DE2740163A1

DE2740163A1 - Heizelement mit offener heizspule

Info

Publication number: DE2740163A1
Application number: DE19772740163
Authority: DE
Inventors: Howard C Gebhart; Michael J Lacy; Lawrance W Wightman
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1978-09-14
Also published as: FR2383574A1; ZA774922B

Description

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Omerson V'llectric Go.^ St. Louis^ Kissouri^ V. 3t. Α.,

Heizelement mit offener Heizspule

⁷>ie vorliegende ^Ti'rfindunp; betrifft eine :<'lächenbeizplatte mit offener Spule aus uiderstandsdrabt sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Bei herkömmlichen offenstmligen Heizplatten ist eine wendelförmig gewickelte Spule in einer opiralnut in einer geformten !'lache aus keramischen oder Keramikfasermaterial angeordnet und v'i rd dort mit einem Keramikkleber oder dergleichen festgehalten - bspw. bei Strahlungsheizelementen - oder auf einen Glimmerträger - wie bei Toastern - aufgewickelt. Diese Heizelemente erfordern einen erheblichen Arbeitsaufwand und das Äinformen von Spiralnuten in Keramikfaseroberflächen ist teuer.

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Ss ist vorgeschlagen worden, ein von einer Nutenspinne getragenes Band aus Viderstandsdraht einzusetzen - vgl. die US-PSn 3.3li5>.72o und 3-3U&.721, einen Tragkörper aus im Unterdruck geformten Keramikfasern ("I-IEERSCHriOIS") zum Lagern eines an der Körperoberfläche offenliegenden Draht aus Molybdändisilicid unter einer Glasplatte zu verwenden, wobei der Draht durch Anschmelzen von >"'einstf asern ("fuzzy fibers") an den JJraht in der Sollsge gebalten wird (U3-P3 3.912.9o5)» eine wendelförmig gewickelte Spule an eine dünne Scheibe verklebter Keramikfasern mit "Haarnadel"-Klammern anzuheften (US-PS 3.833.793) bzw. Klammern an einen ilacbwiderstand anzuschweißen und sie dann in eine darunterliegende Isolierung einzutreiben (Uo-PS 3.567.9o6).

Die Heizelemente sind auf unterschiedliche i/eise eingehüllt worden - bspw. unter Ausbildung in sich abgeschlossener Jiinheiten, bei denen die obere Fläche des Behälters als Kühlfläche dient (US-PS 3.733.1|i>2) oder nach o~ben offenen Einheiten, bei denen die Heizelemente nahe dem oder am Oberteil des Kerds liegen (US-PS 3.833.793 und 3·567.9ο6).

Diese Vorrichtungen haben bestimmte Nachteile bei der Fertigung oder beim Zusammenbau, die sie teurer machten, als er

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"■is ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein offenspuliges .iderctands-Kläcbenbeizelement anzugeben, das gleich gut arbeitet wie bekannte Heizelemente, aber billiger herzustellen

jiese Aufgabe v:ird gelöst durch ein offensouliges widerstands-IM.cbenheizelement, bei dem ein Heizdraht zu einer Gestalt geformt ist und von einer Värmefesten Unterlage getragen, wird. .de Verbesserung besteht darin, daß die Unterlage aus einem eindringfähigen Katerial hergestellt ist und das Heizelement zu Schleifen geformte Schenkelteile aufweist, die durch dessen Oberfläche in den Unterteil eingetrieben werden, um die Gestalt im Unterteil festzulegen, wobei die zwischen den Schenkeln verlaufenden Abschnitte des Eeizdrahts entlang einer Oberfläche des Unterteils verlaufen.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines offenspuligen V/iderstandsfläcbenheizelementff, indem man einen '.iiderstandsdraht zu einer Reflexwindung wickelt, eine Reflexwindung zu einem offenen U-förmigen Querschnitt mit zu Schleifen gebogenen Schenkeln biegt und die Schenkel in einen Isolierstoffunterteil eindrückt, um die "windung auf dem Unterteil festzulegen.

