DE3545454A1 - Heizelement fuer thermische hausgeraete, insb. fuer kochstellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizelement gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

Bei handelsüblichen Kochstellenheizelementen ist in einem Trägerkörper auf ei­ ner Isolierschicht ein Heizleiter in Form eines gewendelten Heizdrahtes ange­ ordnet. Es ist ferner bekannt, mehrere solcher Heizwiderstände vorzusehen, mit denen mittels eines an sich bekannten sogenannten Siebentaktschalters durch Parallel- oder Serienschaltung unterschiedliche Heizleistungen einstellbar sind. Solche Heizelemente sind konstruktiv und fertigungstechnisch relativ aufwendig und erfordern insb. eine beträchtliche Bauhöhe des Heizelementes. Bei Heizelementen für andere Anwendungszwecke ist es bekannt, den oder die Heizleiter in der sogenannten Dickschichtpasten-Technik auszubilden unter Ver­ wendung von sogenannten Dickschichtpasten und dielektrischem Material, das als Isolations- und Trägerschicht dient und auf welches die Dickschichtpasten zur Schaffung von Heizleiterbahnen aufgebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art so auszugestalten, daß in konstruktiv- und fertigungstechnisch einfacher Weise die Besonderheiten der Flachleiter- Technik, insb. der Dickschichtpasten-Technik vorteilhaft ausgenützt werden können unter besonderer Berücksichtigung der elektrischen Anschluß-Technik.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er­ findung ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen.

Durch die Anwendung der Flachleitertechnik, insb. der Dickschichtpasten-Tech­ nik ergibt sich eine besonders flache Bauweise des Heizelementes und eine be­ sonders wirtschaftliche Herstellungsweise. Durch die besondere Anordnung der Kontaktelemente oder Anschlußelemente wird sichergestellt, daß zumindest der größte Teil der von den Heizleiterbahnen ausgehenden Wärmeenergie auf die Heizfläche konzentriert bleibt und nicht etwa über die elektrischen Anschluß­ elemente verlorengeht. Gleichzeitig erhält man einen wirksamen Schutz der Kontakt- und Anschlußelemente, z.B. von randseitigen Steckern, gegen zu starke Erwärmung. Vorzugsweise sind hierbei die Kontaktelemente ebenso wie die Heiz­ leiterbahnen in Flachleiter-Technik, vorzugsweise in Dickschichtpasten-Technik auf dem Träger aufgebracht und mit einer korrosionsfesten, kontaktfähigen Oberfläche z.B. mit Silber versehen.

Um eine wesentliche Erwärmung dieser Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, deren Zuleitungs-Abschnitte, bzw. die Kontaktelemente oder Kontaktflächen selbst, so auszubilden, daß sie einen kleinen ohmschen Widerstand besitzen. Dies kann erfolgen durch Wahl eines entsprechenden Leitermaterials oder aber durch Querschnittsvergrößerung in diesen Bereichen.

Weitere Maßnahmen zur thermischen Entlastung der Kontaktelemente bzw. Kontakt­ flächen sind in den Patentansprüchen 7 bis 9 angegeben.

Gemäß den Patentansprüchen 10 bis 12 wird sichergestellt, daß über sogenannten Kriechweg eine unerwünschte elektrische Verbindung zwischen den Heizlei­ terbahnen und dem z.B. nicht-isolierten Rand des Trägers stattfindet. Eine ebenfalls randseitige Isolierung des Trägers ist dann besonders vorteilhaft, wenn auf beiden Trägerseiten Heizleiterbahnen in Multi-Layer-Technik aufge­ bracht werden und eine Kontaktierung um den Trägerrand herum erfolgt.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten und nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Heizelementes in Draufsicht.

