DE3121250C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Eine solche Heizplatte bzw. ein solches Verfahren ist aus der US-PS 23 59 983 bekannt.

Bekannte Wendel-Heizradiatoren haben einige Nachteile: Es muß eine Spritzschale vorgesehen sein, die Reinigung ist schwierig; sie sind aber elektrisch effizient. Neuere Heizplatten aus Gußeisen mit einem Widerstandsdraht-Heizelement, das in Kerben in der Unterseite der Heizplatte eingebracht ist, sind leicht zu reinigen und benötigen keine Spritzschale; sie sind jedoch elektrisch ineffizient. Sie übertragen die Wärme auf einen Topf oder eine Pfanne weniger effizient als Wendel-Heizstrahler, sie sind oft nicht so eben wie erwünscht, sie sind teuer herzustellen und ihre Lebensdauer ist nicht so hoch wie die von Wendel-Heizradiatoren.

Aus der US-PS 23 59 983 ist eine gattungsgemäße Heizplatte bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die bekannte Heizplatte wird jedoch nicht in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben. Darüber hinaus weist die genannte Heizplatte eine relativ poröse Oberfläche auf, was die Wärmeübertragung weiter verschlechtert.

Aus der US-PS 33 49 224 ist es bekannt, bei einem Tauchsieder od. dgl. Gerät, das von dem zu erhitzenden Medium durchdrungen wird, die Porosität der Oberfläche einzustellen.

Aus der US-PS 28 51 572 ist eine Heizplatte mit einem ummantelten Heizelement bekannt. Diese weist jedoch die gleichen Nachteile auf wie die obenerwähnte US-PS 23 59 938.

Aus der US-PS 31 10 796 ist es bekannt, das Heizelement derart in die Platte einzubetten, daß die Wärmeübertragungseigenschaften verbessert sind. Diese können jedoch noch immer nicht zufriedenstellen.

Gemäß der US-PS 22 59 286 wird vorgeschlagen, ein spiralförmig ausgebildetes Heizelement mit einem entsprechend, d. h. komplementär geformten wärmeleitenden Körper zu umgeben, der die Freiräume zwischen den einzelnen Heizelement- Windungen ausfüllen soll. Auch hier können die Wärmeübertragungseigenschaften nicht zufriedenstellen.

Schließlich ist aus der US-PS 35 20 043 ein ummantelter Widerstandsdraht bekannt, dessen Widerstand temperaturabhängig ist.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannte Verfahren bzw. die im Oberbegriff des Anspruchs 5 genannte elektrische Heizplatte derart weiterzubilden, daß eine Optimierung der Wärmeübertragung erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe gemäß dem Anspruch 1 bzw. dem Anspruch 5 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4 bzw. 6 bis 22.

Verschiedene Metalle und Legierungen können zur Herstellung von Heizplatten für den Metallstaub verwendet werden. Darunter sind eisen-, stahl- und kupferhaltige Legierungen. Das Metall oder die Legierung soll billig sein, bei der Verwendung als Heizplatte korrosionsbeständig, nicht anlaufend sein und eine gute Wärmeleitung aufweisen. Zur Zeit wird im wesentlichen reines Eisen bevorzugt. Kupferbeigaben sind jedoch möglich.

Der Metallstaub kann ein Flußmittel wie Zinkstearat beinhalten, das bei dem Pressen positiv wirkt.

Wenn der Metallstaub im wesentlichen aus reinem Eisen besteht, wird er im allgemeinen eine Staubdichte von 2,8 g/cm³ aufweisen, bei dem Pressen wird vorzugsweise eine Dichte von wenigstens 6,0 g/cm³, besser aber 6,3 g/cm³ erreicht. Es sei darauf hingewiesen, daß das spezifische Gewicht von Eisen 7,8 beträgt. In einigen Fällen kann ein Pressen bis auf eine Dichte von 5,9 bis 6,0 g/cm³ ausreichend sein, wenn die Lücken zwischen den Staubpartikeln anschließend gefüllt werden. Im allgemeinen reicht ein Pressen auf wenigstens 70% der theoretischen Dichte, mindestens 80% sind jedoch vorteilhaft.

Die Höhe des bei dem Pressen aufzubringenden Druckes wird nach dem jeweils verwendeten Staub unterschiedlich sein. 3 bis 5 t/cm² werden jedoch im allgemeinen ausreichend sein.

