-
Die Erfindung betrifft einen Kochstellen-Heizkörper gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
-
Ein Kochstellen-Heizkörper dieser
Art ist aus
6 der
DE 35 45 442 A1 bekannt.
Seine Heizfläche
besteht aus einer Aluminiumplatte, die auf ihrer Unterseite mit
einer elektrisch isolierenden Schicht aus Keramik, Teflon, Email
oder Eloxal versehen ist. An der Unterseite dieser Schicht ist ein
flacher elektrischer Heizleiter befestigt, beispielsweise in Dickschichtpasten-Technik
aufgebracht und eingebrannt. Darunter befindet sich eine dünne Emailschicht
zur elektrischen Isolierung. Zur mechanischen Versteifung dieser
Einheit befindet sich unter ihr ein Rippenkörper aus Aluminium. Der Heizkörper ist
eine stabile sandwichartige Baueinheit.
-
Die
DE 35 45 443 A1 zeigt einen Kochstellen-Heizkörper bei
welchem ein elektrischer Heizleiter in Dickschichtpasten-Technik
auf die Unterseite einer Trägerplatte
aus Stahl aufgebracht ist, die bis ca. 700°C hitzebeständig ist. Zur elektrischen
Isolation des Heizleiters befindet sich zwischen ihm und der Trägerplatte
eine Emailschicht. Der Heizkörper
kann unmittelbar, z. B. in einer Muldenplatte, oder mittelbar, z.
B. durch eine über
ihm angeordnete Glaskeramikplatte, verwendet werden zum Erwärmen von
einem darauf stehenden Kochgeschirr.
-
Der elektrische Heizleiter ist sowohl
beim Stand der Technik als auch bei der vorliegenden neuen Erfindung
vorzugsweise ein Flachleiter, welcher vorzugsweise in Dickschichtpasten-Technik
gebildet wird. Der elektrische Heizleiter kann durch Aufbrennen,
Kleben, Reibschweißen
oder Klemmen positioniert werden.
-
Durch die Erfindung soll die Aufgabe
gelöst werden,
einen besseren Wirkungsgrad und eine schnellere Aufheizzeit ohne
eine Erhöhung
der elektrischen Energie zu erzielen.
-
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
enthalten.
-
Von den Erfindern wurde erkannt,
dass die Wärmeleitplatten
von bekannten Heizkörpern
eine große
Wärmekapazität haben
und diese große
Wärmekapazität die Ursache
für eine
zu lange Aufheizzeit und eine zu lange Abkühlzeit der Wärmeleitplatte ist.
-
Durch die Erfindung mussten zwei
voneinander abhängige
Größen optimiert
werden. Die eine Größe ist die
Masse der Wärmeleitplatte,
welche möglichst
klein sein sollte. Die andere Größe ist die Biegesteifigkeit
und Unverformbarkeit der Wärmeleitplatte,
welche möglichst
groß sein
sollte. Somit handelt es sich um zwei einander widersprechende Forderungen,
da für
die Biegesteifigkeit und Unverformbarkeit der Wärmeleitplatte eine bestimmte
Plattendicke erforderlich ist, beispielsweise eine Metallplatte von
5 mm Dicke. Eine so dicke Metallplatte hat jedoch eine große Wärmekapazität und damit
eine langsame Aufheizzeit zur Folge. Bei der Erfindung wird davon
ausgegangen, dass eine Wärmeleitplatte aus
Stahl oder Edelstahl, welche eine Dicke von 5 mm hat, eine für die in
der Praxis auftretenden mechanischen Belastungen und Temperaturen
ausreichende Biegesteifigkeit und Unverformbarkeit hat.
-
Eine starke Reduzierung der Dicke
der Wärmeleitplatte,
wie sie gemäß der Erfindung
vorgenommen wird, führt
zu einer so starken Reduzierung der Biegesteifigkeit und der temperaturabhängigen Unverformbarkeit
der Wärmeleitplatte,
dass sie, im Gegensatz zum Stand der Technik, nicht mehr ohne besondere
Maßnahmen
brauchbar ist. Deshalb wird gemäß der Erfindung
die erforderliche Biegesteifigkeit und Unverformbarkeit der Wärmeplatte
durch einen Trägerkörper erzeugt.
