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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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1 eine
Perspektivansicht eines Heizelements gemäß der Erfindung ist;
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1a den
einzigen elektrischen Widerstand des Heizelements von 1 zeigt;
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2 eine
Schnittansicht längs
der Linie II-II des Heizelements von 1 ist;
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3 eine
Schnittansicht längs
der Linie III-III des Heizelements von 1 ist;
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4 eine
schematische Darstellung eines abstrahlenden Heizgerätes ist,
das mit einem Heizelement gemäß der Erfindung
ausgestattet ist;
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5 eine
schematische Darstellung eines auf Wärmeströmung basierenden Heizgerätes ist, das
mit einem Heizelement gemäß der Erfindung ausgestattet
ist;
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6 eine
schematische Darstellung eines auf Wärmeströmung basie renden und Wärme speichernden
Heizgerätes
ist, das mit Heizelementen gemäß der Erfindung
ausgestattet ist;
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7 eine
schematische Darstellung eines auf Wärmeströmung basierenden und Wärme speichernden
Heizgerätes
ist, das mit einem Heizelement gemäß der Erfindung ausgestattet
ist; und
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8 eine
schematische Darstellung eines elektrischen Grills ist, der mit
einem Heizelement gemäß der Erfindung
ausgestattet ist.
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In 1 bis 3 ist
ein gemäß dem Verfahren
der Erfindung verwirklichtes Heizelement dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Widerstand 1 ist gebogen und erstreckt sich in einer Ebene,
die mit der Symmetrieebene der Platte 2 zusammenfällt (2).
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Direkt über dem
Widerstand 1 weist die Platte 2 eine röhrenartige
Ausbauchung 7 auf, die mit der Linienführung des Widerstands übereinstimmt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf
diese Weise wird eine innige Verbindung zwischen den Werkstoffen
des Mantels oder der Hülle
des Widerstands 1 und der Gießplatte 2 erzielt.
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Nach
dem Abkühlen,
Ausformen und Auslösen
des schützenden
Kerns 8 wird das Heizelement von 1 erhalten.
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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.
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Die
Leitung für
das Gießgut
muss derart geführt
sein, dass keine Zonen der Überhitzung
des Mantels des Widerstands 1 im Inneren der Gießform entstehen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Metallmantel des Widerstands 1 kann gegebenenfalls Wärme abgebende
Rippen aufweisen.
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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.
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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.
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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.
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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.