DE102004044352A1

DE102004044352A1 - Heizeinrichtung für ein Elektrowärmegerät

Info

Publication number: DE102004044352A1
Application number: DE200410044352
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Thimm
Original assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Current assignee: EGO Elektro Geratebau GmbH
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: DE102004044352B4

Abstract

Es wird ein Heizleiter (15, 115) für eine Strahlungs-Heizeinrichtung (11, 111) eines Glaskeramik-Kochfeldes beschrieben, wobei das Heizleitermaterial Carbon Nanotubes aufweist bzw. zum größten Teil daraus besteht. Der Heizleiter (15, 115) weist dabei längliche Draht- oder Bandform auf. Er kann unter Umständen in einem Glasrohr (119) mit Schutzgasatmosphäre angeordnet sein. Der Vorteil eines Heizleitermaterials mit Carbon-Nanotubes liegt darin, dass ein geringer bzw. günstiger Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands gegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizleiter für eine Heizeinrichtung eines Elektrowärmegeräts sowie eine damit versehene Heizeinrichtung.

Aus der DE 195 40 004 A ist es bekannt, eine Strahlungsheizeinrichtung für ein Kochfeld für schnelles elektrisches sowie optisches Ansprechen als sogenannten Hellstrahler bzw. Halogen-Heizeinrichtung auszubilden. Ein Glühdraht, der üblicherweise aus Wolfram besteht, ist dabei in einem länglichen Glasrohr in Schutzgasatmosphäre angeordnet, bevorzugt wird hierbei Halogen. Die Betriebstemperatur des Glühdrahts eines solchen Hellstrahlers erreicht weit über 2000°C. Sofort nach Einschalten des Hellstrahlers erzeugt er Heizleistung und beginnt für eine Bedienperson sichtbar zu leuchten. Problematisch dabei ist jedoch der sehr hohe Einschaltstrom bei einem Aktivieren aus dem kalten Zustand heraus, der durch Vorwiderstände oder dergleichen herabgesetzt werden muss.

Eine andere Art einer Strahlungsheizeinrichtung für ein Kochfeld ist aus der DE 42 29 375 A bekannt. Hier ist auf einer Isolierunterlage ein ste hender Flachdraht aus einer FeCrAl-Legierung angeordnet. Dieser glüht bei Aktivieren innerhalb weniger Sekunden auf und strahlt Wärme ab, wobei seine Betriebstemperatur bei etwas über 1000°C liegt. Probleme mit hohen Einschaltströmen aufgrund eines Temperaturkoeffizienten des Widerstandsmaterials sind hier zwar nicht ganz so gravierend, jedoch auch in gewissem Umfang gegeben.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Heizleiter sowie eine damit versehene Heizeinrichtung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere störende Einflüsse durch Temperaturkoeffizienten des Heizleitermaterials möglichst nicht auftreten.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Heizleiter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 oder 9. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben und werden im folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Merkmale, die sowohl für den Heizleiter als auch für die Heizeinrichtung gelten, werden im folgenden nur einmal beschrieben, sollen jedoch unabhängig davon sowohl für Heizleiter als auch Heizeinrichtung gelten.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Heizleiter als stromdurchflossener Heizleiter einen gewissen Anteil an Carbon-Nanotubes enthält. Diese Carbon-Nanotubes verleihen dem Heizleitermaterial, welches beispielsweise im übrigen eine Metalllegierung sein kann, gewisse vorteilhafte Eigenschaften. Dazu zählt, dass ein solches Material einen äußerst geringen bzw. gar keinen Temperaturkoeffizienten aufweist. Der PTC-Effekt ist hier sehr schwach, insbesondere im Vergleich zu sonsti gen Heizleitermaterialien wie Wolfram oder FeCrAl. Vor allem im Bereich zwischen 750°C und 1550°C schwankt der elektrische Widerstand kaum.

Carbon-Nanotubes sind beispielsweise aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung von Zhu, Wu und Wei, Appl. Phys. Lett. 84(24) 4869 vom 14. Juni 2004 bekannt, auf welche hiermit bezüglich Herstellung und Eigenschaften des Heizleiter-Materials ausdrücklich verwiesen wird. Sie haben in vieler Hinsicht außergewöhnliche Eigenschaften, welche ihren Einsatz in vielen Gebieten der Technik ermöglichen. Insbesondere sind sie eben auch als Einsatz als Heizleitermaterial oder als Zulegierung geeignet, wie sich im Rahmen der Erfindung herausgestellt hat. Dazu können sie in einem Heizleitermaterial mindestens zu einem geringen Anteil vorgesehen sein, beispielsweise einige Prozent bis zu 10%. Im übrigen kann ein solcher Heizleiter beispielsweise aus Metall oder einer Metall-Legierung bestehen. Vorteilhaft ist ihr Anteil wesentlich größer, wobei es auch möglich ist, einen Heizleiter vollständig aus Carbon-Nanotubes herzustellen. Ein solches Heizleitermaterial ist aus der vorgenannten wissenschaftlichen Veröffentlichung bekannt. Darin wird zwar lediglich der Einsatz als Glühdraht in einer Lampe beschrieben mit dem besonderen Vorteil, dass er bereits bei geringer Spannung zu glühen beginnt. Im Rahmen der Erfindung hat sich jedoch herausgestellt, dass auch Heizleiter für größere Leistungen und vor allem zur Erzeugung von Wärme anstelle von Licht hergestellt werden können.

