-
Anwendungsgebiet und Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit einem Träger und mindestens einem Heizelement. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kochgerät mit einer solchen Heizeinrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizeinrichtung.
-
Aus der
DE 10004177 A1 ist eine Heizeinrichtung mit einem stabförmigen Heizelement bekannt. Dieses ist schaumartig ausgebildet aus elektrisch leitfähigem keramischem Material.
-
Aus der
DE 10354536 A1 ist eine Heizeinrichtung mit einem flächigen und flachen Träger aus Schaumglas bekannt. Daran kann ein Heizelement gehaltert werden.
-
Aus der
US 3781527 A ist eine Heizeinrichtung bekannt, wie sie insbesondere in einem Kochfeld verwendet werden kann. Dabei sind Heizleiter in einen Träger eingebettet, wobei der Träger aus Quarzglas bestehen kann. Der Träger besteht aus zwei unterschiedlichen Schichten aus Quarzglas, die miteinander verbunden worden sind.
-
Aus der
US 6278089 B1 ist eine weitere Heizeinrichtung bekannt, bei der ein strukturierter Träger hergestellt wird mit Nuten. In diese Nuten werden Heizleiter eingelegt und dann vergossen. Der Träger kann dabei aus Keramik bestehen, beispielsweise Aluminiumnitrid, alternativ aus Metall.
-
Aus der
WO 00/65875 A1 ist eine nochmals weitere Heizeinrichtung für Glaskeramik-Kochfelder bekannt mit einer Heizeinrichtung, die einen an seiner Oberseite strukturierten Träger mit vertieft verlaufenden Bahnen aufweist. In diese Bahnen sind gefaltete längliche Heizleiter eingelegt. Nach oben zu wird die Heizeinrichtung dann mit einer Glaskeramikplatte verschlossen.
-
Aufgabe und Lösung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Heizeinrichtung, ein eingangs genanntes Kochgerät sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik gelöst werden können und es insbesondere möglich ist, Heizelemente für vorteilhaft verwendbare Heizeinrichtungen sowie die Heizeinrichtungen selbst zuverlässig und kostengünstig herzustellen und zu verbauen.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Kochgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 17 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für die Heizeinrichtung, nur für das Kochgerät oder nur für das Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für eine Heizeinrichtung und für ein Kochgerät als auch für ein Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung selbständig und unabhängig voneinander gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
-
Es ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung einen Träger für die Heizeinrichtung aufweist, der aus einem Trägermaterial besteht. Sie weist auch mindestens ein Heizelement auf, vorteilhaft ein einziges. Das Heizelement weist mindestens einen flächig verteilt angeordneten oder flächig verlaufenden elektrischen Leiter auf, vorteilhaft mehrere elektrische Leiter als eine Art Leiterschleife. Sie sind vorteilhaft nicht flächig ausgebildet sondern schmal. Der elektrische Leiter kann zwei Anschlüsse aufweisen und vorteilhaft mit diesen Anschlüssen das Heizelement bilden. Das Heizelement ist mit dem mindestens einen elektrischen Leiter mindestens teilweise von dem Träger umgeben zur Anordnung und/oder zur Halterung daran bzw. es kann darin eingebettet sein, sich also darin befinden.
-
Erfindungsgemäß ist die Heizeinrichtung als integrierte Baueinheit ausgebildet mit Einbettung des Heizelements an mindestens drei Seiten in den Träger. So verlaufen das Heizelement bzw. dessen elektrische Leiter in einem Kanal in dem Träger und werden auch darin gehalten. Vorteilhaft ist der elektrische Leiter mit direktem Kontakt eingebettet bzw. verläuft fest gehalten.
-
So kann mit der Erfindung unter Umständen eine erheblich dünnere bzw. flachere Heizeinrichtung geschaffen werden, weil ansonsten das Trägermaterial außerhalb der Kanäle ja eine deutlich größere Dicke aufweist und somit auch stabiler sein kann.
-
In Ausgestaltung der Erfindung kann das Heizelement bzw. der mindestens eine elektrische Leiter vollständig in den Träger eingebettet sein, so dass der elektrische Leiter ganz und vollständig von dem Trägermaterial umgeben ist. So kann er auch besser vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Vorteilhaft verläuft auch der Kanal mit dem elektrischen Leiter darin vollständig innerhalb des Trägermaterials, ist also umlaufend geschlossen. Besonders vorteilhaft weist der Kanal dabei zwei Öffnungen nach außen auf zum elektrischen Anschluss des Leiters bzw. Heizelements.