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Das heizelement nach der vorliegenden Erfindung ist besonders brauchbar für einen Herd mit nach oben - bspw. mit einer Glasplatte - abgeschlossener Kochfläche.

Sendet man Vlächenbeizelemente auf einem, nach oben geschlossenen Herd an, setzt man den Unterteil mit auswärts gewandtem Widerstandsdraht in eine Hetallschale ein, deren Umfangswand aus einem Band besteht, an das oben Halteösen angeformt und unten Haltelaschen einteilig angeformt sind, und die einen Boden aufweist. Das Unterteil des Heizelements ist mit einem mit dem Unterteil vorzugsweise einteiligen Rand versehen, der mindestens in bestimmten Bereichen vom Außenrand des Unterteils radial einwärts beabstandet liegt, damit die Halteösen auf einem radial außen liegenden Teil des Unterteils aufliegen, können, und axial über die Halteösen hinaus vorsteht. Eine Metallscheibe ist innerhalb des die Schalenwand bildenden Bandes angeordnet, wird von den Haltelaschen gehalten und bildet den Boden.

Zwischen der Metallscheibe und der Unterseite des Unterteils befindet sich unmittelbar am Unterteil eine Schicht starren Isolierstoffs, sowie zwischen dem starren Isolierstoff und der Scheibe eine Schicht aus elastischem, federndem Isolierstoff. Das elastische Isoliermaterial drückt den Unterteil an die

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ürlteösen pn. ;uf dem iisnd des Unterteils liegt eine 'eckfläche bs^w. ans '!las auf und vrird von ihr nicht nur vom Heizdraht beabstandet gehalten, sondern auch elastisch gelagert.

In der ^eicbnunc; ist die "'ir.;. 1 eine .»rnuisicht eines offen-SOuligen aderstandsfl^chenheizelements nach der vorliegenden "r^indi.inp:, das in einer Schale montiert ist;

'-'ig. ? ist ein Schnitt auf der Linie ?--?. der ^?ig. 1;

■lg. 3 ist ein Seitenriß einer ^;vus führung s form der Schale in der mit der Linie 3-3 der .Ίρ;. 1 gezeigten Richtung;

'iq. J| ist ein Seitenriß eines f'eils der Schale und zeigt eine '',nordnunp; zum Verbinden der zwei ^?.nden des die ,/and bildenden F andes;

Irr. ^ ist eine üerspektivische Teilansicht der beiden voneinander getrennten Finden des Bandes vor dem Verbinden;

Ig,. 6 ist eine "Draufsicht eines reflex-gewickelten .viderstandsdrahts;

Vir. 7 ist eine Draufsicht des in der J'ig. 6 gezeigten Widerstandsdrahts nach dem Abbiegen der schleifenförmigen drahtenden;

rip;. 3 ist eine schematisierte Schnittdarstellung des Drahts in -¹Ig. 7, wie er in eine /orrichtung eingesetzt wird;

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flg. 9 ist eine schaubildlicbe Teildarstellung und zeigt die geschickte Vorrichtung an einem Unterteil;

rig. 1o ist eine schaubildliche Teilschnittdarstellung und zeigt, wie der geformte Draht in den Unterteil eingedrückt *wird;

⁷ ig. 11 ist eine T_eildraufsieht des Unterteils, in dem der geformte Draht eingesetzt ist;

i"lg. 12 ist eine Teilschnittansicht einer Vorrichtungsform, mit der der geformte Draht in die Eindrückvorrichtung eingesetzt wird;

tlg. 13 ist eine perspektivische Teilansicht eines geformten Widerstandsdrahts mit etwas längeren Abschnitten und verhältnismäßig kürzeren Schenkeln als beim Draht der Fig. 7;

Fig. II4. ist eine Teilschnittdarstellung eines geformten V/i der standsdraht s, der in eine Eindrückvorrichtung eingesetzt

Fig. 15 ist eine Teilschnittdarstellung und zeigt die Eindrückvorrichtung in der Lage, in der der geformte Draht in einem Unterteil eingedrückt ist;

Fig. 16 ist eine Teildraufsicht eines reflexgewickelten üiderstandsdrahts in einer anderen Konfiguration als der in Fig. gezeigten, und

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.■'ir. 1? ist eine ''''eildrauf sieht eines reflexgewickelten wider stnndsörphts in einer weiteren mordnung.