Das Einbetten des Heizelementes kann bei dem Pressen zu Schwierigkeiten dadurch führen, daß der Metallstaub in dem Bereich des Elementes gegenüber den anderen Bereichen zu einer höheren Dichte gepreßt wird, was die Pressen oder das Werkzeug bei dem Pressen zerstören oder zu Schwachstellen in der Heizplatte führen kann. Wenigstens zum Teil kann dieses Problem durch Formen des Körpers mit einer Leiste oder Leisten in dem Bereich des Heizelementes überwunden werden, die Größe der Leiste oder Leisten wird so gewählt, daß der Körper in dem Bereich des Heizelementes eine gleiche Dichte hat gegenüber den anderen Bereichen. Zumindest zum Teil kann dieses Problem auch durch ein geeignetes Werkzeug gelöst werden.

Zu diesem Zweck kann das Preßwerkzeug zur Formung des Körpers einzeln bewegliche Teile aufweisen, was zu einer im wesentlichen gleichen Dichte des Metallstaubes überall in dem Körper der Heizplatte führt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde das Heizelement mit Stützen versehen, um es in bestimmten Abständen oberhalb eines Gelenkstückes zu stützen, und zwar so, daß entweder eine Oberfläche des Heizelementes oder das Zentrum des Heizelementes in einer Mittelebene der Staubpartikel liegen, weil die Partikel in dieser Ebene als in einer neutralen Ebene liegend und bei dem Pressen nicht bewegt angesehen werden können. Auch wird das Werkzeug so gestaltet, daß die Stärke des Körpers in dem Bereich des Heizelementes abzüglich der Stärke des Heizelementes im wesentlichen gleich groß wie in den anderen Bereichen ist. Bei einem Beispiel wurde die Stütze durch längsliegende Drahtstücke gebildet. In einem anderen Beispiel wurden kleinere Wälle des Metallstaubes zur Stützung des Heizelementes aufgeworfen.

Das Heizelement kann gänzlich in dem Körper der Heizplatte eingebettet werden, mit der Fläche des Körpers bündig sein oder auch über den Körper hinausragen.

Die Wärmebehandlung wird über eine Zeit und bei einer Temperatur ausgeführt, die eine Bindung (Sinterung) zwischen den Staubpartikeln bewirkt. Wenn es sich um Eisenstaub handelt, wird eine Erwärmung über mindestens 30 Minuten auf mindestens 1100°C erforderlich sein. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise in einem endothermen Atmosphärenofen durchgeführt, obwohl auch ein exothermer Atmosphärenofen verwendet werden kann. Ob ein endothermer oder ein exothermer Atmosphärenofen verwendet wird, hängt von der Art des Metallstaubs ab und davon, ob das Material karbonisiert oder dekarbonisiert werden soll.

Die geformte Heizplatte wird nach der Wärmebehandlung Lücken zwischen den Staubpartikeln aufweisen. Diese Lücken können wesentlich reduziert werden durch ein anschließendes Füllverfahren wie Erhitzung unter Dampf, so etwa über 45 Minuten bei 580 bis 620°C zur Erzeugung einer Magnetsteinformation oder Erhitzung unter Anwesenheit von Metall wie Kupfer, das in die Heizplatte schließend und die Lücken füllen wird oder Eintauchen der Heizplatte in geschmolzenes Metall wie Kupfer zur Füllung der Lücken.

Es ist auch möglich, bei solcher Wärmebehandlung eine bestimmte Menge von Kupfer auf den Körper zu legen, das geschmolzen wird und die Lücken zur Erreichung einer fast 100%igen Dichtigkeit füllt. Die Menge des aufzubringenden Kupfers kann durch die Berechnung der Lücken aus der Kenntnis der Dichte des Körpers ermittelt werden.

Es ist insbesondere wünschenswert, die Lücken der Heizplatte mit Kupfer zu füllen, weil auch Kupfer ein guter Wärmeleiter ist.

Das Heizelement beinhaltet vorzugsweise einen Widerstandsdraht in einer Hülse, von der es durch einen Isolator wie Magnesiumoxid getrennt ist. Außerhalb der Hülse für den Widerstandsdraht sind Anschlüsse vorgesehen.

Vorzugsweise wird das Material mit den Staubpartikeln gebunden. Weicher Stahl oder Schweißdraht sind ein besonders geeignetes Material dafür. Bei Schweißdraht mit einer Kupferhülle scheint das Kupfer in die Heizplatte einzudringen.