-
In Ausgestaltung der Erfindung können das Heizelement bzw. der elektrische Leiter mindestens teilweise von einer elektrischen Isolation umgeben sein, vorzugsweise vollständig davon umhüllt sein. So kann ein Trägermaterial verwendet werden, welches nicht oder nicht ausreichend isolierend ist, beispielsweise auch bei hohen Anwendungstemperaturen der Heizeinrichtung.
-
In Ausgestaltung der Erfindung kann die elektrische Isolation von dem Trägermaterial unterschiedlich sein und eben ein separates Isolationsmaterial aufweisen. Dabei kann die elektrische Isolation vollständig von dem Trägermaterial umgeben sein und/oder in dieses eingebettet sein. Ein Isolationsmaterial muss allgemein nicht besonders mechanisch stabil sein, dafür ist das umgebende Trägermaterial vorgesehen.
-
In Ausgestaltung der Erfindung kann das Trägermaterial eine Abdeckung für die Heizeinrichtung nach außen bilden und/oder kann eine Abdeckung für die Heizeinrichtung aus dem Trägermaterial bestehen, wobei das Heizelement unterhalb der Abdeckung angeordnet ist. So kann die Abdeckung genutzt werden als beheizte Fläche, beispielsweise zum Beheizen über direkten Kontakt oder über Abstrahlung. Vorteilhaft ist das Heizelement unterhalb der Abdeckung in einer Ebene parallel dazu angeordnet, so dass eine gleichmäßige Beheizung erfolgt.
-
Besonders vorteilhaft kann die Abdeckung nach außen eine Abdeckplatte bilden, vorzugsweise eine ebene Abdeckplatte. Dies macht die Heizeinrichtung vielfältig verwendbar, insbesondere für ein vorgenanntes Beheizen über direkten Kontakt. So kann beispielsweise auch ein nachfolgend noch im Detail beschriebenes Kochgerät wie beispielsweise ein Kochfeld geschaffen werden, wobei auf die Abdeckplatte ein Kochgefäß aufgesetzt und dort beheizt werden kann, vorteilhaft wie für ein Kochfeld allgemein möglich und üblich. Für das Beheizen gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die noch erläutert werden.
-
In Ausgestaltung der Erfindung kann die Heizeinrichtung Aufnahmen für Sensoren, Anzeigen odgl. aufweisen, vorzugsweise hergestellt bei Herstellung bzw. Aufbau des Trägers.
-
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann das Heizelement eine Induktionsheizspule sein, wobei die elektrischen Leiter Spulendrähte oder Spulenlitzen sind. Vorteilhaft ist eine solche die Induktionsheizspule flach ausgebildet, beispielsweise rund oder eher rechteckig gewickelt. Damit kann dann eine induktive Heizeinrichtung geschaffen werden und beispielsweise ein Induktionskochfeld als Kochgerät.
-
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann das Heizelement ein ohmsches Heizelement bzw. ein Widerstandsheizelement sein, wobei die elektrischen Leiter bei Stromdurchfluss warm oder heiß werden. Sie können in einem Temperaturbereich bis zu einigen 100°C arbeiten, beispielsweise bis 400°C bis 500°C.
-
In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung kann das Heizelement ein Strahlungsheizelement sein, wobei die elektrischen Leiter Strahlungsheizleiter sind. Sie arbeiten bei Beheizung in einem Temperaturbereich von über 1000°C, vorteilhaft zwischen 1000°C und 1200°C. Dann sollte das Trägermaterial durchlässig sein für Wärmestrahlung der entsprechenden Wellenlänge, so dass die Heizleistung gut nach außen abgegeben werden kann.
