DE60023995T2

DE60023995T2 - Herstellungsverfahren eines Heizelements für Heizungs- oder Kochvorrichtung,solches Heizelement so hergestellt und so ausgerüstete Einrichtung

Info

Publication number: DE60023995T2
Application number: DE60023995T
Authority: DE
Inventors: Cecilio Arribas
Original assignee: Muller et Cie SA
Current assignee: Muller et Cie SA
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: CY1105681T1; DE60023995D1; ES2253196T3; DK1067822T3; EP1067822B1; ATE310370T1; EP1067822A1; FR2796199A1; FR2796199B1

Description

Die vorliegende Erfindung steht im Zusammenhang mit der Herstellung von Heizelementen, die für Geräte zum Heizen durch Wärmeabstrahlung, Wärmeströmung oder Wärmespeicherung sowie für Geräte zum Kochen, Backen, Braten usw., wie beispielsweise Grillgeräte, bestimmt sind.
Das Dokument EP 0 456 173 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Heizelements für ein Heizgerät des Typs, der ein Wärmeerzeugungsmittel, das einem Wärmeverbraucher zugeordnet ist, umfasst, wobei ein Wärmeerzeugungsmittel in einer Gießform angeordnet wird, deren Formen und Abmessungen sich nach denen des Wärmeerzeugungsmittels richten, und geschmolzenes Aluminium in die Gießform gegossen wird.
Die Erfindung hat zum Ziel, Elemente des Typs zu schaffen, der einerseits ein Wärme erzeugendes Mittel, wie etwa einen elektrischen Widerstand, der in einen Metallmantel oder in einen anderen geeigneten Werkstoff eingeschlossen ist, oder ein Wärmetransportfluid, das in einem entsprechenden Mantel zirkuliert, und andererseits einen Wärmeverbraucher bzw. Wärmeableiter, der eng mit dem Wärmeerzeugungsmittel verbunden ist, umfasst, und genauer, für derartige Elemente ein Fertigungsverfahren zu schaffen, das die Wärmeübertragungen zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeverbraucher bzw. Wärmeableiter effizienter macht.
Dazu hat die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Heizelements für ein Heiz- oder Kochgerät des Typs, der ein Wärmeerzeugungsmittel, das einem Wärmeverbraucher zugeordnet ist, umfasst, zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, ein als Gießkern dienendes Wärmeerzeugungsmittel in einer Gießform anzuordnen, wobei das Mittel sowie die Innenwand der Gießform mit den Formen und Abmessungen des zu verwirklichenden Heizelements übereinstimmen und das Wärmeerzeugungsmittel wenigstens eine Hülle aus einem schmelzbaren Werkstoff umfasst, und in die Gießform ein geschmolzenes Material zu gießen, das aus einer insbesondere eisenhaltigen Legierung mit einer Schmelztemperatur, die zu jener der Hülle des Wärmeerzeugungsmittels im Wesentlichen äquivalent ist, gebildet ist, wobei diese Hülle eine Dicke und eine Wärmeträgheit aufweist, die ausreichen, damit ein oberflächliches Schmelzen der Hülle möglich ist, ohne sie zu verschlechtern.
Auf diese Weise wird ein Heizelement erhalten, das aus einem Wärmeerzeugungsmittel, wie beispielsweise einem elektrischen Widerstand, der in eine Metallhülle oder unter Halogen in ein Glasrohr eingeschlossen ist und in die Mas se eines Materials aus einer eisenhaltigen Legierung, wie beispielsweise ein Grauguss, eingebettet ist, gebildet ist, wobei das oberflächliche Schmelzen der Hülle des Widerstands im Kontakt mit der Legierung während des Gießens eine innige Verbindung zwischen den Werkstoffen sicherstellt und zu einer optimalen Wirkung der Wärmeübertragungen verhilft.
Alle Abschirmungen, wie etwa kleine Zwischenräume oder Luftspalte zwischen dem Widerstand und seinem Verbraucher, der aus der Legierung gebildet ist, worin der Widerstand eingebettet ist, sind beseitigt, und die Qualität der Verbindung hat eine längere Lebensdauer des Heizelements sowie die Beseitigung unterschiedlicher Wärmedehnungen des Widerstands und des Wärmeverbrauchers bzw. Wärmeableiters, Ursache für Geräusche und mechanische Spannungen, zur Folge.