Eine Heizplatte kann mit einem Auge zur Befestigung mit einem Ring zur Abdeckung versehen werden.

Weiter wird im allgemeinen ein Bolzen zur Befestigung der Heizplatte erforderlich sein. Dies kann durch die Vorsehung eines Loches in dem Körper geschehen, das zur Aufnahme eines Bolzens oder Stiftes vorgesehen ist. Es kann sich dabei um ein Loch handeln. Es kann auch ein Auge vorgesehen sein, an das ein Bolzen oder ein Stift angeschweißt wird, Bolzen und Stift können auch direkt angeschweißt werden.

Im allgemeinen wird eine Abdeckplatte unter der Heizplatte vorgesehen sein, um die elektrische Verdrahtung vor der Hitze zu schützen.

Eine leichte Einwölbung in der Mitte der Heizplatte sollte dazu dienen, eine Verwindung aufgrund der Hitze zu vermeiden. Ein Bolzenkopf kann in einer solchen Wölbung plaziert sein.

Vorteilhaft ist die Beschichtung der Heizplatte mit einer korrosions- und hitzeresistenten Schicht. Eine solche Schicht kann das Element bedecken, wenn es exponiert ist und wenn ein ausreichender Schutz die Verwendung von Heizelementen mit Gehäusen aus weichem Stahl ermöglicht.

Die Vorsehung von Anschlüssen für das Element kann zu Schwierigkeiten dadurch führen, daß das Pressen des Staubes bei aus dem Staub herausragenden Heizelementanschlüssen Probleme mit sich bringt, es können Abdichtungsprobleme auftreten und Schwierigkeiten bei der Ablösung und Herstellung der Gesenkformen.

Vorzugsweise wird daher das Heizelement mit den Anschlüssen in den Körper eingebettet und nach dem Pressen (aber nicht notwendigerweise nach der Wärmebehandlung) wird der Körper in einem Bereich geöffnet, um Teile oder Enden des Elementes und/oder der Anschlüsse freizulegen. Diese Öffnung kann durch Schneiden, Schleifen oder in anderer geeigneter Weise vorgenommen werden.

In einem bestimmten Beispiel enthält ein Heizelement einen Widerstandsdraht, der mit Isolationsmehl umgeben ist, das wiederum durch eine Ummantelung umgeben wird, die auch die Abschlüsse umgibt. Das ganze Element wird in den Körper eingebettet und nach dem Pressen werden der Körper und die Ummantelung zur Freilegung der Anschlüsse, die dann aus dem Körper herausgebogen werden, geschnitten.

In einem weiteren Beispiel wurden die Anschlüsse mit Kupfer oder Kunststoff ummantelt, dieses schmolz bei der Wärmebehandlung und verteilte sich über den Körper oder verbrannte unter Zurücklassung einer Höhlung in dem Körper in dem Bereich der Anschlüsse. Eine Öffnung des Körpers in dem Bereich der Anschlüsse legt dann die Anschlüsse frei, die aus dem Körper herausgebogen werden können.

Der Körper kann so ausgebildet werden, daß er ein Zeichen in dem Gebiet trägt, in dem die Enden der Heizelemente oder Anschlüsse liegen, so daß bei Öffnung des Körpers die richtige Stelle erkannt werden kann. Ein solches Zeichen kann durch eine Verdickung oder Einkerbung während des Pressens geschaffen werden. In einem Beispiel wurde eine Plastikhülle über die Anschlüsse gelegt, die nach dem Pressen sichtbar war.

Bei derart hergestellten Heizplatten braucht die Kontaktfläche nicht bearbeitet zu werden, sie sind leichter und haben eine geringere thermische Trägheit als gußeiserne Heizplatten. Auch scheint die Wärmeübertragung von dem Element auf die Pfanne besser zu sein, vielleicht weil - anders als bei gußeisernen Platten - eine Matrix nicht erforderlich ist.

Die nach den genannten Verfahren hergestellten Heizplatten sind jedoch nicht perfekt, weil ein optimaler Kontakt zwischen der Heizplatte und dem Kopf wegen der nicht völligen Ebenheit der Topffläche nicht erreicht werden kann. Zum Schutz gegen Überhitzung werden Temperaturfühlschalter verwendet, die die Heizplatte bei Übersteigen einer Temperatur abschalten. Derartige Schalter aber sind teuer und auch nicht immer zuverlässig.

