DE2759941C1 - Strahlungsheizkoerper fuer Herde mit Glaskeramikdeckplatte - Google Patents

Description

a) zwei getrennte Heizelemente (12) vorhanden sind,

b) von denen das erste ein spiralförmiges inneres Heizelement ist, das von einem zweiten äußeren ringförmigen Heizelement umgeben ist,

c) die benachbarten Spiralwindungen beider Heizelemente durch einen miteingewickelten biegsamen Streifen (17) aus hitzebeständigem und elektrisch isolierendem Material voneinander getrennt und um einen keramischen Kern (18) gewickelt sind,

d) beide Heizelemente (12) durch mehrere speichenähnliche Glieder (20) aus hitzebeständigem und elektrisch isolierendem Material, die sich über die Oberseite der Heizelemente erstrekken, gehalten sind und

e) die inneren Enden der Glieder (20) am Kern (18) verankert sind und die äußeren Enden der Glieder (20) an dem ringförmigen Rand (15) aufliegen und von einem Ring (26) aus thermisch und elektrisch isolierendem Material gehalten sind.

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Gegenstand der Erfindung ist ein Strahlungsheizer zur Verwendung in Herden mit Glaskeramikdeckplatten, bei dem zwei getrennte Heizelemente vorgesehen sind. Ein inneres Element dient zur Verwendung mit Kochgeschirren verhältnismäßig geringen Durchmessers und ein äußeres, dieses umgebendes praktisch ringförmiges Element braucht nur in Betrieb genommen zu werden, wenn das Kochgeschirr einen großen Durchmesser besitzt.

Kochplatten mit ebenen Kochflächen besitzen eine flache Platte, z. B. aus Glaskeramik, die die wirksame Heizfläche bildet, auf die ein Kochgeschirr aufgebracht wird und eine Heizeinrichtung, die unter der Glaskeramikplatte angebracht ist.

In GB-PS 3 72 813 ist ein Heizer für Luft beschrieben, bei dem der Heizwiderstand und ein Isolierstreifen in Form einer Spirale aufgewickelt sind. Heizelement und Isolierung sind so ausgebildet, daß ein Gitter mit freien Räumen für Luftdurchtritt ausgebildet ist. Es handelt sich nicht um einen Strahlungsheizer, sondern um Kontaktheizung der durch den Heizer strömenden Luft.

Aus AT-PS 1 32 957 ist eine elektrische Kochplatte bekannt, bei der ein mittleres plattenförmiges Kochelement von ringförmigen Kochelementen konzentrisch umgeben ist, wobei eine Abdeckung aus Metall und Einrichtungen zur Verstellbarkeit der Heizkörper in ihrer Höhenlage vorhanden sind. Zwischen den Heizelementen ist ausdrücklich ein Luftspalt vorgesehen. Bei bestimmten Ausführungsformen von Abstand zwischen den Heizwicklungen einstellenden Zapfen sind in Keramikhülsen geführte Bindedrähte vorhanden, um die Heizspirale auf der Bodenplatte zu fixieren. Die Heizer haben eine erhebliche Einbautiefe, die den heutigen Anforderungen überhaupt nicht mehr entspricht.

Die US-PS 20 42 203 richtet sich auf eine elektrische Heizplatte mit jeweils in einem Rohr eingeschlossenen Heizelementen, wobei ein zentrales Heizelement konzentrisch von einem weiteren umgeben ist. Durch die Rohreinbettung und Abstandsfixierung der Rohrwindungen durch Bleche mit entsprechenden Nuten ist eine weitere Befestigung einzelner Windungen an der Grundplatte nicht erforderlich.

Die DE-OS 23 39 768 betrifft elektrische Strahlungsheizer für Herde mit glatten Kochflächen, die ein auf einer schalenförmigen Unterschicht angeordnetes, mit Metallklammern befestigtes Heizelement aufweisen. Durch die weitgehend frei liegende Heizdrahtwendel soll eine bessere Ausnützung der zur Verfugung stehenden Energie zur Heizung erreicht werden.

