DE3020326C2 - Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel, insbesondere für eine Glaskeramik-Kochplatte - Google Patents
Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel, insbesondere für eine Glaskeramik-KochplatteInfo
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Classifications
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Description
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel, insbesondere für eine
Glaskeramikkochplatte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE-OS 28 06 367 ist ein Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel bekannt dessen
Dämmschicht auf der Basis von Kieselsäureaerogel als einzige Lage zwischen der Heizwendel und dem Boden
der Aufnahmeschale aus Blech eingebracht ist, so daß die ausgezeichneten Wärmedämmeigenschaften dieses
speziellen Wärmedämmaterials optimal ausgenutzt werden. Eine ausreichende Temperaturbeständigkeil in
unmittelbarer Nachbarschaft der Heizwendel, die direkt auf der Dämmschicht aufliegt wird durch Zusatz von
Aluminiumoxid angestrebt welches einem Sintern des Kieselsäureaerogels bei Temperaturen über etwa
7000C entgegenwirkt; dabei kann Aluminiumoxid in
Form von Verstärkungsfasern oder als zusätzliche Beimischung in einer Menge bis zu 12% in dem Dämmaterial
auf der Basis von Kieselsäureaerogel enthalten sein. Die Verwendung ausschließlich des Materials r*er hochwirksamen
Dämmschicht als Wärmedämmaterial ermöglicht eine ausreichende Wärmedämmung trotz
flacher Bauweise. Stoffe für Trübungsmittel sind dabei Mangandioxid, Titandioxid oder Zirkondioxid.
Dämmaterial dieser Art besitzt zwar einen extrem
hohen Wärmedurchleitwiderstand, ist aber mechanisch wenig stabil, da es im Bereich bereits niedriger Spannungsspitzen
zu Abbröckelungen oder Abbröselungen neigt Daher müssen sämtliche Kanten geschützt werden,
wozu etwa ein eigener Abstandsring zwischen der Unterfläche der Glaskeramikabdeckung der Kochplatte
und der oberen Auflagefläche des Dämmaterials dient Insbesondere ist die Befestigung der Heizwendel auf
diesem Material schwierig. Im Falle der DE-OS 28 06 637 sind hierzu Metalldrahtklammern vorgesehen,
die in das Dämmaterial eingesteckt sind. Durch das Arbeiten der Heizwendel im Betrieb können sich diese
Metalldrahtklamme^n jedoch lösen, so daß hiermit keine
langfristige Verankerung gewährleistet ist
Aus der US-PS 28 11 457 ist es bekannt, derartiges Dämmaterial mittels eines anorganischen Bindemittels
zu härten. Im Faiie der Verwendung von gehärtetem Dämmaterial als Dämmschicht könnte zweifellos eine
bessere Verankerung mittels Metalldrahtklammern oder dergleichen erfolgen, die über eine längere Betriebszeit
hinweg die Lage der Heizwendel sichert Abgesehen jedoch davon, daß die Metallklammern durch
Wärmeleitung in das Dämmaterial hinein dessen Wärmedurchleitwiderstand verringern, ergibt sich auch
durch die Härtung des Wärmedämmaterials ein gewisser Abfall des Wärmedurchleitwiderstsndes gegenüber
ungehärtetem Material, der umso größer ist, je mehr
Bindemittel zur Verbesserung der mechanischen Stabilität eingebracht ist
Aus der DE-OS 25 51 137, von der die Erfindung ausgeht, ist es bekannt, bodenseitig eine dicke Dämmschicht
aus Kieselsäureaerogel zu verwenden, die Heizwendel jedoch auf einer besonderen Lagerschicht zu
lagern, die aus einem relativ festen Kartonmaterial aus hochtemperaturbesiändigem Isolierwerkstoff besteht,
dessen Aluminiumoxid-Siliziumoxid-Fasern mit einem
so anorganischen, beispielsweise keramischen Bindemittel zur Erzielung der kartonartigen Konsistenz gebunden
sind. Die Heizwendel ist hierbei in Form eines hochkant verlaufenden Bandes mit Verankerungsfüßen ausgebildet,
die durch das Material der kartonartigen Scheibe hindurchgestochen und dahinter umgenietet werden, so
daß die Scheibe mit der darauf befestigten Heizwendel auf das Dämmaterial aufgelegt werden kann.