Aus der eingangs erwähnten US-PS 35 20 043 ist ein ummantelter Widerstandsdraht bekannt, dessen Widerstand temperaturabhängig ist. Dieser ummantelte Draht kann nützlich in Heizplatten nach der Erfindung verwendet werden, um eine Selbstregelung zu erreichen.

Es zeigte sich jedoch, daß es schwierig ist, den in der genannten US-PS angegebenen Widerstandsdraht zu erhalten, statt dessen wurde ein Widerstandsdraht aus weichem Stahl verwendet, obwohl mit einer kurzen Lebensdauer und anderen in der Spezifikation genannten Problemen zu rechnen war. Überraschenderweise wurde nicht nur eine entsprechende Selbstregulierung, sondern auch eine befriedigende Lebensdauer festgestellt, und das selbst bei beschleunigter Alterung.

Entsprechend wurde festgestellt, daß - anders als bei der genannten Spezifikation - bei Heizplatten nach der vorliegenden Erfindung ein Spezialdraht nicht erforderlich ist.

Die ausreichende Lebensdauer wird zum Teil an dem Schutz des Drahtes in dem Körper liegen.

Vorzugsweise werden Heizplatten nach der Erfindung bei einer Maximaltemperatur von 600°C bis 700°C betrieben, wobei die untere Grenze des Bereiches bevorzugt ist.

Entsprechend werden die Fläche der Heizplatte, ihre Abstrahleigenschaften und ein Widerstand des Drahtes so gewählt, daß die Heizplatte eine thermische Stabilität bei nicht mehr als 600°C bis 700°C erreicht, wenn sie in einem Elektroherd verwendet wird. Die Abstrahlung sollte möglichst 15 kW/m² betragen.

Der Draht erreicht vorzugsweise eine Steigerung des Widerstandes zwischen 25°C und 700°C um das Dreifache, besser um das Vierfache zwischen 25°C und 600°C.

Bei der Herstellung einer Heizplatte mit einem Durchmesser von 145 mm, einer Abstrahlung von 720 Watt und einer thermischen Stabilität bei 600°C wurde ein weicher Stahldraht von 0,32 mm verwendet, der zu einer Spirale mit einem Außendurchmesser von 2,64 mm gewunden war. Der Draht hatte einen Widerstand von 2,6 Ohm pro Meter bei 20°C. Eine Spirale mit einem Widerstand von 22 Ohm bei 20°C und Anschlüssen wurde in eine geschlossene Hülse eingebracht, die mit Magnesiumoxid gefüllt und zur Verfestigung der Hülle und des Magnesiumoxides um den Draht gerollt worden war. Im Ergebnis fiel der Widerstand des Drahtes auf 16,6 Ohm bei 20°C. Die Hülle wurde dann zu einer Spirale geformt und in den Metallstaub eingebracht, der dann gepreßt und wärmebehandelt wurde. Die sich ergebende Heizplatte hatte einen Widerstand von 80 Ohm bei 600°C, was um das 4,819fache über dem Kaltwiderstand liegt.

Bei einer Heizplatte mit einem Durchmesser von 180 mm wurde derselbe Draht, aber mit einem Durchmesser von 0,407 mm in einer Spirale mit einem Außendurchmesser von 2,64 mm verwendet, und zwar in einer Länge, die einen Widerstand von 16,7 Ohm bei 20°C ergab. Nach Einbringung in eine Hülle mit Magnesiumoxid sank der Widerstand auf 12,45 Ohm bei 20°C. Die Heizplatte verbraucht 960 Watt bei 600°C, wobei bei thermischer Stabilität der Widerstand 60 Ohm betrug.

Eine Änderung des Durchmessers des Drahtes zeigt, daß der Durchmesser des Widerstandsdrahtes sehr bedeutsam ist, als ein relativ dünner Draht heißer werden kann, auch wenn die Heizplatte selbst bei 600°C verbleibt. Diesbezüglich zeigt eine Untersuchung der Graphe des Widerstandes gegenüber der Temperatur im allgemeinen eine abnehmende Steigung, insbesondere aber eine Schulter oberhalb von 700°C, es wird deshalb ein Draht eines solchen Durchmessers verwendet, bei dem die Temperatur des Drahtes selbst nicht dazu führt, daß der Draht auf der Schulter der Kurve des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes gegen die Temperatur des Widerstandes gegen die Temperatur liegt, bei seiner maximalen Arbeitstemperatur.

