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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrische Strahlungsheizungen und
ein Herstellungsverfahren.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung elektrische Strahlungsheizungen, die vor
allem für
den Gebrauch in glaskeramischen Kochgeräten vorgesehen sind und ein
Heizelement in Form eines geometrischen Musters umfassen, das von
einer Metallfolie getrennt wird und über einer Basis aus thermischem und
elektrischem Isoliermaterial liegt, wobei das Muster eine Mehrzahl
von Streifen in lateral beabstandeter Anordnung beinhaltet, die
die Heizung überqueren.
Jeder der Streifen hat eine Breite, die wesentlich größer ist
als seine Dicke, und eine der Basis zugewandte Hauptfläche.
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Aus
der DE-A-19638640 ist die Bereitstellung solcher Heizungen bekannt,
bei denen das Heizelement umfangsmäßig an der Basis befestigt
ist und die lateral angeordneten Streifen über der Basis hängen, wobei
ein Träger
in der Mitte der Heizung vorgesehen ist. Wird die Heizung für den Betrieb
eingeschaltet, dann kommt es zu einem leicht zu beobachtenden Durchhängen der
Streifen infolge ihrer Wärmeausdehnung.
Während
des Ein- und Ausschaltens des Elements kommt es zu einem erkennbaren
Anheben und Senken des Elements, was dem Benutzer der Heizung Anlass
zur Besorgnis geben kann, da Heizelemente normalerweise keine erkennbare
Bewegung aufweisen.
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Bei
dieser Anordnung besteht außerdem
die Gefahr, dass es, da die Streifen über relativ lange Strecken
nicht unterstützt
werden und sehr nahe beieinander liegen, zu einer unerwünschten
lateralen Verschiebung kommen kann, die zu einem Kontakt und damit
zu einem Kurzschluss zwischen nebeneinander liegenden Streifen führt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Probleme zu lösen oder
zu minimieren.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird eine elektrische Strahlungsheizung bereitgestellt,
die ein Heizelement in Form eines geometrischen Musters umfasst,
das von einer Metallfolie getrennt wird und über einer Basis aus thermischem
und elektrischem Isoliermaterial liegt, wobei das Muster eine Mehrzahl
von Streifen in lateral beabstandeter Anordnung beinhaltet, die
die Heizung überqueren
und jeweils eine Breite haben, die wesentlich größer als ihre Dicke ist, wobei
die Streifen jeweils eine der Basis zugewandte Hauptfläche haben,
wobei die Streifen Wellen aufweisen, die alternierende Gipfel und Täler haben,
so dass bei jedem Streifen die Gipfel seiner Wellen im Wesentlichen
lateral auf Täler
der Wellen in einem angrenzenden Streifen ausgerichtet sind, wobei
das Heizelement so angeordnet ist, dass die Gipfel der Wellen in
den Streifen auf Vorsprüngen auf
der Basis getragen werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer elektrischen Strahlungsheizung bereitgestellt, das die folgenden
Schritte beinhaltet: Bereitstellen einer Basis aus thermischem und
elektrischem Isoliermaterial; Bereitstellen eines Heizelements in
Form eines geometrischen Musters, das von einer Metallfolie getrennt
wird und über
der Basis aus thermischem und elektrischem Isoliermaterial liegt,
wobei das Muster eine Mehrzahl von Streifen in lateral beabstandeter Anordnung
beinhaltet, die die Heizung überqueren und
jeweils eine Breite haben, die wesentlich größer als ihre Dicke ist, wobei
die Streifen jeweils eine der Basis zugewandte Hauptfläche haben;
Ausbilden der Streifen mit Wellen, die alternierende Gipfel und
Täler haben,
so dass bei jedem Streifen die Gipfel seiner Wellen im Wesentlichen
lateral auf Täler
der Wellen in einem angrenzenden Streifen ausgerichtet sind; Erzeugen
von Vorsprüngen
auf der Basis; und Anordnen des Heizelements in einer solchen Weise, dass
die Gipfel der Wellen in den Streifen auf den Vorsprüngen aufliegen.
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Das
Verfahren kann ferner das temporäre Platzieren
eines wärmebeständigen elektrisch
isolierenden Elements fest am abgestützten Heizelement und das elektrische
Speisen des Heizelements über eine
vorbestimmte Zeitdauer beinhalten.
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Die
Vorsprünge
können
an der Basis angeformt sein.
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Die
Vorsprünge
können
in Reihen vorgesehen und so angeordnet sein, dass ein Abstand zwischen
nebeneinander liegenden Streifen bleibt.
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Das
Heizelement kann so getragen werden, dass die Täler der Wellen in den Streifen
keinen Kontakt zur Basis haben.
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Die
Streifen können
im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein.