Das Wärmeerzeugungsmittel kann außer aus den abgeschirmten oder mit einer Hülle aus einem Glasprodukt versehenen Widerständen aus einem Wärmetransportfluid, das in einer Hülle aus einem geeigneten Werkstoff zirkuliert, oder auch aus der Kombination von zwei verschiedenen Quellen in einem Heizelement, beispielsweise von einem abgeschirmten elektrischen Widerstand und einem Wärmetransportfluid wie etwa Wasser, gebildet sein.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung hervorgehen, wobei die Beschreibung nur als Beispiel anhand der beigefügten Zeichnung gegeben ist, worin
1 eine Perspektivansicht eines Heizelements gemäß der Erfindung ist;
1a den einzigen elektrischen Widerstand des Heizelements von 1 zeigt;
2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II des Heizelements von 1 ist;
3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III des Heizelements von 1 ist;
4 eine schematische Darstellung eines abstrahlenden Heizgerätes ist, das mit einem Heizelement gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
5 eine schematische Darstellung eines auf Wärmeströmung basierenden Heizgerätes ist, das mit einem Heizelement gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
6 eine schematische Darstellung eines auf Wärmeströmung basie renden und Wärme speichernden Heizgerätes ist, das mit Heizelementen gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
7 eine schematische Darstellung eines auf Wärmeströmung basierenden und Wärme speichernden Heizgerätes ist, das mit einem Heizelement gemäß der Erfindung ausgestattet ist; und
8 eine schematische Darstellung eines elektrischen Grills ist, der mit einem Heizelement gemäß der Erfindung ausgestattet ist.
In 1 bis 3 ist ein gemäß dem Verfahren der Erfindung verwirklichtes Heizelement dargestellt.
Dieses Element ist aus einem abgeschirmten elektrischen Widerstand 1 gebildet, der in eine an zwei ihrer Flächen mit Rillen 3 versehene Platte 2 aus einer eisenhaltigen Legierung eingebettet ist.
Die Platte 2 hat eine rechteckige Grundform und ist auf einer Seite, in den vier Ecken, mit Kontaktstücken 4 versehen, die für die Befestigung des Heizelements am Rahmen des aufnehmenden Gerätes bestimmt sind.
Der elektrische Widerstand 1, beispielsweise ein herkömmlicher abgeschirmter Widerstand, der einen elektrischen Leiter umfasst, der in zusammengepresstes Magnesiumoxid eingebettet ist, das in einen Metallmantel oder eine Metallhülle eingeschlossen ist, ist in der Dicke der Platte 2 sinusförmig verlaufend angeordnet.
Der Widerstand 1 ist allein und in Volllinie in 1a und strichpunktiert und in die Platte 2 eingebettet, wobei nur die Enden 1a und 1b in einer großen rechteckigen Aussparung 5, die in einer der Längskanten der Platte 2 vorgesehen ist, aus der Platte herauskommen, in 1 dargestellt.
Die Enden 1a, 1b sind einander gegenüberliegend und lassen die Enden des elektrischen Widerstands 6 sichtbar werden, die für ihren Anschluss an den Speisestromkreis des Gerätes abgemantelt sind.
Der Widerstand 1 ist gebogen und erstreckt sich in einer Ebene, die mit der Symmetrieebene der Platte 2 zusammenfällt (2).
Direkt über dem Widerstand 1 weist die Platte 2 eine röhrenartige Ausbauchung 7 auf, die mit der Linienführung des Widerstands übereinstimmt.
Das Verfahren zum Herstellen des Heizelements 1–2 von 1 besteht gemäß der Erfindung darin, den Widerstand 1 wie durch 1a veranschaulicht zu formen und die Zone der Enden 1a, 1b mit einem schützenden Kern 8 zu versehen, der die Enden bedeckt.
Dieser Kern 8 ist beispielsweise aus Sand, Keramik, Polystyrol oder einem anderen geeigneten Werkstoff. Er soll die Enden 1a, 1b schützen und die Grenzen der rechteckigen Aussparung 5 der Platte 2 festlegen.
