen ermöglichen. Die Heizung kann beispielsweise über ein zusätzliches Heizelement in der KraftstoffZuleitung erfolgen. Dabei wird jedoch nur der Kraftstoff in der Zuleitung, nicht aber in der Einspritzdüse erwärmt, so dass immer eine gewisse Menge kalter, nicht zünd ^¬ fähiger Kraftstoff eingespritzt wird. Aus der DE 22 10 250 AI ist andererseits bekannt, im Kraftstoffeinspritzventil eine

Heizwendel entweder direkt im vom Kraftstoff durchflossenen Bereich des Ventils oder in einem gut wärmeleitenden Isolator, der um den vom Kraftstoff durchflossenen Bereich angeordnet ist, vorzusehen. In der US 2010/133363 AI ist andererseits ein induktiv beheiztes Kraftstoffeinspritzventil offenbart, bei dem eine Spule auf einem Wicklungsträger aufgewickelt ist, der auf einen Teil des Kraftstoffeinspritzventils aufgesteckt ist, wobei zwischen dem Wicklungsträger und dem Ventilgehäuse ein gut wärmeleitendes Material angeordnet ist.

Diesen bekannten beheizbaren Kraftstoffeinspritzventilen ist gemeinsam, dass sie aufwändig zu fertigen und damit kosten ^¬ trächtig sind. Aus der DE 10 2004 060 382 AI ist es andererseits bekannt, auf dem Gebiet elektrischer Heizvorrichtungen zum Erwärmen von flüssigen oder gasförmigen Medien, wie sie insbesondere in elektrischen Haushaltsgeräten zum Waschen und Trocknen von Wäschestücken bzw. Geschirr zum Einsatz kommen, einen als Metallrohr ausgebildeten Grundkörper, der von der Flüssigkeit oder dem Gas durch- oder umströmt wird, durch ein thermisches Spritzverfahren oder mittels eines Siebdruckverfahrens, eines Sprühverfahrens oder Micropenverfahrens mit einer isolierenden Abdeckschicht zu versehen, auf die eine wendeiförmige Heiz ^¬ leiterschicht mittels eines thermischen Spritzverfahrens oder Kaltgasspritzens aufgetragen wird. Ein solches Verfahren ist in den Figuren 9 und 10 schematisch dargestellt. Auf einen

Grundkörper 1 wird mittels einer ersten Düse 4 ^{λ λ} eine isolierende Schicht 2 aufgetragen, indem beispielsweise der Grundkörper 1 rotiert, was durch einen entsprechenden Pfeil 6 dargestellt ist. In einem zweiten Verfahrensschritt wird mittels einer zweiten Düse für ein leitfähiges Material wiederum durch Rotation des Grundkörpers 1 und Bewegung der zweiten Düse 5 in axialer Richtung des Grundkörpers 1 eine wendeiförmige Heizleitung 3 auf die Isolierschicht 2 aufgebracht.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, dass zwei Ar- beitsschritte erforderlich sind, wodurch die Fertigungszeit entsprechend erhöht wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik, ein zeitsparenderes Verfahren anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Heizwicklung auf einem metallischen Grundkörper, bei dem zunächst auf den Grundkörper eine Isolierschicht und dann auf die Isolierschicht eine leitende, sich wendeiförmig um den

Grundkörper windende, schmale Heizleitung aufgesprüht wird, wobei die Isolierschicht in sich wendeiförmig um den Grundkörper windenden Bahnen aufgesprüht wird, wobei sich die Bahnen berühren und eine geschlossene Fläche bilden. Eine hierzu geeignete erfindungsgemäße Vorrichtung zum Auf ^¬ sprühen einer Isolierschicht und einer wendeiförmigen Heizleitungs-Schicht auf einem Grundkörper weist eine Haltevor ^¬ richtung für den Grundkörper sowie eine erste Düse für das Isolierschichtmaterial und eine zweite Düse für das leitfähige Heizleitungsmaterial auf, wobei die beiden Düsen derart be ^¬ nachbart zueinander und zu einem in der Haltevorrichtung einzubringenden Grundkörper ausgerichtet sind, dass durch eine Rotationsbewegung des Grundkörpers oder der ersten und der zweiten Düse und eine in Axialrichtung des Grundkörpers er ^¬ folgende Bewegung des Grundkörpers oder der ersten und der zweiten Düse zuerst das Isolierschichtmaterial und darauf das Heizleitungsmaterial auf dem Grundkörper aufgesprüht werden können.