Bevorzugt wird ein Heizleiter so hergestellt, dass er in einer Strahlungsheizeinrichtung eingesetzt werden kann, insbesondere in einer für Betrieb im sichtbaren Strahlungsbereich. Dies kann Temperaturen von 1000K bis 2500K bedeuten, unter Umständen auch mehr.

Vorteilhaft ist der Heizleiter länglich ausgebildet, beispielsweise als Runddraht oder Flachdraht. Je nach Einsatzzweck kann er geradlinig, gewendelt oder mäanderförmig verlaufen. Dies hängt auch von der benötigten Länge sowie dem vorhandenen Raum ab.

Gemäß einer grundsätzlichen Ausbildung der Erfindung kann ein Heizleiter für eine solche Strahlungsheizeinrichtung ausgebildet sein, bei der er in einer Umhüllung angeordnet ist, insbesondere im wesentlichen frei schwebend. Diese kann ein Schutzgas enthalten, beispielsweise Halogen, um ein Oxidieren bzw. Durchbrennen des Heizleiters bei hohen Temperaturen zu vermeiden. Die Umhüllung ist dabei vorteilhaft durchlässig für die erzeugte Wärmestrahlung. Es ist auch von Vorteil, wenn sie eine geringe Wärmekapazität- aufweist, so dass eine solche Strahlungsheizeinrichtung schnell und möglichst verzögerungsfrei Wärme abgibt. Insbesondere kann eine Umhüllung lichtdurchlässig bzw. durchsichtig sein. Als Materialien bieten sich beispielsweise Glas oder Quarz an.

Eine solche Umhüllung kann als längliches Rohr ausgebildet sein. Dazu kann es entweder als gerader Stab oder in gebogener bzw. nahezu geschlossener Ringform ausgebildet sein.

Grundsätzlich ist es möglich, in ein und derselben Umhüllung konventionelle Heizleiter und erfindungsgemäße Heizleiter mit Carbon-Nanotubes vorzusehen. Vorteilhaft weist eine solche Heizeinrichtung ausschließlich erfindungsgemäße Heizleiter in einer Umhüllung auf, insbesondere nur einen einzigen Heizleiter in einer Umhüllung.

Alternativ zu einer Heizeinrichtung mit dem Heizleiter in einer Umhüllung oder unter Schutzgasatmosphäre kann ein erfindungsgemäßer Heizleiter bei einer grundsätzlich anderen Ausbildung der Erfindung freiliegend vorgesehen sein, also normaler Atmosphäre ausgesetzt sein. Dazu ist der Heizleiter vorteilhaft ebenfalls länglich ausgebildet, insbesondere als Rund- oder Flachdraht, und auf einer Isolierunterlage angeordnet, wel che auch eine thermische Dämmung bilden kann. Eine Befestigung kann dadurch erfolgen, dass der Heizleiter darauf aufliegt, wobei unterstützend ein Einstecken in die Isolierunterlage möglich ist bzw. eine zumindest teilweise Lagerung darin. Hierzu können Befestigungsabschnitte oder Halteglieder entweder an dem Heizleiter selber vorgesehen sein oder aber separat daran befestigt sein, beispielsweise auch als übergreifende Halteglieder ähnlich Klammern oder dergleichen.