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Es
können
Mittel vorgesehen sein, um gegenüberliegende
Endregionen der Streifen zu befestigen, um eine Längsbewegung
der Streifen zu verhindern.
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Solche
Befestigungsmittel können
sich an einer peripheren Region der Basis befinden und Klemm- oder
Hakenmittel oder Klammern oder Stifte oder dergleichen umfassen.
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Eine
Umfangswand aus Isoliermaterial kann für die Heizung vorgesehen werden.
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Die
Umfangswand kann über
gegenüberliegenden
Endregionen der Streifen liegen.
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Die
Basis aus thermischem und elektrischem Isoliermaterial kann in einer
Tragschale, z.B. aus Metall, vorgesehen sein und mikroporöses thermisches und
elektrisches Isoliermaterial beinhalten.
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Das
Heizelement in Form des geometrischen Musters kann von der Metallfolie
zum Beispiel durch Ätzen,
Stanzen, Schneiden oder Fräsen
getrennt werden.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und zur deutlicheren Darstellung ihrer Umsetzung
wird nun beispielhaft auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen.
Dabei zeigt:
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1 eine
Draufsicht auf eine Ausgestaltung einer elektrischen Strahlungsheizung
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Querschnittsdarstellung der Heizung aus 1; und
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3 eine
Querschnittsdarstellung eines Teils einer alternativen Anordnung
einer elektrischen Strahlungsheizung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Mit
Bezug auf die 1 und 2 hat eine elektrische
Strahlungsheizung 1, die für den Gebrauch unter einer
glaskeramischen Oberfläche
in einem Kochgerät
geeignet ist, eine Metalltragschale 2, in der eine Basis 3 aus
verdichtetem mikroporösem, thermischem
und elektrischem Isoliermaterial allgemein bekannter Art vorgesehen
ist. Die Basis 3 ist mit Reihen von Vorsprüngen 4 versehen,
die geeigneterweise an die Basis 3 angeformt sind. Die
Vorsprünge 4 in
einer Reihe sind mit Bezug auf die in der nächsten Reihe versetzt, so dass
ein Vorsprung in einer Reihe neben dem Mittelpunkt zwischen zwei
Vorsprüngen
in einer Nachbarreihe liegt.
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Ein
Heizelement 5 wird in Form eines gewünschten geometrischen Musters
durch Trennen von einer Metallfolie produziert. Eine solche Metallfolie
kann zum Beispiel eine Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit einer
Dicke zwischen etwa 40 und 200 Mikron und vorzugsweise zwischen
etwa 50 und 100 Mikron umfassen. Das in 1 dargestellte
geometrische Muster des Heizelements 5 liegt in Mäander- oder
Zickzackform vor, allerdings könnten
auch andere Formen in Betracht gezogen werden. Es wird geeigneterweise
aus einer Metallfolie durch ein allgemein bekanntes Verfahren produziert,
wie durch Ätzen,
Stanzen, Schneiden oder Fräsen.
Das resultierende Muster des Heizelements 5 beinhaltet
eine Mehrzahl von Streifen 6 in lateral beabstandeter Anordnung,
vorzugsweise, aber nicht unbedingt parallel zueinander, wobei jeder
eine Breite aufweist, die wesentlich größer als seine Dicke ist. Eine
typische Breite der jeweiligen Streifen 6 würde zum
Beispiel bei etwa 3 mm liegen. Die Streifen 6 haben jeweils
eine Hauptfläche,
die der Basis 3 mit darauf befindlichen Vorsprüngen 4 zugewandt
ist.
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Wie
in 2 dargestellt ist, weisen die Streifen 6 Wellen
auf, die alternierende Gipfel 7 und Täler 8 erzeugen. Die
Gipfel und Täler
in nebeneinander liegenden Streifen sind so versetzt angeordnet,
dass bei jedem Streifen 6 die Gipfel 7 der Wellen
im Wesentlichen lateral auf die Täler 8 der Wellen in
einem Nachbarstreifen ausgerichtet sind.
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Das
resultierende Heizelement 5 ist mit Bezug auf die Basis 3 der
Heizung so angeordnet, dass die Streifen 6 die Heizung überqueren,
wobei die Gipfel 7 der Wellen auf den Vorsprüngen 4 auf
der Basis getragen werden. Die Anordnung ist derart, dass sich die
Täler 8 der
Wellen an dem Streifen 6 zwischen Vorsprüngen 4 auf
beiden Seiten davon befinden und eine Seitwärtsbewegung der Streifen 6 dadurch
verhindert oder minimiert wird. Auf diese Weise wird stets ein lateraler
Kontakt zwischen nebeneinander liegenden Streifen 6 verhindert,
so dass im Laufe des folgenden Betriebs der Heizung nicht die Gefahr
einer lateralen Verzerrung der Streifen 6 oder eines Kurzschlusses
zwischen benachbarten Streifen besteht.
