DE4022292A1 - Elektrisches strahlungsheizelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Strahlungsheiz­ element, insbesondere zur Beheizung von Kochflächen, wie Glaskeramikplatten, mit einem Träger aus Isoliermaterial und darauf in einem Heizbereich spiralartig angeordneten Heiz­ widerständen mit Anschlüssen.

Ein solches Strahlungsheizelement ist aus der DE-A-33 15 438 bekanntgeworden. Dabei verlaufen die Heizwiderstände in ei­ ner Doppelspirale, die innere und äußere Anschlüsse hat. Die­ se liegen direkt nebeneinander im wesentlichen auf dem glei­ chen Radius. Es entsteht dadurch eine Unsymmetrie, d. h. eine Abweichung von der idealen Spiralform, die um so größer wird, je mehr parallele Spiralen verwendet werden. Dies ist auch aus der DE-A-36 22 415 und dem DE-U-87 06 277 sowie DE-U-87 11 209 zu erkennen.

Es ist ferner bekanntgeworden, anstatt von spiraliger Anord­ nung die Heizwiderstände in Form von Doppelbögen zu verlegen, die teilweise offen sind und in einen Mittelbereich eingrei­ fende "Auswüchse" haben. Diese Anordnung ermöglicht es zwar, Anschlüsse weitgehend vom Randbereich aus zu beschicken, ohne daß sie Heizwiderstände überqueren oder unterlaufen müssen, ist jedoch optisch unschön und schwierig zu verlegen, ins­ besondere wegen vieler nötiger enger 180°-Bögen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Strahlheizelement zu schaf­ fen, das in einer sinnfälligen Anordnung eine gleichmäßige Heizflächenüberdeckung ermöglicht.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die am Außen­ rand des Heizbereiches endenden Anschlüsse aller Heiz­ widerstände in Umfangsabständen voneinander über den Umfang verteilt angeordnet sind.

Es ergibt sich dadurch eine Anordnung von zueinander paral­ lelen Spiralen, die etwa im gleichen Abstand voneinander ver­ laufen und eine von außen nach innen stetig zunehmende Krüm­ mung haben, bis sie in einem oder zwei Umkehrbögen ihre Rich­ tung wechseln und wieder nach außen verlaufen.

Dabei entstehen zwei Doppelspiralentypen. Die eine, enge Dop­ pelspirale hat einen engeren Umkehrbogen im Mittelbereich des im wesentlichen kreisförmigen Heizelementes und zwei parallel zueinander unmittelbar benachbart verlaufende Spiralabschnit­ te, die in zwei Anschlüssen enden, die zwar in Umfangsrich­ tung einen vorzugsweise gleichen Abstand voneinander haben, jedoch benachbart zueinander sind. Der andere, als weite Dop­ pelspirale bezeichnete Doppelspiralentyp hat zwei nach Art eines S angeordnete und nebeneinanderliegende Umkehrbögen, von denen die Spiralabschnitte nach außen verlaufen. Zwischen diesen ist jeweils wenigstens eine enge Doppelspirale ange­ ordnet.

Es können so mehrere ineinandergreifende Doppelspiralen so angeordnet werden, daß sie im Heizbereich im wesentlichen parallel und mit geringerem Abstand zueinander verlaufen, als im Mittelbereich. Dies kommt den Forderungen nach einer pra­ xisgerechten Beheizung sehr entgegen, weil die Mittelzone schwächer beheizt sein sollte. Diese Anordnung ist auch op­ tisch außerordentlich ansprechend, was besonders wichtig ist, weil das Glühbild durch die Glaskeramikplatte durchscheint und damit auch die Optik eines Küchenmöbels bestimmt. Es wird eine nahezu vollsymmetrische Anordnung geschaffen, die sinn­ voll wirkt und es auch ist.

