DE102004033374A1

DE102004033374A1 - Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizelement

Info

Publication number: DE102004033374A1
Application number: DE200410033374
Authority: DE
Inventors: Dan Neumayer; Wolfgang Schnell; Rainer Schwoshuber; Christian Zimmermann; Günter ZSCHAU
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad (10) und mit einem Heizkörper (32), welcher das Lüfterrad (10) zumindest teilweise umschließt und der zum Heizen eines vom einem Lüfterrad (10) erzeugten Luftstroms (14) vorgesehen ist. DOLLAR A Um eine gattungsgemäße Gargeräteheizvorrichtung bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und die schnell auf Bedienersignale reagiert, wird vorgeschlagen, dass der Heizkörper (32) ein bandförmiges Heizelement (12) umfasst.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 0 388 751 A1 ist eine Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizelement bekannt, welches das Lüfterrad umschließt. Das Heizelement ist aus einem helixförmig um das Lüfterrad gewundenen Glühdraht mit rundem Querschnitt gebildet und ist zum Heizen eines vom Lüfterrad erzeugten Luftstroms vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Gargeräteheizvorrichtung bereitzustellen, die kostengünstig herstellbar ist und die schnell auf Bedienersignale reagiert. Ferner sollen ein Wirkungsgrad und eine Flexibilität im Design der Heizvorrichtung verbessert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad und mit einem Heizkörper, welcher das Lüfterrad zumindest teilweise umschließt und der zum Heizen eines vom Lüfterrad erzeugten Luftstroms vorgesehen ist.

Es wird vorgeschlagen, dass der Heizkörper ein bandförmiges Heizelement umfasst. Dadurch kann eine hohe Flexibilität im Design des Heizkörpers erreicht werden, und eine einfache Anpassung der Gargeräteheizvorrichtung an einen Gargerätetyp kann ermöglicht werden. Ferner können Strömungsverluste und eine damit einhergehende Lärmentwicklung reduziert werden, und gleichzeitig kann eine effektive thermische Kontaktfläche, entlang derer der Luftstrom an der Oberfläche des Heizelements vorbeistreicht, vorteilhaft groß ausgestaltet werden. Ein verbesserter Wärmekontakt zwischen dem Heizelement und dem Luftstrom kann erreicht werden. Durch eine große Kontaktfläche kann eine ge gebene Endtemperatur des Luftstroms bei einer vergleichsweise geringen Oberflächentemperatur des Heizelements erreicht werden. Dies kann zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Heizelements führen. Durch die bandförmige Ausgestaltung des Heizelements kann ferner eine vergleichsweise große thermische Kontaktfläche bei einem gleichzeitig kleinen Volumen des Heizelements erreicht werden, wodurch eine geringe Wärmekapazität des Heizelements erreichbar ist. Dadurch kann eine Nachglühzeit, in der das Heizelement nach einem Ausschalten einer Energieversorgung gespeicherte Wärme an seine Umgebung abgibt, reduziert werden. Dies kann zu einer unmittelbareren Umsetzung von Bedienersignalen beitragen. Gleichzeitig reduziert sich eine Vorheizzeit des Heizelements, während derer eine Temperatur des Heizelements bis zu einer Zieltemperatur steigt. Ferner kann eine besonders kompakt bauende Gargeräteheizvorrichtung mit hohem Wirkungsgrad erreicht werden.

Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden. Die vorgeschlagene Gargeräteheizvorrichtung ist prinzipiell in jedem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Gargerät einsetzbar, sei es in einem Auftaugerät, in einem Dampfgarer oder in einem Backofen. Besondere Vorteile ergeben sich wegen der hohen auftretenden Temperaturen im Zusammenhang mit einem Backofen, insbesondere mit einem Umluftbackofen. Als „bandförmig" soll jeder Körper gelten, dessen Länge um wenigstens einen Faktor 5 größer ist als seine Breite, die wiederum um wenigstens einen Faktor 5 größer ist als seine Dicke. Dabei kann ein Querschnitt des Körpers jede, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Form aufweisen. Hinsichtlich einer Reduktion des Luftwiderstands könnte beispielsweise ein tropfenförmiger Querschnitt und hinsichtlich einer Reduktion von Produktionskosten ein rechteckiger Querschnitt als sinnvoll erachtet werden.