Tn den ir,. 1 und ? der '/■ ei eh nun;]: bezeichnet nun das Bezugszeichen 1 ein offenspuli^es \iderstandsheizelement, das- in einer '■. etnllschale P sus einer Seitenwand 3 und einer Eodenscheibe J.j aus metall sich befindet.

as heizelement 1 wird von einer dicken unterlage aus starrem Isolierstoff 7, der in unmittelbarer Berührung mit dem Heizelement steht, sowie einer Unterlage aus elastischem Isolierstoff 9 zwischen der starren Isolierung 7 und der Scheibe h '••ehalten.

in der Seitenwand 3 befinden sich Keramikdurchführungen 12, und führen elektrische nnschlußlaschen 1 5> > die mit den Zuleitun'^r,sdräbten 17, 18 verbunden sind. Die anderen Enden der Zuleitungsdrähte 17, 18 befinden sich auf/ den radial innersten bzw. radial äußersten Linde eines V/iderstandsdrahts 2o. Der ¹ iderstandsdraht 2o ist auf und teilweise in einem Unterteil 2^ aus eindringfähigem wärme- und elektrisch isolierenden .;erkstoff wie Keramikfasermaterial gelagert.

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In der in den ''iu;. 1 \and P .^ezeirten aus füh run,;; s form weist der Unterteil 25 einen einteilig mit ihm ausgebildeten .( 27 auf. In in Umf ausrichtung beabstandeten Bereichen ist der nand 27 auf dem Unterteil radial einwärts des Umfangs des Unterteils versetzt und bildet dabei die absätze 23.

In der dargestellten beispielhaften Vusführungsform ist der V/iderstandsdraht ?.o zu einer Gestalt 3o aus sechs miteinander konzentrischen und radial beabstandeten Spannen 31 » 32, 33» 3hy 35 und 36 angeordnet. Sämtliche Spannen sind aus einem durchgehenden Widerstandsdraht ausgebildet.

Wie nun in den Fig. 6 bis 15 gezeigt, ist der V/iderstands- draht 2o zunächst zu einer zickzackförrtiigen Heflexwicklung [p ("reflex 'winding") gewickelt, die umgebogene Enden J|1 sowie zwischen diesen verlaufende gradlinige Abschnitte i|2 auf weist; vgl. Fig. 6. Die umgebogenen Enden J4.I sind aus der Ebene der Abschnitte 1^2 herausgebogen und bilden Schenkel h^., die voneinander von einer von den Abschnitten \\2. hinwegweisenden Richtung divergieren. Die Länge der Abschnitte \\2 kann im Vergleich zur Länge der Schenkel unterschiedlich gewählt werden, wie sich aus einem Vergleich der Fig. 7 mit der Fig. ergibt. Bei der Herstellung der konzentrischen Gestalt werden verbindende Abschnitte vorgesehen, wie sie ausführlicher unten beschrieben sind.

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;er '..'iderstandsdraht hat eine gewisse elastizität, üer geformte Orabt wird dann auf eine 'r'orm I|6 aufgebracht, wie sie die !''ig. 12 zeigt, .,ie im folgenden zu erläutern sein wird, kann die "'orm 12 so hergestellt werden, daß sie die Spannen des geformten .'.iderstandsdrahts in der in ¹Ig. 1 gezeigten konzentrischen, einer soiraligen oder irgendeiner anderen gewünschten Einordnung hält. In der in :^;'ig. 1 gezeigten beispielhaften 'vusf^hrungsform, und wie in I'ig. 1 ersichtlich, beginnt der Draht mit einem äußeren Ende 27 und verläuft in einer äußeren kreisförmigen Spanne, die im Uhrzeigersinn vom ^nde 37 ab zu einem Verbindungsabschnitt 9o verläuft, der die äußere Spanne 31 nit der radial nächsteinwärts liegenden Spanne 3? verbindet, die im Gegenuhrzeigersinn zu einem zweiten Verbindungsabschnitt 91 verläuft, der die Spanne mit der radial nächsteinwärts liegenden Spanne 33 verbindet, die im Uhrzeigersinn zu einem Verbindungsabschnitt 92 verläuft, und so vjeiter, bis die Spanne 36 ausgebildet ist, die in ein inneres r.;nde 38 ausläuft. Das l'Jnde 37 ist elektrisch an den Zuleitungsdraht 17 angeschlossen; das njnde 38 ist elektrisch mit dem Zuleitungsdraht 18 verbunden. In der Praxis haben die inden 37 und 38 einen Vorlaufteil des .iiderstandsdrahtes selbst, der in die Kanäle 60 im Unterteil 2£ eingebogen wird, wobei die ^r/.uleitungsdrähte 17, 18 elektrisch an die linden der Vorlauflängen des /iderstandsdrahts angeschlossen sind.