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Heizelementes in Draufsicht,

Fig. 3 bis 9 unterschiedliche Varianten der Trägerausbildung und Kontaktelementeausbildung in Detaildarstellungen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 handelt es sich um kreisrundes Heizele­ ment z.B. ein Kochstellenheizelement, das unmittelbar oder mittelbar, z.B. in Verbindung mit einer Muldenplatte oder Glaskeramikplatte, als Kochplattenhei­ zung dienen kann. Es besitzt als Träger 1 eine ebene, glatte Stahlplatte, die vorzugsweise beidseitig mit Emailbeschichtungen versehen ist. Auf der Unter­ seite des Trägers 1, bzw. auf der Emailschicht, z.B. durch Aufdrucken und Einbrennen, aufgebracht ist eine Deckschicht-Heizleiterbahn 2. Hierauf be­ darfsweise aufgebracht ist eine ebenfalls isolierende Deckschicht, z.B. eben­ falls eine Emailschicht. An der Unterseite dieser Deckschicht kann wiederum ein Reflektor angebracht sein, z.B. in Gestalt einer Metalloxidschicht, einer Metallfolie o.dgl. Im Zentrum des Heizelementes ist ein Befestigungsbolzen 3 vorgesehen, der die vorgenannten Schichten durch- und überragt und am Träger 1 z.B. angeschweißt ist. Dieser Befestigungsbolzen 3 dient der mechanischen Be­ festigung des Heizelementes, z.B. in einer Kochmulde der eingangs erwähnten Art. Wie die Figur zeigt, ist die Heizfläche unterteilt in zwei Heizzonen, und zwar in eine äußere Heizzone 4 und in eine innere Heizzone 5. In beiden Heiz­ zonen verlegt ist die einzige Heizleiterbahn 2, die in diesen Heizzonen mäan­ derartig geführt ist, vorzugsweise mit unterschiedlich dichter Anordnung der Mäanderwindungen. Auf diese Weise ist die Heizwirkung z.B. des äußeren Ab­ schnittes der Heizleiterbahn 2 in der Heizzone 4 größer als diejenige des in­ neren Abschnittes in der Heizzone 5. Über Verbindungsabschnitte 6 stehen diese beiden Heizleiterbahnen miteinander elektrisch in Verbindung. Im Zentrum be­ findet sich eine unbeheizte Zone 7 und an der Peripherie des Trägers 1 eine unbeheizte Randzone 8. Bis zu der letztgenannten Randzone 8 ist die Heizlei­ terbahn 2 mit Zuleitungs-Abschnitten 9 geführt bis zu Kontaktflächen 10. Um eine möglichst geringe Eigenerwärmung zumindest der Kontaktflächen 10 zu er­ halten, besitzen diese Kontaktflächen 10 einen größeren Querschnitt (Grundriß) als die Heizleiterbahn 2 in den beheizten Zonen. Zusätzlich oder stattdessen kann für die Zuleitungs-Abschnitte 9 und die Kontaktflächen 10 aber auch ein Material mit möglichst geringem ohmschen Widerstand, d.h. hoher elektrischer Leitfähigkeit verwendet werden, wie z.B. Kupfer. Innerhalb der unbeheizten Randzone 8 ist ebenfalls als Dickschicht-Heizleiterbahn eine elektrische Meß­ widerstandsbahn 11 auf dem Träger 1 aufgebracht mit elektrischen Anschluß­ oder Kontaktflächen 12 in der zentralen unbeheizten Zone 7. Hierbei ist es be­ sonders vorteilhaft, wenn an diesen Stellen im Träger, bzw. den Schichten, isolierte Durchführungselemente für die elektrischen Leitungen z.B. in Form von Keramikröhrchen vorgesehen sind.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 handelt es sich um eine sogenannte Zo­ nenheizung mit zwei separaten, zusammen oder einzeln einschaltbaren ringförmi­ gen Heizleiterbahnen 2 und 2′. Hierbei sind ebenfalls Zuleitungs-Abschnitte 9 bis an den Trägerrand geführt und besitzen dort Kontaktflächen 10.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem ebenfalls runden Heizelement. Auf ei­ nem Träger 1 ist hierbei wieder eine Heizleiterbahn 2 in Dickschichtpasten- Technik aufgebracht innerhalb einer äußeren Heizzone 4 und einer inneren Heiz­ zone 5. Zwischen den verbreiterten Kontaktflächen 10 und den Heizzonen 4, 5, bzw. allgemein zwischen den Heizzonen und dem Plattenrand sind in den Träger 1 und die darauf befindlichen Schichten langgestreckte Ausnehmungen 13 bzw. Lö­ cher 14 eingearbeitet, womit die Kontaktflächen 10, bzw. der Trägerrand, ther­ misch entkoppelt wird von den Heizzonen 4, 5. Zusätzlich können etwa an diesen Stellen Kühlflächen z.B. in Form von Kühlrippen angeordnet sein, die mit den Zuleitungs-Abschnitten bzw. Kontaktflächen in thermischer Verbindung stehen und die die Aufgabe haben, die von den Heizzonen zufließende Wärme nach außen abzuführen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist mit 1 ein metallischer Träger z.B. in Form eines Stahlbleches bezeichnet, dessen Ober- und Unterseite mit einer Emailschicht 15 versehen ist. Auf die untere Emailschicht 15 aufgebracht ist die Heizleiterbahn 2, überzogen von einer Deckschicht 16 z.B. ebenfalls aus Email oder isolierendem Glas. Mit 10 ist wiederum die Kontaktfläche der Heiz­ leiterbahn bezeichnet, die vor dem Trägerrand 17, dessen Kante unisoliert ist, mit Sicherheitsabstand von z.B. zwei bis drei Millimeter endet. Auf diese Wei­ se wird ein Kriechweg zwischen Kontaktfläche 10 und metallischem Träger 1 ver­ hindert. Wie die Figur zeigt, endet die Deckschicht 16 unmittelbar vor der Kontaktfläche 10.

