DE69401569T2

DE69401569T2 - Elektrischer Heizwiderstand für einen Behälter für die Aufnahme von aufzuheizendem Wasser, insbesonderes einen Kessel

Info

Publication number: DE69401569T2
Application number: DE1994601569
Authority: DE
Inventors: Didier Bertry
Original assignee: SEB SA
Current assignee: SEB SA
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: EP0656740A2; FR2713432A1; FR2713432B1; DE69401569D1; EP0656740B1; EP0656740A3; DE656740T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Heizwiderstand für einen Behälter zur Aufnahme von Wasser, insbesondere einen Kessel.
Die Erfindung betrifft auch einen Kessel, der den obigen elektrischen Hei zwiderstand umfaßt.
Die elektrischen Heizwiderstände, mit denen Heizgeräte für Wasser, wie beispielsweise Wasserkessel, versehen sind, umfassen ein im allgemeinen aus Kupfer bestehendes Außenrohr, in dessen Innerem ein Widerstandsdraht angeordnet ist, der gegenüber dem Außenrohr durch ein Mineralstoffpulver wie Magnesium isoliert ist.
Um das Kupferrohr gegen die durch den Kontakt mit dem heißen Wasser entstehende Korrosion und Oxidation zu schützen, ist das Rohr im allgemeinen mit einer Auflage aus Nickel überzogen, die durch galvanischen Niederschlag erhalten wird.
Der Versuch zeigt, daß sich die obigen Widerstände während der Benutzung fortschreitend mit einer Ablagerung aus Kesselstein überziehen, der von dem Vorliegen von Hineralbestandteilen im Wasser und insbesondere von Kalk herrührt.
Die Ablagerung aus Kesselstein setzt sich stark auf der Oberfläche der Nickelauflage des Widerstandes an, derart, daß es nach einer gewissen Benutzungsdauer des Kessels sehr schwierig wird, die Ablagerung von Kesselstein zu beseitigen.
Es wird dann nötig, auf organische Säuren zurückzugreifen, wie Essigsäure, um die Ablagerung aus Kesselstein aufzulösen.
Diese Säuren bringen jedoch die Gefahr mit sich, die Nickelauflage des Widerstandes zu zerstören und lokale Mikrovertiefungen zu erzeugen, die danach die Ablagerung des Kesselsteins erleichtern. Das gleiche passiert durch Risse und Mikrorisse, die sich bei der Benutzung durch die Wiederholung der thermischen Heiz- und Abkühlzyklen in der Nickelauflage bilden.
Es wurde vorgeschlagen, die Nickelauflage mit einer dünnen Außenschicht aus Zinn zu überziehen, wobei der Zinn insbesondere die Funktion hat, die Mikrovertiefungen und Fehler in der Nickelauflage auszufüllen.
Die Außenschicht aus Zinn hat jedoch eine dunkle Farbe und ein Aussehen, das dem Benutzer den Eindruck vermittelt, daß der Widerstand nicht die an einen solchen Behälter, wie einem Kessel, gestellten Anforderungen an Sauberkeit und Gesundheit erfüllt.
Darüber hinaus schmilzt Zinn bei 232ºC, wohingegen die Widerstandsrohre eines Wasserkessels im Falle der Erhitzung des Wasserkessels ohne Wasser vor einer Auslösung des Sicherheitssystems eine Temperatur von nahe 400ºC erreichen können. Die Außenschicht aus Zinn erweist sich in einem solchen Fall stark zerstört und nimmt ein wenig ansprechendes, granulöses Aussehen an.
In der DE-A-3 123 079 wird ein elektrischer Heizwiderstand für einen Behälter zur Aufnahme von aufzuheizendem Wasser gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben.
Gemäß der Erfindung ist der Widerstand mit einer Auflage überzogen, die von einer Metallschicht und einer Außenschicht aus Gold gebildet wird.
Die Anmelderin hat überraschenderweise festgestellt, daß, wenn der elektrische Widerstand eines Kessels mit einer Metallschicht und einer Außenschicht aus Gold beschichtet ist, das Haftvermögen von Kesselstein sehr viel schwächer ist, als auf den klassischen Widerständen, derart, daß es sehr leicht ist, den Kesselstein abzumachen. Dieses Ergebnis war ganz und gar unerwartet und leitet sich keinesfalls von den gewöhnlich genutzten Eigenschaften obiger Metalle ab.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden sich noch aus der nachfolgenden Beschreibung ergeben.
Von den angehängten Zeichnungen, die als nicht beschränkende Beispiele gegeben werden, ist:
- Figur 1 eine schematische schnittdarstellung eines elektrischen Kessels;
- Figur 2 eine Ansicht in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt des Details A aus Figur 1, die zwei Varianten der Ausführung der Auflage darstellen, wobei die Ausführungsform gemäß der unteren Halbansicht von Figur 2 nicht Teil der Erfindung ist;
- Figur 3 eine Ansicht ähnlich der in Figur 2 von einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Der in Figur 1 dargestellte elektrische Kessel umfaßt einen Behälter 1, z. B. aus Kunststoff, an dem ein Handgriff 2 angebracht ist.
Oberhalb des Bodens 3 des Behälters 1 erstreckt sich ein elektrischer Widerstand 4, der mittels einem Metallflansch 6 an der Seitenwand 5 des Behälters 1 befestigt ist.
