DE1515080B2

DE1515080B2 - Plattenfoermiges elektrisches heizelement fuer heiz und kochgeraete sowie flaechenheizungen

Info

Publication number: DE1515080B2
Application number: DE19631515080
Authority: DE
Inventors: Jörg; Theisen Günter; 7940 Riedlingen Vorbach
Original assignee: Oberschwaebische Metallwarenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Oberschwaebische Metallwarenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1963-12-16
Filing date: 1963-12-16
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DE1515080A1

Description

Die Erfindung betrifft ein plattenförmiges elektrisches Heizelement für Heiz- und Kochgeräte sowie Flächenheizungen mit einer durch Zusatz von Metallteilen oder/und Metalloxyden oder sonstigen Metallverbindungen leitend gemachten, auf einem Trägerblech aufgebrachten Emailschicht, die an Elektroden angeschlossen ist.

Bisher wurde eine solche elektrisch leitende Emailschicht an zwei Enden mit den Stromzuleitungen verbunden, so daß sie der Länge nach vom Heizstrom durchflossen wurde. Diese Ausbildung hatte vor allem den Nachteil, daß beim Auftreten von Rissen in der Emailschicht, die insbesondere durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Trägerblech und Emailschicht verursacht.. werden, Stromunterbrechungen stattfinden konnten¹. Dadurch waren der elektrischen Beanspruchung und damit der Heizleistung, dieser Heizelemente verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt, die eine Heiztemperatur über etwa 120° C im allgemeinen nicht zuließen. Auch bereitete die Isolierung der leitenden Emailschicht gegenüber dem Trägerblech, wie z. B. einem Topfboden od. dgl., erhebliche Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizelement mit einer leitend gemachten Emailschicht zu schaffen, bei dem Stromunterbrechungen durch Rißbildung in der Emailschicht und deren nachteilige Folgen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Emailschicht zwischen zwei gleichmäßig über deren Oberflächen sich erstreckenden Elektroden-. schichten, von denen eine das Trägerblech ist, aus elektrisch gut leitendem Material angeordnet ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Heizstrom die leitende Emailschicht über ihre ganze Flächenausdehnung senkrecht zu dieser Fläche, also in Richtung der Schichtstärke durchfließt. Dadurch werden nachteilige Einflüsse von Rißbildungen in der Emailschicht auf den Widerstandswert vermieden, und etwaige Risse können keine Unterbrechung des Stromdurchganges zur Folge haben. Infolgedessen ermöglicht die Ausbildung gemäß der Erfindung eine höhere technische Ausnutzung eines solchen Heizelementes.

Aus der deutschen Patentschrift 882 445 ist ein Verfahren zur Herstellung leitender oder halbleitender Schichten auf metallischen Trägerkörpern bekanntgeworden, bei dem unzersetzt schmelzbare Metallverbindungen in der Art von Metallglasuren bzw. Emaillen im Schmelzfluß auf den Träger aufgebracht werden. Diese leitenden Emailschichten werden aber vom Strom längs der Schichtstärke durchflossen und dienen nicht als Heizelemente, sondern als Gleichrichterelemente, bei denen andere Aufgaben als bei Heiz- und Kochgeräten zu lösen sind. Ferner ist in der deutschen Auslegeschrift 1 146 991 bereits ein Flächenheizelement beschrieben worden, welches aus einer mit Metallteilchen und Metalloxyden versetzten Glasur besteht. Dieses bekannte Heizelement wird aber auf einem auf der Oberfläche eines metallischen Grundbauteiles vorgesehenen Überzug aus glasartigem Email aufgebracht, so daß es elektrisch von der metallischen Unterlage isoliert ist. Auch dieses Heizelement kann also nur an seinen beiden Enden mit den Stromzuleitungen verbunden werden und wird demzufolge nicht senkrecht, sondern in Längsrichtung seiner Fläche vom Heizstrom durchflossen. Da auch hier Rißbildungen in der leitenden Emailschicht nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden können, treten die gleichen Mängel wie bei den anderen bekannten Heizelementen dieser Art auf. ■· ;. ■.

Vorzugsweise wird zur Bildung der leitenden Emailschicht ein Email verwendet, welches einen solchen Gehalt an Titandioxyd und Zink in fein verteilter Form, vorzugsweise in Form von Zinkoxyd, Zinksulfid oder sonstigen Zinkverbindungen, gegebenenfalls auch Zinkpulver oder Zinklegierungspulver aufweist, daß es einen spezifischen Wirkwiderstand von

ίο 2 · 10² bis 7 · 10⁷ Ohm · cm hat.

Die leitende Emailschicht kann unmittelbar auf das Trägerblech, z. B. einen Topfboden, aufgebracht werden, während die andere Elektrodenschicht aus einer beliebig aufgebrachten, z. B. aufgedampften oder eingebrannten Metallschicht wie Einbrennsilber bestehen kann. Die Isolierung eines solchen Heizelementes bereitet keine Schwierigkeiten, sie kann z. B. durch beiderseits auf die Elektrodenschichten aufgebrachte Schichten aus Glas, Email oder Kunststoff erzielt werden.

