DE60024253T3 - Verbesserungen für heizelemente, insbesondere für dickschichtheizelemente - Google Patents

Verbesserungen für heizelemente, insbesondere für dickschichtheizelemente Download PDF

Info

Publication number
DE60024253T3
DE60024253T3 DE60024253T DE60024253T DE60024253T3 DE 60024253 T3 DE60024253 T3 DE 60024253T3 DE 60024253 T DE60024253 T DE 60024253T DE 60024253 T DE60024253 T DE 60024253T DE 60024253 T3 DE60024253 T3 DE 60024253T3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heating element
thick
assembly according
heater
heated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60024253T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60024253D1 (de
DE60024253T2 (de
Inventor
Robert O'NEILL
Robin MOORE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Otter Controls Ltd
Original Assignee
Otter Controls Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=10852772&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE60024253(T3) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Otter Controls Ltd filed Critical Otter Controls Ltd
Publication of DE60024253D1 publication Critical patent/DE60024253D1/de
Publication of DE60024253T2 publication Critical patent/DE60024253T2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60024253T3 publication Critical patent/DE60024253T3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • H05B3/82Fixedly-mounted immersion heaters
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/262Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an insulated metal plate
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/78Heating arrangements specially adapted for immersion heating
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013Heaters using resistive films or coatings
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017Manufacturing methods or apparatus for heaters