-
In Ausgestaltung der Erfindung kann der Träger zwischen einer Oberseite bzw. Außenseite oder einer vorgenannten Abdeckung in einem Bereich, vorzugsweise in einem Anzeigebereich, derart verändertes Trägermaterial aufweisen, dass dort eine höhere Lichtdurchlässigkeit bzw. Transmission für Licht im sichtbaren Wellenbereich gegeben ist. Das Trägermaterial kann insbesondere bei der Herstellung der Heizeinrichtung bzw. des Trägers verändert worden sein bzw. das Aufbringen des Trägermaterials kann mit einer solchen Gradierung erfolgen. Dazu wird nachfolgend noch mehr erläutert. Alternativ kann das Trägermaterial auch nachträglich verändert worden sein, beispielsweise thermisch oder durch Bestrahlen odgl.. Unter diesem Anzeigebereich kann eine optische Anzeigeeinrichtung, insbesondere mit Leuchtmitteln als Leuchtanzeige, angeordnet sein. So ist sie von außen erkennbar bzw. kann hindurchleuchten. Die Anzeigeeinrichtung kann vielfältig ausgebildet sein, vorteilhaft wie es allgemein von Kochgeräten oder speziell Kochfeldern bekannt ist.
-
In Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen einer Oberseite bzw. Außenseite oder einer vorgenannten Abdeckung bzw. Abdeckplatte und dem Heizelement zumindest bereichsweise ein Schichtbereich aus dem Trägermaterial vorgesehen sein, der eine höhere Wärmedämmung aufweist als das Trägermaterial an sich bzw. im Bereich um die elektrischen Leiter herum. Erfindungsgemäß ist dabei das Trägermaterial in einer Richtung weg von einer Ebene, in der das Heizelement verläuft, gradiert bzgl. mindestens einer Eigenschaft, beispielsweise des Verhaltens des Trägers, wobei es gradiert ist bzgl. einer Materialeigenschaft. Eine solche Materialeigenschaft kann aus der Gruppe: Wärmedämmung, Lichtdurchlässigkeit, Härte, Dichte ausgewählt sein. Unter Umständen können auch mehrere dieser Eigenschaften gradiert sein bzw. einen Verlauf aufweisen, also zunehmen oder abnehmen in einer vorgenannten Richtung.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Gradierung derart sein, dass die Materialeigenschaften Wärmedämmung und/oder Härte zunehmen in der Richtung weg von der Ebene, in der das Heizelement verläuft, also stärker werden. So kann beispielsweise die Wärmedämmung an einer Außenseite stärker und besser sein, insbesondere wenn die Heizeinrichtung ein Kochfeld ist mit einer Außenseite als Kochfeldplatte, auf die ein durch ein beispielsweise induktives Heizelement beheiztes Kochgefäß gestellt wird. Dieses erhitzt wiederum diese Außenseite bzw. Kochfeldplatte, welche nach einem Kochvorgang dann noch für einige Minuten heiß sein kann als sogenannte Restwärme. Durch eine bessere Wärmedämmung kann diese Restwärme sowie eine Erwärmung der Heizeinrichtung bzw. vor allem des Heizelements durch das heiße Kochgefäß reduziert werden. Durch eine größere Härte an der Außenseite bzw. Kochfeldplatte kann eine größere Widerstandsfähigkeit nach außen erreicht werden, welche gerade auch bei einer Verwendung als Kochfeld von Vorteil ist.
-
In zusätzlicher oder alternativer Ausgestaltung der Erfindung wird das Trägermaterial gradiert in einer Richtung parallel zu einer Ebene, in der das Heizelement verläuft. So kann beispielsweise die Lichtdurchlässigkeit des Trägermaterials in bestimmten beschränkten Flächenbereichen verändert werden. Insbesondere wenn die Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich verändert und deutlich verbessert wird, wofür unter Umständen schon 1% bis 5% Lichtdurchlässigkeit reichen können, kann ein Anzeigebereich geschaffen werden mit einer vorgenannten Leuchtanzeige odgl..
-
In Ausgestaltung der Erfindung können an einer Unterseite des Trägers eine Ferritschicht oder Ferritstäbe angeordnet sein. Diese können in Vertiefungen angeordnet sein, die an einer Unterseite des Trägers erzeugt sind. Sie können auch eine Außenseite nach außen haben, können aber auch in dem Träger umhüllt angeordnet sein. Sie können als vorgefertigte Teile eingesetzt werden, alternativ auch wie die elektrischen Leiter innerhalb des Trägers hergestellt werden bzw. mit dem Träger zusammen hergestellt werden, ggf. zusammen mit den Leitern.