Bei einem Draht aus weichem Stahl und einer Heizplatte mit einem Durchmesser von 145 mm wird ein Durchmesser von 0,305 mm bis 0,330 mm bevorzugt. Bei einer Heizplatte von 180 mm wird ein Drahtdurchmesser von 0,383 bis 0,419 mm bevorzugt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung unter Bezugnahme auf den Stand der Technik im einzelnen erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Heizplatte in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Sicht auf den Boden der ersten Heizplatte in perspektivischer Darstellung;

Fig. 3 einen Teil des Querschnitts durch die erste Heizplatte;

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Widerstandes (Y-Koordinate) gegen die Temperatur (X-Koordinate) für weichen Stahldraht;

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere Heizplatte;

Fig. 6 einen Querschnitt, der ein Stadium der Herstellung der weiteren Heizplatte zeigt;

Fig. 7 einen Querschnitt, der ein anderes Stadium bei der Herstellung der weiteren Heizplatte zeigt;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Unterseite einer Heizplatte gemäß Fig. 1-3;

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine gepreßte Heizplatte;

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie 17-17 von Fig. 9;

Fig. 11 einen Querschnitt an der Linie 18-18 in Fig. 9;

Fig. 12 einen Querschnitt eines Werkzeugs zur Formung einer Heizplatte;

Fig. 13 einen Querschnitt durch eine Heizplatte, geformt wie in Fig. 12; und

Fig. 14 einen Querschnitt entlang der Linie 21-21 in Fig. 13;

Fig. 15 einen Graph in bezug auf die Guß- Heizplatte gemäß der Erfindung mit der X-Achse als Zeitachse (in Minuten), die Temperatur an der äußeren Kante in °C auf der linken Y-Achse; und

Fig. 16 einen ähnlichen Graph wie Fig. 15, aber in bezug auf die Heizplatte gemäß dem Stand der Technik.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Heizplatte beinhaltet eine ebene Oberfläche 1 und eine gerippte Unterfläche 2, einen Umfangsring 3 und ein elektrisches Heizelement 4, das in die Heizplatte eingebettet ist. Das Heizelement 4 weist Anschlüsse 5 und 6 auf.

Der Graph in Fig. 4 zeigt den Widerstand eines Widerstandsdrahtes gegen die Temperatur, der Widerstandsdraht soll möglichst unter Bedingungen verwendet werden, in denen die Temperatur immer unterhalb des Bereiches der Schulter in diesem Graph bleibt.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Heizplatte wird hergestellt durch Pressen von Metallstaub in einer 700 t- Presse unter Verwendung einer Werkzeugmaschine mit einem im wesentlichen ebenen Oberstempel, einer perimetrischen Senkform und einem gefurchten Unterstempel 23. Der Oberstempel 7, die Gesenkform und auch der Unterstempel 23 wurden nach unten bewegt, um das Gebiet des Umfangsringes 3 und das Gebiet, wo das Element sitzt, auszugleichen.

Nach dem Pressen wurde die Heizplatte einer Wärmebehandlung unterworfen, wie sie unten beschrieben wird.

Bei dem Pressen wurde der verwendete Eisenstaub auf Dichten von 5,9 bis 6,3 g/cm³ komprimiert.

Bei dem Wärmebehandeln wurden verschiedene Verfahren für verschiedene Heizplatten verwendet:

• (a) Erhitzung in einem Ofen auf 1100°C über 30 Minuten und anschließende Dampfbehandlung von 45 Minuten bei 580 bis 620°C,
• (b) Erhitzung in einem Ofen auf 1100°C über 30 Minuten mit Kupfer, damit das Kupfer in Leerstellen eindringt,
• (c) Erhitzung in einem Ofen für 30 Minuten bei 1100°C gefolgt von Eintauchen in geschmolzenes Kupfer zum Eindringen in Lücken.

Die Heizplatte von Fig. 5 ist ähnlich der von Fig. 1, hat aber eine Kerbe 33, sie hat eine Vertiefung 36 und einen Stift 41. Weiter weist seine Unterseite Riffel auf, in denen das Element liegt.