Besonders vorteilhaft sind Ausgestaltungen der Erfindung, in denen das bandförmige Heizelement flexibel verbogen werden kann und beispielsweise von Hand auf eine Trägervorrichtung aufgewickelt werden kann. Es sind aber auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen ausschließlich eine maschinelle Deformation des Heizelements möglich ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das bandförmige Heizelement flach im Luftstrom angeordnet ist. Dadurch kann ein Strömungswiderstand vor teilhaft reduziert werden, und eine thermische Kontaktfläche zwischen dem Luftstrom und dem Heizelement kann vorteilhaft maximiert werden, während eine dem Luftstrom entgegenstehende Angriffsfläche minimiert werden kann und in ihrer Dicke auf die Dicke des Heizelements beschränkt bleibt.

Die Richtung des Luftstroms kann dabei durch das Heizelement mitbestimmt sein, so dass das Heizelement die Rolle eines Führungsblechs bzw. Führungsflügels übernehmen kann. Dabei können Turbulenzen gezielt durch eine konkave Ausgestaltung des Heizelements vermieden werden. Es sind allerdings auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen Turbulenzen zur Verbesserung einer Homogenität einer Wärmeverteilung in einem Garraum gewünscht sind und in denen eine Formgebung des Heizelements gezielt Turbulenzen erzeugt. Dies kann beispielsweise ohne Verlust an der Größe der thermischen Kontaktfläche durch eine gewellte Strömungsabrisskante am Heizelement erreicht werden.

Eine bauraumsparende Gargeräteheizvorrichtung kann erreicht werden, wenn der Luftstrom zumindest im Wesentlichen radial bezüglich einer Rotationsachse des Lüfterrads verläuft.

Ein schnell reagierender Heizkörper mit besonders geringer Wärmekapazität kann erreicht werden, wenn eine Dicke des bandförmigen Heizelements weniger als 10% oder sogar weniger als 2% einer Breite des Heizelements ausmacht.

Ein für den Einsatz in Haushaltsgargeräten verschiedenster Art flexibel einsetzbares Heizelement kann bereitgestellt werden, wenn eine Breite des Heizelements zwischen 5 und 50 mm beträgt. Dabei kann einerseits eine zu große Breite dazu führen, dass ein vorhandener Bauraum nicht ausreicht oder unvollständig genutzt ist, und andererseits kann eine zu geringe Breite zu einem mangelhaften thermischen Kontakt zwischen dem Luftstrom und dem Heizelement führen, so dass das Heizelement mit einer hohen Oberflächentemperatur betrieben werden muss, was zu einer Verkürzung einer Lebensdauer des Heizelements führen kann.

Ein weitgehend selbsttragendes Heizelement kann erreicht werden, wenn das Heizelement eine gewellte Struktur aufweist. Zum Erreichen einer Deformierbarkeit des bandför migen Heizelements in der Ebene des Heizelements kann dieses vorteilhaft eine kleinwellige Struktur bzw. eine Crinkle-Struktur oder Knitterung aufweisen.

Eine robuste Aufhängung des Heizelements kann erreicht werden, wenn die Gargeräteheizvorrichtung eine Trägervorrichtung zum Tragen des Heizelements umfasst. Diese kann vorteilhaft leicht und gleichzeitig hitzeresistent und elektrisch isolierend aus Mikanit ausgebildet sein. Ferner sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Trägervorrichtung aus einem keramischen Material gebildet ist.

Das Heizelement kann besonders dünn ausgestaltet werden, wenn es auf die Trägervorrichtung aufgewickelt ist. Ferner kann dadurch sicher vermieden werden, dass sich freitragende Bereiche des bandförmigen Heizelements unbeabsichtigt verbiegen und/oder verschieben.

Ein weitgehend vollständiges Erfassen des Luftstroms durch das Heizelement kann ermöglicht werden, wenn das Heizelement das Lüfterrad zumindest fünfmal umläuft. Eine Anzahl der Umläufe sollte zur Vermeidung einer zu engen Schichtung, die zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Lagen führen könnte, eine maximale Anzahl von etwa 20 nicht überschreiten.