-
Bei der Erfindung wird der Träger durch eine sogenannte additive Fertigung hergestellt zusammen bzw. gleichzeitig mit den elektrischen Leitern. So kann die Heizeinrichtung zumindest teilweise, zumindest der Träger und auch die elektrischen Leiter für ein Heizelement, in Schichten aufgebaut werden zu einer dreidimensionalen Struktur. Dies ist an sich bekannt als Vorteil solcher additiver Fertigungsverfahren. Eine gemeinsame bzw. integrierte Herstellung eines Trägers mit einem Heizelement erspart nicht nur evtl. Zeit, sondern ermöglicht auch eine integrierte und eingeschlossene bzw. gekapselte Bauweise als Baueinheit. Zusätzlich können geringere Baugrößen und weitere für additive Fertigung bekannte Fertigungsvorteile durch erreicht werden.
-
Gemäß einer Möglichkeit der Erfindung kann als additives Fertigungsverfahren ein Multimaterialdruck verwendet werden, also zumindest der Träger so hergestellt werden. So können auch Materialien wie Keramik, Glas oder Glaskeramik verwendet werden, um eine spezielle komplexe Struktur zu erzielen, die ansonsten nicht oder nur mit sehr großem Aufwand herzustellen wäre. Eine nachträgliche Bearbeitung kann hier sehr schwierig sein, des Weiteren können keine Materialeinschlüsse bzw. Einschlüsse von Bauteilen wie den elektrischen Leitern erzeugt werden. Ein Multimaterialdruck ist auch bekannt als 3D-Druck.
-
Besonders vorteilhaft erfolgt nach dem Aufbau des Trägers bzw. dem additiven Fertigungsverfahren eine Wärmebehandlung bzw. wird das aufgebaute Material gesintert. So kann das im additiven Fertigungsverfahren aufgebrachte Material, insbesondere das Trägermaterial, sozusagen fertiggestellt bzw. gehärtet werden, vorteilhaft wie bei einer konventionellen Fertigung. Ein Material aus Keramik, Glas oder Glaskeramik kann wie üblich temperaturbehandelt bzw. sozusagen gebrannt werden. Metallische Materialien können gesintert oder verschmolzen werden.
-
Ein vorteilhaftes Kochgerät mit mindestens einer vorbeschriebenen Heizeinrichtung ist ein Kochfeld mit einer Kochfeldplatte, die zumindest teilweise von einer vorgenannten Außenseite der Heizeinrichtung gebildet werden kann. So bildet eine Abdeckung der Heizeinrichtung die Kochfeldplatte oder zumindest einen Teil davon, insbesondere eine Kochstelle. Darauf ist dann ein von der Heizeinrichtung zu beheizendes Kochgefäß aufstellbar. Es kann ein Kochfeld geschaffen werden mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung, die entweder nur eine Kochstelle bildet oder zum Beheizen nur eines aufgestellten Kochgefäßes dient. Sie kann in eine sie umgebende Fläche oder Platte eingebaut sein, bevorzugt noch mit weiteren solchen Heizeinrichtungen, die dann jeweils die Kochstellen des Kochfeldes bilden. Alternativ kann eine Heizeinrichtung sozusagen den Hauptteil eines Kochfeldes bilden oder sogar das gesamte Kochfeld, wobei unter einer einheitlichen durchgehenden Kochfeldplatte, die durch die Außenseite gebildet wird, mehrere separate und getrennt ansteuerbar Heizelemente angeordnet sind. Sie können sämtlich in einem einzigen Herstellungsverfahren hergestellt sein, vorteilhaft eben als additive Fertigung.
-
Es ist auch möglich, dass mehrere derartige Heizeinrichtungen bzw. eine Vielzahl davon nebeneinander unter einer gemeinsamen Abdeckplatte oder Kochfeldplatte angeordnet werden, vorteilhaft mit geringem oder ohne Abstand zueinander. So kann auch ein Kochfeld geschaffen werden nach dem Flächenkochen-Prinzip.
-
Alternativ kann ein Kochgerät ein Backofen sein, in den mindestens eine vorgenannte Heizeinrichtung eingebaut ist, beispielsweise als Unterhitze- und/oder Oberhitze-Heizeinrichtung. Die geschlossene Außenseite der Heizeinrichtung kann jeweils in das Innere der Muffel weisen, besonders vorteilhaft als Muffelboden mit einer Unterhitze-Heizeinrichtung.