Der Trägerkörper gewährleistet,
dass die dünne
Wärmeleitplatte
durch Gebrauchsbelastungen und hohe Temperaturen und Temperaturänderungen
nicht oder nicht unzumutbar stark verformbar ist. Je stärker die
Wärmeleitplatte durch
Gebrauchsbelastungen verformt wird, desto schlechter wird der Wärmeübergang
zwischen dieser Wärmeleitplatte
und einem darüber
angeordneten Kochgeschirr. Um die thermisch "aktive" Masse des Kochstellen-Heizkörpers gering
zu halten, ist es zweckmäßig, den
Trägerkörper weitestgehend
von der Wärmeleitplatte
und deren mindestens einen elektrischen Heizleiter durch einen Wärmeisolator thermisch
zu trennen. Die Wärmeleitplatte
muss jedoch über
ihren gesamten Querschnitt insgesamt oder mindestens an so vielen
Punkten vom Trägerkörper abgestützt werden,
dass der Trägerkörper der Wärmeleitplatte
die erforderliche Biegesteifigkeit und Unverformbarkeit gibt. Der
Trägerkörper ist
an die Wärmeleitplatte
direkt oder über
Zwischenelemente verbunden, um mit dieser zusammen eine feste Baueinheit
zu bilden. Der Trägerkörper ist
derart gestaltet, dass bei minimaler Masse ein Größtmaß an Biegesteifigkeit
und Unverformbarkeit erreicht wird. Die Wärmeleitplatte ist so dünn, dass
sie ohne Abstützung
durch den Trägerkörper nicht
die für
den Heizgebrauch erforderliche Biegesteifigkeit und Unverformbarkeit
hat.
-
Durch die Erfindung kann beispielsweise
die thermisch aktive Masse des Heizkörpers um den Faktor 2,5 verringert
werden, wobei die Biegesteifigkeit nur geringfügig reduziert wird. Für die Wärmeleitplatte
wird eine kleinstmögliche
Dicke angestrebt. Je kleiner die Dicke der Wärmeleitplatte ist, desto kürzer ist
die Aufheizzeit und desto weniger Wärme wird in ihr gespeichert,
die am Ende eines Kochvorganges verloren geht. Wie weit die Dicke
der Wärmeleitplatte reduziert
werden kann, ist von dem Material der Wärmeleitplatte und den technischen
Bearbeitungsmöglichkeiten
abhängig.
Mit den heutigen Fertigungstechniken ist eine kleinere Dicke als
0,4 mm vermutlich nicht möglich.
Ferner ist die kleinstmögliche
Dicke der Wärmeleitplatte
auch von der Anzahl der Stützstellen
abhängig,
durch welche die Wärmeleitplatte
auf dem Trägerkörper abgestützt ist,
da die maximal mögliche
Anzahl der Stützstellen
aus technischen Gründen
begrenzt ist.
-
Durch die Erfindung kann beispielsweise eine
um den Faktor 3 schnellere Aufheizzeit als beim Stand der Technik
erreicht werden.
-
Der Trägerkörper dient gleichzeitig zur
Befestigung des Heizkörpers
in einem Kochfeld, beispielsweise in einer Kochmulde oder unter
einer Keramikplatte.
-
Der Heizkörper der Erfindung kann auch Merkmale
des Standes der Technik aufweisen, so lange sie nicht der Erfindung
zuwiderlaufen, beispielsweise elektrisch isolierende Schichten,
z. B. aus Email, Keramik, Teflon oder Eloxal, zwischen dem mindestens
einen elektrischen Heizleiter und ihm benachbarten Elementen.
-
Die Erfindung wird im folgenden mit
Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform
als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
-
1 eine
Ansicht von unten auf eine Explosionsdarstellung eines Kochstellen-Heizkörpers nach der
Erfindung,
-
2 eine
perspektivische Ansicht von unten auf den zusammengebauten Heizkörper von 1.
-
Die Zeichnungen zeigen einen Kochstellen-Heizkörper gemäß der Erfindung,
welcher eine Wärmeleitplatte 2 aus
Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Edelstahl, und mindestens einen
elektrischen Heizleiter 4 aufweist, welcher auf der Unterseite 6 der
Wärmeleitplatte
befestigt ist. Der Heizleiter 4 ist vorzugsweise ein Flachleiter.