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft Verbesserungen für elektrische Heizelemente und betrifft genauer Heizelemente des sogenannten Dickschichttyps, die einen Träger umfassen, der gewöhnlich aus Edelstahl gebildet ist und einen Widerstandsheizleiterzug oder eine -schicht trägt, der/die, wie passend in Bezug auf die Natur des Trägers, auf einer elektrisch isolierenden Schicht, gewöhnlich aus Glas, die auf dem Träger bereitgestellt ist, gebildet sein kann. Eine zusätzliche elektrisch isolierende Schicht kann als eine Schutzmaßnahme über dem Widerstandsheizleiterzug oder der -schicht bereitgestellt sein. Dickschichtheizelemente werden bei einer Vielfalt von Anwendungen eingesetzt und werden gegenwärtig zum Beispiel auf dem Gebiet der elektrisch beheizten Wasserkochgefäße, Haushaltskessel und Heißwasserkannnen populär, wo ihre im Vergleich zum herkömmlichen Tauchheizelement von metallummanteltem Aufbau saubere Erscheinung ästhetische Vorteile aufweist. Zusätzlich ist es mit einem Dickschichtheizelement möglich, eine größere Leistungsdichte unterzubringen, als mit herkömmlichen ummantelten Heizelementen leicht untergebracht wird, was zu schnelleren Kochzeiten führt.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Wie oben erwähnt werden Dickschichtheizelemente gewöhnlich auf einem Edelstahlträger gebildet, zum Beispiel, indem zuerst eine elektrisch isolierende Schicht aus Glas auf einer oder beiden Oberflächen einer Edelstahlplatte oder -scheibe bereitgestellt wird und dann unter Verwendung von elektrisch leitfähigen Tinten, die dann gebrannt werden, ein Widerstandsheizleiterzug auf die Glasoberfläche siebgedruckt wird. Wie oben erwähnt kann dann eine weitere Schicht aus Glas über dem widerstandsbehafteten Leiterzug bereitgestellt werden. Die internationale PCT-Patentanmeldung Nr. WO 96/17496 offenbart ein derartiges Element, das wie oben erwähnt einen Edelstahlträger umfaßt, der durch eine elektrisch isolierende Schicht, einen widerstandsbehafteten Leiterzug und schließlich eine weitere isolierende Schicht überlagert ist.
  • Es ist bekannt, daß die Herstellung von Dickschichtheizelementen durch dieses Verfahren Probleme der Verzerrung des Heizelements aus seiner normalen ebenen Gestaltung hervorrufen kann, und daß Verzerrungen überdies wegen unterschiedlicher Wärmeausdehnungswirkungen bei der Verwendung des Heizelements entstehen können. Um diese Probleme zumindest zu mildern, wurde vorgeschlagen, die auf den Edelstahlträger abgelagerten Materialien so zu wählen, daß sie kompatible Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, soweit dies möglich ist, und wurde überdies vorgeschlagen, Schichten an beiden Seiten des Edelstahlträgers bereitzustellen, um diesen von beiden Seiten ähnlichen Wärmeausdehnungs- und Kontraktionswirkungen auszusetzen. Alle diese Lösungen rufen Kostenauswirkungen hervor, die, wenn sie zu den Grundkosten von Edelstahlträgern mit angemessener Qualität, wie sie für Wasserkochgefäße benötigt werden, hinzugefügt werden, dazu neigen, das Produkt unabhängig von seinen anderen deutlichen Vorteilen angesichts der Kosten unattraktiv zu machen.
  • Um das oben erwähnte Verzerrungsproblem zu überwinden oder zumindest wesentlich zu verringern, schlug die Erfindung unserer britischen Patentanmeldung Nr. 2 349 322 vor, den Träger aus einem Dickschichtheizelement mit einer leicht kuppelförmigen Krümmung zu bilden, den Heizelementleiterzug oder die -schicht auf der konvexen Oberfläche des kuppelförmigen Trägers zu bilden, und das so gebildete Dickschichtheizelement an eine flache Oberfläche zu binden, die durch einen Vorgang erhitzt werden soll, der das kuppelförmige Dickschichtheizelement auf die ebene Oberfläche abflacht.
  • Obwohl die Erfindung unserer britischen Patentanmeldung Nr. 2 349 322 verspricht, das Verzerrungsproblem zu überwinden, besteht eine Anzahl von anderen Problemen bei der Herstellung und Verwendung von Dickschichtheizelementen, die dazu neigen, ihren breiteren Einsatz zu beschränken, nämlich:
    • (i) Die verwendeten Materialien sind verhältnismäßig teuer. Alles, was getan werden kann, um den Materialgehalt zu verringern, ist wünschenswert. Dies beinhaltet eine Verringerung der Dicke des Trägers und eine Verringerung der Größe des Trägers und des bedruckten Bereichs.
    • (ii) Die verwendbare Leistungsdichte ist durch das Rauschen, das durch derartige Heizer während des Erhitzens von Wasser erzeugt wird, beschränkt. Das Rauschen stammt im Prinzip von der lokalen Bildung von Dampfblasen, die rasch zusammenfallen, da die Leistungsdichte zu hoch ist, um zu gestatten, daß dicht an der Elementoberfläche und besonders direkt gegenüber der Stelle des Heizerleiterzugs Konvektionsströme eingerichtet werden.
    • (iii) Die beschränkende Leistungsdichte führt zu Heizern, die eine verhältnismäßig große Fläche aufweisen, was nicht nur zu gesteigerten Kosten, sondern auch zu einer Unfähigkeit, an mehr als einem sehr kleinen Neigungswinkel tätig zu sein, führt. Um dieses Problem zu überwinden, war es üblich, teure Lösungen von mehreren Schutzeinrichtungen oder Elektronikeinrichtungen einzusetzen.
    • (iv) Gegenwärtig ist der einzige Stahlträger, der erfolgreich verwendet wird, Edelstahl der 400er-Gruppe. Diese Materialien weisen eine schlechte Korrosionsbeständigkeit auf und ergeben eine Oberfläche von optisch schlechter Qualität. Um dies zu überwinden, wurden verschiedenste Überzüge vorgeschlagen, die die Kosten erhöhen und die Betriebstemperatur der Heizerleiterzüge anheben.