-
Weitere alternative Verwendungen einer solchen erfindungsgemäßen Heizeinrichtung können in elektrisch beheizten Pumpen sein oder allgemein bei Elektrowärme.
-
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.
-
Figurenliste
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine Schrägansicht von unten auf einen Träger für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung,
- 2 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Kochfeld mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung, die einen Träger ähnlich 1 aufweist,
- 3 eine Abwandlung der Heizeinrichtung aus 2 mit zur Oberseite hin vorgesehenem verändertem Trägermaterial und
- 4 eine weitere Abwandlung einer Heizeinrichtung ähnlich 2 mit einem an der Oberseite nur bereichsweise veränderten Trägermaterial für eine Anzeige.
-
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In der 1 ist eine Schrägansicht von unten auf einen teilgeschnittenen Träger 11 dargestellt, aus dem eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung hergestellt wird. Der Träger 11 ist flach bzw. plattenartig ausgebildet, beispielsweise mit einer Dicke von 10 mm bis 30 mm, und besteht vorteilhaft aus einem eingangs genannten Trägermaterial, beispielsweise Glaskeramik oder Keramik. Er ist durch ein eingangs beschriebenes additives Fertigungsverfahren hergestellt worden, insbesondere durch sogenannten 3D-Druck oder Multimaterialdruck. Dies wird nachträglich anhand der fertigen Heizeinrichtung noch besser deutlich. Die 1 soll vor allem die konstruktiven Details eines solchen möglichen Trägers 11 darstellen.
-
Der Träger 11 weist eine Oberseite 12 auf, die hier nach unten weist. Sie ist vorteilhaft plan und kann später eine Kochstelle bilden, um darauf ein zu beheizendes Kochgefäß aufsetzen zu können. Sie kann alternativ auch allgemein die Seite sein, die eine maximale Wärmeabstrahlung der Heizeinrichtung ist.
-
Die hier dargestellte Seite des Trägers 11, die zwar eine freie Unterseite sein kann, aber nicht sein muss, so dass hier das Trägermaterial auch noch flächig abdeckend weitergehen könnte, zeigt eine spiralförmige Struktur von Kanälen 13, die durch Kanalwände 14 voneinander getrennt sind. Innerhalb der Kanäle 13 können dann die eingangs genannten elektrische Leiter für eine Heizeinrichtung verlaufen. Dies können Widerstandsheizleiter sein oder, alternativ und bevorzugt, elektrische Leiter zur Bildung einer Induktionsheizspule. Eine solche Induktionsheizspule kann durch dasselbe Verfahren, wie es beim Multimaterialdruck üblich ist, eingebracht werden. Sie ist hier lediglich der Übersichtlichkeit halber eben nicht dargestellt. Selbstverständlich können die Kanäle 13 auch eine andere Form als runde und/oder spiralförmige Form aufweisen, beispielsweise ovale Form oder rechteckige Form.
-
Der Träger 11 weist über den Kanälen ebenfalls radial verlaufende und sternförmig angeordnete Vertiefungen 17 auf, welche für Ferrite bzw. Ferritstäbe gedacht sind. Diese sind eben dann vorgesehen, wenn die Heizeinrichtung induktiv arbeitet bzw. eine Induktionsspule aufweist. Auch solche Ferrite können durch Multimaterialdruck hergestellt werden. Alternativ können sie als fertige Teile eingelegt werden. Die Vertiefungen 17 für Ferrite müssen auch nicht direkt mit Kanälen 13 in Verbindung stehen bzw. zu diesen hin offen sein. Dies wird nachfolgend noch gezeigt.