Hierdurch wird in einem Arbeitsgang durch einmalige Rotationsbewegung und Axialbewegung des Grundkörpers und/oder der Düsen noch während die Isolierschicht wendeiförmig aufgetragen wird, auf die bereits aufgetragenen Bahnen der Isolierschicht bereits die Heizleitung aufgesprüht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Heizleitung etwa in der Mitte einer Bahn der Isolierschicht aufgesprüht.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es in einfacher Weise möglich, mehrere Schichtfolgen aus einer Isolierschicht und einer Heizleitungs-Schicht übereinander aufzusprühen. Dies erfolgt in besonders vorteilhafter Weise dadurch, dass die weitere Schichtfolge aus einer Isolierschicht und einer

Heizleitungs-Schicht mit zur ersten Schichtfolge entgegenge ^¬ setzter Wicklungsrichtung aufgesprüht wird. Dadurch kann in einfacher Hin- und Herbewegung entweder des Grundkörpers oder der Düsen die Schichtfolgen übereinander angeordnet werden, wodurch Zeit eingespart wird.

Um mehrere Schichten übereinander anzubringen, weist die Vorrichtung zum Aufsprühen der Isolierschicht und der wen- delförmigen Heizleitungs-Schicht auf den Grundkörper in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine dritte Düse für das Isoliermaterial auf, wobei die dritte Düse für das Iso ^¬ liermaterial benachbart zu der zweiten Düse für das Heizlei ^¬ tungsmaterial und an zu deren zur ersten Düse gerichteten Seite entgegengesetzten Seite vorgesehen ist.

Hierdurch kann durch abwechselndes Benutzen der beiden Düsen für das Isoliermaterial dieses jeweils vor dem Aufsprühen des Heizleitungsmaterials auf die vorherige Schicht aufgesprüht werden .

In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vor- richtung zum Aufsprühen einer Isolierschicht und einer wendeiförmigen Heizleitungs-Schicht auf den Grundkörper ist die zweite Düse für das Heizleitungsmaterial bezogen auf die Grundkörperachse in etwa gleicher Höhe wie die erste Düse für das Isoliermaterial jedoch in einer Ebene senkrecht zur Grund- körperachse in einem Winkel dazu angeordnet, wobei der Winkel in vorteilhafter Weise etwa 180° beträgt. Hierdurch ist es möglich, mit nur zwei Düsen Schichtfolgen aus Isolierschicht und

Heizleitungs-Schicht aufzubringen, in dem dieses Paar von Düsen über den Grundkörper hin- und herbewegt wird oder aber der Grundkörper zwischen den Düsen hin- und herbewegt wird.

In erfindungsgemäßer Weise sind die Düsen und der Grundkörper derart zueinander angeordnet, dass sich eine Düse für das Isoliermaterial entweder in axialer oder in radialer Bewe- gungsrichtung der Düsen oder des Grundkörpers vor der Düse für das Heizleitungsmaterial befindet, so dass bei einem

Aufsprühvorgang für eine Schichtfolge immer zuerst das Iso ^¬ liermaterial und darauf das Heizleitungsmaterial aufgesprüht wird .

In einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt das Aufsprühen der Heizleitungs-Schicht auf einem Anschlusskontaktfeld, das als leitende Schicht auf einer auf dem Grundkörper angebrachten elektrisch isolierenden Schicht aufgebracht ist, wobei das Anschlusskontaktfeld mit einem

Steckeranschluss verbunden ist. Hierdurch ist eine einfache Kontaktierung der Heizwicklung möglich. In gleicher Weise endet das Aufsprühen der Heizleitungs-Schicht auf einem solchen Anschlusskontaktfeld .