    • (v) Um Temperaturschocks und mechanischen Erschütterungen, die aus einem Mißbrauch des Geräts entstehen, zu widerstehen, war es normalerweise nötig, verhältnismäßig dicke Stahlträger einzusetzen, was die Kosten erhöht.
    • (vi) Die gegenwärtig eingesetzte Siebdrucktechnik kann nur auf flache Oberflächen ohne Ränder oder andere Vorsprünge über die Druckoberfläche angewendet werden. Dies beschränkt die Anwendungen, die von derartigen Elementen Gebrauch machen können.
    • (vii) Um die Beschränkungen des flachen Druckvorgangs zu überwinden, könnte es möglich sein, die Platte in einem gesonderten Gefäß anzufertigen. Doch die Materialien, aus denen derartige Gefäße gewöhnlich hergestellt sind (typischerweise Edelstahl der 300er-Gruppe) sind nicht ausreichend kompatibel, um eine einfache und billige direkte Montage und Verbindung zu gestatten.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Um diese Probleme zu überwinden oder zumindest wesentlich zu verringern, schlagen wir vor, einen verhältnismäßig kleinen Heizer zu verwenden, der an einem größeren Gefäß angebracht ist, wobei zwischen dem Stahlträger des Heizers und dem Material des Gefäßes eine Schicht eines Materials mit verhältnismäßig hoher Wärmeleitfähigkeit vorhanden ist, um dazu zu wirken, die Wärme vom Heizer über einen weiteren Bereich der Flüssigkeitsheizfläche zu verbreiten.
  • Für die dazwischenliegende Wärmezerstreuungsschicht kann jedes beliebige Material verwendet werden, sofern es eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die deutlich größer als jene der verwendeten Edelstähle ist, d. h., etwa 20 W/m2/°C beträgt. Bevorzugte Materialien sind Kupfer und Aluminium, die wegen ihrer Wärmeleitfähigkeit, ihrer verhältnismäßig geringen Kosten und ihrer Verträglichkeit mit dem vorgeschlagenen Montagevorgang gewählt sind.
  • Der Verbindungsvorgang kann jedem beliebigen der bestehenden bekannten Verfahren zum Anbringen von Aluminiumbefestigungsplatten wie für Elemente vom Blitzkocher-Typ gleich oder ähnlich sein, d. h. Stoßdruckbinden, Schweißen oder Hartlöten mit jeder beliebigen der bekannten Wärmequellen. Doch aufgrund seiner Steuerbarkeit ist Induktionshartlöten das bevorzugte Verfahren. Diese Technik nimmt für sich in Anspruch, eine wiederholbare Verbindung von guter Qualität mit wenigen Leerräumen zu ergeben. Die Verbindung der Wärmezerstreuungsschicht am Gefäß kann zuerst vorgenommen werden, zum Beispiel durch Stoßbinden, und das Heizelement kann gesondert induktionshartgelötet werden, was Gelegenheit gibt, die Qualität der Verbindung des Gefäßes und der Zerstreuungsschicht zu untersuchen. In dem Teil der Zerstreuungsschicht, der sich über das Heizelement hinaus erstreckt, könnten Entlüftungsöffnungen zurückbelassen werden, um das Entweichen des Flusses und der Dämpfe, die während des Hartlötens erzeugt werden, zu gestatten. Während des Hartlötvorgangs wird der Aufbau wünschenswerterweise mit einer Klemmkraft, möglichst so hoch wie 4 Tonnen, zusammengepreßt, um sicherzustellen, daß die Platten ohne jegliche Zwischenräume im Verbindungsbereich flach aneinandergefügt werden. Diese Klemmkraft ermöglicht, daß die Erfindung unserer britischen Patentanmeldung Nr. 2 349 322 bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
  • Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den beiliegenden Ansprüchen aufgezeigt und werden im Folgenden durch Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist, erklärt werden.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische seitliche Aufrißansicht eines Dickschichtheizelements, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
  • 2A und 2B zeigen alternative Aufbauten des umfänglichen Rands des Dickschichtheizelements von 1; und
  • 3 ist eine flache Aufrißansicht des Dickschichtheizelements von 1.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die veranschaulichte Ausführungsform umfaßt ein Dickschichtheizelement 1 mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser, das an eine Wärmezerstreuungsplatte 2 gebunden ist, die zum Beispiel aus Aluminium oder Kupfer gebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der größer als jener des Dickschichtheizelements 1 ist, welche wiederum an eine Heizoberfläche 3 gebunden ist, die im Beispiel als eine dünne Metallplatte gezeigt ist, welche dazu geeignet ist, in den Boden eines Wasserheizgeräts eingefügt zu werden, wobei die alternativen Randeinzelheiten, die in 2A und 2B gezeigt sind, jeweils dazu bestimmt sind, eine Wasserrückhalteeinsenkung um den Heizelementumfang bereitzustellen, um durch das Bereitstellen einer kühleren Versiegelungsumgebung das Einsiegeln des Elements in einen Gefäßkörper zu erleichtern und um die Kopplung mit dem Gefäßkörper zu erleichtern; andere Randgestaltungen sind selbstverständlich möglich.
  • Es wird herkömmlich gemeint, daß ein Dickschichtelement, das eine Leistungsdichte von mehr als 30 W/cm2 aufweist, unannehmbares Rauschen verursachen wird. Dies entspricht einem gesamten Leistungsausgang von etwa 3 kW an einem Element, das mit einem rundherum belassenen einfachen Versiegelungsbereich auf einer Scheibe mit einem Durchmesser von 120 mm gebildet ist. Nach den Lehren der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, ein Heizelement mit deutlich höherer Leistungsdichte zu verwenden, das auf einer Scheibe von, zum Beispiel, etwa 60 mm gebildet ist. Es wird vorgeschlagen, daß die Zerstreuungsschicht die Wärme über einen Bereich verbreiten wird, der sich etwa 10 mm über die Scheibe hinaus erstreckt, was somit ein Heizelement mit einem wirkungsvollen Durchmesser von 80 mm ergibt. Wenn man bedenkt, daß die Materialkosten eines Dickschichtheizelements in einem Verhältnis zu seiner Fläche stehen (die Dicke ist konstant), würde ein herkömmliches Element mit einem Durchmesser von 80 mm um 78% mehr Material als eines mit einem Durchmesser von 60 mm, das nach der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, verwenden, was eine deutliche Ersparnis darstellt.