Strahlungsverluste können reduziert werden, wenn die Gargeräteheizvorrichtung wenigstens eine Isolierplatte zum Isolieren des Heizkörpers in einer axialen Richtung aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass eine vom Heizelement erzeugte Wärme im Wesentlichen vollständig an den Luftstrom übertragen wird. Eine weitere Effektivitätssteigerung kann erreicht werden, wenn die Isolierplatte an einer dem Heizelement zugewandten Seite verspiegelt ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 ein Gargerät mit einer Gargeräteheizvorrichtung, die einen Heizkörper umfasst,
2 den Heizkörper der Gargeräteheizvorrichtung aus 1,
3 einen Querschnitt durch ein Heizelement des Heizkörpers aus den 1 und 2,
4 einen Heizkörper in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung und
5 einen Heizkörper in einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung.
1 zeigt ein als Haushaltsbackofen mit Umluftfunktion ausgebildetes Gargerät mit einer Gargeräteheizvorrichtung, die einen Heizkörper 32 mit einem bandförmigen Heizelement 12 und ein Lüfterrad 10 umfasst. Die Gargeräteheizvorrichtung ist durch eine Prallwand 24 von einem Garraum 26 des Haushaltsbackofens abgeschirmt und erzeugt mittels des Lüfterrads 10 einen zirkulierenden Luftstrom 14 im Garraum 26. Dabei saugt das Lüfterrad 10 Wrasen aus dem Garraum 26 an, der durch eine zentrale, mit einem Gitter abgeschirmte Öffnung in einen hinter dem Garraum 26 gelagerten Raum 28 eintritt, in dem die Gargeräteheizvorrichtung angeordnet ist. Anschließend bläst das Lüfterrad 10, das durch einen Elektromotor 30 um eine Rotationsachse 16 drehend angetrieben ist, den Luftstrom 14 isotrop radial nach außen in Richtung des Heizkörpers 32, den der Luftstrom 14 durchdringt, wobei der Luftstrom 14 bei eingeschaltetem Heizkörper 32 gleichzeitig erwärmt wird. Anschließend führen Luftleitöffnungen in einem Randbereich der Prallwand 24 den erwärmten Luftstrom 14 zurück in den Garraum 26.
Der Heizkörper 32 umgreift das Lüfterrad 10 umfänglich und weist eine vordere, dem Garraum 26 zugewandte Isolierplatte 20 und eine hintere, dem Garraum 26 abgewandte Isolierplatte 20' auf. Zwischen den Isolierplatten 20, 20' ist an Stegen 42, welche die Isolierplatten 20, 20' halten, ein bandförmiges Heizelement 12 gehalten, das eine quer zur Längsrichtung verlaufende gewellte Struktur aufweist und spiralförmig in fünf Umläufen um eine zentrale Öffnung des Heizkörpers 32 herum angeordnet ist, die zur Aufnahme des Lüfterrads 10 vorgesehen ist. Dabei verläuft eine vom Heizelement 12 lokal aufgespannte Ebene stets senkrecht zur Rotationsachse 16 des Lüfterrads 10, und die Wellenkämme und Wellentäler der gewellten Struktur verlaufen radial (2).
Das Heizelement 12 besteht aus einem Metallband mit einer Breite B von 10 mm und einer Dicke D von 0,1 mm, so dass die Dicke D 1% der Breite B ausmacht (3). Ein axialer Abstand zwischen zwei Lagen des Heizelements 10 in der spiralförmigen Struktur beträgt im Mittel 2 mm.
In einem Seitenbereich weisen die Isolierplatten 20, 20' abstehende Laschen 34, 34' auf, die zur Befestigung des Heizkörpers 32 an einer den Raum 28 begrenzenden Rückwand 36 vorgesehen sind. Gleichzeitig greifen durch Öffnungen in der Lasche 34 Stromversorgungskabel mit einer Steckverbindung 38, über die der Heizkörper 32 während einer Montage mittels einer korrespondierenden, hier nicht dargestellten Steckverbindung in der Rückwand 36 mit der Rückwand 36 verrastet wird und mit einem Stromkreis des Gargeräts verbunden werden kann.
Die 4 und 5 zeigen alternative Ausgestaltungen der Erfindung. In der Beschreibung soll im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem in den 1–3 dargestellten Ausführungsbeispiel eingegangen werden. Bezüglich gleich bleibender Merkmale kann auf die Beschreibung zu dem in den 1–3 dargestellten Ausführungsbeispiel verwiesen werden. Analoge Merkmale werden mit gleichen Bezugszeichen versehen.
4 zeigt einen Heizkörper 32, der eine ringförmige Trägervorrichtung 18 aus isolierendem und hitzeresistentem Mikanit aufweist, die mit einem bandförmigen Heizelement 12 umwickelt ist. In der Ringform der Trägervorrichtung 18 sind Durchbrüche vorgesehen, die einen beidseitigen Kontakt des Heizelements 10 mit einem Luftstrom erlauben. An einem Außenrand und an einem Innenrand der Trägervorrichtung 18 sind radial nach innen bzw. nach außen eingreifende Ausnehmungen vorgesehen, die zur Führung des Heizelements 10 dienen und auch bei einer durch eine Temperaturausdehnung des Heizelements 10 bedingten Lockerung einen sicheren Halt des Heizelements an der Trägervorrichtung 18 sicherstellen.
5 zeigt einen weiteren alternativen Heizkörper 32, der eine Trägervorrichtung 18 aufweist, die analog zu der in 4 dargestellten ausgebildet ist. Die Trägervorrichtung 18 ist mit einem bandförmigen Heizelement 12 umwickelt und weist ferner ein zweites Heizelement 12' auf, das geringfügig dicker ist.
Das zweite Heizelement 12' hat im Großen die Form eines ringförmigen Teils einer Kegeloberfläche und weist eine mäandernde Struktur mit radial nach innen laufenden Wellenbergen bzw. Wellentälern auf, die dem zweiten Heizelement 12' Stabilität verleihen. Ein von einem hier nicht dargestellten, in der Mitte der Trägervorrichtung 18 anzuordnenden Lüfterrad erzeugter, radial nach außen verlaufender Luftstrom 14 wird von innen kommend zunächst am Heizelement 12 und anschließend am Heizelement 12' entlanggeführt, das den Luftstrom 14 in eine Richtung umlenkt, die eine axiale Komponente aufweist.
Ein Stellmittel 22 greift in einen um einen Außenrand des zweiten Heizelements 12 umlaufenden Seilzug 40 ein. Durch ein Verkürzen und/oder Verlängern des Seilzugs 40 ist über den Seilzug 40 eine Ausrichtung bzw. ein Winkel des zweiten Heizelements 12' relativ zur Rotationsachse 16 abhängig von einer Betriebsgröße einstellbar.