Bei einer freiliegenden Anordnung der erfindungsgemäßen neuartigen Heizleiter auf einer Isolierunterlage oder dergleichen ist es möglich, dass die Heizeinrichtung weitere konventionelle Heizleiter aufweist, beispielsweise aus dem vorgenannten FeCrAl-Material. Bei einer freiliegenden Anordnung von Heizleitern sind diese vorteilhaft flächig verteilt, insbesondere durch eine Verlegeart mit Mäandern, Schleifen und dergleichen.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Strahlungsheizeinrichtung, bei der ein bandförmiger Heizleiter aufrecht auf einer Isolierunterlage flächig verlegt ist und
2 eine alternative Strahlungsheizeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Heizleiter, der unter Schutzgasatmosphäre in einem Glasrohr angeordnet ist, die wiederum auf einer Isolierunterlage befestigt ist.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist entsprechend der vorgenannten DE 42 29 375 A eine Strahlungsheizeinrichtung 11 dargestellt, auf deren Isolierunterlage 13 ein langer Heizleiter 15 angeordnet ist. Die Verlegeart des Heizleiters 15 auf der Isolierunterlage 13 ist mäanderförmig, wie dies auch grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dadurch kann die Fläche der Strahlungsheizeinrichtung 11 bzw. der Isolierunterlage 13 im wesentlichen vollständig bedeckt werden. Des weiteren ist es möglich, den Heizleiter 15 mit einer vorgegebenen Länge vorzusehen, welche für die elektrischen Daten bzw. Eigenschaften von Bedeutung ist. Mit zwei Anschlüssen 17 ragt der Heizleiter 15 nach außen zum Anschluss an eine Energiequelle.
Dabei ist der Heizleiter 15 bzw. die Strahlungsheizeinrichtung 11 so ausgelegt, dass der Heizleiter 15 bei Inbetriebnahme bzw. Einschalten zu glühen beginnt mit Temperaturen von über 1000 °C. Durch den vorteilhaften Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes ist eine Inbetriebnahme leicht und vorteilhaft möglich.
In 2 ist eine alternative Strahlungsheizeinrichtung 111 dargestellt. Auf einer Isolierunterlage 113 ist eine Art Halogen-Heizer 114 angeordnet. Dieser weist einen erfindungsgemäßen Heizleiter 115 auf, der in einem entsprechend geformten Glasrohr 119 angeordnet ist und mit An schlüssen 117 zum elektrischen Anschluss daraus hervorragt. Wie bei üblichen Halogen-Heizern ist das Innere des Glasrohrs 119 mit Schutzgas gefüllt, insbesondere Halogen.
Um eine gleichbleibende Halterung des Heizleiters 115 in dem Glasrohr 119 zu gewährleisten, sind Abstandshalter 116 vorgesehen. Diese können unterschiedlich ausgebildet sein, was für den Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Befestigung des Glasrohrs 119 auf der Isolierunterlage 113 kann beispielsweise durch übergreifende, U-förmige Klammern 120 erfolgen. Möglich sind hier selbstverständlich auch weitere, andersartig ausgebildete Formen von Klammern oder dergleichen.
In dem zentralen Flächenbereich des Halogen-Heizers 114 kann eine weitere Strahlungsheizeinrichtung vorgesehen sein, wie dies strichliert durch die Heizung 122 dargestellt ist. Sie kann entweder ein weiterer Halogen-Heizer sein wie die Heizung 114, allerdings mit deutlich kleinerem Radius. Alternativ kann es eine Heizung ähnlich derjenigen aus 1 sein.
Insbesondere wegen des besonders schnellen Ansprechens einer solchen Halogenstrahlungsheizeinrichtung bzw. Hellstrahlers nach 2 ist dort der vorteilhafte Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands besonders von Vorteil. Des weiteren kann ein Heizleiter dünner ausgebildet sein, was ein schnelleres Ansprechen ermöglicht.

Claims

Heizleiter (15, 115) für eine Heizeinrichtung eines Elektrowärmegeräts, vorzugsweise eines Elektrokochfelds, der durch Stromdurchfluss Wärme erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Heizleiters (15, 115) Carbon-Nanotubes aufweist.
Heizleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizleitermaterial (15, 115) im wesentlichen, vorzugsweise vollständig, aus Carbon-Nanotubes besteht.
Heizleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er für einen Betrieb in einer Strahlungsheizeinrichtung (11, 111) ausgebildet ist, vorzugsweise für den Betrieb im sichtbaren Glühbereich, insbesondere mit Temperaturen über 1000K oder 2500K.
Heizleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er länglich ist zur Lagerung auf einer Isolierunterlage (13, 113) und zur freien Abstrahlung ausgebildet ist.
Heizeinrichtung mit einem Heizleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (115) in einer Umhüllung (119) angeordnet ist, die Schutzgas enthält, wobei vorzugsweise das Schutzgas Halogen ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (119) gut durchlässig ist für die erzeugte Wärme, insbesondere eine geringe Wärmekapazität aufweist, wobei sie vorzugsweise durchlässig ist für die Wellenlänge der erzeugten Wärmestrahlung und insbesondere aus Glas oder Quarz besteht.
Heizeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung ein längliches Rohr (119) ist, vorzugsweise in Stabform oder nahezu schleifenartig geschlossen.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Heizleiter (15, 115) in der Umhüllung (119) ausschließlich solche Heizleiter sind, die Carbon-Nanotubes aufweisen.
Heizeinrichtung mit einem Heizleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (15) länglich ist und auf einer Isolierunterlage (13) gelagert ist, vorzugsweise durch eine aufliegende oder eingesteckte Befestigung, wobei insbesondere separate und den Heizleiter (15) übergreifende Halteglieder (20) vorgesehen sind, die in die Isolierunterlage (13) eingesteckt sind.
Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben dem Heizleiter (15, 115) mit Carbon-Nanotubes einen weiteren konventionellen Heizleiter aufweist, vorzugsweise aus einem flachen Metalldraht bestehend, der flächig verlegt ist.