Bei der Herstellung der Heizplatte von Fig. 5 wurde ein Gesenk 42 verwendet mit einer Kerbe 43, das Element 44 wurde mit Stützdrähten 46 versehen zur Stützung auf dem Gesenk 42 mit seiner Unterfläche 47 auf einer neutralen Linie einer Staubfüllung 48. Es muß beachtet werden, daß die Kerbe 43 und die Tiefe der Staubfüllung so eingerichtet wird, daß die Puderfüllung im wesentlichen gleicher Tiefe ist, wenn die Dicke des Elementes 44 abgezogen wird. Bei einem Dichtungsverhältnis von 2,1 : 1 mit einem Oberflächen- Stempel 45 wird die Staubfüllung 48 so zusammengepreßt, daß sie eine im wesentlichen gleiche Dichte überall in der Heizplatte hat, also dort, wo das Element 44 positioniert ist und in den Gebieten entfernt von dem Element 44. Bei dem Pressen werden die Drähte 46 verbogen, wie dies in Fig. 7 gezeigt wird. Die Wärmebehandlung dient, wie oben beschrieben, dazu, den Staub zu sintern.

Die Heizplatte 61, wie sie in Fig. 8 gezeigt wird, wurde entsprechend geformt, wie die von Fig. 1, aber ein Element 62 mit Anschlüssen 63 wurde vollständig eingebettet und später durch Bearbeitung geöffnet, um die Anschlüsse 33 freizulegen, die dann aus der Heizplatte herausgebogen werden.

Derart hergestellte Heizplatten haben eine geringere thermische Trägheit, eine größere elektrische- und Wärmeeffektivität, eine ebenere Oberfläche und eine geringere Masse gegenüber den bekannten Heizplatten.

Bei der Herstellung von Heizplatten wurde darauf geachtet, daß eine gleichmäßige Staubdicht nach dem Pressen erreicht wird.

Es mußte jedoch festgestellt werden, daß eine gewisse Ungleichmäßigkeit der Dichte besteht. Bei der Herstellung von Heizplatten unter Verwendung von reinem Eisen durch die in bezug auf die Fig. 10 und 11 beschriebenen Verfahren wurden einige Exemplare mit Dichten oberhalb des Elementes von 6,2 g/cm³ und mehr und an den Seiten des Elementes von ungefähr 5,8 g/cm³ festgestellt. Zwar war dies unerwünscht, es hat sich jedoch gezeigt, daß eine höhere Dichte in dem Gebiete der Elemente und eine geringere Dichte an den Seiten der Elemente positiv zu bewerten ist, weil die Wärme zwischen den Elementen und auf der Oberfläche der Heizplatte (der Kontaktfläche der Heizplatte mit dem Topf) besser geleitet wird, das führt zu einer Heizplatte mit einer besseren Erwärmung des Topfes. Es wird daher das Pressen so gesteuert, daß eine höhere Dichte in dem Gebiet des Elementes gegeben ist, als bei entfernteren Gebieten. Wenn andere Metalle, die einen von dem Expansionskoeffizienten des Eisens unterschiedlichen Expansionskoeffizienten aufweisen, in größeren Mengen in dem Staub sind, können bei der Wärmebehandlung Schwierigkeiten auftreten infolge der unterschiedlichen Expansion. Wo Unterschiede in der Dichte erwünscht sind, bietet sich die Verwendung von reinem Eisenstaub an.

Betreffend der Freilegung der Anschlüsse des Elementes nach Einbettung der Elemente wird Bezug genommen auf die Fig. 9 bis 14.

In den Fig. 9 und 11 wurde ein Endabschnitt 77 des Elementes 4 gebogen, so daß seine Oberfläche 22 benachbart zu der den Boden formenden Gesenkform war. Nach dem Pressen war es nur erforderlich, einen Teil des komprimierten Metallstaubes zu entfernen und die Schicht 46 zu öffnen, wie dies bei der gestrichelten Linie 72 gezeigt ist, um das Ende des Widerstandsdrahts oder einen Anschluß dafür freizulegen. Weiter bildet der abgebogene Abschnitt eine Stütze für die Elemente oberhalb des den Boden formenden Gesenkstückes.

In den Fig. 12 und 13 ist zu erkennen, daß ein Element 4 durch eine Kunststofform 74 oberhalb des Staubes und eines den Boden formenden Gesenkstückes 43 abgestützt wird, weiterer Staub wird aufgebracht (siehe Fig. 12). Nach dem Pressen mit einem die Oberfläche formenden Gesenkstück 75 ergibt sich das Ergebnis, wie es in den Fig. 13 und 14 gezeigt wird. Es ist zu beachten, daß die Kunststofform ausreichend nahe zu dem Boden der Heizplatte war, so daß das Ende des Elementes hier herausragte.