Alle Anschlüsse können von der Außenseite her vorgenommen werden. Es ist möglich, so zwei oder mehr Heizwiderstände parallel zu betreiben, was einer schnellen Aufheizung zugute kommt. Es ist dadurch auch möglich, ein besonders hoch wärme­ dämmendes Isoliermaterial zu verwenden, was meist mechanisch wenig fest ist und daher es nicht erlaubt, ohne weiteres An­ schlüsse von unten her in den Mittelbereich zu leiten. Mit einer über der Trägeroberfläche bzw. in deren Randbereich oder sogar vom Rand abgedeckt laufenden Ringleitung aus zwei Ringhälften können alle Anschlüsse gleichmäßig versorgt wer­ den. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß jeweils die Anschlüsse für jede Polarität in Folge auf einer Seite lie­ gen, also alle Anschlüsse einer Seite an dem gleichen Lei­ tungsstrang liegen können. Dies ist dadurch möglich, daß je­ der Strahlheizkörper nur zwei enge Doppelspiralen enthält, die nebeneinanderliegende Anschlüsse haben, während die übri­ gen Doppelspiralen weite Spiralen sind, deren Anschlüsse je­ weils außen an die Anschlüsse der engen Doppelspiralen an­ grenzen, so daß jede Polarität auf einer Seite liegt. Es ist also möglich, mehrere parallel geschaltete Heiz­ widerstände vorzusehen, was zu einem schnellen Glühen führt. In diesem Falle würde die Regelung des Strahlheizelementes durch Takten, d. h. impulsweises Ein- und Ausschalten erfol­ gen. Es ist jedoch auch möglich, die Heizwiderstände einzeln anzuschließen und beispielsweise in Mehrtakt-Schaltung (z. B. im Siebentakt) zu schalten, wobei dann durch Kombination von Einzel-, Parallel- und Reihenschaltung der einzelnen Heiz­ widerstände eine Steuerung erfolgt. Auch eine Regelung mit zwei oder mehr Heizkreisen, die von einem Regler unterschied­ lich geschaltet werden, kann sinnvoll sein, um so z. B. eine Weiterkoch-Dauerleistung mit einem Heizwiderstand zu fahren und die anderen dann zuzuschalten, wenn die abzunehmende Lei­ stung größer wird. Dies kann beispielsweise über einen Tempe­ raturregler mit zwei oder mehr auf unterschiedliche Tempera­ turen justierten Schaltkontakten erfolgen. In jedem Falle bleibt aber die gute Heizleitstungsverteilung über die Fläche erhalten und auch der gute optische Gesamteindruck.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen her­ vor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten ver­ wirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz bean­ sprucht wird. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher er­ läutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Strahlheizkörper nach Linie I in Fig. 2 und

Fig. 2 und 3 je eine Draufsicht auf ein Strahlheizelement.

Ein Strahlheizelement 11 ist unterhalb einer zu beheizenden Glaskeramikplatte 12 eines Kochgerätes, beispielsweise einer Kochmulde oder eines Kochherdes, angeordnet und federnd an dessen Unterseite angedrückt. Das Strahlheizelement hat in einer flachen Trägerschale 13 aus Blech einen Träger 14 aus Isoliermaterial, der aus einer eingepreßten Schicht aus einem hochwärmedämmenden, temperaturbeständigen und auch elektrisch isolierenden Material besteht, beispielsweise einem pyrogenen Kieselsäureaerogel, das als relativ lockeres Schüttmaterial, gegebenenfalls nach Vorpressung, in die Schale eingebracht und dort parallel zum ebenen Boden 15 der Schale eingepreßt wird. In die Oberfläche 16 des Trägers können Nuten 17 ein­ gepreßt sein, die einen Teil von wendelförmigen, aus elektri­ schem Widerstandsdraht bestehenden Heizwiderständen 18 füh­ ren, die auf dieser Oberfläche 16 angeordnet sind und dort durch Einpressen, Festnageln mittels in den Träger 14 ein­ getriebener Klammern o. dgl. festgelegt sind.

Auf der Oberfläche des Trägers 14 liegt ein umlaufender Rand 19 aus anderem Isoliermaterial. Es kann beispielsweise aus einem gepreßten, mineralische Fasern enthaltenden Isolier­ material hergestellt sein, das mechanisch fester ist als das Material des Trägers 14, dafür jedoch geringere thermische Isoliereigenschaften aufweist. Die Oberkante des Randes 19 stützt sich an der Glaskeramikplatte 12 ab.

Die Anschlüsse 20 der Heizwiderstände 18 sind alle am Außen­ umfang des innerhalb des Randes 19 gebildeten Heizbereiches 21 angeordnet, und zwar jeweils mit gleichem Umfangsabstand über den Umfang verteilt (Fig. 2 und 3). Sie sind an eine Ringleitung angeschlossen, die aus zwei Ringleitungszweigen 22, 23 besteht. Sie liegt zwischen dem Rand und dem Träger 14 in einer Nut 37, so daß sie auch elektrisch isolierend ab­ gedeckt ist. Die jeweils knapp den halben Heizelementumfang umfassende Ringleitungszweige 22, 23 sind über ein Anschluß­ stück 24 an Zuleitungen anschließbar. Der Anschluß der Heiz­ widerstände 18 an die Ringleitung kann über Anschweißhaken oder Stifte 38 oder auch unmittelbar erfolgen.