  • Im Obigen bestehen selbstverständlich Annäherungen, da die Leistungsdichte der Ausführungsform außerhalb des Scheibenbereichs 1 rasch fallen wird und dazu neigen wird, zur Mitte hin konzentriert zu werden. Doch die Untersuchung eines herkömmlichen Dickschichtheizers auf einem Edelstahlträger zeigt, daß die Wärme nicht gleichmäßig über die Oberfläche verbreitet wird, sondern direkt über den Leiterzügen dicht konzentriert ist, wobei es zwischen den Leiterzügen zu wenig Erwärmung kommt. Die wirkliche Leistungsdichte ist viel größer, als das einfache Teilen der Leistung durch die Scheibenfläche andeuten würde. Man glaubt, daß dies der Grund für die übermäßige Rauscherzeugung ist. Diese Wirkung wird durch die geringe Wärmeleitfähigkeit des Edelstahlträgers verursacht, die die Wärme zwingt, senkrecht zur Ebene des Heizers durch die Dicke zu fließen, und den seitlichen Wärmefluß deutlich beschränkt. Durch das Hinzufügen der Zerstreuungsschicht, die durch die vorliegende Erfindung gelehrt wird, kann die Wärme sowohl seitlich als auch quer fließen, so daß an der Flüssigkeitsheizoberfläche eine gleichmäßigere Wärmeverteilung erhalten wird. Somit liegt die Leistungsdichte an der Flüssigkeitsheizoberfläche vielmehr dicht am berechneten Wert der durch den Oberflächenbereich geteilten Leistung als am Wert der durch den (viel kleineren) Heizerleiterzügebereich geteilten Leistung. Das Ergebnis ist eine niedrigere wirkungsvolle Leistungsdichte und eine deutliche Verringerung des erzeugten Rauschens.
  • Als ein Beispiel der Verbesserungen, die vorgenommen werden können, werden die folgenden Werte von Elementen der gegenwärtigen Herstellung genommen. Bei einem herkömmlichen Element mit einem Durchmesser von etwa 110 mm beträgt die Heizerleiterzugleistungsdichte 68 W/cm2. Wenn die Zerstreuungsschicht voll leistungsfähig ist, könnte die Fläche des Heizers auf weniger als die Hälfte verringert werden, während an der Flüssigkeitsheizoberfläche die gleiche Leistungsdichte aufrechterhalten wird. Durch das Hinzufügen des weiteren Gewinns im Oberflächenbereich um den Umfang der Heizerscheibe kann die Größe des Heizers noch weiter verringert werden. Das Nettoergebnis davon ist eine bedeutende Verringerung der Kosten der Materialien des Elements. Eine Scheibe mit einem Durchmesser von 77 mm weist die Hälfte der Fläche einer Scheibe von 110 mm auf, und wenn die Zerstreuungsschicht in Betracht gezogen wird, ergibt dies einen Elementdurchmesser von ungefähr 60 mm, dem im obigen Beispiel verwendeten Wert. Somit sollte es theoretisch mit einem Element mit einem Durchmesser von nur 60 mm möglich sein, ungefähr die gleiche Leistungsdichte an der Flüssigkeitsheizoberfläche zu erzielen, als bisher mit einem herkömmlichen Element mit einem Durchmesser von 110 mm erzielt wird. Dies ist eine Verringerung auf gerade über ein Drittel der Fläche. Die Materialkosten des Elements machen bei einer völligen Automatisierung über 80% der gesamten Elementkosten aus. Wir glauben, daß die Leiterzugleistungsdichte noch weiter auf mehr als 100 W/cm2 erhöht werden kann, was zu einer noch weiteren Kostenverringerung führt. Am Ende wird die Grenze wahrscheinlich durch den Verlust an Fläche, der durch die Notwendigkeit der Herstellung von elektrischen Anschlüssen mit ihrem zugehörigen Kriechen und ihren zugehörigen Abständen verursacht wird, und durch die Fläche, die benötigt wird, um jegliche notwendigen Elementschutzsteuerungen, wie sie in 3 schematisch gezeigt sind, unterzubringen, bedingt werden.
  • Diese bedeutende Verringerung der Fläche kann von einer ähnlichen Verringerung der Trägerdicke begleitet werden. Gegenwärtig werden Träger von zwischen 1,2 und 1,5 mm verwendet, um eine zufriedenstellende mechanische Starrheit und Beständigkeit gegenüber Temperaturschocks und mechanischen Erschütterungen zu erzielen. Wir schlagen vor, die Trägerdicke zum Beispiel auf 0,3 mm zu verringern, um die Verwendung der hohen Leistungsdichte ohne einen Nachteil von erhöhten Leiterzugbetriebstemperaturen zu gestatten. Wir erwarten, daß die durch die Zerstreuungsschicht geleistete verbesserte Wärmeübertragungsleistungsfähigkeit die Leiterzugbetriebstemperatur auf annehmbare Werte verringern wird, doch wird dies, unter Bedachtnahme auf den schmalen Wärmepfad der gegenwärtigen Gestaltungen, nur durch Verringern des Wärmewiderstands des gesamten Verbundaufbaus auf Werte, die den gegenwärtigen ähnlich sind, möglich sein. Der dünne Träger wird durch die Stütze und die Polsterung der Zerstreuungsschicht möglich, die ferner durch die Wasserbehandlungsplatte und/oder die Gefäßwand gestützt wird. Somit wird der gesamte Aufbau fähig sein, mechanischen Schlägen und Temperaturschocks besser zu widerstehen, als ein Element mit einem einheitlichen Träger mit der gegenwärtigen Dicke. Um die Wärmeübertragung weiter zu verbessern, schlagen wir vor, daß die Gefäßwand, die vorzugsweise aus einem Edelstahl der 300er-Gruppe gebildet ist, der gewöhnlich in Edelstahlkochgefäßen wie Kochtöpfen verwendet wird, ebenfalls auf etwa 0,3 mm verringert wird. Dies ist mit den 0,5 mm, die sich normalerweise in Edelstahlkesseln finden, vergleichbar. Die Anordnung des Verbundaufbaus ist vorzugsweise von einer solchen Art, daß der Wärmewiderstand zwischen den gedruckten Heizerleiterzügen und der Heizoberfläche nicht größer als jener eines herkömmlich hergestellten Dickschichtheizelements auf einem 1,2-mm-Träger aus Edelstahl der 400er-Gruppe (S430D oder S444) mit einer dielektrischen Dichte von nicht mehr als 10 μ ist.