Die bekannten Haushaltskochherde oder Kochmulden weisen in der Regel mehrere in Abstand voneinander angeordnete Kochstellen unterschiedlicher Größe auf, denen entsprechende Heizeinheiten zugeordnet sind. Um einerseits Energieverluste zu vermeiden, andererseits aber den Kochgeschirren auch ausreichend schnell die erforderliche Wärme zuführen zu können, ist es wünschenswert, daß die Größe des Kochgeschirrs möglichst weitgehend mit der Größe der eigentlichen Heiz- oder Kochfläche übereinstimmt. Wegen der üblichen Größe von Haushaltsherden oder Kochmulden ist die Zahl der möglichen unterschiedlich großen Heizflächen begrenzt.

Außerdem ist der Raum, der für Heizeinrichtungen bei Herden mit glatten Kochflächen unterhalb der glatten Oberfläche zur Verfügung steht, begrenzt, so daß dort lediglich ausreichend Platz für Strahlungsheizer mit einer geringen Gesamttiefe vorhanden ist, so daß diese die erforderlichen Schalteinrichtungen an der Vorderseite unter der Vorderkante der Platte nicht behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Strahlungsheizkörper der genannten Art, bei Beibehaltung der geringen Einbautiefe die pro Flächeneinheit erzielbare Heizwirkung zu erhöhen, die Heizfläche an unterschiedliche Durchmesser des Kochgeschirrs anzupassen und die Montage des gesamten Heizelementes zu erleichtern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Strahlungsheizer für mit Glaskeramikdeckplatte bei dem auf der flachen Oberfläche einer schalenförmigen Unterschicht mit einem angeformten aufrechtstehenden ringförmigen Rand und einem darauf aufliegenden Ring aus thermisch und elektrisch isolierendem Material, das Heizelement in Form einer Spirale eines schraubenförmig gewickelten blanken Drahtes aufliegt. Dieser ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale, daß

a) zwei getrennte Heizelemente vorhanden sind,

b) von denen das erste ein spiralförmiges inneres Heizelement ist, das von einem zweiten äußeren ringförmigen Heizelement umgeben ist,

c) die benachbarten Spiralwindungen beider Heizelemente durch einen miteingewickelten biegsamen Streifen aus hitzebeständigem und elektrisch isolierendem Material voneinander getrennt und um einen keramischen Kern gewickelt sind,

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d) beide Heizelemente durch mehrere speichenähnliche Glieder aus hitzebeständigem und isolierendem Material, die sich über die Oberseite der Heizelemente erstrecken, gehalten sind und

e) die inneren Enden der Glieder am Kern verankert sind und die äußeren Enden der Glieder an dem ringförmigen Rand aufliegen und von einem Ring aus thermisch und elektrisch isolierendem Material gehalten sind.

Bei einer solchen konstruktiven Gestaltung kann die Dicke der für die Unterschicht zum Tragen und Isolieren des Heizelementes notwendige thermische und elektrische Isolation so klein sein, wie es für die thermische und elektrische Isolation notwendig ist. Im allgemeinen bedeutet dies, daß die Heizeinrichtung von geringerer Gesamtdicke oder Tiefe sein kann, als die bisher bekannten Heizer. Außerdem ist es möglich, ein solches Heizgerät mit wenigen, verhältnismäßig einfachen Handgriffen herzustellen.

Wenn der spiralförmige gewickelte Draht der eigentlichen Heizelemente unter Strom gesetzt wird, dann wird abgesehen von dem Draht nur eine sehr kleine thermische Masse sehr heiß. Daher hat der erfindungsgemäße Strahlungsheizer nur eine sehr kleine Ansprechzeit für Temperatureinstellungen und ist relativ wirkungsvoll in der Ausnutzung der elektrischen Energie, verglichen mit herkömmlichen Geräten, bei denen der Draht in einer spiralförmigen Ausnehmung angeordnet ist. Das spiralig gewickelte Heizelement wird durch Wickeln eines schraubenförmig gewickelten blanken Drahtes und eines biegsamen Streifens aus hitzebeständigem elektrischen Isoliermaterial um eine keramischen Kern hergestellt. Die Breite des biegsamen Streifens soll etwa gleich dem Durchmesser des blanken Drahtes sein, so daß ein praktisch flach gewickeltes Heizelement mit benachbarten Windungen des blanken Drahtes entsteht, die elektrisch voneinander durch Isolierstreifen isoliert sind. Das Wickeln geht weiter bis eine Spirale der gewünschten Größe und Drahtlänge erhalten wird. Dieses innere Heizelement wird dann zur Vergrößerung der Kochfläche von einem getrennten ringförmigen Element umgeben, das ebenfalls als Spirale gewickelt sein kann, wobei der Kern für dieses äußere Element das innere spiralförmig gewickelte Heizelementbildet.