Der elektrische Widerstand 4 umfaßt (siehe Figur 2) ein äußeres Metallrohr 7, z. B. aus Kupfer, das einen Widerstandsdraht 8 umgibt, der von dem Rohr 7 durch eine feinporige Ausfüllung, z. B. aus Magnesium, elektrisch isoliert ist.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist das Rohr 7 des Widerstands 4 mit einer Auflage 9, 9a, 9b, 9c aus Metall oder einer Legierung überzogen, die solche Eigenschaften aufweist, daß sie mit der Ernährung vereinbar ist, organischen Säuren widersteht und eine Verkrustung, das heißt, eine starke Haftfähigkeit der sich aus der Erhitzung des Wassers ergebenden Kesselsteinablagerung, vermeidet.
Die Auflage weist ferner die folgenden Kennzeichen auf.
- eine Fähigkeit, in sehr dünnen, sehr homogenen Schichten, die im wesentlichen keine oberflächliche Porosität aufweisen, abgelagert zu werden;
- eine große Dehnbarkeit, um den Wärmezyklen im Bereich der vorgesehenen äußersten Arbeitstemperaturen widerstehen zu können;
- eine Unveränderbarkeit im Bereich der vorgesehenen extremen Temperaturen.
In einer ersten Ausführungsform, die nicht Teil der Erfindung ist, dargestellt in der unteren Halbansicht von Figur 2, wird die Auflage 9 durch eine Zinn-Nickel-Legierung gebildet, in welcher Zinn vorherrschend ist.
Beispielsweise umfaßt diese Legierung 80 % Zinn und 20 % Nickel. Die Stärke der Auflage liegt vorzugsweise zwischen 5 und 20 µm. Die Auflage kann auf dem Außenrohr 7 des Widerstands durch jedes bekannte Verfahren aufgebracht sein, insbesondere durch Elektrolyse in einer Lösung, die Zinn- und Nickelionen im obigen Verhältnis enthält oder auf chemischem Wege.
In der Ausführungsform gemäß der Erfindung, dargestellt in der oberen Halbansicht von Figur 2, wird die Auflage durch eine mit dem Kupfer in Kontakt befindliche erste Metallschicht 9a und eine zweite Goldschicht 9b gebildet. Die Stärke der Goldschicht 9b kann sehr gering sein, z. B. zwischen 0,1 und 2 µm, und insbesondere ungefähr gleich 0,15 µm. Die Stärke kann natürlich sehr viel höher sein, hat dann aber eine merkliche Auswirkung auf die Kosten des Widerstandes.
Die Metallschicht 9a kann z. B. aus Silber sein. Die Silberschicht 9a hat dann z. B. eine Dicke zwischen 2 und 15 µm, vorzugsweise zwischen 6 und 8 µm.
Silber und Gold können auf elektrolytischem Wege oder auf chemischem Wege abgelagert werden.
Während des Betriebs des Kessels, das heißt, während der Erhitzung des Wassers, lagern sich Ionen, insbesondere Calcium, die im Leitungswasser enthalten sind, auf dem Widerstand 4 ab.
Es sei festgestellt, daß aufgrund der Auflage 9, 9a, 9b, 9c, die den Widerstand abdeckt, die Haftfähigkeit des Kalks gering ist und sich bei einer einfachen Entkalkung leicht ablöst.
Anstatt sich auf der Oberfläche der Auflage des Widerstandes abzusetzen, um eine fest haftende Schicht aufletzterer zu bilden, lösen sich überwiegende Teile der Kesselsteinschicht unter Bildung feiner Teilchen im Wasser des Behälters.
Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, den Kessel mit einem Filter 10 zu versehen, der in der Nähe und stromaufwärts der Ausgußstelle 11 angeordnet ist und geeignet ist, die Kalkteilchen zurückzuhalten, die sich bei der Erhitzung von Wasser bilden können. Mit den beiden oben beschriebenen speziellen Auflagen 9 und 9a, 9b wurden Versuche ausgeführt, um eine intensive Benutzung eines Wasserkessels über fünf Jahre zu simulieren. Die Versuche haben die perfekte Haltbarkeit und perfekte Widerstandsfähigkeit dieser beiden Auflagen über eine lange Zeitdauer demonstriert, insbesondere, wenn eine regelmäßige Pflege des Widerstands durchgeführt wird, um eine Anreicherung von Kesselstein zu verhindem
Es sei angemerkt, daß die vorgenannte Legierung mit 80 % Zinn und 20 % Nickel weder die Nachteile des Nickels (Mikrorisse und Mikroporositäten) noch die Nachteile des Zinns (verschmutztes und bei Erhitzung körniges Aussehen, geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber einer erhöhten Temperatur) aufweist und im Gegensatz dazu die aus den beiden Bestandteilen kumulierten Vorteile aufweist (anständiges und sauberes Aussehen, Widerstandsfähigkeit gegenüber der Korrosion und der Anhaftung von Kesselstein und eine große Zuverlässigkeit).
Natürlich können zusätzliche Schutzschichten auf den oben beschriebenen Auflagen vorgesehen sein.
Insbesondere kann, wie in Figur 3 dargestellt, zwischen der Silberschicht 9a und der Goldschicht 9b eine Zwischenschicht 9c aus Palladium eingefügt werden.
Somit erlaubt die gemeinsame Verwendung des Filters 10 zusammen mit der Auflage 9 des elektrischen Widerstandes, das ernste Problem der Ablagerung von Kesselstein oder Kalk in einem Kessel und ganz allgemein in einem Heizbehälter, der einen mit Wasser in Kontakt befindlichen elektrischen Widerstand enthält, zu lösen.
Im Falle der Auflage aus zwei übereinander angeordneten Schichten aus Silber und Gold, wird die Lötstelle des Widerstandes auf dem Flansch 6 vorzugsweise mit einer Lötzusammensetzung auf Silberbasis ausgeführt, insbesondere einer Mischung aus Silber, Kupfer und Blei, die gestattet, das Rohr 7 gut zu reinigen und das Rohr bei einer von dem Rohr leicht auszuhaltenen Temperatur zu löten.