Zur Darstellung der Arbeitsweise der Heizplatte nach der Erfindung, verglichen mit aus dem Stand der Technik bekannten Guß-Heizplatten wird auf die Fig. 15 und 16 Bezug genommen.

Die Guß-Heizplatte hat einen Durchmesser von 145 mm und ist für 1500 Watt bei 240 Volt ausgelegt. Sie ist mit zwei Widerstands-Heizdrähten versehen, von denen einer durch einen Wärmeschalter unterhalb der Guß-Heizplatte montiert ist.

Die Heizplatte nach der vorliegenden Erfindung hat einen Durchmesser von 145 mm, einen einzigen Widerstandsdraht, der einen Widerstand von 16,6 Ohm bei 20°C und 80 Ohm bei 600°C hat. Die Heizplatte hat eine Oberfläche von 43 184,8 mm² und eine Wärmeableitungscharakteristik von 17,067 kW/m². Ein Wärmeschalter wurde nicht verwendet.

Die Graphen zeigen die Temperatur an der Kante der Heizplatte und die Energie in bezug auf die Zeit nach dem Einschalten, dann die Stabilisierung über 25 Minuten, woraufhin ein Topf mit 1,5 Litern Wasser auf die Heizplatten gestellt wurde.

Die folgenden wichtigen Punkte der Graphen der Guß- Heizplatte sind bezeichnet:

• (a) Die Platte zieht bei Einschalten besonders viel Strom,
• (b) die Temperatur ist gestiegen, ein Schalter spricht an,
• (c) infolgedessen steigt der Energieverbrauch, und
• (d) die Temperatur stabilisiert sich,
• (e) ein Topf wird auf die Guß-Heizplatte aufgebracht,
• (f) infolgedessen fällt die Temperatur bis
• (g) ein Schalter den einen Widerstandsdraht wieder zuschaltet,
• (h) der öffnet und schließt sich,
• (i) die Temperatur schwankt,
• (j) der Topf wird entfernt,
• (k) die Temperatur und der Energieverbrauch stabilisieren sich wieder,
• (l) der durchschnittliche Verbrauch beträgt 1080 Watt.

Die folgenden wichtigen Punkte des Graphes einer Heizplatte nach der Erfindung sind bezeichnet:

• (A) Die Platte zieht bei dem Einschalten besonders viel Strom,
• (B) die Temperatur ist gestiegen, der Widerstand des Drahtes nimmt zu,
• (C) infolgedessen sinkt der Energieverbrauch und
• (D) die Temperatur stabilisiert sich,
• (E) ein Topf wird auf die Heizplatte aufgebracht,
• (F) infolgedessen fällt die Temperatur, und
• (G) der Energieverbrauch steigt, bis
• (H) ein stabilisierter Energieverbrauch erreicht ist, und
• (I) wieder eine stabilisierte Temperatur erreicht wird, mit
• (J) einem Verbrauch von ungefähr 1200 Watt,
• (K) der Topf wird entfernt,
• (L) die Temperatur stabilisiert sich, und
• (M) der Energieverbrauch stabilisiert sich.

Claims (22)

1. Verfahren zum Herstellen von elektrischen Heizplatten, bei dem ein Heizelement verwendet wird, das einen nicht-ummantelten Widerstandsdraht, dessen spezifischer Widerstand mit Erhöhung der Temperatur deutlich ansteigt, ein Isolationsmaterial um den Draht herum und eine Metallhülle, die den Draht und das Isolationsmaterial umschließt, aufweist, das Heizelement in eine Metallstaubmasse eingebracht, diese Masse zu einem das Heizelement enthaltenden Körper verpreßt und dieser Körper einer Wärmebehandlung bei 1100°C unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem abschließenden Verfahrensabschnitt die in dem wärmebehandelten Körper verbliebenen Löcher verschlossen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließen der Löcher durch eine 45minütige Dampfbehandlung bei 580°C bis 620°C erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung durch gleichzeitiges Erhitzen mit Kupfer erfolgt, wodurch Kupfer in die verbleibenden Löcher der Metallstaubmasse eindringt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmebehandelte Körper in geschmolzenes Kupfer eingetaucht wird.