Fig. 2 zeigt ein Strahlheizelement mit insgesamt vier Heiz­ widerständen, während in Fig. 3 drei Heizwiderstände vor­ gesehen sind. Sie sind alle parallel zueinander geschaltet, wobei jeweils vier (Fig. 2) bzw. drei (Fig. 3) nebeneinander­ liegende Anschlüsse an einen Ringleitungszweig angeschlossen sind. Die Heizwiderstandsanordnung ist also so getroffen, daß bei Parallelschaltung jeweils die Hälfte der Anschlüsse mit der gleichen Polarität unmittelbar nebeneinanderliegen und somit mit einer Ringleitung ohne Überspringen eines Anschlus­ ses möglich ist.

Ein Temperaturbegrenzer 25 mit einem Begrenzer- und einem Signalkontakt ragt mit seinem stabförmigen Fühler 26 diame­ tral über den gesamten Heizbereich 21 und durch Ausnehmungen in dem Rand 19 und der Trägerschale 13. Er erfaßt wegen der gleichmäßigen Heizwiderstandsverteilung die gesamte beheizte Fläche bestens.

Die gesamte Anordnung der Heizwiderstände ist spiralartig und zwar in Form von Doppelspiralen, von denen es in den darge­ stellten Beispielen zwei Typen gibt. In Fig. 2 und 3 sind, obwohl alle Heizwiderstände aus gleichen und ggf. in der Drahtlänge gleich langen Drahtwendeln bestehen können, zur Veranschaulichung diese beiden Typen von Heizwiderständen mit einer unterschiedlichen Linienführung gekennzeichnet, und zwar eine enge Doppelspirale 30 mit einer strichpunktierten Linie und eine weite Doppelspirale 31 mit einer strichlierten Linie.

Die enge Doppelspirale 30 beginnt an zwei Anschlüssen 20a, 20b, die nebeneinanderliegen, und zwar im ihnen zugehörigen Umfangsstand von 45° (bei acht Anschlüssen am Umfang) von­ einander getrennt, ohne daß jedoch andere Anschlüsse da­ zwischenliegen. Die Spiralabschnitte 27, 28 der Doppelspirale laufen parallel zueinander spiralig nach innen, wobei ihre Krümmung entsprechend der Spiralform gleichmäßig und stetig bis in einen Mittelbereich 29 zunimmt. Im Mittelbereich ent­ fernen sich die beiden Spiralabschnitte 27, 28 etwas vonein­ ander und sind über einen Umkehrbogen 32, der etwa eine 180°- Krümmung hat, miteinander verbunden.

Die enge Doppelspirale 30 ist von einer weiten Doppelspirale 31 umgeben. Sie beginnt an Anschlüssen 20c und 20d, die je­ weils mit dem 1/8-Umfangsabstand zu beiden Seiten der An­ schlüsse 20a und 20b liegen. Ihre Spiralabschnitte 27, 28 verlaufen jeweils zu beiden Seiten der entsprechenden Spiral­ abschnitte der inneren Doppelspirale 30 parallel. Auch hier vergrößert sich der zu Anfang konstante Abstand zwischen den Spiralabschnitten 27 beider Doppelbögen im Mittelbereich 29 und der entsprechende Umkehrbogen 32 ist wesentlich größer.

Bei dem Strahlheizelelement nach Fig. 2 sind je zwei derarti­ ge enge und weite Doppelspiralen so ineinander verschachtelt, daß im Mittelbereich die Umkehrbögen und die daran anschlies­ senden inneren Spiralabschnitte (28 bei der strichliert an­ gedeuteten Doppelspirale 31) die Form zweier ineinander ge­ schachtelter S beschreiben, in deren Umkehrbögen 32 jeweils der Umkehrbogen 32 der engen Doppelspirale 30 liegt. Die Dop­ pelspiralen beschreiben jeweils mit ihrem äußerem Spiralab­ schnitt einen Spiralbogen von etwas über 360°, während der innere Spiralbogen 28 45° zusätzlich beschreibt. Es entsteht dadurch aufgrund der insgesamt acht Spiralabschnitte eine achtgängige Spirale, deren Heizringbereich, d. h. der vom Mittelbereich 29 gesehen äußere Teil des Heizbereiches 21, zueinander parallel verlaufende Heizwendeln in relativ dich­ ter Anordnung aufweist. Insgesamt sind bis zur Mitte acht parallel verlaufende Spiralabschnitte vorgesehen.