Das Material einer solchen Scheibe als Lagerschicht eignet sich zwar durchaus für eine sichere Befestigung
der Heizwendel, sofern ausreichende Materialstärken verwendet werden, trägt aber zur Wärmedämmung
kaum etwas bei. Bei gegebener erforderlicher Wärmedämmung durch das Wärmedämmaterial erhöht somit
die Lagerschicht wiederum die Bauhöhe des Strahlungsheizkörpers. Außerdem müssen besondere Maßnahmen
ergriffen werden, um auch am Umfangsrand der Lagerschicht eine entsprechende Wärmedämmung zu erhalten.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Strahlungsheizkörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der sowohl über
ausgezeichnete Wärmedämmeigenschaften bei minimaler Bauhöhe verfügt, als auch auf eine einfache eine
zuverlässige Lagesicherung der Heizwendel ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Damit wird auf eine zweischichtige Bauweise einer das Wärmedärmaterial bildenden einstückigen Warmedämmplatte
zurückgegriffen, bei der die untere Dämmschicht auf der Basis von Kieselsäureaerogel
oder dsrgleichen in der bekannten Weise für eine maximale
Wärmedämmung auf engstem Raum genutzt wird, während die obere Lagerschicht demgegenüber nur geringfügig
abfallende Wärmedämmeigenschaften aufweist. Dafür aber ist die obere Lagerschicht gehärtet,
und weist trotz immer noch sehr guten Wärmedurchleitwiderstandes ausreichende mechanische Stabilität auf,
um eine Befestigung der Heizwendel durch einfaches Kleben zu ermöglichen. Hinsichtlich Einzelheiten eines
bevorzugten Vorgehens bei der Härtung solcher feindisperser, in der Flammenpyrolyse hergestellt, mikroporöser
Isoliermaterialien wird auf die DE-OS 29 42 087 Bezug genommen. Damit ist im Ergebnis zwischen der
Heizwendel und dem Boden der Aufnahmeschale, ebenso wie im Falle der DE-OS 28 06 367, nur eine einstückige
Wärmedämmplatte aus hochwirksamem Wärmedämmaterial angeordnet, so daß maximale Wärmedämmung
bei minimaler Bauhöhe erzielt wird. Lediglich im oberen Bereich der einstückigen Wärmedämmplatte
wird eine geringfügige Verminderung des Wärmedurchleitwiderstandes infolge der Härtung in Kauf genommen,
dafür jedoch eine saubere Lagesicherung der Heizwendel durch Klebung ermöglicht, so daß weder
Verminderungen des Wärmedurchleitwiderstandes infolge
der Befestigung etwa durch Metallklammern noch eine frühzeitige Lockerung der Heizwendel im Betrieb
in Kauf genommen werden müssen.
Die Wärmedämmplatte kann in kostengünstiger Weise vorg-fertigt werden, wozu beispielsweise eine
der Schichten — die Dämmschicht oder die Lagerschicht — aus amorphem Pulver der gewünschten Beschaffenheit
zur Erzielung einer Druckfixierung vorgepreßt, sodann das Material der anderen Schicht aufgebracht
und mit der vorgepreßten Schicht unter höherem Druck fertig gepreßt wird, worauf dks Aushärtung unter
geeigneter Wärmeeinwirkung erfolgen kann. Dadurch entsteht die gewünschte einstückige Wärmedämmplatte,
die eine innige Verbindung der Dämmschicht mit der Lagerschicht durch Verkrallung der Partikel gewährleistet.