Claims

1. Elektrischer Heizwiderstand (4) für einen Behälter (1) zur Aufnahme von aufzuheizendem Wasser, insbesondere einen Kessel, wobei der Widerstand (4)ein äußeres Metallrohr (7) umfaßt, das mit einer Auflage (9) aus Metall oder einer Legierung überzogen ist, die solche Eigenschaften aufweist, daß sie mit der Ernährung vereinbar ist, der Oxidation und der Korrosion durch heißes Wasser und organische Säuren widersteht und die Anhaftung der aus der Erhitzung des Wassers resultierenden Ablagerung von Kesselstein vermeidet, wobei die Auflage (9, 9a, 9b) ferner die folgenden Merkmale aufweist:

- eine Fähigkeit, in sehr dünnen, sehr homogenen Schichten, die im wesentlichen keine oberflächliche Porosität aufweisen, abgelagert zu werden;

- eine große Dehnbarkeit, um den Wärmezyklen im Bereich der vorgesehenen Arbeitstemperaturen widerstehen zu können;

- eine Unveränderbarkeit im Bereich der vorgesehenen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage aus einer Metallschicht (9a) und einer äußeren Goldschicht (9b) gebildet ist.

2. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Goldschicht wenigstens gleich 0,1 µm ist.

3. Elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (9a) aus Silber ist.

4. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberschicht (9a) eine Stärke zwischen 2 und 15 µm hat, vorzugsweise zwischen 6 und 8 µm.

5. Elektrischer Widerstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht (9c) aus Palladium zwischen die Schicht (9a) aus Silber und die Schicht (9b) aus Gold eingefügt ist.

6. Elektrischer Widerstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet&sub1; daß die Auflage (9, 9a, 9b, 9c)durch eine elektrolytische und/oder chemische Ablagerung erhalten wird.

7. Elektrischer Kessel mit einem elektrischen Widerstand gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Elektrischer Kessel gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser einen Filter (10) umfaßt, der dazu geeignet ist, die Kalkteilchen zurückzuhalten, die sich bei der Erhitzung des Wassers bilden können.

9. Elektrischer Kessel nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (4) mittels einer Lötzusammensetzung auf Silberbasis auf den Flansch (6) gelötet ist.