-
In der 2 ist in stark vereinfachter Schnittdarstellung ein Kochfeld 20 gezeigt mit einer Kochstelle 21, die von einer Heizeinrichtung 26 gebildet ist. Die Heizeinrichtung 26 ist im Wesentlichen mit dem Träger 11 aufgebaut und kann in eine Kochfeldplatte 23 eingesetzt sein. Dies wird dann gemacht, wenn die Heizeinrichtung 26 sozusagen eine einzelne Heizeinrichtung bzw. eine einzelne Baueinheit ist, und quasi nur eine einzige Kochstelle 21 bilden kann. Dann kann aus mehreren solcher Heizeinrichtungen 26, beispielsweise zwei, vier oder sogar sechs, mittels einer entsprechenden Kochfeldplatte 23 ein solches Kochfeld 20 aufgebaut werden. Alternativ ist es natürlich auch denkbar, dass der Träger 11 erheblich größer ist als nur für diese dargestellte Heizeinrichtung 26, so dass er beispielsweise selbst die Größe einer üblichen Kochfeldplatte aufweist. An diesem großen Träger werden dann eben mehrere separate Heizeinrichtungen erzeugt. Eine Oberseite einer solchen nur durch den Träger 11 gebildeten Kochfeldplatte wäre dann flach und durchgehend. Auf die Kochstelle 21 ist ein Kochgefäß 24 aufgesetzt. Dieses wird von der Heizeinrichtung 26 beheizt.
-
Der Träger 11 weist in seinem Inneren mehrere Kanäle 13 auf. Diese sind, wie die Schnittdarstellung zeigt, vollständig von Trägermaterial 34 umgeben. Innerhalb jedes Kanals 13 sind jeweils elektrische Leiter 28 angeordnet, die hier eine Induktionsheizspule oder mehrere Induktionsheizspulen bilden. Sie sind nur im ganz linken Kanal 13 dargestellt, vorteilhaft aber natürlich in allen Kanälen 13 vorhanden. Die elektrischen Leiter 28 wiederum sind von einer elektrischen Isolation 30 umhüllt bzw. in diese elektrische Isolation 30 eingebettet. Wird als Trägermaterial 34 ohnehin ein elektrisch isolierendes Material verwendet, kann auf diese elektrische Isolation 30 evtl. auch verzichtet werden. Zumindest die elektrische Isolation 30 kann dabei auch zusammen mit dem Träger 11 durch einen Multimaterialdruck hergestellt werden. Gemäß einer Möglichkeit können die elektrischen Leiter 28 separat eingelegt werden. Gemäß einer anderen Möglichkeit werden sie ebenfalls durch Multimaterialdruck hergestellt, wobei dann eine Ausgestaltung bevorzugt wird, bei der in dem Träger 11 deutlich mehr Kanäle 13 vorgesehen wären und pro Kanal 13 nur wenige elektrische Leiter 28, vorteilhaft nur ein einziger.
-
Die Kanalwände 14, also die Bereiche zwischen den Kanälen 13, sind hier sehr breit. Sie können aber entsprechend 1 auch erheblich schmaler ausgebildet sein.
-
Unten an dem Träger 11 ist ein Ferritstab 32 dargestellt. Dieser kann entweder auf eine plane Unterseite aufgesetzt werden oder durch Multimaterialdruck integriert aufgedruckt werden, also integriert mit hergestellt werden. Alternativ kann er in eine Vertiefung entsprechend 1 eingesetzt werden zur genauen Positionierung und zur leichteren sowie präziseren Befestigung.
-
Eine Besonderheit der Heizeinrichtung 26 gemäß 2 ist es, dass im oberen Bereich des Trägers 11, also an der Oberseite 12, eine Funktionsschicht 36 hergestellt ist durch Veränderung des Trägermaterials 34 bzw. indem dieses in veränderter Form aufgebracht ist, vor allem mit geringerer Dichte bzw. mit einer anderen Zusammensetzung. Hier ist das veränderte Trägermaterial 34 eine Art Schaumstruktur 37, die Lufteinschlüsse aufweist. So wird hier eine sehr geringe Wärmekapazität erreicht, wodurch eine thermische Dämmung des oberen Bereichs der Heizeinrichtung 26 und somit auch beispielsweise der elektrischen Leiter 28 gegenüber dem heißen Boden des Kochgefäßes 24 erreicht wird. Derartige Schaumstrukturen 37 können vorteilhaft auch aus Glaskeramikmaterial hergestellt werden, alternativ auch aus Glas oder Keramikmaterial. Ebenso können hier Polymerwerkstoffe verwendet werden, welche vor allem eine bessere Verwendbarkeit für einen Multimaterialdruck aufweisen.