Wenn der Kern rund ist, dann bildet der Draht und das Isoliermaterial jeweils eine Schnecke von im wesentlichen runder Gestalt. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, weil die verschiedensten Formen möglich sind. So kann beispielsweise der Kern quadratisch oder rechteckig sein, und dies gibt dann entsprechende Wicklungen. Denkbar ist auch eine »D«-Form des Kernes. Somit ist der in der Anmeldung gewählte Begriff spiralförmig nicht streng geometrisch anzufassen, sondern soll diese abweichenden Formen mit einschließen.

Da benachbarte Windungen der Spirale des blanken Drahtes auf verhältnismäßig niedrigen Potentialdifferenzen voneinander liegen, kann der Streifen aus biegsamem isolierendem Material ganz dünn sein, was noch eine ausreichende elektrische Isolation ergibt. Deshalb können benachbarte Drahtwicklungen verhältnismäßig eng sein und so ist eine sehr konzentrierte Hitzequelle möglich. Ein entsprechender Temperaturbegrenzer dient zum Schutz der Glaskeramikplatte, wobei sehr hohe Leistungsdichten möglich sind.

Das biegsame elektrisch isolierende Material des Bandes muß Wärmestrahlen bei Rotglut der gewickelten Drahtheizelemente aushalten. Ein Beispiel eines geeigneten Materials ist Keramikpapier aus Aluminiumsilikat. Dieses Keramikpapier kann etwa 2 mm dick sein, wenn auch seine Dicke zwischen 0,5 und 4 mm liegen kann.

Die speichenähnlichen Glieder, die an den Heizelementen anliegen, und sie gegen die Unterschicht der thermischen und elektrischen Isolation flach halten, sind in der Mitte und an den Kanten der Spirale der Heizelemente verankert.

Es sind getrennte radiale Glieder vorgesehen, die sowohl in der Mitte des inneren Heizelementes gegen den keramischen Kern als auch an den Kanten des äußeren Heizelementes gegen die thermische und elektrische Isolation anliegen, die einen von der Unterschicht nach oben weisenden ringförmigen Flansch bilden. Es sollten wenigstens vier, aber vorzugsweise nicht mehr als zehn Glieder vorhanden sein. Beispielsweise können acht solcher Glieder gleichmäßig radial um den Kern herum im Winkel von etwa 45° verteilt, angeordnet sein. Es ist jedoch nicht wesentlich, daß diese Glieder genau radial ähnlich den Speichen eines Rades liegen, daß sie gerade oder voneinander getrennt sind. Beispielsweise ist ein Armkreuz mit angeformten vom Kern nach außen führenden Armen ausreichend, wobei der Kern in der Mitte des inneren Heizelementes und möglichst auch an den Enden der Arme nieder gehalten wird, um diese an ihrem Platz zu halten. Diese Glieder bestehen aus Keramik, z. B. aus einer dünnen keramischen Stange oder einem Rohr, so daß sie sowohl elektrisch isolieren als auch im Betrieb den hohen Strahlungstemperaturen der Heizspule widerstehen können. Sie sollen bei in der Ebene gesehenen Heizeinrichtungen verhältnismäßig dünn sein und eine Beeinflussung durch die Wärmestrahlung der Elemente auf die Glaskeramik soll so klein wie möglich gehalten werden.

Beispiele geeigneter keramischer Stoffe sind Porzellan und Aluminiumoxyd.

Die Grundschicht der thermischen und elektrischen Isolation wird vorzugsweise in einer außenliegenden Metallschale gehalten, die sowohl die elektrische Erdung bewirkt als auch die Außenbedeckung der Isolation und das Gerät als Ganzes schützt. Um das Befestigen der speichenähnlichen Teile zu unterstützen, die die Heizelemente in der Mitte der Einrichtung einschließen, können diese Teile gegen einen hohlen keramischen Kern, der derjenige sein kann, um den das innere Heizelement gewickelt ist, über eine Metallscheibe anliegen, die gegen den keramischen Kern dadurch nach unten gedrückt wird, daß sie von der Einrichtung z. B. durch Anschrauben an die Metallpfanne gehalten wird. Die Grundschicht der thermischen und elektrischen Isolation weist einen umgebenden, nach oben gerichteten Rand auf, der an die Unterschicht angeformt oder ein besonderer Ring aus diesem Material sein kann. Auf diese Weise wird im Isoliermaterial eine runde Scheibe oder ein Einschnitt gebildet, deren bzw. dessen Gesamtlänge praktisch gleich der Gesamthöhe des Strahlungsheizers ist. Dann können die speichenähnlichen Halte-