Da die mechanisch stabile Lagerschicht für die Dämmschicht eine zusätzliche Abstützung bietet, kann
die so gebildete zweischichtige Wärmedämmplatte ohne übermäßige Gefahr von Beschädigungen gehandhabt,
transportiert und versandt werden, um an gegebenenfalls anderer Stelle in den erfindungsgemäßen Strahlungsheizkörper
eingebaut zu werden.
Aus der DE-OS 27 48 307 ist es zwar bereits bekannt, ein einstückiges Preßteil auf der Basis des in Rede stehenden
Dämmaterials wie pyrogener Kieselsäure mit Schichten unterschiedlicher Beschaffenheit herzustellen,
wobei eine äußere oder obere Schicht im Sinne der Lagerschicht der Erfindung eine erhöhte Temperaturbeständigkeit
aufweist und mittels eines anorganischen Bindemittels wie Wasserglas durch Wärmeeinwirkung
gehärtet ist. Jedoch besteht diese zusätzliche Schicht nicht ebenfalls aus einer in der Flammenpyrolyse hergestellten,
mikroporösen, teilchenförmigen isoliermaterial, sondern vielmehr aus Mineralfasern mit Füllstoffen
und dem anorganischen Bindemittel, wobei als Füllstoffe etwa Aluminiumoxid, Sand, gemahlene Schamotte,
Kaolin und Perlit in Frage kommen. Eine solche Außenschicht hat gegenüber der Dämmschicht nur vernachlässigbar
geringen Wärmedurchleitwiderstand und würde somit bei Verwendung im erfindungsgemäßen Zusammenhang
nicht die gewünschte Minimierung der Bauhöhe ergeben.
Für die Lagerschicht ist gemäß Anspruch 2 ein Grundmaterial auf der Basis von pyrogenem Aluminiumoxid
anstelle von pyrogener Kieselsäure zu bevorzugen, da pyrogene Kieselsäure zwar noch etwas bessere
Wärmedämmeigenschaften ergibt Material auf der Basis von Aluminiumoxid-Aeroge! aber auch ohne weitere
zusätzliche Maßnahmen erheblich temperaturbeständiger ist. Zusätzlich können in das Isoliermaterial der Lagerschicht
gemäß Anspruch 3 hochtemperaturbeständige Materialien wie Manganoxid, Titanoxid oder Zirkonoxid
eingeführt werden, um die Ten>r<eraturbeständigkeit
bei Bedarf weiter zu erhöhen.
Die Herstellung der Wärmedämmplatte als Preßformteil ermöglicht darüber hinaus ohne jeglichen Zusatzaufwand
die Anbringung von wendeiförmigen Nuten an der Oberseite der Lagerschicht gemäß Anspruch
4, in weiche die Heizwendel eingelegt und mit entsprechend hochtemperaturbeständigem anorganischem
Kleber eingeklebt werden kann.
Weiterhin ermöglicht die Herstellung als Preßformteil
ohne Zusatzaufwand gemäß Anspruch 5 eine muldenförmige Ausbildung des Bereichs der Lagerschicht
mit umlaufendem einstückigem Umfangsrand, so daß auch eine hochwirksame Wärmedämmung in Umfangsrichtung
in einem Zuge mit sichergestellt werden kann.
Infolge der mechanischen Stabilität des Umfangsrandes
aufgrund der Härtung der Lagerschicht kann der Umfangsrand gemäß Anspruch 6 an seiner Oberseite
unmittelbar eine Anlagefläche für die übliche Glaskeramikabdeckung der Kochplatte bilden. Eine besonders
gute mechanische Stabilität der Auflagefläche ergibt siel", wenn gemäß Anspruch 7 der Umfangsrand in seinem
oberen Bereich zusätzlich verdichtet ist, was im Zuge des Preßvorganges ohne Zusatzaufwand geschehen
kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Ausführungsform
näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen Strahlungsheizkörper.