-
In der 3 ist eine einzelne Heizeinrichtung 126 gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Sie kann in ein Kochfeld integriert werden oder ein gesamtes Kochfeld bilden, eventuell auch mit mehreren Kochstellen, wie es zuvor zur 2 erläutert worden ist. Die Heizeinrichtung 126 weist einen Träger 111 aus Trägermaterial 134 auf. Im unteren Bereich sind entsprechend der Darstellung der 2 drei Kanäle 113 vorgesehen mit Kanalwänden 114 dazwischen. In diesen können, ähnlich wie für die 2 beschrieben, ein einzelner oder eine Vielzahl von elektrischen Leitern verlaufen und sozusagen ein Heizelement bilden, vorteilhaft wieder ein induktives Heizelement. Der Einfachheit halber sind diese elektrischen Leiter hier nicht dargestellt, lediglich eine elektrische Isolation 130 ist dargestellt. An einer Unterseite der Heizeinrichtung 126 ist ein Ferritstab 132 vorgesehen. Für Details wird hierzu auf die Erläuterungen zur 2 verwiesen.
-
Als eine Besonderheit bei der Heizeinrichtung 126 sind zwischen den Kanälen 113 bzw. innerhalb der Kanalwände 114 Kühlkanäle 140 ausgebildet. Diese Kühlkanäle 140 verlaufen also zwischen den elektrischen Leitern bzw. innerhalb des Heizelements und können nach außen an eine Kühlmittelversorgung angeschlossen sein, vorteilhaft an eine Luftkühlung mit Ventilator oder eine Fluidkühlung, insbesondere mit hindurchgepumptem Wasser. Dadurch kann eine sehr gute innere und integrierte Kühlung der Heizeinrichtung 126 erfolgen. Selbstverständlich können die Kühlkanäle 140 auch an anderer Stelle innerhalb des Trägers 11 verlaufen. Hier weisen sie jedoch sehr gute Wirksamkeit auf.
-
Ähnlich wie die Schaumstruktur 37 bei der Heizeinrichtung 26 entsprechend 2 weist auch die Heizeinrichtung 126 im oberen Bereich an eine Oberseite 112 angrenzend eine Funktionsschicht 136 auf. Dies ist hier ein in vertikaler Richtung gradiertes Material mit der Funktion einer besseren Wärmedämmung. Ein Gradient in dieser Richtung kann hinsichtlich Dichte bzw. Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung ausgestaltet sein. Mittels eines vorteilhaft verwendeten additiven Fertigungsverfahrens, beispielsweise einem Multimaterialdruck, eventuell verbunden mit einer anschließenden thermischen Behandlung, können diese Materialeigenschaften auch hier anisotrop ausgelegt werden. Im vorliegenden Fall bedeutet dies, wie dies durch die strichlierte Schraffierung veranschaulicht werden soll, dass die Wärmeleitfähigkeit direkt an der Oberseite 112 schlechter ist und sich nach unten zu verbessert, vorteilhaft stetig bzw. streng monoton ansteigend. Eine Dichte kann hier vorteilhaft an der Oberseite 112 eher groß sein und nach unten zu geringer werden, so dass eine damit einhergehende Festigkeit ebenso an der Oberseite 112 sehr hoch ist. So kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber den mechanischen Belastungen bei einer Verwendung als Heizeinrichtung für ein Kochfeld oder als Kochfeld selbst, insbesondere bzgl. Aufstellen von Kochgefäßen odgl., verbessert bzw. erhöht werden.
-
Bei einer solchen vertikalen Gradierung kann vorgesehen sein, dass eine Dichte und damit möglicherweise auch eine Wärmeleitfähigkeit an der Oberseite 112 hoch sind, vor allem um eine möglichst stabile Oberfläche zu erreichen. Dann kann darunter eine Zwischenschicht folgen mit deutlich geringerer Dichte und vor allem deutlich geringerer Wärmeleitfähigkeit. So kann ein Schutz der elektrischen Leiter in den Kanälen 113 vor zu starker Erhitzung erreicht werden. Auf Höhe der Kanäle 113 oder sogar darunter kann dann wieder eine erhöhte Dichte vorgesehen sein für eine bessere Stabilität der Heizeinrichtung 126 insgesamt. Auch eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit kann hier unter Umständen gewünscht sein, um Wärme von den elektrischen Leitern in den Kanälen 113 gut nach außen abtransportieren zu können. Die Gradierung des Trägermaterials kann also im Schichtaufbau des additiven Fertigungsverfahrens variieren, bereichsweise zunehmend und dann auch wieder abnehmend sein.