Beim Ausführungseispiel gemäß Fig. 5 ist der metallische Träger 1 auch um den Trägerrand 17 bzw. die Trägerkante herum mit einer Isolierschicht, z.B. Email­ schicht 15, versehen. Dadurch wird es möglich, die Heizleiterbahn 2 ebenfalls um den Trägerrand 17 herum zu führen und auf diese Weise eine Multi-Layer- Heizleiterbeschichtung zu erhalten.

Fig. 6 zeigt einen Teil eines Heizelementes mit Träger 1, Isolierschicht 15, z.B. Emailschicht und Heizleiterbahn 2 mit Kontaktfläche 10. Hierbei ist auf den Trägerrand ein nicht weiter dargestellter, an sich bekannter Randstecker aufgesteckt, der federnde Kontaktelemente 18 besitzt, wie in Fig. 6 verdeut­ licht. Dieses federnde Kontaktelement ist Bestandteil des Randsteckers und kann durch Aufstecken auf den Trägerrand mit der Kontaktfläche 10 kontaktiert werden.

Fig. 7 zeigt ein Heizelement mit von nicht-dargestellten Heizleiterbahnen sich zum Trägerrand 17 hin erstreckenden Zuleitungs-Abschnitten 9. Am Trägerrand 17 fest, z.B. mittels Schrauben oder Nieten oder aber durch Verklemmen, Verkleben o. dgl. fest angesetzt ist eine Kontaktleiste 19 aus elektrisch isolierendem Material. Hierbei sind die Zuleitungs-Abschnitte 9 elektrisch weitergeführt auf der Kontaktleiste 19 bis zu randseitigen Kontaktflächen 10. Die Herstel­ lung der Zuleitungsabschnitte 9 auf dem Träger 17 und auf der Kontaktleiste 19 können in einem Arbeitsgang ebenfalls durch Dickschichtpasten-Technik erfol­ gen. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die vorgefertigte und mit Leiter­ bahnen und Kontaktflächen 10 versehene Kontaktleiste 19 auf die Zuleitungs-Ab­ schnitte 9 des Trägers 17 aufgedrückt und damit kontaktiert werden. Auf diese Kontaktleiste 19 aufsteckbar und kontaktierbar sind lösbare, nicht-dargestell­ te Steckanschlüsse z.B. wiederum zusammengefaßt in einem einheitlichen Stek­ ker, wodurch der Anschluß an das Stromnetz hergestellt wird.