bo glieder über die ganze Oberseite der Heizelemente in Kontakt mit der Oberkante des Randes des Isoliermaterials verlaufen und werden durch einen besonderen Ring aus thermischem und elektrischem Isoliermaterial gehalten, was einen Abstandhalter zwischen den Heiz-

b5 elementen und der Unterseite der Glaskeramikplatte ergibt.

Das bevorzugte thermische und elektrische Isoliermaterial für die Unterschicht ist eine gebundene Mi-

schung aus feinporigem Kieselsäure-Aerogel, einem Trübungsmittel und Verstärkungsfasern. Es kann auch anderes Isoliermaterial verwendet werden, wie beispielsweise eine aus keramischen Fasern gegossene Masse.

Das feinporige Kieselsäure-Aerogelmaterial befindet sich in fester kompakter Form mit einer Dichte von 128 bis 4800 kg/m^J. Die elektrischen Speisezuleitungen für die Heizelemente können durch ein oder mehrere Kanäle in der Oberfläche der Unterschicht des Isoliermaterials zu einer elektrischen Klemme führen, die an der Seite des Strahlungsheizers befestigt ist. Dies hat den Vorteil gegenüber solchen, bei denen die elektrischen Leitungen nach unten aus dem Heizer herausgeführt werden müssen, daß der unter ihm benötigte Raum und auch der Wärmeverlust verringert wird. Zum Verhindern eines elektrischen Kurzschlusses zwischen den Leitungen und der Heizspule können die Leitungen mit einer keramischen Isolierschicht oder mit Isolierperlen umgeben werden. Es ist auch möglich, die elektrischen Leitungen horizontal über die Oberseite der Heizelemente zu führen. Sie müssen mit einer elektrischen Isolation in Form einer Schutzhülle oder von Perlen aus keramischem Material bedeckt sein. Bei einer Anordnung kann man hierfür ein oder mehrere rohrförmige Glieder verwenden, die zusätzlich als speichenähnliche Glieder zum Halten des Heizelementes dienen können.

Der Strahlungsheizer für Herde mit Glaskeramikdeckplatten nach der Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben, in denen jedoch die getrennte Ausbildung von zwei Heizelementen nicht ausdrücklich gezeigt ist, sondern eine Ausführungsform beschrieben ist, die lediglich ein durchgehendes nicht in zwei Elemente getrenntes Heizelement aufweist.

F i g. 1 ist eine Teilansicht des Heizgerätes und

F i g. 2 ein Schnitt an der Linie 2-2 der F i g. 1.

Das Heizgerät 10 enthält ein Heizelement 12, das von einer Unterschicht 14 getragen wird, um deren Kante ein nach oben gerichteter Rand 15 angeformt ist, der einen runden Ausschnitt ergibt, in dem sich das Heizelement 12 befindet. Die Schicht 14 besteht vorzugsweise aus einem Material mit sehr guter Isolation gegen hohe Temperaturen, wie es unter dem Warenzeichen »Microtherm« im Handel ist. Dies ist eine komprimierte Mischung aus feinporigem Kieselsäure-Aerogel, einem besonderen Trübungsmittel und feuerfesten Fasern. Wegen der sehr hohen Isoliereigenschaften kann die Unterschicht 14 verhältnismäßig dünn sein.

Das Heizelement ist durch spiraliges Wickeln eines blanken elektrischen Widerstandsdrahtes 16 und einem danebenliegenden biegsamen Streifen 17 aus elektrisch isolierendem Material um einen hohlen keramischen Mittelkern 18 hergestellt. Die Breite des Streifens 17 ist etwa gleich dem Durchmesser des spiralig gewickelten Drahtes 16. Auf diese Weise wird mit benachbarten Windungen des elektrischen voneinander vom Streifen 17 isolierten g'ewickelten Drahtes ein praktisch kreisrundes Heizelement aufgebaut, das praktisch den vom Rand 15 gebildeten kreisrunden Ausschnitt ausfüllt. Der biegsame Streifen 17 muß hitzebeständig sein und besteht aus keramischem Aluminiumsilikatfaser-Papier.