  • Der vollständige Heizelementverbundaufbau kann als ein Element vom Typ ”Easifix” ( GB 2330064A ) oder ein Strix ”Sure Seal” ( WO 96/18331 ) zur Anbringung an einem gegossenen Gefäß hergestellt werden, oder kann direkt auf der Basis eines Edelstahlgefäßes hergestellt werden. Diese letztere Option ist ein sehr kostenwirksames Verfahren der Anbringung eines Dickschichtheizers an einem Edelstahlgerät, etwas, das, soweit uns bewußt ist, nur durch Pifco-Russel Hobbs durch Verwenden des gleichen (teuren) Kunststoff-Befestigungsrings, wie er für den Millenium-Kessel entwickelt wurde, durchgeführt wurde. Beispiele derartiger Befestigungen finden sich in GB 2 291 324 und GB 2 319 154 von Pifco, die die Komplexität des Verfahrens zeigen. Es ist möglich, das kleine Dickschichtelement 1 in einer Vertiefung anzubringen, die andernfalls einen Siebdruck verhindern würde, und dies ergibt weitere Vorteile, indem es gestattet, daß um den Umfang des Elements eine Einsenkung gebildet wird, um im Fall eines Trockenkochens etwas Wasser zurückzuhalten, das jedweden angrenzenden Dichtungen oder optischer Ausformungen Schutz bieten wird. Ein derartiger Schutz wird gegenwärtig durch Bereitstellen eines von Heizelementleiterzügen freien Bereichs um den Elementumfang geboten, der den Durchmesser und somit die Kosten des Heizelements erhöht. Ein Beispiel für eine derartige Einsenkung, die auf eine mechanische Einsenkung angewendet ist, ist in Sunbeam, CA 1 202 659 gezeigt. Die Fähigkeit, das Element in einer Vertiefung anzubringen, wird gestatten, daß ein gedrucktes Dickschichtelement verwendet wird, wo dies früher nicht möglich war. Ein Beispiel ist ein Kochplattenelement, das eine erhöhte Heizoberfläche aufweisen kann, die durch einen Befestigungsflansch umgeben ist, so daß sich die Heizoberfläche über der allgemeinen Ebene der Oberseite des Geräts befindet.
  • Ein weiterer Vorteil des durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagenen kleinen Elements, der Einsparungen bei den Herstellungskosten der Elemente verursacht, ist, daß sie zur gleichen Zeit zu mehreren verarbeitet werden können. Die Anzahl der Elemente, die gleichzeitig bedruckt werden können, ist durch die Fläche des Siebdruckers und durch die Breite der Verarbeitungsöfen beschränkt. Es ist offensichtlich, daß durch die Halbierung des Durchmessers der Elemente vier mal so viele Elemente zusammen an der gleichen Anlage bedruckt und verarbeitet werden können. Abhängig von der Art der verwendeten Anlage kann dies durch Tragen der Elemente in einem Streifen und ihr Trennen nach der Fertigstellung oder durch automatisiertes Handhaben, Anordnen einzelner Scheiben in Anordnungsspannvorrichtungen zum Bedrucken und auf den Ofenbändern zum Trocknen und Brennen erreicht werden. Es wird angenommen, daß das Zurückhalten der Scheiben in einem Streifen zum Verarbeiten als Ergebnis der Stütze durch den Streifen zu verringerten Verzerrungen führen wird. In jedem Fall können Maßnahmen wie diese wünschenswert sein, um die Auswirkungen der Verzerrung zu verringern.
  • Das Element mit kleinem Durchmesser weist insofern einen zusätzlichen betrieblichen Vorteil auf, als es gegenüber einem Betrieb an einer Neigung, während es Flüssigkeiten erhitzt, weniger empfindlich ist. Die Zerstreuungsschicht wird sicherstellen, daß der freigelegte Bereich des Heizers während des Wegkochens der Flüssigkeit durch die verbleibende Flüssigkeit bis zu einem gewissen Ausmaß gekühlt wird, bis eine Schutzeinrichtung tätig werden kann. Zusätzlich wird jede beliebige Wärmeschutzeinrichtung dazu neigen, einen größeren Anteil des Heizelements zu schützen und einen Schutz über einen weiteren Bereich hinweg zu bieten.
  • Der Vorschlag der Erfindung kann als im Prinzip dem Heizelementaufbau vom Blitzkocher-Typ ähnlich angesehen werden, bei dem ein ummanteltes Heizelement an einer Wärmeübertragungsplatte befestigt ist, welche wiederum an einer Stahlplatte, die Teil eines Flüssigkeitsheizgefäßes ist, befestigt ist. Doch die Leistungsdichte, die von einem ummantelten Heizelement erhältlich ist, ist durch die Isolierung der Mineralfüllung der Ummantelung und durch die Robustheit der Verbindung zwischen der Umhüllung und dem Wärmezerstreuungsmaterial beschränkt. Wenn die Leistungsdichte eines Blitzkocher-Heizelements zu groß ist, verursacht die Wärmeausdehnung der Ummantelung, daß sich diese von ihrer Unterlage ablöst, was zu einem weiteren Überhitzen und zu einem anschließenden vorzeitigen Versagen führt. Wir kennen auch Dickschichtkeramikheizer, die durch leitfähigen Zement an der Basis von Wasserheizgefäßen befestigt sind, wie etwa den Hywel-Eierkocher. Derartige Anordnungen sind durch die verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit des Keramikträgers beschränkt und sind nur für Anwendungen mit niedriger Leistungsdichte geeignet.
  • Obwohl die Erfindung im Vorhergehenden unter besonderer Bezugnahme auf Wasserkochgefäße wie etwa Kessel und Heißwasserkannen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf derartige Anwendungen beschränkt, und könnte sie insbesondere zum Beispiel in elektrischen Kocherfeldern und Kochplatten verwendet werden.