Die Gesamtheit 1, 8 wird dann in eine Gießform aus zwei Teilen M1, M2 eingebracht (2), deren Innenwand in Abhängigkeit von der Gestalt und den Abmessungen der Platte 2 geformt ist. Die Gesamtheit 1, 8 kann durch alle geeigneten Mittel, wie zum Beispiel durch Kleben, in der korrekten Position fixiert werden. Die Gesamtheit 1, 8 bildet folglich einen Kern im Inneren der Gießform M1, M2, der vollständig in eine insbesondere eisenhaltige Legierung im flüssigen Zustand eingebettet wird, die vorzugsweise im unteren Teil der Gießform mittels einer Leitung 9 zugeführt wird (steigender Guss), wobei die Flüssigkeit nach und nach die gesamte Gießform ausfüllt, indemi sie im Inneren dieser Letzteren aufsteigt, wobei selbstverständlich an geeigneten Stellen Luftpfeifen vorgesehen sind.
Die verwendete eisenhaltige Legierung, beispielsweise ein Grauguss, ist derart gewählt oder festgelegt, dass sie eine Schmelztemperatur aufweist, die in der Nähe jener des Mantels oder der Hülle des Widerstands 1 ist. Dieser Mantel bzw. diese Hülle weist außerdem eine Dicke und eine minimale Wärmeträgheit auf, damit der Kontakt zwischen dem flüssigen Gießgut und dem Mantel oder der Hülle nur ein oberflächliches Schmelzen der "Haut" bzw. Außenschicht des Mantels zur Folge hat, ohne eine Verschlechterung dieses zu bewirken.
Auf diese Weise wird eine innige Verbindung zwischen den Werkstoffen des Mantels oder der Hülle des Widerstands 1 und der Gießplatte 2 erzielt.
Nach dem Abkühlen, Ausformen und Auslösen des schützenden Kerns 8 wird das Heizelement von 1 erhalten.
Die innige Verbindung zwischen den Werkstoffen verleiht den Wärmeübertragungen zwischen dem Widerstand 1 und der Platte 2, die als Wärmeverbraucher oder -verteiler dient, eine optimale Wirksamkeit. Dies hat eine Verlängerung der Lebensdauer des Heizelements sowie die Beseitigung von unterschiedlichen Wärmedehnungen des Widerstands 1 und des Verbrauchers 2, die Ursache von Geräuschen und mechanischen Spannungen sind, zur Folge.
Die Leitung für das Gießgut muss derart geführt sein, dass keine Zonen der Überhitzung des Mantels des Widerstands 1 im Inneren der Gießform entstehen.
Von dem steigenden Guss verschiedene Gusstechniken können ange wendet werden, insofern die Forderung nach dem Ausbleiben einer Überhitzung, wie oben in Erinnerung gebracht, erfüllt ist.
Mit dem Heizelement (1, 2) von 1 können verschiedene Typen elektrischer Heizgeräte ausgerüstet werden. 4 und 5 veranschaulichen ein Gerät zum Heizen durch Wärmeabstrahlung bzw. ein Gerät zum Heizen durch Wärmeströmung, die jeweils ein Heizelement (1, 2) enthalten.
6 zeigt schematisch ein auf Wärmeströmung basierendes Heizgerät vom speichernden Typ mit drei Heizelementen gemäß der Erfindung, 10, 11 bzw. 12, die aus einer Platte gebildet sind, die auf der Scheibe angeordnet ist, wobei jedes der Heizelemente einen abgeschirmten elektrischen Widerstand 1 umhüllt. Die drei Platten 10, 11, 12 sind im Zickzack angeordnet, um den Luftstrom zu zwingen, eine größtmögliche Fläche der Platten zu überstreichen, die außerdem an ihren gegenüberstehenden Flächen senkrechte Rippen 13 zur Kanalisierung der Luft aufweisen.