Zum Halten der Windungen des Heizelements als praktisch flaches Heizelement werden mehrere keramische Rohre 20, z. B. acht, wie in der Zeichnung radial über dem Heizelement analog den Speichen eines Rades angeordnet. Die Innenenden 20a dieser Rohre 20 werden gegen den Keramikkern 18 von einer Metallscheibe 24 gehalten, während die Außenenden 20b auf der oberen Fläche des Randes 15 aufliegen, und gegen den Rand 15 von einem Ring 26 gleichen thermischen Isolationsmaterials zur Schicht 14 gehalten werden. Hierbei sind kleine radiale Kanäle (nicht dargestellt) in der Unterseite des Ringes 26 vorgesehen, die die Enden 206 aufnehmen.

Das Kantengebiet der Scheibe 24 kann eine solche gerippte oder eine ähnliche Form aufweisen, so daß jedes Innenende 20a getrennt eingeschlossen und in der richtigen Winkelausrichtung für die Keramikrohre 20 gehalten wird. Dies ist jedoch nicht immer wichtig.

Die Unterseite und die Seitenkante der Schicht 14 und die Seitenkanten des Randes 15 und des Ringes 26 befinden sich in einer Metallschale 30. Dies ergibt die elektrische Erdung und einen mechanischen Schutz dieser Teile.

Die Scheibe 24 wird nach unten gehalten, um die Innenenden 20a der Rohre 20 durch eine Schraube 31 festzuhalten, die durch die Mitte der Scheibe 24, durch die Schicht 14 und die Metallschale 30 hindurchgeht. Auf ihr freies Ende wird eine Mutter 32 aufgeschraubt. Das Mittelgebiet der Metallschale 30 ist nach oben gewölbt, um die Mutter und eine zugehörige Unterlegscheibe 33 zu halten, so daß diese die Schale 30 nicht wesentlich überragen.

Die Enden der Heizspule aus elektrischem Widerstandsdraht sind an den elektrischen Leitungen 16 angeschlossen. Eine davon führt von der Mitte des elektrischen Heizelements praktisch horizontal in einen Kanal 37 in der Oberfläche der Schicht 14 und durch ein Loch 38 im Rand 15 und durch die Seite des der Metallschale 30 zur elektrischen Klemme her (nicht dargestellt). Die andere Leitung führt vom Außenende des Heizelements durch eine Bohrung 39 im Rand 15 und durch die Seite der Metallpfanne 30 zur Klemme heraus. Die Leitungen 36 sind mit keramischen Isoliermuffen 40 bedeckt, um einen Kurzschluß mit den Spulen des Heizelements zu verhindern.

Das Heizgerät 10 nach der Erfindung ist einfach und rasch zusammenzubauen. Weil die Dicke der Unterschicht 14 so klein sein kann, daß sie elektrisch und thermisch ausreichend isoliert, ist die Gesamttiefe des Gerätes 10 verhältnismäßig gering. Somit muß der Ring 26 eine minimale Dicke aufweisen, um sicherzustellen, daß bei Gebrauch des Heizgerätes die aufliegende Glaskeramikplatte einem nicht zu großen thermischen Schock ausgesetzt wird. Der Durchmesser, d. h. die Tiefe der Heizspule 16 ist durch den elektrischen Widerstand bestimmt. Die Dicke der thermischen Schicht 14 kann jedoch bedeutend geringer als bei entsprechenden Isolierschichten in den bekannten Heizern sein, weil dort keine Metallteile in die Schicht 14 führen, die ein Isolieren und Verankern in der Schicht erfordern.

Weil der Heizdraht 16 nicht einer Ausnehmung der Schicht 14 teilweise eingebettet ist, ist die thermische Masse, die zur Windung hinzukommt und die miterhitzt werden muß, gering, somit kann die erfindungsgemäße Ausführungsform des Heizers schnell auf die Temperatursteuerung ansprechen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Strahlungsheizkörper für Herde mit Glaskeramikdeckplatte bei dem auf der flachen Oberfläche einer schalenförmigen Unterschicht mit einem angeformten aufrechtstehenden ringförmigen Rand und einem darauf aufliegenden Ring aus thermisch und elektrisch isolierendem Material, das Heizelement in Form einer Spirale eines schraubenförmig gewickelten blanken Drahtes aufliegt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale, daß