10: Lüfterrad
12: Heizelement
14: Luftstrom
16: Rotationsachse
18: Trägervorrichtung
20: Isolierplatte
22: Stellmittel
24: Prallwand
26: Garraum
28: Raum
30: Elektromotor
32: Heizkörper
34: Lasche
36: Rückwand
38: Steckverbindung
40: Seilzug
42: Steg
D: Dicke
B: Breite

Claims

Gargeräteheizvorrichtung mit einem Lüfterrad (10) und mit einem Heizkörper (32), welcher das Lüfterrad (10) zumindest teilweise umschließt und der zum Heizen eines vom einem Lüfterrad (10) erzeugten Luftstroms (14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (32) ein bandförmiges Heizelement (12) umfasst.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bandförmige Heizelement (12) flach im Luftstrom (14) angeordnet ist.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom (14) zumindest im Wesentlichen radial bezüglich einer Rotationsachse (16) des Lüfterrads (10) verläuft.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D) des Heizelements (12) weniger als 10% einer Breite (B) des Heizelements (12) ausmacht.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (D) des Heizelements (12) weniger als 2% einer Breite (B) des Heizelements (12) ausmacht.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite (B) des Heizelements (12) zwischen 5 und 50 mm beträgt.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) eine gewellte Struktur aufweist.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Trägervorrichtung (18) zum Tragen des Heizelements (12).
Gargeräteheizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) auf die Trägervorrichtung (18) aufgewickelt ist.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (12) das Lüfterrad (10) wenigstens fünfmal umläuft.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Isolierplatte (20) zum Isolieren des Heizkörpers (32) in einer axialen Richtung.
Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Stellmittel (22) zum Verstellen einer Ausrichtung des Heizelements (12).
Gargerät mit einer Gargeräteheizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Heizkörper (32) für eine Gargeräteheizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12.