Claims (21)

  1. Heizelementaufbau, umfassend ein Heizelement (1) aus einem Dickschichtaufbau und umfassend einen Träger, der an einer zu erhitzenden Oberfläche (3) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizelement (1) und der zu erhitzenden Oberfläche (3) eine Wärmezerstreuungsschicht (2) mit hoher Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt ist, wobei sich die Wärmezerstreuungsschicht (2) über den Umfang des Heizelements (1) hinaus erstreckt.
  2. Heizelementaufbau nach Anspruch 1, wobei der Träger aus Edelstahl ist.
  3. Heizelementaufbau nach Anspruch 2, wobei der Träger eine Dicke von weniger als 0,5 mm aufweist.
  4. Heizelementaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmezerstreuungsschicht (2) Kupfer oder Aluminium umfaßt.
  5. Heizelementaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die über seine gesamte Fläche gemessene Leistungsdichte des Dickschichtheizelements (1) wesentlich größer als 30 W/cm2 ist.
  6. Heizelementaufbau nach Anspruch 5, wobei die über seine gesamte Fläche gemessene Leistungsdichte des Dickschichtheizelements (1) zumindest 60 W/cm2 beträgt.
  7. Heizelementaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fläche des Dickschichtheizelements (1) in der Größenordnung von einem Drittel bis zu einer Hälfte der Fläche der zu erhitzenden Oberfläche liegt.
  8. Heizelementaufbau nach Anspruch 7, wobei die zu erhitzende Oberfläche (3) eine Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 100 oder 110 mm ist, und das Dickschichtheizelement (1) eine Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 60 bis 80 mm ist.
  9. Heizelementaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Wärmezerstreuungsschicht (2) zumindest 10 mm über den Umfang des Dickschichtheizelements (1) hinaus erstreckt.
  10. Heizelementaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zu erhitzende Oberfläche (3) eine Heizerplatte umfaßt, die dazu geeignet ist, in ein Flüssigkeitsheizgefäß mit Kunststoffkörper eingebaut zu werden.
  11. Heizelementaufbau nach Anspruch 10, wobei die Heizerplatte um ihren Umfang herum mit einer Einsenkung ausgebildet ist.
  12. Heizelementaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zu erhitzende Oberfläche (3) den Boden eines Flüssigkeitsheizgefäßes umfaßt.
  13. Heizelementaufbau nach Anspruch 12, wobei der Flüssigkeitsheizgefäßboden aus Edelstahl gebildet ist.
  14. Heizelementaufbau nach Anspruch 13, wobei der Heizgefäßboden aus Edelstahl der 300er-Gruppe gebildet ist.
  15. Heizelementaufbau nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Edelstahl eine Dicke von weniger als 0,5 mm, und vorzugsweise 0,3 mm aufweist.
  16. Heizelementaufbau nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die zu erhitzende Oberfläche (3) von der Seite, an der das Dickschichtheizelement angebracht ist, her gesehen eine Vertiefung aufweist, in der das Dickschichtheizelement angebracht ist.
  17. Heizeraufbau nach Anspruch 1, wobei das Dickschichtheizelement (1) einen Ausgang bereitstellt, der eine vorbestimmte Leistungsdichte aufweist, und die Wirkung der Wärmezerstreuungsschicht (2) ist, den gesamten Aufbau mit einer Leistungsdichte zu versehen, die wesentlich geringer als jene des Dickschichtheizelements (1) selbst ist.
  18. Flüssigkeitsheizgefäß, umfassend einen Heizelementaufbau nach Anspruch 1, wobei das Dickschichtheizelement (1) deutlich kleiner als die zu erhitzende Oberfläche (3) ist, und die Wärmezerstreuungsschicht (2) deutlich größer als das Dickschichtheizelement (1) ist.
  19. Flüssigkeitsheizgefäß nach Anspruch 18, wobei das Dickschichtheizelement einen Durchmesser aufweist, der weniger als die Hälfte des Durchmessers der zu erhitzenden Oberfläche beträgt.
  20. Flüssigkeitsheizgefäß nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Wärmezerstreuungsschicht einen Durchmesser aufweist, der sich dem Doppelten des Durchmessers des Dickschichtheizelements nähert.
  21. Flüssigkeitsheizgefäß, umfassend einen Heizelementaufbau (1, 2, 3) nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
DE60024253T 1999-05-04 2000-05-04 Verbesserungen für heizelemente, insbesondere für dickschichtheizelemente Expired - Lifetime DE60024253T3 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9910286 1999-05-04
GB9910286A GB2351894B (en) 1999-05-04 1999-05-04 Improvements relating to heating elements
PCT/GB2000/001695 WO2000067527A1 (en) 1999-05-04 2000-05-04 Improvements relating to heating elements, particularly in the field of thick film heating elements
EP00927490A EP1177708B2 (de) 1999-05-04 2000-05-04 Verbesserungen für heizelemente, insbesondere für dickschichtheizelemente