Die Herstellung von Heizelementen gemäß der Erfindung ist verhältnismäßig einfach. Die Anbringung der Kontakte für die Stromzuführung kann leicht z. B. durch Anlöten an den Flächenelektroden erfolgen.

Das Heizelement kann sehr dünn ausgeführt werden,

.. wobei die Gesamtstärke des Elementes vor allem von der Stärke des Trägerbleches abhängt. Das Trägerblech kann sowohl einseitig als auch doppelseitig mit einer Heizemailschicht versehen werden. Die Flächenausdehnung der Heizelemente kann beliebig groß gewählt werden, z. B. von der Größenordnung eines Topfoder Pfannenbodens oder einer Wärmeplatte (Rechaud) bis zu Wand-, Decken- oder Bodenplatten von mehreren Quadratmetern.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei Ausführungsformen beispielsweise veranschaulicht.

F i g. 1 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil eines Heizelementes mit einseitiger Heiz emailschicht;

F i g. 2 zeigt ein Heizelement gemäß der Erfindung von oben gesehen und

F i g. 3 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil eines Heizelementes mit doppelseitiger Heizemailschicht.

Das Heizelement besteht aus einer Blechplatte 1, auf die eine Heizemailschicht 2 aufgetragen ist. Die Emailmasse dieser Heizemailschicht enthält Titandioxyd und Zinkoxyd bzw. eine Verbindung dieser beiden Stoffe in einer solchen Dosierung, daß sich ein spezifischer Wirkwiderstand der Emailmasse von 2 · 10² bis 7 · 10⁷ Ohm · cm einstellt.

Zur Herstellung einer solchen Heizemailmasse kann z. B. von einer üblichen Titanemailfritte ausgegangen werden, welche einen Gehalt an Titandioxyd von etwa 10 bis 20% haben kann. Der Titanemailfritte fügt man z. B. 2 bis 10% Zinkpulver oder 7 bis 25% Zinksulfid oder 7 bis 25 % Zinkoxyd oder 2 bis 25 % sonstiger Zinkverbindungen oder eine Mischung dieser zinkhaltigen Stoffe zu. Ferner werden zur Herstellung des Emailschlikkers die. üblichen Zusätze an Ton, Stellsalz und Wasser gewählt. Ein Beispiel für einen solchen Emailschlicker hat folgende Zusammensetzung:

100 Gewichtsteile Titanemailfritte,

17 Gewichtsteile Zinkoxyd,
7 Gewichtsteile Ton,
0,2 Gewichtsteile Stellsalz,
50 Gewichtsteile Wasser.

Man kann aber auch von einer üblichen Transparent- oder Grundemailfritte ausgehen, die im wesentlichen Quarzmehl, Borax, Pottasche, Flußspat od. dgl. enthält. Dieser Fritte fügt man z. B. 2 bis 30% Titandioxyd und 2 bis 25% eines zinkhaltigen Stoffes wie vorzugsweise Zinkoxyd zu. Um den gewünschten Emailschlicker zu erhalten, werden ferner Ton, Stellsalz und Wasser zugesetzt. Ein Beispiel für einen solchen Emailschlicker hat folgende Zusammensetzung:

100 Gewichtsteile Transparent- oder Grundfritte, 20 Gewichtsteile Titandioxyd,
15 Gewichtsteile Zinkoxyd,

7 Gewichtsteile Ton,

0,2 Gewichtsteile Stellsalz,
50 Gewichtsteile Wasser.

Schließlich kann man auch von einem üblichen S".hmelzversatz ausgehen, der im wesentlichen aus Quarzmehl, Borax, Pottasche, Flußspat od. dgl. besteht. Diesem Schmelzversatz werden 2 bis 30% Titandioxyd und 2 bis 25 % Zinkoxyd oder einer sonstigen Zinkverbindung zugefügt. Der dadurch hergestellten Emailfritte werden wiederum zwecks Bildung des Emailschlickers Ton, Stellsalz und Wasser zugesetzt. Ein Schmelzversatz dieser Art hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:

40 Gewichtsteile Quarzmehl,
25 Gewichtsteile Borax (entwässert), 5 Gewichtsteile Pottasche,

8 Gewichtsteile Titandioxyd, 2 Gewichtsteile Zinkoxyd.

Aus diesem Schmelzversatz wird die Emailfritte erschmolzen, die dann mit den üblichen Zusätzen an Ton, Stellsalzen und Wasser zu dem Emailschlicker verarbeitet wird.

Auf die Blechplatte 1 wird ein Emailschlicker der vorstehend erläuterten Zusammensetzung aufgetragen, getrocknet und in üblicher Weise eingebrannt, um die Heizemailschicht 2 zu erhalten.