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Wenn der !''ormling aus /Jiderstandsdraht auf der Form l\6 angeordnet worden ist, wie es die ('"ig. 12 zeigt, wird er in die
Kammern ζο in einer Vorrichtung Jj„9 eingeführt. j)ie Kammern
5o enthalten auch Schubstreifen 51, die in Abständen mit
Schubstäben 52 verbunden sind, die über eine obere !''lache 53 eines Teils der Vorrichtung vorstehen. Die äußeren Enden der Schubstäbe 52 befinden sich in einer Schubplatte 55» die in
der in den Pig. 1l\. und 15 gezeigten Ausführungsform mit Federn von der Fläche 53 hinweg vorgespannt ist.

^T.7enn die Vorrichtung beschickt ist, wird die Form I4.6 aus dem Weg genommen und ein Unterteil 25 unmittelbar unter den offenen Enden der Kammern 5o in die Sollage gebracht. Die Schubplatte SS wird zur Fläche 53 gegen die Vorspannkraft der Feder 56 gedrückt, so daß der Schubstreifen 51 zur offenen Hündung hin und die Schenkel l\l± in den Unterteil eingedrückt
werden. Wie ausführlicher in den Fig. 8, 9 und 1o gezeigt,
werden die Schenkel l|ij-, die normalerweise auseinandergespreizt sind, in den Kammern So parallelgedrückt; v/ährend
sie jedoch in den Unterteil eingedrückt werden, bewirkt ihre Elastizität ein erneutes Aufspreizen, so daß sie im Unterteil eingesetzten Zustand wieder auseinanderverlaufen, wie es die Fig. 1o und 11 zeigen. Da die Keramikfasern die Neigung zeigen, den vom Eindringen der geschlossenen Enden der Schenkel gebildeten Schlitz wieder zu verschließen, gewährleistet die

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- 1 S' -

eizurr-:. der Schenkel eine i/erankerung des .iderstandselements in Unterteil. ..in in den .'1,3. ? und 1o ersichtlich, bleiben die abschnitte UP über dem Unterteil. In der Praxis sind diese Abschnitte vorzugsweise im Ver.gleicb zur Tiefe der Schenkel verb^ltnisn^ßig lanrt, so daß die 'Aber dem Unterteil offenliegende "!•'■iche des '■ ."iderstandsdrahts größer als die orabtfläcbe innerhiib des Unterteils ist.

-ie i;:. 1 bis S zeilen nun eine beisnielbafte Aus füb rungs form der ei ζelementanordnung nach der Erfindung im Einsatz in
einen ierd. In dieser Anordnung ist ein einteiliges Band 62
aus einem geeigneten lletall hergestellt. An das Band sind einteilig mit diesem vier Halteösen 63, die etwa im Sinne einer
Kreissehne verlaufen, Vier Haltelaschen 6I4., die anfänglich nur gekerbt, nicht aber gebogen sind, eine Zunge 67 an einem Ende, eine Vufnähme 7o am anderen "nde sowie von einer unteren Kante her aufwärts verlaufende Aussparungen 65 für die Durchführungen an- bzw. eingeformt.