Er kann angeklebt, verklemmt oder durch Reibschweißung befestigt sein.
Vorzugsweise ist der Heizleiter 4 eine in Dickschicht-Technik
auf die Unterseite 6 der Wärmeleitplatte 2 aufgebrachte
Heizleiterbahn. Der Heizleiter 4 ist in 1 nur schematisch und abgebrochen dargestellt.
Zwischen dem elektrischen Heizleiter 4 und der Wärmeleitplatte 2 kann
eine elektrisch isolierende Schicht auf die Wärmeleitplatte aufgebracht sein, beispielsweise
aus Email, Keramik, Teflon oder Eloxal. Eine solche elektrisch isolierende
Schicht kann auch auf der von der Wärmeleitplatte 2 abgewandten Seite
auf den Heizleiter 4 aufgebracht sein. Ferner kann die
Oberseite 8 der Wärmeleitplatte
mit einer Schutzschicht versehen sein.
-
Der Kochstellen-Heizkörper enthält ferner
einen Trägerkörper 10,
welcher eine wesentlich größere Dicke
als die relativ zu ihm wesentlich dünnere Wärmeleitplatte 2 hat
und eine wesentlich höhere mechanische
Biegesteifigkeit und höhere
thermische Unverformbarkeit als die Wärmeleitplatte 2 hat.
Die Wärmeleitplatte 2 sollte
so dünn
wie technisch möglich
ausgebildet sein, beispielsweise nur zwischen 0,1 mm und 2,0 mm.
Eine praktikable Dicke der Wärmeleitplatte 2 liegt
zwischen 0,4 und 1,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,6 mm und 1,0 mm.
Damit hat die Wärmeleitplatte 2 ohne
den Trägerkörper 10 nicht die
für den
Gebrauch erforderliche mechanische Biegefestigkeit und thermische
Unverformbarkeit.
-
Zwischen der Wärmeleitplatte 2 und
dem Trägerkörper 10 ist
vorzugsweise ein Wärmeisolator 12 angeordnet,
um den Wärmeübergang
von dem elektrischen Heizleiter 4 nach unten zu dem Trägerkörper 10 zu
sperren, während
der Wärmeübergangswiderstand
von dem Heizleiter 4 zur darüber befindlichen Wärmeleitplatte 2 so
klein wie möglich ausgebildet
ist.
-
Der Trägerkörper 10 ist zur Gewichtsreduzierung
und zur Reduzierung seiner thermischen Masse vorzugsweise mit einer
Vielzahl von Durchgangsöffnungen 12 versehen,
die von unten nach oben durch ihn hindurch gehen. Die Durchgangsöffnungen 12 sind
um einen zentralen Bereich 14 herum verteilt angeordnet.
Sie können
radial nach außen
offen sein oder entsprechend den Zeichnungen zwischen dem zentralen
Bereich 14 und einem Umfangsbereich 16 des Trägerkörpers 10 angeordnet
sein, da ein solcher Umfangsbereich 16 die Formstabilität des Trägerkörpers 2 erhöht. Die
Durchgangsöffnungen 12 sind
vorzugsweise im Trägerkörper 10 symmetrisch ringförmig verteilt.
Wenn sie entsprechend den Zeichnungen eine radial von innen nach
außen
zunehmende Größe haben,
verbleibt zwischen ihnen nur eine kleine Masse in Form von langen,
schmalen Speichen 18.
-
Der Trägerkörper 10 hat bezüglich einer
horizontalen Ebene einen Mittelpunkt und ist bezüglich dieses Mittelpunktes
symmetrisch ausgebildet.
-
Der Trägerkörper 2 ist vorzugsweise
mit Versteifungsrippen ausgebildet, damit seine Masse reduziert
werden kann, ohne dass er seine Biegesteifigkeit und Unverformbarkeit
verliert. Die Versteifungsrippen sind vorzugsweise an Rändern des
Trägerkörpers gebildet,
beispielsweise durch Versteifungsrippen 20 um die Durchgangsöffnungen 12 herum
und/oder durch eine Versteifungsrippe 22 entlang des Außenumfangsrandes
des Trägerkörpers, und/oder
durch eine Versteifungsrippe 24 um eine zentrale Durchgangsöffnung 26 des
Trägerkörpers 10.