Durch die Erfindung kann in einfacher und kostensparender Weise ein als Kraftstoffeinspritzventil ausgebildeter Grundkörper mit einer Heizwicklung versehen werden, wobei sehr unterschiedliche Schichten aus unterschiedlichsten Materialien mit unterschiedlicher Dicke und Breite aufgetragen werden können. So ist es möglich, durch geeignete Wahl von Wendelstruktur und verwendetem Material den Widerstand entweder sehr niederohmig - geeignet für eine Induktivheizung - auszuführen oder einen vorbestimmten Widerstandswert einzustellen, wie es für eine Widerstandsheizung erforderlich ist. Für eine Widerstandsheizung kann dabei das Isolierschichtmaterial aus einem gut wärmeleitenden Material gewählt werden, um die Wärme gut zum Kraftstoff zu transportieren. Außerdem ist es möglich, durch das Sprühverfahren die Isolationsschicht sehr dünn auszuführen, so dass eine gute Wärmeleitfähigkeit erzielt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit je einer Düse für das Isoliermaterial und einer für das Heizleitungsmaterial,

Figur 2 eine Ausführungsvariante mit einer

Fokussiervorrichtung für die Materialstrahlen,

Figur 3 eine fertige einschichtige Heizwendel mit einer

Drahtrückführung,

Figur 4 eine Detailansicht eines Anschlusskontaktfeldes, Figur 5 eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei Düsen zum Aufsprühen mehrerer Schichtfolgen,

Figur 6 eine fertig gewickelte Heizwendel mit zumindest zwei

Schichtfolgen aus Isoliermaterial und Heizlei ^¬ tungsmaterial,

Figur 7 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur zwei jedoch räumlich entgegengesetzt zueinander angeordneten Düsen,

Figur 8 die Verwendung der Vorrichtung gemäß Figur 7 zum

Aufbringen weiterer Schichtfolgen auf den Grund- körper,

Figur 9 eine Vorrichtung zum großflächigen Aufsprühen der

Isolierschicht nach dem Stand der Technik und Figur 10 das Aufsprühen der Heizleitungs-Schicht auf die

Isolierschicht in einem zweiten Arbeitsschritt gemäß dem Stand der Technik. In Figur 1 ist in schematischer Weise dargestellt, wie mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird. Dazu ist ein Grundkörper 1, der beispielsweise ein Kraftstoffeinspritzventil sein kann, in nicht näher ausgeführter Weise in eine Haltevorrichtung einer

AufSprühvorrichtung eingespannt und kann in der Darstellung der Figur 1 einerseits gedreht werden, was mittels eines Rotati ^¬ onspfeiles 6 angedeutet ist, und in axialer Richtung verschoben werden, was mittels eines Verschiebungspfeiles 7 angedeutet ist. Auf den Grundkörper 1 ist - wie in Figur 4 in größerer De- taillierung dargestellt ist - ein Anschlusskontaktfeld 13 auf einer elektrisch isolierenden Schicht 10 angeordnet, welche ihrerseits auf dem Grundkörper 1 aufgebracht ist. Von dem Anschlusskontaktfeld 13 erstreckt sich ein Steckeranschluss 11 zur externen Kontaktierung der auf den Grundkörper 1 aufzu- bringenden Heizwicklung.

Um die Heizwicklung aufzubringen, wird zunächst auf den elektrisch leitenden Grundkörper 1 mittels einer ersten Düse 4 ein elektrisch isolierendes Material auf den Grundkörper 1 aufgesprüht, was aufgrund der Drehbewegung einerseits und der Axialbewegung andererseits erfindungsgemäß in sich wendeiförmig um den Grundkörper 1 windenden Bahnen erfolgt.

Beabstandet zur ersten Düse 4 ist eine zweite Düse 5 für ein elektrisch leitendes Material angeordnet, welches, nachdem eine geeignete Anzahl elektrisch isolierender Bahnen aufgesprüht wurde, auf diese, vorzugsweise in der Mitte einer jeweils aufgesprühten elektrisch isolierenden Bahn, aufgesprüht wird, so dass sich eine elektrisch leitfähige Heizleitung 3 ausgehend vom Anschlusskontaktfeld 13 wendeiförmig um den Grundkörper 1 windet, bis ein zweites Anschlusskontaktfeld 10 zum Kontaktieren des zweiten Anschlusses der Heizleitung 3 erreicht ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher Weise mit nur einem Arbeitsschritt eine Heizwicklung aus Heizleitungen 3 auf einer isolierenden Schicht 2 auf einem Grundkörper 1 aufgebracht werden.