7 zeigt ein auf Wärmeströmung basierendes Heizgerät, das ein Heizelement von zylindrischer Form aufweist, das aus einem gewendelten elektrischen Widerstand 1 gebildet ist, der in einen röhrenförmigen Verbraucher 14 eingebettet ist, der im Inneren mit senkrechten Rillen 15 versehen ist und an der Außenseite von einer isolierenden Manschette 16 umhüllt ist. Die Gesamtheit bildet einen Wärme spendenden Kamin mit natürlicher (oder erzwungener) Wärmeströmung.
8 zeigt eine Grillplatte, die aus einem Heizelement gebildet ist, das einen abgeschirmten elektrischen Widerstand 1 aufweist, der beispielsweise mittels Grauguss in eine Platte 17 eingebettet ist, die an ihrer Oberseite mit Rillen 18 versehen ist.
Die Heizelemente (10, 11, 12; 1, 14; 1, 17) von 6 bis 8 sind gemäß dem Verfahren der Erfindung verwirklicht. Die Formen und Abmessungen des Widerstands 1 und der Platte oder dergleichen (2, 10 bis 12, 14, 17), die den Verbraucher bildet, sind je nach Typ der auszurüstenden Geräte verschieden.
Es wird festgehalten, dass die abstrahlende Oberfläche des Verbrauchers (die mit Rillen oder Rippen versehene Oberfläche) einer Bearbeitung unterzogen werden kann, um ihr ein verbessertes oder besonderes Wärmeverhalten zu verleihen.
So kann diese Oberfläche mechanisch oder chemisch behandelt werden oder mit einem schwarzen, matten oder reflektierenden Anstrich überzogen werden, um ihr eine Beschaffenheit zu geben, die den Wärmeaustausch durch Ab strahlung oder Strömung verbessert oder eine Form des Austausches stärker als die andere begünstigt.
Ebenso kann vor dem Gießen des Hüllmaterials des Mantels oder der Hülle des Widerstands 1 ein Schlichten des Mantels oder der Hülle mit Hilfe einer Flüssigkeit oder eines Pulvers durchgeführt werden, die bzw. das hitzebeständige oder isolierende Produkte enthält, um den Angriff durch die Gusslegierung zu vermeiden, die Wärmebelastung, der der Widerstand ausgesetzt ist, zu verringern, die Schmelztemperatur einzustellen oder das Wärmeverhalten des Verbrauchers abzuwandeln.
Im Allgemeinen geschieht dies durch die Wahl oder Festlegung des Werkstoffs des Mantels oder der Hülle des Widerstands oder dergleichen und/oder des Werkstoffs der Gusslegierung derart, dass Schmelztemperaturen dieser benachbarten Werkstoffe erhalten werden, die nahe beieinander liegen, wobei diese Anpassung oder Herstellung der Übereinstimmung der Schmelztemperaturen der beiden vorliegenden Werkstoffe auch durch jedes andere Verfahren erzielt werden kann, u. a. durch Schlichten.
Der Widerstand 1 kann von einem von herkömmlichen abgeschirmten Widerständen verschiedenen Typ sein. Beispielsweise kann er aus einem Heizfaden unter Halogen, eingeschlossen in einem Rohr aus Glas, Quarz oder dergleichen, dessen Schmelztemperatur in der Nähe jener der Legierung liegt, die verwendet werden soll, sein.
Der Metallmantel des Widerstands 1 kann gegebenenfalls Wärme abgebende Rippen aufweisen.
Es ist zu beachten, dass in den verschiedenen Ausführungsbeispielen, die oben angeführt worden sind, ein und dieselbe Platte oder dergleichen (2, 10 bis 12, 14, 16) mehrere Widerstände 1 parallel zueinander einschließen kann.
In einer Variante kann außerdem als Wärmeerzeugungsmittel anstelle des elektrischen Widerstands 1 ein Wärmetransportfluid, wie etwa Wasser oder ein anderes Fluid, vorgesehen sein, das in einer Metallhülle zirkuliert, die gemäß der vorliegenden Erfindung in einen Werkstoff aus einer insbesondere eisenhaltigen Legierung eingebettet ist.