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE60024253D1 DE60024253D1 (de) 2005-12-29
DE60024253T2 DE60024253T2 (de) 2006-08-24
DE60024253T3 true DE60024253T3 (de) 2013-05-29

Family

ID=10852772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60024253T Expired - Lifetime DE60024253T3 (de) 1999-05-04 2000-05-04 Verbesserungen für heizelemente, insbesondere für dickschichtheizelemente

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1177708B2 (de)
CN (1) CN1162044C (de)
AT (1) ATE311083T1 (de)
DE (1) DE60024253T3 (de)
GB (1) GB2351894B (de)
WO (1) WO2000067527A1 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8680443B2 (en) 2004-01-06 2014-03-25 Watlow Electric Manufacturing Company Combined material layering technologies for electric heaters
GB2481217B (en) 2010-06-15 2017-06-07 Otter Controls Ltd Thick film heaters
TWI503903B (zh) * 2011-10-26 2015-10-11 矽品精密工業股份有限公司 打線機台之加熱治具
WO2015161120A1 (en) * 2014-04-16 2015-10-22 Spectrum Brands, Inc. Portable container system for heating a beverage
WO2015160890A1 (en) 2014-04-16 2015-10-22 Spectrum Brands, Inc. Cooking appliance using thin-film heating element
PL3145273T3 (pl) * 2015-09-21 2020-03-31 E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH Urządzenie grzewcze do ogrzewania wody i sposób działania takiego urządzenia grzewczego
CN106686773B (zh) * 2016-01-06 2019-09-10 黄伟聪 一种双面高导热能力的厚膜发热元件
CN106686770B (zh) * 2016-02-03 2019-09-10 黄伟聪 一种涂覆基质具有高导热能力的厚膜元件
CN106686771B (zh) * 2016-02-03 2019-09-06 黄伟聪 一种覆盖层具有高导热能力的厚膜元件
DE102016125678A1 (de) * 2016-12-23 2018-06-28 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Heizelement für eine Küchenmaschine, Küchenmaschine, Kochgefäß sowie Verfahren zur Herstellung eines Heizelementes
CN108261068B (zh) * 2016-12-30 2021-06-01 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 电水壶
CN108784334B (zh) * 2017-04-26 2021-04-20 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 电水壶
WO2019080590A1 (zh) * 2017-10-27 2019-05-02 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 内胆组件以及液体加热器
CN109717735B (zh) * 2017-10-27 2021-03-19 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 内胆组件以及液体加热器
FR3088413B1 (fr) * 2018-11-09 2020-12-18 Rosinox Systeme de chauffe et appareil de cuisson le comportant