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Die
Täler 8 der
Wellen der Streifen 6 sind vorzugsweise so angeordnet,
dass sie wenigstens dann, wenn sich das Heizelement 5 in
einem nicht eingeschalteten Zustand befindet, und optional auch dann,
wenn es sich in einem eingeschalteten Zustand befindet, keinen Kontakt
zur Oberfläche 9 der Basis 3 zwischen
den Vorsprüngen 4 haben,
wobei eine Lücke
zwischen den Tälern 8 der
Wellen und der Oberfläche 9 der
Basis vorliegt.
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Jeder
Streifen 6 verschmilzt mit einem Nachbarstreifen an seinen
Enden, um das mäandernde Heizelement 5 zu
bilden, und es sind Mittel zum Befestigen gegenüberliegender Endregionen 10, 11 jedes
Streifens 6 vorgesehen, um eine Bewegung der Streifen in
Längsrichtung
zu verhindern. Dies kann auf viele verschiedene Arten und Weisen
erreicht werden. Eine Umfangswand 12 aus thermischem Isoliermaterial
ist in der Heizung vorgesehen. Die Heizung ist für den Betrieb so angeordnet,
dass sich die Oberseite der Wand 12 in Kontakt mit der
Unterseite der glaskeramischen Kochfeldfläche (nicht dargestellt) befindet.
Die Endregionen 10, 11 der Streifen 6 können so
angeordnet werden, dass sie zwischen der Unterseite der Wand 12 und
der Basis 3 aus thermischem Isoliermaterial festgeklemmt
werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
können
Stifte oder Klammern 13 vorgesehen sein, die durch Löcher in den
Enden 10, 11 der Streifen 6 entweder
abwärts
in die Basis 3 oder aufwärts in die Wand 12 laufen.
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Ein
weiteres Mittel zum Befestigen der Enden des Streifens ist in 3 dargestellt.
Die Basis 3 aus thermischem Isoliermaterial ist mit einer
Stufe 14 an einem von der Umfangswand 12 nach
innen gerichteten Ort versehen.
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Eine
komplementäre
Stufe 15 befindet sich an den Enden der Streifen 6 des
Heizelements und das Element wird an diesen Enden effektiv auf der Stufe 14 festgehakt.
Die verbleibenden Endabschnitte 10, 11 der Streifen 6 werden
so angeordnet, dass sie unter der Umfangswand 12 einklemmt
werden, um ein Abheben des Heizelements zu verhindern.
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Anschlussklemmen 16, 17 sind
für einen
Anschluss des Heizelements 5 an einer Spannungsquelle (nicht
dargestellt) zum Speisen der Heizung vorgesehen.
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Während der
Herstellung der Heizung ist es von Vorteil, ein hitzebeständiges,
elektrisch isolierendes Element wie eine Keramik vorübergehend
fest gegen die Oberseite des abgestützten Heizelements 5 zu
platzieren und das Heizelement über
eine vorbestimmte Zeit, z.B. etwa 5 bis 30 Sekunden lang, elektrisch
zu speisen. Durch diesen Prozess wird das Element getempert und
heißfixiert,
um eine minimale Tendenz für
ein Anheben oder eine Verzerrung des Elements im Laufe des folgenden
Betriebs der betriebenen Heizung zu gewährleisten.
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Wenn
die Heizung in Betrieb ist, kommt es zu einer Wärmeausdehnung der Streifen 6,
wodurch sich die Täler 8 der
Wellen abwärts
in Richtung auf die Oberfläche 9 der
Basis 3 bewegen; dies ist aufgrund des während der
Herstellung der Heizung gebildeten Zwischenraums in diesen Regionen
möglich.
Aufgrund des relativ geringen Abstands der Vorsprünge ist
eine solche Bewegung jedoch ausreichend gering, um für den Benutzer
der Heizung im Wesentlichen nicht erkennbar zu sein.
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Es
ist möglicherweise
wünschenswert,
eine ungleichmäßige Energie
pro Oberflächenbereich
der Heizung zu liefern, um zum Beispiel eine höhere Energie pro Oberflächenbereich
um den Rand der Heizung als im Zentrum bereitzustellen. Dies kann
dadurch erreicht werden, dass die Streifen 6 eine ungleichmäßige anstatt
einer gleichmäßigen Querschnittsfläche haben.
Die Querschnittsfläche
kann zum Beispiel an den Endregionen der Streifen kleiner sein als
in den zentralen Regionen.
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Alternativ
kann das Verhältnis
zwischen der Länge
der Streifen zwischen den Vorsprüngen
und dem Abstand zwischen den Vorsprüngen unterschiedlich und zum
Beispiel am Rand der Heizung größer sein
als im Zentrum.