Der veranschaulichte Strahlungsheizkörper besteht im wesentlichen aus einer Aufnahmeschale 1 aus Metall,
insbesondere Aluminiumblech, und Wärmedämmaterial in Form einer Wärmedämmplatte 2, welche an der Innenseite
einer Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 zwischen dem Boden 4 und einer Heizwendel 5 angeordnet
ist. Die elektrisch betriebene Heizw.indel 5 weist nicht näher dargestellte elektrische Anschlüsse auf, die
auf geeignete Weise aus dem Bereich der Aufnahmeschale 1 herausgeführt sind. Der dargestellte Strahlungsheizkörper
-Jient zur Strahlungsbeheizung der Glaskeramikabdeckung einer Glaskeramik-Kochplatte,
wobei die nicht näher dargestellte Glaskeramikabdekkung auf einer Auflagefläche 22 aufliegt und damit Abstand
vom oberen Rand der Umfangswand 3 der Aufnahmeschale 1 sowie von der Heizwendel 5 erhält. Die
Umfangswand 3 de. λufnahmeschale 1 und damit der
gesamte Strahlungsheizkörper haben in Draufsicht im wesentlichen Kreisform und liegen konzentrisch zu ei-
ner Mittelachse 14.
Die Wärmedämmplatte 2 besteht aus einer oberen Lagerschicht 7, welche in wendeiförmigen Nuten 8 die
Heizwendel 5 aufnimmt. Auf der der Heizwendel 5 gegenüberliegenden Seite der Lagerschicht 7 ist eine
Dämmschicht 9 vorgesehen, die am Boden 4 der Aufnahmeschale 1 anliegt und aus feinporigem Kieselsäureaerogel
besteht. Dieses Material ist an sich bekannt und weist neben dem Kicselsäureaerogel in aller Regel
eine Mineralfaserverstärkung und/oder ein Trübungsmittel auf; solche hochwirksamen Wärmedämm-Materialien
werden durch die Anmeiderin unter der Bezeichnung MINILEIT (eingetr. Warenzeichen) vertrieben,
wobei hinsichtlich Einzelheiten des Materials auf die einschlägigen DE-OS 27 47 663. 27 48 307 und 27 54 956
verwiesen wird, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird. Bevorzugt wird ein Material für die
Dämmschicht 9 verwendet, welches aus 30 bis 50% pyrogener Kieselsäure, 20 bis 50% Trübungsmittel und 5
bis 15% Aluminiumfasern besteht, sowie in einem Raumgewicht von 200 bis 400 kg/cmJ vorliegt, jedoch
nicht organisch oder anorganisch gehärtet zu sein braucht. Ein solches Spezial-Wärmedämmaterial besitzt
eine Wärmeleitfähigkeit, die geringer ist als ruhende Luft und darüber hinaus nur wenig temperaturabhängig
ist. Allerdings sind die aus pulverförmigen Grundstoffen gepreßten Platten aus einem solchen Material mechanisch
wenig widerstandsfähig und schwierig herzustellen. Daher werden Platten aus diesem Material in: der
Regel im Zuge der Herstellung mit einem festen Glasgewebe umgeben und nachträglich in der gewünschten
Form zugeschnitten.
Die obere Lagerschicht 7 besteht aus einem Alurniniumoxid-Aerogel anstelle des Kieselsäure-Aerogels der
Dämmschicht 9, oder einer geeigneten Mischung beider Aerogele. Derartiges Isoliermaterial auf der Basis von
Aluminiumoxid-Aerogel ist bis höhere Temperaturen beständig ais auf der Basis von Kieseisäure-Aerogei.