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1407201A (en) * 1971-06-23 1975-09-24 Lucas Electrical Co Ltd Printed electric wiring arrangements
US4063068A (en) * 1976-08-12 1977-12-13 Minnesota Mining And Manufacturing Company Food heating and cooking receptacle
DE3545442A1 (de) 1985-12-20 1987-06-25 Bosch Siemens Hausgeraete Heizelement fuer thermische hausgeraete, insbesondere fuer kochstellen
GB8605948D0 (en) * 1986-03-11 1986-04-16 Thorn Emi Appliances Cooking hob
DE3625087A1 (de) 1986-07-24 1988-01-28 Ego Elektro Blanc & Fischer Elektro-bauelement
FR2692426B1 (fr) 1992-06-11 1994-08-26 Seb Sa Plaque chauffante pour récipient chauffant, notamment pour bouilloire.
GB2269980B (en) 1992-08-13 1996-07-03 Ist Lab Ltd Apparatus for heating liquid
AT408299B (de) * 1994-03-30 2001-10-25 Electrovac Heizvorrichtung für elektrische heizplatten, zündeinrichtungen, temperatursensoren od. dgl.
GB9423901D0 (en) * 1994-11-26 1995-01-11 Pifco Ltd Improvements to thick film elements
US5914063A (en) 1994-12-13 1999-06-22 Strix Limited Liquid heating vessels
CN1135060C (zh) * 1995-10-11 2004-01-14 施特里克斯有限公司 电热器
US5657532A (en) * 1996-01-16 1997-08-19 Ferro Corporation Method of making insulated electrical heating element using LTCC tape
GB2316848B (en) * 1996-08-27 2000-10-04 Strix Ltd Electric heaters
DE29710464U1 (de) 1997-06-16 1997-08-14 Ego Elektro Geraetebau Gmbh Wandungselement
GB9716561D0 (en) * 1997-08-05 1997-10-08 Strix Ltd Electric heaters

Also Published As

Publication number Publication date
EP1177708B2 (de) 2012-12-12
GB2351894A (en) 2001-01-10
EP1177708B1 (de) 2005-11-23
DE60024253D1 (de) 2005-12-29
GB2351894B (en) 2003-10-15
ATE311083T1 (de) 2005-12-15
DE60024253T2 (de) 2006-08-24
EP1177708A1 (de) 2002-02-06
WO2000067527A1 (en) 2000-11-09
CN1358402A (zh) 2002-07-10
CN1162044C (zh) 2004-08-11
GB9910286D0 (en) 1999-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60024253T3 (de) Verbesserungen für heizelemente, insbesondere für dickschichtheizelemente
EP0069298B1 (de) Kochplatte
DE69732321T2 (de) Hocheffiziente Induktionskochstelle
DE69834550T2 (de) Tauchheizkörper
DE69520563T3 (de) Gefässe zum erhitzen von flüssigkeiten
DE2135449A1 (de) Glasplatten Oberflachenheizeinheit mit gleichmaßiger Temperaturverteilung
DE2021177A1 (de) Heizeinheit mit plattenfoermiger Oberflaeche und geringer thermischer Masse
CH667790A5 (de) Kochtopf.
DE2442717C2 (de)
DE2712881A1 (de) Heizplatteneinrichtung mit folienheizelement
DE2205132A1 (de) Elektrokochgeraet
DE8133341U1 (de) Elektrischer strahlungsheizer fuer herde mit glaskeramikdeckplatten
DE3126824A1 (de) Elektrischer strahlungsheizer fuer herde mit glaskeramikplatten
DE2506931C3 (de) Aus Glaskeramik bestehende Herdplatte
DE19835378A1 (de) Beheizbares Flächenelement
EP0866641A2 (de) Elektrokochplatte
EP0783830A1 (de) Elektrisches heizelement
DE60209243T2 (de) Elektrischer strahlungsheizkörper
EP1902944B1 (de) Schiffsantrieb
DE1806457C3 (de) Elektrischer Plattenerhitzer
DE163870C (de)
DE8503272U1 (de) Elektrischer heizkoerper
DE8109131U1 (de) Temperaturfuehlanordnung fuer elektrische strahlheizkoerper
DE4109569A1 (de) Elektrische heizplatte
DE19825835C2 (de) Heizkörper für einen Warmwasserbereiter

Legal Events

Date Code Title Description
R102 Epo decision maintaining patent in amended form now final

Ref document number: 1177708

Country of ref document: EP

R102 Epo decision maintaining patent in amended form now final

Ref document number: 1177708

Country of ref document: EP

Effective date: 20121212