DE102019202063B4

DE102019202063B4 - Wick heater unit for an inhaler

Info

Publication number: DE102019202063B4
Application number: DE102019202063.1A
Authority: DE
Inventors: Lasse Cornils; Michael Kleine Wächter; Niklas Romming
Original assignee: Koerber Technologies GmbH
Current assignee: Koerber Technologies GmbH
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2025-07-17
Anticipated expiration: 2039-02-16
Also published as: DE102019202063A1; WO2020165177A1

Abstract

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

Description

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

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

Ein Flüssigkeitsspeicher mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist beispielsweise in der zum Zeitpunkt der Anmeldung noch nicht offengelegten Patentanmeldung DE 10 2018 206 647.7 der Anmelderin beschrieben.A liquid reservoir having the features of the preamble of claim 1 is disclosed, for example, in the patent application which was not yet published at the time of filing DE 10 2018 206 647.7 described by the applicant.

Der Docht besteht aus porösem und/oder kapillarem Material, das aufgrund von Kapillarkräften in der Lage ist, von dem Heizer verdampfte Flüssigkeit in ausreichender Menge von dem Flüssigkeitsspeicher zu dem Heizer passiv nachzufördern, um ein Leerlaufen der Durchgangsöffnungen und sich daraus ergebende Probleme zu verhindern. Eine umfangsreiche Liste geeigneter Dochtmaterialien ist beispielsweise aus dem Dokument US 2018/0296777 A1 bekannt.The wick consists of a porous and/or capillary material that, due to capillary forces, is capable of passively transporting sufficient quantities of vaporized liquid from the heater from the liquid reservoir to the heater to prevent the passage openings from running dry and the resulting problems. A comprehensive list of suitable wick materials can be found, for example, in the document US 2018/0296777 A1 known.

Der Docht besteht vorteilhaft aus einem elektrisch nichtleitenden Material, um eine unerwünschte Erwärmung von Flüssigkeit in der Dochtstruktur durch Stromfluss zu vermeiden. Der Docht weist vorteilhaft eine geringe thermische Leitfähigkeit auf. Das Speichervolumen des Dochtes liegt im Bereich zwischen 1 mm³ und 10 mm³, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 mm³ und 8 mm³, noch weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 3 mm³ und 7 mm³ und beträgt beispielsweise 5 mm³.The wick is advantageously made of an electrically non-conductive material to prevent undesired heating of the liquid in the wick structure due to current flow. The wick advantageously has low thermal conductivity. The storage volume of the wick is in the range between 1 mm ³ and 10 mm ³ , more preferably in the range between 2 mm ³ and 8 mm ³ , even more preferably in the range between 3 mm ³ and 7 mm ³ , and is, for example, 5 mm ³ .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Dabei wird die dotierte Siliziumschicht bevorzugt vor dem Einbringen der Durchgangskanäle in die undotierte Siliziumschicht auf die mit dem Docht zu verbindende, freie Oberfläche der undotierten Siliziumschicht aufgebracht. Diese Lösung ist insofern von Vorteil, da die Durchgangskanäle dadurch nicht durch die dotierte Siliziumschicht verschlossen werden bzw. die Durchgangskanäle in der dotierten Siliziumschicht können bei der Herstellung der Durchgangskanäle in der undotierten Siliziumschicht gleich mit hergestellt werden.The doped silicon layer is preferably deposited on the free surface of the undoped silicon layer to be connected to the wick before the through-channels are introduced into the undoped silicon layer. silicon layer. This solution is advantageous in that the through-channels are not closed by the doped silicon layer, or the through-channels in the doped silicon layer can be created at the same time as the through-channels in the undoped silicon layer.

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

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

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

1 eine Verbrauchseinheit für einen Inhalator mit einer erfindungsgemäßen Docht-Heizer-Einheit, und
2 die erfindungsgemäße Docht-Heizer-Einheit als Einzelteil.

The invention will be explained below using preferred embodiments with reference to the attached figures.

1 a consumption unit for an inhaler with a wick heater unit according to the invention, and
2 the wick heater unit according to the invention as an individual part.