Es ist zu erkennen, daß sich die Anschlußmöglichkeiten bei der Heizwiderstandsanordnung so ergeben, daß die Anschlüsse 20a und 20c an dem einen Ringleitungszweig 22 liegen, während die jeweils anderen Anschlüsse 20b und 20d der Doppelspiralen an dem Ringleitungszweig 23 mit der anderen Polarität liegen.

Die Spiralanordnung der Heizwiderstände ist nicht nur sehr sinnvoll und optisch ansprechend, sondern ist auch auf eine bestimmte Weise zu fast allen diametralen Schnittebenen sym­ metrisch, wenn auch jeweils spiegelbildlich versetzt. Er ist, mathematisch betrachtet, punktsymmetrisch zum Heizelement- Mittelpunkt. Diese Symmetrie macht es auch möglich, den Heiz­ körper in beliebiger Position einzubauen, ohne daß dies op­ tisch stören würde.

Das Heizelement nach Fig. 3 ist prinzipiell gleich aufgebaut wie das nach Fig. 2. Infolge seines kleineren Durchmessers genügen hier drei Heizwiderstände. Es sind dementsprechend gleichmäßig um jeweils 60° versetzt, insgesamt sechs An­ schlüsse am Außenumfang vorgesehen. Von den drei doppelspira­ lig angeordneten Heizwiderständen sind zwei enge Doppelspira­ len 30 vorgesehen, in deren Mitte eine weite Doppelspirale 31 liegt, die entsprechend der Tatsache, daß sie mit ihrem Mit­ telbereich die beiden Umkehrbögen 32 der engen Doppelspirale 30 umfaßt, eine symmetrische S-Krümmung mit zwei im gleichen Radius hintereinander angeordneten Umkehrbögen 32 aufweist. Die Krümmung jedes Spiralabschnitts der weiten Doppelspirale nimmt also zum Inneren hin so stark zu, daß sie gleich der des Umkehrbogens 32 wird. Die weite Doppelspirale 31 ist in diesem Fall in sofern voll symmetrisch, als ihre Anschlüsse 20c und 20d einander diametral gegenüberliegen. Dies ist bei jeder Anordnung mit ungerader Anzahl von Doppelspiralen der Fall. Es sind Ausführungen mit beliebig vielen Doppelspiralen in gerader und ungerader Zahl möglich.

Ein großer Vorteil ist auch die geringe Anzahl von scharfen Bögen, die stets thermisch besonders gefährdet sind. Vorteil­ haft ist auch, daß nicht nur die einzelnen Doppelspiralen, sondern auch die einzelnen Spiralabschnitte nahezu die glei­ che Länge haben, wodurch ebenfalls das Glühbild vereinheit­ licht und die Herstellung vereinfacht wird. Die dicht-an­ dicht gewickelten Ausgangswendeln der Heizwiderstände können gleichlang sein. Sie haben auch gleiche elektrische Werte.

Entsprechende oder ähnliche Anordnungen sind auch bei anderen Heizelementformen möglich, beispielsweise bei ovalen, eckigen oder zur Schaffung von Kochflächen mit zuschaltbaren Seiten­ zonen unsymmetrischen Heizflächenformen. In diesem Falle wür­ den die Spiralen nicht die fast ideale Spiralform haben, wie im vorliegenden Fall. Die Hauptvorteile würden sich jedoch auch dort ergeben. Es ist auch möglich, die Doppelspiralen einen wesentlich größeren oder auch kleineren Winkel als 360° beschreiben zu lassen, ohne daß der optische und praktische Effekt darunter wesentlich leidet.

Es wird also ein Strahlungsheizelement geschaffen, das auf der Oberfläche eines Isolierträgers Heizwiderstände enthält, die von Anschlüssen ausgehen, die in regelmäßigen Abständen am Außenumfang des Heizbereiches angeordnet und dort an Halb­ kreis-Ringleitungen angeschlossen sind. Die Heizwiderstände verlaufen in ineinandergeschachtelten Doppelspiralen von außen nach innen, kehren dort in Umkehrbögen um und laufen parallel dazu wieder nach außen. Es ergibt sich eine sehr gleichmäßige, nahezu vollsymmetrische Anordnung, die das schnelle Erreichen des Glühzustandes und ein gleichmäßiges Glühbild ermöglicht.