Auf die Heizemailschicht 2 wird sodann eine Elektrodenschicht 3 aus elektrisch gut leitendem Material aufgebracht. Die Elektrodenschicht 3 besteht z. B. aus einer eingebrannten oder aufgedampften Metallschicht wie vorzugswiese Silber oder Aluminium.

Die Stromzufühiung an die Elektrodenschicht 3 erfolgt an der Kontaktstelle 4 und an die Blechplatte 1 an der Kontaktstelle 5. Die Kontaktstellen 4 und 5 können z. B. unmittelbar an ein normales Wechselstromnetz von 220 Volt angeschlossen werden.

Die Elektrodenschicht 3 wird von einer Isolierungsschicht 6 aus üblichem Email, Glas, Kunststoff od. dgl. abgedeckt. Ebenso wird auf die Unterseite der Blechplatte 1 eine entsprechende Isolierschicht 7 aufgebracht.

Wie F i g. 3 zeigt, können auch beide Seiten der Blechplatte 1 mit Heizemailschichten 2 und 2' versehen werden. Dann kann eine Seite, d. h. eine Heizemailschicht zugleich als Vorwiderstand benutzt werden. Die Heizemailschichten 2 bzw. 2' werden außen mit Flächenelektroden 3 bzw. 3' bedeckt, die ihrerseits mit äußeren Isolierschichten 6 bzw. 6' versehen werden. Die Stromzuführung erfolgt in diesem Falle über die Kontakte 4 bzw. 4' an den beiden Flächenelektroden 3 bzw. 3'.

Die Schichtstärke der Heizemailschicht richtet sich nach den jeweiligen Bedingungen, z. B. nach der gewünschten Heiztemperatur, der zur Verfugung stehenden Spannung der Stromquelle, z. B. beim üblichen Netzstrom 220 Volt und dem Eigenwiderstand. der Heizemailschicht, der von der Menge und Art der die Leitfähigkeit des Emails bewirkenden Zusätze .z. B. an Titandioxyd und Zinkoxyd abhängt.

Beispielsweise kann bei einer Blechstärke des Trägerbleches 1, Topfbodens od. dgl. von 0,5 mm eine Heizemailschicht 2 von etwa 0,2 mm gewählt werden. Die

ίο Schichtstärke der Flächenelektrode 3 beträgt z. B. etwa 0,02 mm, und die Stärke der Isolierschichten 6 bzw. 7 kann etwa 0,3 mm betragen. Es ergibt sich dann eine Gesamtstärke des Heizelementes von nur 1,32 mm. Wenn ein solches Heizelement an ein Netz mit 220VoIt Wechsel- oder Gleichspannung angeschlossen wird, kann man Heiztemperaturen bis etwa 700⁰C erreichen, ohne daß die Lebensdauer und Betriebssicherheit des Heizelementes beeinträchtigt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Plattenförmiges elektrisches Heizelement für Heiz- und Kochgeräte sowie Flächenheizungen mit einer durch Zusatz von Metallteilen oder/und Metalloxyden oder sonstigen Metallverbindungen leitend gemachten, auf einem Trägerblech aufgebrachten Emailschicht, die an Elektroden angeschlossen ist,dadurch gekennzeichnet, daß die Emailschicht zwischen zwei gleichmäßig über deren Oberflächen sich erstreckenden Elektrodenschichten, von denen eine das Trägerblech ist, aus elektrisch gut leitendem Material angeordnet ist.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emailschicht (2, 2') auf eine Metallplatte (1) aufgebracht und mit einer Metallschicht (3 bzw. 3') überdeckt ist.

3. Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (3 bzw. 3') aus eingebranntem oder aufgedampftem Metall wie insbesondere Silber oder Aluminium besteht.

4. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Emailschicht (2 bzw. 2') abgewandten Oberflächen der Elektrodenschichten (1 und 3 bzw. 3') mit Isolierschichten (7 und 6 bzw. 6') aus Email, Glas, Kunststoff od. dgl. abgedeckt sind.

5. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerblech bzw. die Metallplatte (1) auf beiden Seiten mit Emailschichten (2 und 2') versehen ist.

6. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Emailschicht (2 bzw. 2') aus einem durch Zusatz von Titandioxyd und Zink in fein verteilter Form auf einen spezifischen Wirkwiderstand von 2 · 10² bis 7 · 10⁷ Ohm · cm gebrachten Email besteht.

7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Emailschicht (2 bzw. 2') bildende Email 2 bis 30 % Titandioxyd und 2 bis 25% Zink- oder geeigneter Zinklegierungspulver enthält.

8. Heizelement nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Emailschicht (2 bzw. 2') bildende Email 2 bis 30% Titandioxyd und 7 bis 25% mindestens einer geeigneten Zinkverbindung enthält.

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9. Heizelement nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die Emailschicht (2 bzw. 2') bildende Email einen Zusatz von ^: Eisenoxyd in geringer Menge bis höchstens 5 % enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen