DE69405121T2 - Elektrischer Strahlungsheizkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Elektrischer Strahlungsheizkörper und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Strahlungsheizung für einen Herd, und insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine elektrische Strahlungsheizung zur Verwendung mit Herden mit glatten Glaskeramik- Kochfeldern. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Strahlungsheizung.
- Es sind elektrische Strahlungsheizungen bekannt, bei denen ein Element aus einem spiralförmigen blanken elektrischen Widerstandsdraht auf einer Schicht aus mikroporösem thermischem und elektrischem Isoliermaterial ruht und mit Klammern daran befestigt ist, wobei das Material in einer Aufnahmeschüssel aus Metall verdichtet ist. Solche Heizungen sind beispielsweise in der GB-A-1 580 909 beschrieben und sind in Herde mit glatten Glaskeramik-Kochfeldern eingebaut.
- Der Begriff 'mikroporös' wird hier benutzt, um poröse oder offenporige Materialien zu beschreiben, bei denen die endgültige Größe der Zellen oder Poren geringer ist als der mittlere freie Pfad eines Luftmoleküls bei NTP, d.h. in der Größenordnung von 100 nm oder weniger. Ein Material, das in diesem Sinne mikroporös ist, weist eine äußerst geringe Wärmeübertragung durch Luftleitung auf (das sind Kollisionen zwischen Luftmolekülen). Zu solchen mikroporösen Materialien gehört Aerogel, das ein Gel ist, bei dem die flüssige Phase auf solche Weise durch eine gasförmige Phase ersetzt wurde, daß die Schrumpfung vermieden wird, die auftreten würde, wenn das Gel unmittelbar aus dem flüssigen Zustand getrocknet würde. Eine im wesentlichen identische Struktur kann durch eine kontrollierte Ausfällung aus dem Lösungszustand erhalten werden, wobei Temperatur und pH-Wert während der Ausfällung geregelt werden, um einen offengittrigen Niederschlag zu erhalten. Andere äquivalente offengittrige Strukturen sind unter anderem pyrogene (abgerauchte) und elektrothermische Typen, bei denen ein beträchtlicher Anteil der Partikel eine endgültige Partikelgröße von weniger als 100 nm hat. Jedes dieser Materialien, beispielsweise auf der Basis von Silika, Aluminiumoxid oder anderen Metalloxiden, kann zur Herstellung einer Zusammensetzung benutzt werden, die wie oben definiert mikroporös ist.
- Die mikroporöse Isolierung umfaßt gewöhnlich ein trockenes, partikelförmiges mikroporöses Material wie oben definiert, gemischt mit keramischen Faserverstärkungen, einem Trübungsmittel aus Titandioxid und, für die Hochtemperaturverwendung, eine geringe Menge an Aluminiumoxidpulver, um der Schrumpfung zu widerstehen. Ein solches Isoliermaterial ist in der GB-A-1 580 909 beschrieben.
- Es wurden auch elektrische Strahlungsheizungen vorgeschlagen, bei denen anstatt eines Elementes aus spulenförmigem Widerstandsdraht ein Element aus einem länglichen, elektrisch leitenden Streifen eines Metalls oder einer Metallegierung bereitgestellt wird, wobei das Element auf dem Rand auf einer Isolierbasis steht. Anordnungen dieser Art sind beispielsweise in der US-A-600 057, der US-A-3 612 829, der US-A-3 991 298, der US-A-4 161 648 und der US-A-4 292 504 beschrieben. In der US-A-600 057 ist ein Leiter auf einer Metallauflage oder in einer darin ausgebildeten Nut mit Hilfe einer Schicht aus Isoliermaterial wie z.B. Glasemaille montiert. In der US-A-3 612 829 befindet sich ein gewickeltes leitendes Streifenelement in der Form einer Spirale in Ausnehmungen, die in die Oberfläche eines gegossenen oder geformten faserförmigen, keramischen, hochschmelzenden Materials vorgeformt sind. Das Streifenelement wurde mit Klammern an der Basis der Auflage befestigt. In der US-A-3 991 298 hat das leitende Streifenelement die Form einer Spirale und wird lose in eine vorgeformte Spiralnut in einem starren Boden aus feuerfestem Mörtel eingesetzt.
- In der US-A-4 161 648 ist ein gewickeltes Streifenelement in einer Spiralform mit einstückig nach unten verlaufenden Montagezungen vorgesehen, die eine elektrisch isolierende Platte aus hochtemperaturbeständigem Kartonmaterial durchdringen. Bei einer dünnen Kartonmaterialplatte sind die Montagezungen auf der Rückseite des Materials umgebogen. Die kartonartige Isolierplatte mit dem Element darauf wird dann auf eine Schicht aus mikroporösem, thermischem Isoliermaterial in einer Aufnahmeschüssel gelegt. Bei einer dicken Kartonmaterialplatte wird eine härtbare Substanz benutzt und gehärtet, nachdem die Zungen in das Material gedrückt wurden.
- In der US-A-4 292 504 ruht ein Heizelement in der Form eines dünnen, folienartigen Streifens aus Streckmetall auf dem Rand im wesentlichen über seine gesamte Länge in einer serpentinenartigen Nut, die in der Oberfläche einer Keramikfaserplatte ausgebildet ist. Das Heizelement ist in die in der Platte eingeformte Nut einzementiert oder wird in dieser durch Reibung festgehalten.
- Bei diesen bekannten Konstruktionen ist, wenn das Heizelement in einer Basis befestigt wird, ein zweistufiger Fixierungsprozeß erforderlich, wie beispielsweise das Einsetzen und nachfolgende Verklammern, das Umbiegen von Zungen oder das Zementieren, oder das Einsetzen und Härten der Basis.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlungsheizung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Strahlungsheizung bereitzustellen, bei der ein längliches, elektrisch leitendes Streifenheizelement unmittelbar auf einer Basis aus thermischem und elektrischem Isoliermaterial, ohne die Notwendigkeit für Montagezungen oder Klammern oder andere zusätzliche Befestigungsmittel oder -verfahren, befestigt ist.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Strahlungsheizung bereitgestellt, umfassend eine Basis aus thermischem und elektrischem Isoliermaterial mit einer Oberfläche, in der wenigstens eine Nut ausgebildet ist, in der sich auf dem Rand stehend ein länglicher, elektrisch leitender Streifen befindet, der als Heizelement dient, wobei die Basis ein mikroporöses thermisches und elektrisches Isoliermaterial umfaßt, wobei die Nut Querstege aus dem mikroporösen Isoliermaterial beinhaltet, die über die Länge der Nut beabstandet sind und in denen der leitende Streifen eingebettet ist, um ihn an den Stegen zu befestigen.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Strahlungsheizung bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Basis aus mikroporösem thermischem und elektrischem Isoliermaterial, in dessen Oberfläche wenigstens eine Nut ausgebildet ist, wobei die Nut Querstege des mikroporösen Isoliermaterials beinhaltet, die über die Länge der Nut beabstandet sind; Bereitstellen eines länglichen, elektrisch leitenden Streifens, der als Heizelement dient; und Einsetzen des länglichen, elektrisch leitenden Streifens auf dem Rand in die Nut und Drücken des Streifens in die Stege, um den leitenden Streifen in den Stegen einzubetten und zu befestigen.
- Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird der elektrisch leitende Streifen formschlüssig durch die Nut(en) positioniert und durch Einbetten in den Stegen sicher fixiert.
- Es ist im Hinblick auf die Natur des mikroporösen Isoliermaterials überraschend, daß der Streifen während des nachfolgenden Betriebs der Heizung fest in seiner Stellung bleibt.
- Die Stege können im wesentlichen koplanar mit oder unter der Oberfläche der Basis sein, in der die Nut ausgebildet ist.
- Der eingesetzte leitende Streifen kann von den Stegen in der Basis des mikroporösen Isoliermaterials vorstehen, so daß der Streifen nicht bis auf seine volle Höhe in den Stegen eingebettet ist.
- Der elektrisch leitende Streifen ist entlang seiner Länge vorzugsweise aus einer gewellten (auch als gewunden, serpentinenförmig oder gewickelt bezeichnet) Form.
- Die Basis des mikroporösen Isoliermaterials ist geeigneterweise als verdichtete Schicht innerhalb einer Aufnahmeschüssel vorgesehen, die geeigneterweise aus Metall besteht.
- Die Basis aus mikroporösem Isoliermaterial hat vorzugsweise eine Oberfläche aus einer im wesentlichen planaren Form, in der die Nut vorgesehen ist.
- Der Streifen kann ein Metall oder eine Metallegierung wie beispielsweise eine Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung umfassen.
- Geeignete mikroporöse thermische und elektrische Isoliermaterialien sind in der Technik wohlbekannt, z.B. wie in der GB-A-1 589 909 beschrieben, wobei eine typische Zusammensetzung wie folgt lautet:
- Mikroporöses, pyrogenes Silika 49 - 97 Gew.-%
- Keramische Faserverstärkung 0,5 - 20 Gew.-%
- Trübungsmittel 2 - 50 Gew.-%
- Aluminiumoxid bis 12 Gew.-%
- Der Anteil des Aluminiumoxids liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 12 Gew.-%.
- Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
- Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Heizelementes, umfassend einen elektrisch leitenden Streifen, zur Verwendung in einer elektrischen Strahlungsheizung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 2 einen Grundriß einer Basis einer elektrischen Strahlungsheizung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Aufnahme eines Heizelementes von Fig. 1;
- Fig. 3 eine teilweise perspektivische Darstellung einer Modifikation der in Fig. 2 gezeigten Basis einer elektrischen Strahlungsheizung;
- Fig. 4 einen Grundriß einer elektrischen Strahlungsheizung gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend die Komponenten der Figuren 1 und 2;
- Fig. 5 eine Querschnittsdarstellung der elektrischen Strahlungsheizung von Fig. 4; und
- Fig. 6 ein Teil von Fig. 5 in einem größeren Maßstab.
- Eine elektrische Strahlungsheizung besteht aus einer Metallschüssel 1 mit einer Basisschicht 2 aus verdichtetem mikroporösem, thermischem und elektrischem Isoliermaterial mit einer im wesentlichen planaren Oberfläche und einer Zusammensetzung wie der, die in der GB-A-1 580 909 beschrieben ist.
- Es ist ein Heizelement 4 aus einem länglichen Streifen 5 aus einem Metall oder einer Metallegierung wie z.B. einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit einer Dicke von beispielsweise 0,05 bis 0,2 mm und einer Höhe h von beispielsweise 3 bis 6 mm vorgesehen. Der Streifen 5 selbst ist aus einer gewellten (zuweilen auch als gewunden, serpentinenförmig oder gewickelt bezeichnet) Form und wird mit in der Technik wohlbekannten Methoden, wie in Fig. 1 gezeigt, zu einer gewünschten Form für das Heizelement gebogen. Es ist jedoch zu bemerken, daß sich die oben angegebenen Dickenmaße für den Streifen auf dessen Zustand vor dem Biegen in seine wellige Form beziehen.
- Die Oberfläche der Basis 2 des mikroporösen Isoliermaterials ist mit Nuten 9 in einem Muster versehen, das der Form des Heizelementes 4 entspricht. Die Nuten 9 sind so angeordnet, daß sie wenigstens so breit sind wie die Gesamtbreite des gewellten leitenden Streifens 5. Querstege 10 desselben mikroporösen Materials wie die Basis 2 sind an voneinander beabstandeten Orten entlang der Nuten 9 vorgesehen und gehen vom Boden der Nuten 9 aus. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Stege 10 koplanar mit der Oberfläche der Basis 2, aber sie können alternativ auch unterhalb der Oberfläche der Basis 2 vorgesehen werden, wie durch die in Fig. 3 gezeigten Stege 10' veranschaulicht ist. Die Nuten 9 und Stege 10 werden auf geeignete Weise mit Hilfe eines geeigneten Formwerkzeugs während des Verdichtens des mikroporösen Isoliermaterials zu der Schüssel 1 zur Bildung der Basis 2 ausgebildet, oder sie können nach der Verdichtung in der Oberfläche des Basismaterials eingearbeitet werden.
- Das Heizelement 4 wird dann auf die Basis 2 gestellt, und der Heizelementstreifen 5 wird auf seinem Rand in die Nuten 9 gedrückt, wie ausführlich in Fig. 6 gezeigt ist. Gleichzeitig wird der Streifen 5 in die Stege 10 bis zu einer Tiefe gedrückt und eingebettet, die wenigstens einen Teil der Höhe h des Streifens 5 entspricht, und in diesen Stegen befestigt.
- Der befestigte Steifen 5 steht vorzugsweise aus der Basis 2 vor, beispielsweise um wenigstens 50% der Höhe h des Streifens 5.
- An der Seite der Schüssel 1 ruht eine periphere Wand 3 des thermischen Isoliermaterials, wie beispielsweise ein keramisches Fasermaterial aus Aluminosilikatfasern, oder alternativ ein mikroporöses Isoliermaterial.
- Es ist ein Klemmensteckverbinder 6 für den elektrischen Anschluß des Heizelementes 4 an eine Stromversorgung für dessen Betrieb vorgesehen.
- Es ist eine wohlbekannte Form einer thermischen Abschaltvorrichtung 7 vorgesehen, die über das Heizelement 4 verläuft, um das Heizelement im Falle einer Überhitzung der glaskeramischen Kochfeldoberfläche abzuschalten, wenn die Heizung installiert ist und in einem Herd mit einer solchen glaskeramischen Kochfeldoberfläche arbeitet.
Claims (18)
1. Elektrische Strahlungsheizung, umfassend eine Basis
(2) aus thermischem und elektrischem Isoliermaterial mit
einer Oberfläche, in der wenigstens eine Nut (9)
ausgebildet ist, in der sich auf dem Rand stehend ein
länglicher, elektrisch leitender Streifen (5) befindet, der
als Heizelement (4) dient, dadurch gekennzeichnet, daß die
Basis (2) ein mikroporöses thermisches und elektrisches
Isoliermaterial umfaßt, wobei die Nut Querstege (10, 10')
aus dem mikroporösen Isoliermaterial beinhaltet, die über
die Länge der Nut beabstandet sind und in denen der
leitende Streifen (5) eingebettet ist, um ihn an den Stegen
zu befestigen.
2. Elektrische Strahlungsheizung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stege (10) im wesentlichen koplanar
mit derjenigen Oberfläche der Basis (2) vorgesehen sind, in
der die Nut (9) vorgesehen ist.
3. Elektrische Strahlungsheizung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stege (10') unterhalb derjenigen
Oberfläche der Basis (2) vorgesehen sind, in der die Nuten
(5) vorgesehen ist.
4. Elektrische Strahlungsheizung nach Anspruch 1, 2 oder
3, dadurch gekennzeichnet, daß der eingesetzte leitende
Streifen (5) von den Stegen (10, 10') in der Basis (2) aus
dem mikroporösen Isoliermaterials vorsteht, so daß der
Streifen nicht über seine volle Höhe (h) in die Stege
eingebettet ist.
5. Elektrische Strahlungsheizung nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
elektrisch leitende Streifen (5) über seine Länge eine
gewellte Form aufweist.
6. Elektrische Strahlungsheizung nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis
(2) des mikroporösen Isoliermaterials als verdichtete
Schicht in einer Aufnahmeschüssel (1) vorgesehen ist.
7. Elektrische Strahlungsheizung nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis
(2) des mikroporösen Isoliermaterials eine Oberfläche mit
einer im wesentlichen planaren Form aufweist, in der die
Nut (9) vorgesehen ist.
8. Elektrische Strahlungsheizung nach einem der
vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Streifen (5) ein Metall oder eine Metallegierung umfaßt.
9. Elektrische Strahlungsheizung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallegierung eine Eisen-Chrom-
Aluminium-Legierung umfaßt.
10. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen
Strahlungsheizung, umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer Basis (2) aus mikroporösem thermischem
und elektrischem Isoliermaterial, in dessen Oberfläche
wenigstens eine Nut (9) ausgebildet ist, wobei die Nut
Querstege (10, 10') des mikroporösen Isoliermaterials
beinhaltet, die über die Länge der Nut beabstandet sind;
Bereitstellen eines länglichen, elektrisch leitenden
Streifens (5), der als Heizelement (4) dient; und Einsetzen
des länglichen, elektrisch leitenden Streifens auf dem Rand
in die Nut und Drücken des Streifens in die Stege, um den
leitenden Streifen in den Stegen einzubetten und zu
befestigen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (10) im wesentlichen koplanar mit der
Oberfläche der Basis (2) ausgebildet sind, in der die Nut
(9) ausgebildet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stege (10') unterhalb der Oberfläche der Basis (2)
ausgebildet sind, in der die Nut (9) ausgebildet ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der eingesetzte leitende Streifen (5)
aus den Stegen (10, 10') in der Basis (2) des mikroporösen
Isoliermaterials vorsteht, so daß der Streifen nicht über
seine volle Höhe (h) in den Stegen eingebettet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Streifen (5)
über seine Länge eine gewellte Form aufweist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, das die Basis (2) aus mikroporösem
Isoliermaterial als verdichtete Schicht in einer
Aufnahmeschüssel (1) vorgesehen ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Basis (2) aus mikroporösem
Isoliermaterial mit einer Oberfläche einer im wesentlichen
planaren Form ausgebildet ist, in der die Nut (9)
vorgesehen ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der Streifen (5) ein Metall oder eine
Metallegierung umfaßt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallegierung eine Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung
umfaßt.
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