Darüber hinaus kann die Lagerschicht 7 bei Bedarf zur
weiteren Erhöhung der Temperaturbeständigkeit Zuschlage an hochtemperaturbeständigen Stoffen wie
Manganoxid, Zirkonoxid oder Titanoxid enthalten. Vor allem aber ist das Material der Lagerschicht 7 mit einem
anorganischen Bindemittel, beispielsweise mit geeigneten glasbildenden Stoffen, gehärtet, wie dies an sich aus
der DE-OS 29 42 087 bekannt ist, auf die wegen weiterer Einzelheiten im Zusammenhang mit der Härtung
derartigen Materials ausdrücklich Bezug genommen wird. Dadurch besitzt das Material der Lagerschicht 7
nur geringfügig schlechtere Wärmedämmeigenschaiften als dasjenige der Dämmschicht 9, ist aber mechanisch
erheblich fester und widerstandsfähiger, so daß die Lagesicherung der Heizwendel 5 unmittelbar an der Lagerschicht
7 keine Probleme mehr aufwirfL Hierzu ist die Heizwendel 5 in wendeiförmigen Nuten 8 mittels
eines hochtemperaturbeständigen anorganischen Klebers 6 befestigt, wobei Kleber mit einer Temperaturbeständigkeit
bis zu 1150" C also völlig ausreichend, zur
Verfugung stehen.
Infolge der Härtung des Materials der Lagerschicht 7 können die Auflageflächen 22 unmittelbar an der Oberseite
eines Umfangsrandes 10 ausgebildet werdender in
der veranschaulichten Weise eine Mulde in der Lagerschicht 7 zur Aufnahme der Heizwendel 5 umfangsseitig
umgibt und so eine Wärmeabstrahlung zur Umfangswand 3 der Aufnahmeschaie I hin sicher vermeidet Zur
weiteren Erhöhung der Stabilität des Materials im Bereich der Auflagefläche 22 kann das Material im oberen
Endbereich 11 des Umfangsrandes 10 zusätzlich verdichtet sein.
Die Wärmedämmplatte 2 aus der unteren Dämmschicht 9 und der oberen Lagerschicht 7 samt Nuten 8
und Umfangsrand 10 mit Auflagefläche 22 ist als einstückiges Preßteil hergestellt. Hierzu wird zunächst das
pulverförmige Material einer der Schichten 7 oder 9 in eine Pressenform eingegeben und zur Druckfixierung
vorgepreßt, wobei der Druck unter 25 bar liegen sollte und ein Druck von 15 bis 20 bar bevorzugt ist; mit einem
Druck von 18 bar wurden gute Ergebnisse erzielt. Sodann wird das Material der anderen Schicht 9 oder 7
zugefügt und der Rohling für die gesamte Wärmedämmplatte 2 in einem Zuge unter einem höheren
Druck von mehr als 25 bar fertiggepreßt, insbesondere bei einem Druck zwischen 25 und 40 bar; mit einem
Druck von 30 bar hierfür wurden gute Ergebnisse erzielt. Bevorzugt wird zunächst die Lagerschicht 7 in
umgekehrter Stellung vorgepreßt und verbleibt für das Fertigpressen in dieser Lage.
Um die Verdichtung des Endbereiches 11 des Umfangsrandes
10 zu erzielen, wird im Zuge der Nachpressung mit einem geeigneten Randstempel, der auf die
Auflagefläche 22 wirkt, nachverdichtet, so daß ein zusätzlicher Arbeitsgang hierfür nicht erforderlich ist.
Zweckmäßig wird der Rohling für die Wärmedämmplatte 2 in gegenüber der Betriebsstellung umgedrehter
Stellung gepreßt, da dann eine leichtere Füllung des reliefaciigen Bodens der Pressenkammer möglich ist,
welcher dem Negativ der Lagermulde der Lagerschicht 7 für die Heizwicklung 5 entspricht. Der Randstempel
für die Nachverdichtung drückt dann von unten gegen die Auflagefläche 22 am Rohling.
Nach entsprechender Wärmeeinwirkung durch Wärmestrahlung oder in einem üblichen Ofen bei etwa 700°
für 20 bis 30 Minuten kann die fertige Wärmedämmplatte 2 entnommen werden. Zur Montage braucht lediglich
der Kleber 6 in die Nuieii S eingebracht und die Hcizwendel
5 eingesetzt werden, wonach die Wärmedämmplatte 2 mit der Heizwendel in die Aufnahmeschale eingesetzt
werden kann. Der die Wärmedämmplatte 2 bildende Formkörper besitzt durch die Härtung der Lagerschicht
7 ausreichende Stabilität, wobei die anfälligere freie Kante der Dämmschicht 9 durch die der Rundung
zwischen der Umfangsrand 2 und dem Boden 4 der Aufnahmeschale 1 entsprechende Rundung bruchgeschützt
ist Daher kann die Wärmedämmplatte 2 ohne große Beschädigungsgefahr versandt und montiert werden,
und ist natürlich selbständig handelbar.