Figur 3 zeigt eine entsprechend fertig gestellte Heizwicklung, wobei in der Figur 3 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 versehen sind. In der Figur 3 ist eine nur einschichtige Heizwicklung dargestellt, so dass für eine zweckmäßige Kontaktierung eine Kontaktrückführung 12 - beispielsweise mittels eines Drahtes - nötig und in Figur 3 schematisch dargestellt ist.

Eine Ausführung, bei der zwar der Grundkörper 1 rotiert, was wiederum durch einen Rotationspfeil 6 dargestellt ist, bei dem jedoch nicht der Grundkörper in axialer Richtung bewegt wird, sondern die Anordnung der ersten Düse 4 für das Isoliermaterial und der zweiten Düse 5 für das elektrisch leitfähige Material, ist in der Figur 2 dargestellt. Dies ist schematisch durch einen Verschiebungspfeil 8 angedeutet. Außerdem zeigt die Figur 2 eine Maske 9 zur Fokussierung der Materialstrahlen, was beispielsweise bei elektrisch geladenem Material mittels eines Wehnelt-Zylinders erfolgen kann. Für den Fall, dass eine oder mehrere weitere Schichtfolgen aus einer Isolierschicht und einer Heizleitungs-Schicht auf den Grundkörper 1 aufgebracht werden sollen, ist in Figur 5 ein erstes Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Vorrichtung dargestellt. Dort ist neben der ersten Düse 4 für das Isoliermaterial und der zweiten Düse 5 für das elektrisch leitfähige Material, durch die eine erste Isolierschicht 2 und darauf eine erste Heizleitungs-Schicht auf den Grundkörper 1 aufgebracht werden, eine dritte Düse 16 für das Isoliermaterial vorgesehen. Diese ist derart benachbart zur zweiten Düse 5 für das elektrisch leitfähige Material angeordnet, dass sich die zweite Düse 5 zwischen der ersten Düse 4 und der dritten Düse 16 befindet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 soll wie im Beispiel der Figur 2 der Grundkörper 1 um seine Achse gedreht werden, was durch den Rotationspfeil 6 angedeutet ist und gleichzeitig die Düsen ^¬ anordnung in axialer Richtung des Grundkörpers 1 bewegt werden, was durch den Verschiebungspfeil 8 angedeutet ist. Im dargestellten Beispiel wird durch die erste Düse 4 zunächst die erste Isolierschicht 2 auf den Grundkörper 1 aufgetragen und - wie bereits zur Figur 1 beschrieben - nach dem Auftragen einer Anzahl von Bahnen der ersten Isolierschicht 2 eine erste Heizleitungswendel 3 - die nur strichliert dargestellt ist - aufgesprüht. Mit derselben Bewegung wird nun gleich anschließend mittels der dritten Düse 16 eine zweite Isolierschicht 14 über die erste Heizleitungs-Schicht aufgetragen. Nachdem die erste Wicklungsschicht der Heizwendel 3 fertig gestellt ist, wird die weitere Isolierschicht 14 zu Ende aufgetragen, indem die restlichen Bahnen wendeiförmig mittels der dritten Düse 16 aufgesprüht werden und anschließend durch eine Bewegung der Düsenanordnung in die Gegenrichtung eine zweite Heizleitungs-Schicht 15 auf die weitere Isolierschicht 14 aufgetragen, was in Figur 6 mit der fertig gestellten Heizwendel aus zwei Heizleitungs-Schicht 3 und 15 dargestellt ist. In dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlusskontaktfelder 13 auf derselben Seite der Heizwendel angeordnet, da dort eine geradzahlige Anzahl von Schichtfolgen aus einer Isolierschicht 2, 14 und einer Heizleitungs-Schicht 3, 15 aufgebracht wurden.