•Jas Fand 62 ist zu einer kreisförmigen Seitenwand geformt. In
der dargestellten Ausführungsform ist die Zunge schmaler als
das Viand, so daß Schultern 69 entstehen. Ein Halteschlitz 71
ist nahe der Basis der Wurzel 67 ausgebildet.

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)ie Aufnahme 7o hat parallele Flansche 7)\., die eng beabstandet sind und die Zunge 67 aufnehmen, sowie eine aufgebogene Lasche 73, die so bemessen ist, daß sie in den Kälteschutz 71 hineinpaßt. Die Zunge wird zwischen die Flansche 1\\ gelegt und die !,asche 73 in den Schlitz 71 eingesetzt; dann biegt nan die Flansche 7h- einwärts und die Lasche 73 zurück, um die beiden Handenden aneinander zu befestigen.

Das Heizelement mit angeschlossenen Zuleitungsdrähten 17, 18 und in der Sollage befindlichen Isolierstofflagen 7, 9 und Eeramikdurchführungen auf der Verbinderlasehe läßt sich nun innerhalb der kreisrunden Seitenwand so ausgerichtet in die Sollage bringen, daß die Halteösen 63 auf den Absätzen 28 aufliegen. Die Durchführungen werden in die Aussparungen 6£ eingesetzt und die Bodenplatte aufgesetzt. Die Bodenplatte wird dabei gegen die Vorspannkraft der elastischen Isolierstofflage gedruckt, bis sie von den Oberkanten der Haltelaschen 6l| freiliegt, und diese letzteren biegt man dann ein, um die Platte in der Sollage festzulegen.

Die einheitliche Anordnung kann dann in einen Herd eingesetzt werden und man setzt eine Auflage, die in der dargestellten ''usführungsform eine Glasplatte 9o ist auf den Hand 27 auf, wo sie von der elastischen Isolierung 9 abgefangen wird.

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während in der in :·'\ρ· . 1 gezeigten und beschriebenen Keizelenente der .iderstsndsdraht konzentrische Spannen aufweist, kann das ,'lenent mich mit sniralförmig gelegtem Heizdraht ausgeführt T-.'erden, wie es in einigen Ausfübrungsformen bevorzugt ist; diese 'nordnunr; hat den Vorteil einer leichteren Ausbildung der Aeflexwindungsgestalt.

■jen 'nchnann ergeben sich aus der obigen Offenbarung innerhalb des Umfangs der Patentansprüche zahlreiche andere Einzelheiten hinsichtlich des Aufbaus der heizelemente, des Verfahrens seiner Herstellung und des Aufbaus der Anordnungen, in denen es eingesetzt v;ird. iiur als Beispiel sei hier erv/ähnt, daß es sich bei dem i eramikfasermaterial um Keramikfaserplatten des Gütegrads > ("Arzeugnis der 'a. Christy 'irebrick Go.) bei dem starren Isolierstoff un "P. V. ^upertemp Board" aus Steinwolle (Erzeugnis der L''a. '.-iagle Picher Industries Inc.) und bei dem elastischen Isoliermaterial um "ityle 1oo" Steinwollefilz, ebenfalls ein Erzeugnis der j'a. liagle Picher Industries, Inc. handeln kann; andere werkstoffe ergeben sich für den i^(lachmann unmittelbar. V,ei dem '.'iderstandsdraht kann es sich um Niebrom aus Kanthai .·■·. oder einen anderen geeigneten Draht handeln. Der Winkel oer Schenkel des ausgeformten Drahts von der Senkrechten zur \,bene der .Abschnitte ist in der dargestellten Aus führung s form fünf Grad, läßt sich aber auch anders wählen, um unterschiedliche Größen der Jiderstandselemente und Unterteilausfiihrungen

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zu ermöglichen. Auch lassen sich Vorrichtungen unterschiedlicher Gestalt und Art einsetzen, ^s ist möglich, einen noch größeren Teil des Widerstandsdrahts offenzulegen, um dann den Ividerstandsdraht zu einer modifizierten Reflexwindung mit einer oder mehreren 3-Schleifen zwischen aufeinanderfolgenden (gegenüberliegenden) Schenkeln oder eine Vielzahl von S-bchleifen zwischen aufeinanderfolgenden Paaren von (gegenüberliegenden) Schenkeln auszubilden, wobei die zwischenliegenden S-Scbleifen vorzugsweise so breit sind, daß sie den Abschnitten zwischen den Schenkeln entsprechen, so daß die zwiscbenliegenden 3-rSchleifen ohne Änderung der Vorrichtung in deren liamnern passen - vgl. bspw. die !''ig. 16 und 17. -iiese I öglichkeiten werden hier nur zur "Erläuterung angegeben.

