DE1515080C - Plattenformiges elektrisches Heizele ment fur Heiz und Kochgerate sowie Flachen heizungen - Google Patents
Plattenformiges elektrisches Heizele ment fur Heiz und Kochgerate sowie Flachen heizungenInfo
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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 konnten. 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 Elektrodenschichten, 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 Längsrichtungseiner Fläche
vom Heizstiom 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, Zink-.
sulfid 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,
100 Gewichtsteile Titanemailfritte,
Π Gewichtsteile Zinkoxyd,
7 Gewichtsteile Ton,
0,2 Gewichtsteile Stellsalz,
50 Gewichtsteile Wasser.
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.
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 fol-. gende 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 auf gebracht.
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
»5 mit 220 Volt Wechsel- oder Gleichspannung angeschlossen
wird, kann man Heiztemperaturen bis etwa 700° C erreichen, ohne daß die Lebensdauer und Betriebssicherheit
des Heizelementes beeinträchtigt wird.
Claims (9)
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 geke η η zeichnet,
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 i& fein verteilter Form auf
einen spezifischen Wirkwiderstand von 2 · 10a 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.
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°/o
enthält.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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