Fig. 8 zeigt wiederum ein Heizelement mit randseitiger Kontaktleiste 19′. Hierbei erfolgt der Anschluß von Netzleitungen 20 über Schraubanschlüsse 21.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist der freie Rand 17′ des Trägers 17 U-förmig umgebogen und bildet so eine Stecktaste 22 für ein elektrisches An­ schlußelement 23 mit elektrischer Zuleitung 24 und Kontaktnoppe 25, die durch federnde Eigenschaft des umgebogenen Trägerrandes 17′ federnd mit der Kontakt­ fläche 10 des Trägers 17 kontaktiert.

Claims (16)

1. Heizelement für thermische Hausgeräte, insb. für Kochstellen, mit einem mindestens einen elektrischen Heizwiderstand tragenden Träger als Heizflä­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwiderstand als in Flachleitertechnik, vorzugsweise in Dickschichtpasten-Technik ausgebildete Heizleiterbahn (2) ausgebildet ist, die auf einem Träger (1) fest aufge­ bracht ist und im unbeheizten Bereich außerhalb der von der oder den Heiz­ leiterbahnen überzogenen Heizzone (4, 5) oder Heizzonen am Träger fest an­ geordnete Kontaktelemente (10) besitzt.

2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnt, daß die Kontaktelemente als auf dem Träger (1) durch Drucken und/oder Einbrennen aufgebrachte Kon­ taktflächen (10) ausgebildet sind.

3. Heizelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen mit einem korrosionsfesten Material, wie z.B. Silber, versehen sind.

4. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen (10) vorzugsweise ein­ schließlich deren Zuleitungs-Abschnitte (9) einen ohmschen Widerstand be­ sitzen, der geringer ist als derjenige der Heizleiterbahnen (2).

5. Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterquer­ schnitt der Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen (10) bzw. Zuleitungs-Ab­ schnitte (9) größer ist als derjenige der Heizleiterbahnen (2).

6. Heizelement nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen (10) bzw. Zuleitungs- Abschnitte (9) einen geringeren ohmschen Widerstand besitzt als dasjenige der Heizleiterbahnen (2).

7. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen (10) thermisch gegenüber der oder den Heizzonen (4, 5) entkoppelt sind.

8. Heizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kon­ taktelementen bzw. Kontaktflächen (10) und der Heizzone (4, 5) Ausnehmungen (13, 14) im Träger (1) vorgesehen sind.

9. Heizelement nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente bzw. Kontaktflächen (10) mit Kühlelementen z.B. Kühl­ flächen in Verbindung stehen.

10. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem zumindest im Heizzonenbereich mit einer Isolierschicht überzogenen metallischen Träger (1), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Heizleiterbahnen (2) und Kon­ taktflächen (10) des Trägers (1) und dem Trägerrand (17) eine unbelegte Randzone vorgesehen ist.

11. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem zumindest im Heiz­ zonenbereich mit einer Isolierschicht überzogenen metallischen Träger (1), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierschicht (15) über den Träger­ rand (17) bis zur gegenüberliegenden Trägerseite erstreckt.

12. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß auf dem Trägerrand ein vorzugsweise federnde Kontaktelemente (18) aufweisender Randstecker aufsteckbar ist, den im Steckbereich eine den Trä­ gerrand umfassende elektrische Isolierschicht trägt.

13. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Trägerrand als Stecklager für einen Randstecker dient, der über vorzugsweise federnde Kontaktelemente (18) mit den Kontaktelementen bzw. Kontaktflächen (10) des Trägers kontaktierbar ist.

14. Heizelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerrand (17′) vorzugsweise U-förmig umgebogen ist und eine Stecktasche (22) für elektrische Anschlußelemente (23) bildet.

15. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) beidseitig Heizleiterbahnen (2) aufweist, die mittels um die Trägerkante (17) herumgezogene Verbindungs-Leiterbahnen miteinander elektrisch verbunden sind.

16. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß mit dem Träger (1) vorzugsweise mit dessen Trägerrand eine Kon­ taktleiste (19) fest verbunden ist, die für den lösbaren Anschluß von elek­ trischen Leitungen (20) Anschlußelemente vorzugsweise Steckanschlußelemente besitzt.