Da im Mittelbereich wegen der Parallelschaltung bei allen Heizwiderständen das gleiche Potential vorliegt, können sie dort auch z. B. in einem Punkt oder vorzugsweise in einer eine unbeheizte Mittelzone umgebenden Ringleitung zusammen­ gefaßt werden. In diesem Falle würden also bei einer Ausfüh­ rung mit acht äußeren Anschlüssen wie in Fig. 2 acht einzelne Spiralabschnitte zur inneren Ringleitung verlaufen. Die freie Mittelzone kann z. B. für die Anordnung von Temperatur- oder Topferkennungsfühlern wichtig sein.

Claims (22)

1. Elektrisches Strahlungsheizelement, insbesondere zur Beheizung von Kochflächen (12), wie Glaskeramikplatten, mit einem Träger (14) und darauf in einem Heizbereich (21) spiralartig angeordneten Heizwiderständen (18) mit Anschlüssen (20), dadurch gekennzeichnet, daß die am Außenrand des Heizbereiches (21) endenden Anschlüsse (20) aller Heizwiderstände (18) in Umfangsabständen voneinander über den Umfang verteilt angeordnet sind.

2. Strahlungsheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlüsse jeweils im gleichen Um­ fangsabstand voneinander angeordnet sind.

3. Strahlungsheizelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Heizwiderstände (18) parallel zueinander geschaltet sind.

4. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Anschlüsse, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (20) an eine Ringleitung mit je etwa dem halben Umfang des Heizelementes (11) umfassenden Ringleitungszweigen (22, 23) angeschlossen sind.

5. Strahlungsheizelement nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je an einem Ringleitungszweig (22, 23) alle nebeneinanderliegenden Anschlüsse in dem halben Umfang des Strahlungsheizelementes (11) angeschlossen sind.

6. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Anschlüsse (20) auf der Oberfläche des Trägers am Rand des Heiz­ bereiches (21) angeordnet sind.

7. Strahlungsheizelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung zwischen einem Isolierrand (19) und dem schichtförmigen Träger (14) der Heizwiderstände (18) angeordnet ist.

8. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Heizwiderstand (18) in einer von dem Mittelbereich (29) des Heizelementes (11) ausgehenden Doppelspirale (30, 31) verläuft.

9. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle spiralig angeordneten Heizwiderstände den gleichen Spiral-Dreh­ sinn haben.

10. Strahlungsheizelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelspirale (30, 31) wenig­ stens einen zwei im wesentlichen parallel verlaufende Spiralabschnitte (27, 28) verbindenden Umkehrbogen (32) im Mittelbereich (29) enthält.

11. Strahlungsheizelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine enge Doppelspirale (30) unmittelbar nebeneinander verlaufende, von einem Umkehrbogen (32) ausgehende Spiralabschnitte (27, 28) aufweist.

12. Strahlungsheizelement nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spiralabschnitte (27, 28) einer wei­ ten Doppelspirale (31) eine andere Doppelspirale, vor­ zugsweise eine enge Doppelspirale (30) im wesentlichen parallel umfassen.

13. Strahlungsheizelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Umkehrbögen (32) einer weiten Doppelspirale (31) im wesentlichen nach Art eines S aneinander anschließen.

14. Strahlungsheizelement nach Anspruch 11 und 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß, von der Mitte des Heizele­ mentes ausgehend, die Umkehrbögen (32) der Dop­ pelspiralen (30, 31) nach außen hin enger werden.

15. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Spi­ ralabschnitte (28) zweier enger Doppelspiralen (30) die inneren Spiralabschnitte einer oder mehrerer weiter Doppelspiralen (31) zwischen sich einschließen.

16. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelbereich (29) eine oder zwei Doppelspiralen (31) in einer zen­ tralen, S-förmigen Krümmung verlaufen, wobei vor­ zugsweise in die S-Bögen die Umkehrbögen (32) enger Doppelspiralen (30) eingreifen.

17. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Heizwiderständen im Mittelbereich (29) größer sind als im Außenbereich (33).

18. Strahlungsheizelement nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrbögen (32) und die daran anschließenden Teile der Spiralabschnitte (27, 28) insbesondere bei einer engen Doppelspirale (30) eine gekrümmte Tropfenform haben.

19. Strahlungsheizelement nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Spiralabschnitte (27, 28) einer Doppelspirale (30, 31) im wesentlichen die gleichen Längen haben.

20. Strahlungsheizelement nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Spi­ ralabschnitte (27, 28) gleichmäßig von außen nach innen zunimmt.

21. Strahlungsheizelement nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei enge Dop­ pelspiralen (30) und eine oder mehrere weite Dop­ pelspiralen (31) enthält.

22. Strahlungsheizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz­ widerstände (18) im Mittelbereich miteinander verbunden sind, ggf. in Form einer den Mittelbereich umgebenden Ringleitung.