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Claims

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IBERLlN S3 8 MONCHENU

Dr. RUSCHKE & PARTNER PATENTANWÄLTE

BERLIN - MÖNCHEN

TELEX: 18378· TELEX: 5M787

Patentansprüche

(1. Verfahren zur Herstellung eines "Jiderstandsfla'chenheizelements mit offenliegender Spule, bei der man einen Widerstandsdraht zu einer rieflexwicklung ("reflex winding") wickelt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Reflexwicklung zu einem offenen U-förmigen uerschnitt mit zu Schleifen gebogenen Schenkeln und verbindenden Abschnitten formt und die Schenkel in einen Unterteil aus Isolierstoff eindrückt, um die Wicklung auf dem Unterteil festzuhalten.

?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man : die Schenkel auswärts auseinanderlaufend formt, sie federnd ;

i in einen weniger gespreizten Zustand drückt und danach beim J

andrücken in den Unterteil ein erneutes Aufspreizen bewirkt. !

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ORIGINAL INSPECTED

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen dem Ausbilden der ü-förmigen Wicklung und dem Sindrücken in den Unterteil die U-fönnige Wicklung in einer Vorrichtung in der für die Wicklung gewünschten Gestalt einsetzt und die gestaltete Wicklung aus der Vorrichtung über deren gesamte Länge im wesentlichen gleichzeitig in den Unterteil eindrückt.

. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man die Schenkel so formt, daß sie leicht auswärts divergieren, dann die Schenkel zu einem weniger gespreizten, aber innerhalb der Elastizitätsgrenzen liegenden Zustand in der Vorrichtung zusammendrückt und die Schenkel beim Einschieben aus der Vorrichtung in den Unterteil sich wieder aufspreizen läßt.

5. Verfahren nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wicklung in die Vorrichtung in einer Form einsetzt, in der eine erste bogenförmige Spanne der Wicklung in einer Umfangsrichtung verläuft, eine nächste Spanne radial gegen die erste Spanne versetzt und konzentrisch mit ihr in der entgegengesetzten Umfangsrichtung verläuft, und aufeinanderfolgende Spannen radial weiter einwärts versetzt sind und abwechselnd entgegengesetzt in Umfangsrichtung über die ge-

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samte ",Jicklung verlaufen.

G. Uiderstandsflächenbeizelement mit offenliegender Heizspule, bei dem ein Heizdraht zu einer Gestalt geformt und von einem wärmefesten Unterteil gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil aus einem eindringfähigen Werkstoff hergestellt ist und die Heizdrahtanordnung schleifenförmig umgebogene ichenkelteile aufvieist, die durch die Oberfläche des Unterteils in diesen eingetrieben sind, um die Heizdrahtanordnung im Unterteil zu verankern, wobei die Heizdrabtabsehnitte zwischen, den Schenkeln entlang einer Oberfläche des Unterteils verlaufen.

7. ,'lach enh ei ζ element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelteile des Heizdrahts auf gegenüberliegenden Langseiten der Anordnung liegen und innerhalb des Unterteils von den offenliegenden Abschnitten hinweggespreizt sind.

8. l'lächenheizelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet _T daß es sich bei der Gestalt um eine Spirale hanrdelt.

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9. -¹I nchenhei ζ element nach '\nsnruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Gestalt um eine Serie konzentrischer figuren handelt,

1σ. Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterteil und der befestigte Heizdraht in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Schale angeordnet und in Axialrichtung bezüglich der Sdiale vorgespannt iat.

11. Pl'achenheizer nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Unterteil ein Rand vorgesehen ist, der eine Herdplatte trägt.

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