Ein Heizelement gemäß der Erfindung kann auch aus zwei unterschiedlichen und ungleichartigen Wärmequellen gebildet sein, wie beispielsweise eine Kombination aus einem abgeschirmten elektrischen Widerstand und einem Wärmetransportfluid, wobei die Hüllen dieser beiden Quellen entweder nebeneinander liegen oder miteinander verbunden sind, wobei die beiden Hüllen gegebenenfalls Teil ein und derselben Blockguss-Baugruppe sind. Diese beiden Hüllen werden selbstverständlich wie eine einzige Hülle behandelt und in ein Gießgut eingebettet.
Schließlich ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern deckt im Gegenteil alle Varianten ab, insbesondere hinsichtlich der Formen und Abmessungen des Wärmeerzeugungsmittels oder der Wärmeerzeugungsmittel, des Verbrauchers, der aus dem rings um die Wärmeerzeugungsmittel gegossenen Werkstoff gebildet ist. Die Oberfläche des Verbrauchers kann mit einem beliebigen Werkstoff (Email, Teflon, Farbanstrich) überzogen sein, der für die vorgesehene Anwendung geeignet ist, und/oder Formen aufweisen, die einen Wärmeaustausch begünstigen, etwa Zähnchen, Rippen usw.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Heizelements für ein Heiz- oder Kochgerät, des Typs, der ein Wärmeerzeugungsmittel, das einem Wärmeverbraucher zugeordnet ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, ein als Gießkern dienendes Wärmeerzeugungsmittel (1) in einer Gießform (M1, M2) anzuordnen, wobei das Mittel sowie die Innenwand der Gießform mit den Formen und Abmessungen des zu verwirklichenden Heizelements übereinstimmen und das Wärmeerzeugungsmittel (1) wenigstens eine Hülle aus einem schmelzbaren Werkstoff umfasst, und in die Gießform ein geschmolzenes Material zu gießen, das aus einer insbesondere eisenhaltigen Legierung mit einer Schmelztemperatur, die zu jener der Hülle des Wärmeerzeugungsmittels im Wesentlichen äquivalent ist, gebildet ist, wobei diese Hülle eine Dicke und eine Wärmeträgheit aufweist, die ausreichen, damit ein oberflächliches Schmelzen der Hülle möglich ist, ohne sie zu verschlechtern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle des Wärmeerzeugungsmittels vor dem Gießen einem Schlichten unterworfen wird.
Heizelement, das gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Wärmeerzeugungsmittel (1) gebildet ist, das in eine Masse aus einer insbesondere eisenhaltigen Legierung getaucht ist, wobei das Wärmeerzeugungsmittel (1) wenigstens eine Hülle aufweist, deren Außenhaut mit dem umgebenden Material verschmolzen ist, wobei die Masse einen Wärmeverbraucher (2) bildet.
Heizelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeerzeugungsmittel (1) aus der Gruppe gewählt ist, die abgeschirmte elektrische Widerstände, Halogenwiderstände in einem Glasrohr und Wärmetransportfluide, die in den schmelzbaren Hüllen wenigstens oberflächlich zirkulieren, umfasst.
Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeerzeugungsmittel (1) mehrere Widerstände umfasst, die nebeneinander liegen oder in einer gemeinsamen Hülle untergebracht sind.
Heizelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeerzeugungsmittel (1) einen elektrischen Widerstand und ein Wärmetransportfluid umfasst, die nebeneinander liegen oder in einer gemeinsamen Hülle untergebracht sind.
Heizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeerzeugungsmittel (1) in einen Grauguss eingetaucht ist.
Heizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverbraucher eine ebene oder nicht ebene Platte (2) bildet.
Heizelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2, 10 bis 12, 17) auf wenigstens einer Fläche Rillen, Rippen oder dergleichen (3, 12, 15, 18) aufweist.
Heizelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeverbraucher eine zylindrische Form (14) aufweist und innen gerillt ist.
Heizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Wärmeverbrauchers mechanisch oder chemisch bearbeitet ist oder mit einem Material überzogen ist, um den Wärmeaustausch zu verbessern oder um ihm bestimmte Wärmeaustauscheigenschaften zu verleihen.
Heiz- oder Kochgerät, das wenigstens ein Heizelement nach einem der Ansprüche 3 bis 11 umfasst.