-
In der 4 ist eine nochmals weitere Ausgestaltung einer Heizeinrichtung 226 dargestellt. Sie kann entsprechend 2 wieder in ein Kochfeld integriert sein oder ein solches bilden, alternativ auch einzeln verwendet werden. Die Heizeinrichtung 226 weist einen Träger 221 aus Trägermaterial 234 auf. Im Träger 211 sind Kanäle 213 vorgesehen, die entsprechend 3 nur schematisch dargestellt sind mit einer elektrischen Isolation 230. Hier sind nur zwei Kanäle 213 dargestellt mit einer Kanalwand 214 dazwischen. Selbstverständlich können es aber auch mehr sein. An einer Unterseite des Trägers 211 ist ein Ferritstab 232 vorgesehen wie zuvor auch. Er erstreckt sich hier aber nur unterhalb der Kanäle 213, also nicht im linken Bereich.
-
Im Prinzip kann das Trägermaterial 234 weitgehend homogen bzw. gleichartig sein. Lediglich im linken Bereich an der Oberseite 212 ist partiell eine Funktionsschicht 236 vorgesehen mit einem in horizontaler Richtung gradierten Trägermaterial 239, welches eine deutlich erhöhte optische Durchlässigkeit aufweist als das sonstige Trägermaterial 234. So wird ein lichtdurchlässiger Anzeigebereich 241 geschaffen, der vorteilhaft im sichtbaren Bereich eine hohe bzw. ausreichende Lichtdurchlässigkeit aufweist, um von oben eine unterhalb des Anzeigebereichs 241 bzw. unterhalb des gradierten Materials 239 angeordnete Anzeige 242 erkennen zu können. Eine solche Anzeige 242 kann als Leuchtanzeige ausgebildet sein, wie sie üblicherweise in Kochfeldern verwendet wird. Als Leuchtmittel können LED in der Anzeige 242 integriert sein, alternativ kann es auch ein beleuchteter Touchscreen odgl. sein. Da eine solche Anzeige 242 kompliziert aufgebaut ist und auch elektrische Anschlüsse benötigt sowie vor allem temperaturempfindlich ist, kann für sie vorgesehen sein, dass ein Freiraum im Träger 211 erzeugt wird. In diesen kann sie dann nachträglich bzw. nach Fertigstellung des Trägers oder der Heizeinrichtung von der Seite eingeschoben werden mit herausstehenden elektrischen Anschlüssen. Eine Anzeige kann allgemein auch Bedienelemente aufweisen in Form von Berührungsschaltern, vorteilhaft kapazitiven Berührungsschaltern.
-
Der große Vorteil der Erfindung bei den hier dargestellten Heizeinrichtungen der 2 bis 4 liegt darin, dass für eine im Wesentlichen komplette induktive Heizeinrichtung bzw. für ein Subsystem für eine induktive Heizeinrichtung oder ein Induktionskochfeld nur ein Druckprozess als additives Fertigungsverfahren und nur ein anschließender Sinterprozess notwendig sind. Die Herstellung mit einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere einem Multimaterialdruck, erlaubt Konstruktionen, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht oder nur mit sehr großem Aufwand herstellbar wären. Dabei kann das Trägermaterial auch anisotrop aufgebracht werden. So kann durch die Veränderungen des Trägermaterials gerade an der Oberseite eine auch bei heißen aufgestellten Kochgefäßen kühlere Oberfläche erreicht werden. Des Weiteren kann eine Gesamtbauhöhe einer solchen Heizeinrichtung verringert werden.
-
Alternativ zu Heizeinrichtungen mit induktiven Heizelementen können auch Heizeinrichtungen mit Ohm'schen Heizleitern vorgesehen sein, beispielsweise auch Strahlungsheizkörper, wie sie häufig in Kochfeldern verwendet werden. Des Weiteren können solche Heizeinrichtungen nicht nur zum Kochen bzw. in Kochfeldern verwendet werden, sondern auch beispielsweise in anderen Bereichen zur Anwendung von Elektrowärme, beispielsweise Pumpen.