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

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

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

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

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

Bei einer Aktivierung der Docht-Heizer-Einheit 6 wird die elektrische Zwischenschicht 11 bestromt und die in den Durchgangskanälen 14 vorhandene Flüssigkeit verdampft. Der entstehende Dampf wird in den Durchgangskanälen 14 der undotierten und erwärmten Siliziumschicht 10 weiter transportiert und schließlich in den Strömungskanal des Verdampfergehäuses 5 eingeführt und über den Strömungskanal des Schlotes 4 in die Umgebung abgegeben bzw. bei einem elektrischen Zigarettenprodukt in die Mundhöhle des Konsumenten eingeleitet. Der aus Glas bestehende Docht 9 weist bewusst keine oder eine erheblich geringere Wärmeleitfähigkeit auf, wodurch die Transportrichtung des in der Zwischenschicht 11 erzeugten Dampfes in Richtung der undotierten Siliziumschicht 10 vorgegeben wird. When the wick-heater unit 6 is activated, the electrical intermediate layer 11 is energized, and the liquid present in the passageways 14 is vaporized. The resulting vapor is transported further in the passageways 14 of the undoped and heated silicon layer 10 and finally introduced into the flow channel of the evaporator housing 5. It is released into the environment via the flow channel of the chimney 4 or, in the case of an electronic cigarette product, into the oral cavity of the consumer. The wick 9, made of glass, deliberately has no or significantly lower thermal conductivity, thereby determining the transport direction of the vapor generated in the intermediate layer 11 toward the undoped silicon layer 10.

Da die Flüssigkeit in der Zwischenschicht 11 verdampft und über die undotierte Siliziumschicht 10 abtransportiert wird, werden hier durch die bevorzugte Pulsung der Bestromung immer wieder freie Kavitäten in der Zwischenschicht 11 gebildet, durch welche die Flüssigkeit aufgrund der Kapillarkräfte aus den Hohlräumen 15 des Dochtes 9 und schließlich aus dem Flüssigkeitsspeicher 2 in die Hohlräume 15 nachgesaugt wird.Since the liquid in the intermediate layer 11 evaporates and is transported away via the undoped silicon layer 10, free cavities are repeatedly formed in the intermediate layer 11 by the preferred pulsing of the current supply, through which the liquid is sucked out of the cavities 15 of the wick 9 and finally out of the liquid reservoir 2 into the cavities 15 due to the capillary forces.

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

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

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

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

Claims

Wick heater unit (6) for an inhaler, preferably for an electronic cigarette product, wherein the heater (18) consists of at least one doped silicon layer which has through-channels (14) which act capillary on a liquid and is arranged on an outlet side of the liquid-conducting wick (9), characterized in that the wick (9) is made of a porous glass material and that the silicon layer is welded to the outlet side of the wick (9) by laser welding in such a way that the liquid conductivity of the through-channels (14) of the silicon layer is not impaired.

Wick heater unit (6) after Claim 1 , characterized in that the silicon layer consists of polysilicon.

Wick heater unit (6) according to one of the preceding claims, characterized in that a silicon layer (10) of the heater (18) is undoped, and the doped silicon layer is provided between the undoped silicon layer (10) and the wick (9) as an electrically conductive intermediate layer (11).

Wick heater unit (6) after Claim 3 , characterized in that the doped silicon layer is formed by a coating of the wick (9) and/or the undoped silicon layer (10).

Method for producing a wick-heater unit (6) for an inhaler, preferably for an electronic cigarette product, wherein the heater (18) consists of at least one doped silicon layer which has through-channels (14) which act capillary on a liquid and is arranged on an outlet side of the liquid-conducting wick (9), characterized in that the wick (9) is made of a porous glass material and that the silicon layer is welded to the outlet side of the wick (9) by laser welding without the liquid conductivity of the through-channels (14) of the silicon layer being impaired.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that a silicon layer (10) of the heater (18) is undoped, and the doped silicon layer is provided between the undoped silicon layer (10) and the wick (9), and the doped silicon layer is applied as an additional layer to the surface of the wick (9) to be connected before the laser welding, and/or that the doped silicon layer is applied as an additional layer to the surface of the undoped silicon layer (10) to be connected to the wick (9) before the laser welding.

Procedure according to Claim 6 , characterized in that the doped silicon layer is applied to the free surface of the undoped silicon layer (10) to be connected to the wick structure (9) before the introduction of the through channels (14) into the undoped silicon layer (10).

Method according to one of the Claims 6 or 7 , characterized in that the wick (9), the undoped silicon layer (10) and the doped silicon layer are connected to one another in a large-area composite structure in an oversize in a first step, and the wick (9) with the undoped silicon layer (10) and the doped silicon layer are separated from the composite structure to the assembly size in at least one further step by a mechanical separation process.

Method according to one of the Claims 5 until 8 , characterized in that the laser welding is carried out by laser processing with a wavelength of greater than 1100 nm.