5. Elektrische Heizplatte mit einem Heizelement, das einen nicht-ummantelten Widerstandsdraht, dessen spezifischer Widerstand mit Erhöhung der Temperatur deutlich ansteigt, teilchenförmiges Isolationsmaterial um den Draht herum und eine Metallhülle, die den Draht und das teilchenförmige Isolationsmaterial umschließt, aufweist, wobei das Heizelement in eine Metallstaubmasse eingebracht und diese Masse und das teilchenförmige Isolationsmaterial unter einem Druck von mindestens 3 × 10⁸ N/m² verpreßt ist, um einen komprimierten, das Heizelement enthaltenden Körper zu bilden und das teilchenförmige Isolationsmaterial um den Widerstandsdraht herum zu komprimieren, und der Körper bei 1100°C wärmebehandelt ist, um die Pulverteilchen zu versintern, dadurch gekennzeichnet,
- daß sich der Widerstand des Widerstandsdrahtes zwischen 25°C und 600°C wenigstens verdreifacht,
- daß das Diagramm, in dem der Widerstand des Widerstandsdrahtes gegen die Temperatur aufgetragen ist, bei erhöhter Temperatur eine Abnahme der Steigung mit einer Schulter aufweist und
- daß der Durchmesser des Widerstandsdrahtes und die Fläche und Abstrahlcharakteristik der Heizplatte so aufeinander abgestimmt sind, daß die Temperatur des Widerstandsdrahtes selbst nicht dazu führt, daß der Draht auf der Schulter der im Diagramm dargestellten Kurve liegt, wenn die Heizplatte ihre geplante maximale Arbeitstemperatur von ca. 700°C erreicht.

6. Elektrische Heizplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht aus Eisen, einer Eisenlegierung oder einer Nickel-Eisenlegierung besteht.

7. Elektrische Heizplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht aus weichem Stahl besteht.

8. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte eine solche Fläche und Wärmeabstrahlcharakteristik und der Widerstandsdraht einen solchen spezifischen Widerstand aufweisen, daß die Heizplatte ihre thermische Stabilität bei einer Temperatur von nicht mehr als 650°C bei Einbau und Verwendung in einem elektrischen Herd erreicht.

9. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte einen Durchmesser von etwa 145 mm aufweist und daß der Widerstandsdraht aus weichem Stahl ist und einen Durchmesser von 0,30 bis 0,33 mm aufweist.

10. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte einen Durchmesser von etwa 180 mm aufweist und der Widerstandsdraht aus weichem Stahl ist und einen Durchmesser von 0,38 bis 0,42 mm aufweist.

11. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandsdraht einen spezifischen Widerstand von 2,3 ±15% Ohm pro Meter bei 20°C und 130 bis 330 Ohm pro Meter bei 600°C aufweist.

12. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmebehandelte Körper eine im wesentlichen glatte Oberfläche und wenigstens eine Furche auf seiner Unterseite aufweist, in der das Heizelement angeordnet ist.

13. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verpressen eine Dichte des Körpers von wenigstens 70% des spezifischen Gewichts des verwendeten Metalls erreicht wird.

14. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstaub im wesentlichen aus reinem Eisen besteht.

15. Elektrische Heizplatte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verpressen eine Dichte des Körpers von wenigstens 5,9 g/cm³ erreicht wird.

16. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verpressen und die Wärmebehandlung so durchgeführt worden sind, daß sich die Hülle um den Widerstandsdraht und die Pulverpartikel fest miteinander verbunden haben.

17. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in einem abschließenden Verfahrensschritt die im wärmebehandelten Körper verbliebenen Löcher verschlossen worden sind.

18. Elektrische Heizplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließen der Löcher durch interne Metalldiffusion während der Wärmebehandlung erfolgt ist.

19. Elektrische Heizplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschließen der Löcher mit einem Verfahrensschritt nach dem Kennzeichen eines der Ansprüche 2 bis 4 erfolgt ist.

20. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte durch wenigstens im wesentlichen vollständige Einbettung des Heizelementes und dessen Anschlüssen im Körper und Öffnen des Körpers nach dem Verpressen in einem Bereich, um Teile des Heizelementes und von dessen Anschlüssen freizulegen, hergestellt ist.

21. Elektrische Heizplatte nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen vor der Wärmebehandlung erfolgt ist.

22. Elektrische Heizplatte nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement Anschlüsse aufweist, die von einem Material umgeben sind, das bei Entfernung eine Höhlung oder Einkerbung hinterläßt, in der die Anschlüsse liegen.