Im Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 wurde die erste und die weitere Isolierschicht 2, 14 während der Bewegung der Düsenanordnung in die erste Richtung aufgetragen. Es wäre jedoch auch möglich, zunächst bei der Bewegung in die erste Richtung, wie sie in der Figur 5 durch den Verschiebungspfeil 8 dargestellt ist, nur die erste Isolierschicht 2 und die erste Heizlei ^¬ tungs-Schicht 3 aufzutragen und bei der Bewegung in die ent ^¬ gegengesetzte Richtung in entsprechender Weise mittels der dritten Düse 16 die weitere Isolierschicht 14 und darauf die weitere Heizleitungs-Schicht 15 aufzusprühen. Es versteht sich von selbst, dass auf diese Weise noch weitere Schichten auf ^¬ gesprüht werden können. Durch entsprechende Auswahl der Materialien für die Isolierschicht 2, 14 und die Heizleitungen 3, 15 können die Eigenschaften wie beispielsweise gut wärmeleitend für die Isolierschicht und großer oder kleiner Widerstand für die Heizleitungen ohne großen Aufwand eingestellt werden. Falls eine induktive Heizung eines sich im Grundkörper 1 befindenden Fluids oder Gases gewünscht ist, beispielsweise eines Kraftstoffes in einem Kraftstoff ^¬ einspritzventil , sollte das Heizleitungsmaterial einen mög ^¬ lichst geringen Widerstand haben, was durch entsprechende Materialwahl und auch die Dicke und Breite der Heizleitungsbahnen 3, 15 eingestellt werden kann. Soll jedoch die Heizung durch entsprechende Erwärmung der Heizleitungsbahnen 3, 15 erfolgen, so ist einerseits ein entsprechend hoher Widerstand der

Heizleitungsbahnen gewünscht, was durch entsprechendes Material und eine entsprechende Ausführung der Dicke und Breite der Heizleitungsbahnen 3, 15 eingestellt werden kann.

Außerdem ist bei einer Heizung mittels ohmscher Verlustleistung ein guter Wärmeübergang von den Heizleiterbahnen 3, 15 zum Grundkörper 1 erforderlich, so dass das Isoliermaterial mög ^¬ lichst gut wärmeleitend sein sollte. Dies kann auch durch eine entsprechend dünne Isolierschicht 3, 14 erreicht werden, was durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders einfach her ^¬ zustellen ist.

Statt zweier Düsen für das Isoliermaterial 4, 16 kann gemäß der Figuren 7 und 8 auch nur eine Düse 4 ^λ verwendet werden, die in einer Ebene senkrecht zur Achse des Grundkörpers 1 gegenüber der zweiten Düse 5 für das elektrisch leitfähige Material in einem Winkel, der vorzugsweise 180° beträgt, angeordnet ist. Durch diesen Versatz der ersten Düse 4 ^λ und der zweiten Düse 5 ist es möglich, zunächst eine halbe Bahn Isoliermaterial 2 auf den Grundkörper 1 aufzusprühen, um direkt anschließend darauf die erste Bahn der Heizleitung 3 aufzusprühen. Dies ist in der Figur 7 mit einer ersten Axialbewegung der Düsenanordnung 4 5 mittels der Bewegungspfeile 8 angedeutet. Nach der Beendigung der ersten Schichtfolge aus einer ersten Isolierschicht und einer ersten Heizleitungs-Schicht kann durch eine Gegenbewegung, was in der Figur 8 durch Verschiebungspfeile 8 ^λ angedeutet ist, eine weitere Schichtfolge aus einer weiteren Isolierschicht 14 und einer weiteren Heizleitungs-Schicht 15 aufgesprüht werden. Statt der Bewegung der Düsenanordnung 4 15 wäre es genauso gut möglich, den Grundkörper 1 in Axialrichtung zwischen der Düsenanordnung hindurchzuführen. Außerdem wäre es möglich, statt der in den Figuren dargestellten Rotation des Grundkörpers 1 mittels der Rotationspfeile 6 eine Rotation der Düsenanordnungen 4, 5, 16, 4 ^λ vorzusehen. Allerdings dürfte eine Rotation des Grundkörpers 1 einfacher durchzuführen sein.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine einfache Herstellung einer Heizwendel auf einem elektrisch leitfähigen Grundkörper möglich, indem in einem Arbeitsgang sowohl eine erforderliche Isolationsschicht 2 als auch die Heizleitungs-Schicht 3 aufgesprüht wird. Die Anschlüsse zu einem Stecker werden durch Übersprühen von Anschlusskontaktfeldern 13 realisiert. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass auf einfache Weise ein mehrlagiger Aufbau der

Heizwicklung möglich ist. Durch Auswahl geeigneter Materialien werden optimale Heiz- und Isolationseigenschaften erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Aufsprühen von Heizwicklungen sowohl für Induktiv- als auch für Widerstandsheizungen geeignet und hat den besonderen Vorteil, dass die Montage von Einzelteilen wie beispielsweise auf Wicklungskörper aufgewickelte Spulen entfällt .