Während
bei einem durch ein Gießverfahren
hergestellten Trägerkörper 10 die
Rippen an beliebigen zweckmäßigen Stellen
vorgesehen werden können, ermöglicht die
Anbringung von Versteifungsrippen an den Rändern des Trägerkörpers die
Herstellung dieses Trägerkörpers 10 durch
Stanzen und Prägen
einer Metallplatte, z. B. Blech, Stahl oder Edelstahl.
-
Die Versteifungsrippen 20, 22 und/oder 24 sind
vorzugsweise jeweils in sich geschlossene endlose Rippenkränze.
-
Sofern ein anderes Material oder
eine andere Materialzusammensetzung als Blech, Stahl oder Edelstahl
eine vergleichbare Biegefestigkeit und Unverformbarkeit ermöglicht,
kann der Trägerkörper aus
jedem beliebigen Material hergestellt werden, beispielsweise aus
einem elektrisch und/oder thermisch isolierenden Material. Somit
kann der Trägerkörper
10 beispielsweise
aus Blech, Stahl, Edelstahl, hitzebeständigem Fasermaterial, hitzebeständigem Schaumstoffmaterial,
und/oder Aluminium-Eisen-Magnesiumsilikat hergestellt sein.
-
An dem Trägerkörper 10 ist, vorzugsweise an
seinem Zentrumsbereich 14, über einen elektrischen Isolator 30 mindestens
ein, beispielsweise zwei elektrische Anschlussvorrichtungen 32 und 34 zum
Anschluss von elektrischen Leitungen für den Heizleiter 4 befestigt.
-
Der Wärmeisolator 12 ist
vorzugsweise ein Festkörper.
Gemäß anderer
Ausführungsform
kann er auch ein Luftraum oder ein luftleerer Raum sein.
-
An der Wärmeleitplatte 2 ist
eine Vielzahl von Bolzen 36 befestigt, beispielsweise angeschweißt, welche
durch (Öffnungen 38 des
Wärmeisolators 12 von
oben nach unten hindurchragen bis zu dem Trägerkörper 10, an welchem
sie befestigt sind. Die Wärmeleitplatte 2 ist
durch diese Bolzen 36, vorzugsweise an symmetrisch gleichmäßig verteilten
Stellen, auf dem Trägerkörper 10 so
abgestützt,
dass die Wärmeleitplatte 2 die
für den
Gebrauch erforderliche Biegesteifigkeit und Unverformbarkeit aufweist.
Die Bolzen 36 verbinden die Wärmeleitplatte 2 mit
dem Trägerkörper 10 zu
einer formstabilen Einheit. Die Wärmeleitplatte 2 ist
in den Zwischenräumen
zwischen den Bolzen 36 vorzugsweise durch den Wärmeisolator 12 auf
dem Trägerkörper 10 vertikal
abgestützt.
-
Die Bolzen 36 ragen vorzugsweise
in oder durch Aufnahmeöffnungen 40 des
Trägerkörpers 10. Dadurch
werden die Drehpositionen des Trägerkörpers 10,
der Wärmeleitplatte 2 und
des Wärmeisolators 12 relativ
zueinander definiert. Aus den Aufnahmeöffnungen 40 herausragende
Enden der Bolzen 36 können
mit einem Mittel, z. B. Gewinde oder Umfangsnut, zur Befestigung
eines Befestigungselements versehen sein, z. B. einer Mutter oder
eines Sicherungsringes, welches der Trägerkörper 10 gegen die
Wärmeleitplatte 2 spannt.
Dieses Verspannen mit den Bolzen 36 ist auch bei einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung möglich,
bei welcher die Wärmeleitplatte 2 nicht
durch die Bolzen 36, sondern nur durch den Wärmeisolator 12 auf
dem Trägerkörper 10 aufgestützt ist.
-
Der Trägerkörper 10 und die Wärmeleitplatte 2 bilden
zusammen mit dem zwischen ihnen angeordneten Wärmeisolator 12, und
zusammen mit dem Heizleiter 4 zwischen dem Wärmeisolator 12 und
der Wärmeleitplatte 2,
eine sandwichartige Baueinheit.