Für das Material der Lagerschicht 7 bzw. der Dämmschicht 9 sind nachstehend noch zwei konkrete Bespiele
zur Veranschaulichung angegeben.
Beispiel 1
Material für die Lagerschicht 7:
Material für die Lagerschicht 7:
| 58,4% | pyrogene Kieselsäure |
| 20,0% | Iimenit |
| 8,1% | Al2O3 |
| 11,0% | Aluminiumsilikatfaser |
| 24% | Härter |
Material für die Dämmschicht 9:
53,6% pyrogene Kieselsäure
343% Iimenit
5,6% Aluminiumsilikatfaser
343% Iimenit
5,6% Aluminiumsilikatfaser
Beispie! 2
Material für die Lagerschicht 7:
Material für die Lagerschicht 7:
29,2% pyrogene Kieselsäure 5
29,2% pyrogenes Aluminiumoxid
20,0% llmenit
8.1% AI2Oj
i,0% Aluminiiimsilikatfaser
2,5% Härter 10
Material für die Dämmschicht 9 wie Beispiel I.
Die Prozent-Angaben beziehen sich auf Gewichtsprozente in der Rohstoffmischung.
Die Prozent-Angaben beziehen sich auf Gewichtsprozente in der Rohstoffmischung.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
20 ί
30
40
45
50
55
60
65
Claims (7)
1. Strahlungsheizkörper mit einer elektrischen Heizwendel, insbesondere für eine Glaskeramik-Kochplatte,
mit einer Aufnahmeschale für zwischen der Heizwendel und dem Boden der Aufnahmeschale
angeordnetes Wärmedämmaterial, welches wenigstens eine bodenseitige Dämmschicht aus in der
Flammenpyrolyse hergestelltem, mikroporösem, teilchenförmigen! Isoliermaterial insbesondere mit
Mineralfaserverstärkung und/oder Trübungsmittel aufweist und mit einer zwischen der Heizwendel
und der Dämmschicht angeordneten, ein anorganisches Bindemittel aufweisenden Lagerschicht für die
Heizwendel mit gegenüber der Dämmschicht unterschiedlicher Beschaffenheit, dadurch gekennzeichne
ι, daß die Lagerschicht (7) ebenfalls ein in der Flammenpyrolyse hergestelltes, mikroporöses,
teilchesförmiges Isoliermaterial als Grundstoff
aufweist und zur Bildung einer einstückigen Wärmedämmplatte (2) mit dem Material der Dämmschicht
(9) zu einem Preßteil verpreßt ist, und daß die Heizwendel (5) auf der Oberseite der ausgehärteten Lagerschicht
(7) durch Klebung befestigt ist.
2. Strahlungsheizkörper natA Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Grundstoff der Lagerschicht (7) pyrogenes Aluminiumoxid ist
3. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial der
Lagerschichi (7) mit hochtemperaturbeständigen Materialien wie insbivsonder^ Manganoxid, Titanoxid
oder Zirkonoxid angereichert ist
4. Strahlungsheizkörper nacr einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Oberseite der Lagerschicht (7) wendeiförmige Nuten (8)
zur Aufnahme der Heizwendel (5) aufweist
5. Strahlungsheizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschicht
(7) einen über die Ebene der Heizwendel (5) hinausragenden einstückigen Umfangsrand (10) aufweist.
6. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand (10) an seiner
Oberseite unmittelbar eine Auflagefläche (22) für die übliche Glaskeramikabdeckung der Kochplatte bildet.
7. Strahlungsheizkörper nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsrand (10)
in seinem oberen Endbereich (11) zusätzlich verdichtet ist.
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